在3GPP中，M2M被稱為機(jī)器型通信（MTC：machine-type communication ）;所以本文中我們可能會(huì)交換使用M2M和MTC。

技術(shù)要求

用于分組數(shù)據(jù)的3GPP無線電技術(shù)被廣泛部署，并且可以基于物理層特性，例如使用TDMA的GPRS，使用W-CDMA的HSPA以及使用OFDMA的LTE系統(tǒng)等進(jìn)行分類。在3GPP的不同協(xié)議版本中，對(duì)這些技術(shù)中的每一項(xiàng)進(jìn)行了增強(qiáng)。有助于3GPP技術(shù)的蜂窩應(yīng)用取得成功的一個(gè)重要方面是保持與舊版本技術(shù)的向后兼容性，以及技術(shù)之間的緊密互連以及有效的漫游支持，這也是需要支持移動(dòng)性的M2M應(yīng)用成功的關(guān)鍵。

圖1、未來的網(wǎng)絡(luò)是HTC（人通信類型）和MTC（機(jī)器類型通信）的混合體

作為廣泛部署的已成功建立的技術(shù)，3GPP技術(shù)可以通過重用現(xiàn)有蜂窩站點(diǎn)，無線電設(shè)備和頻譜資源來推出具有成本優(yōu)勢(shì)的新服務(wù)。然而，3GPP蜂窩系統(tǒng)并沒有專門為機(jī)器設(shè)計(jì);它們主要設(shè)計(jì)用于人類交互，并且不針對(duì)專門用于特定場(chǎng)所部署的所有M2M應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化。針對(duì)短消息的無處不在的覆蓋，終端成本，尋址空間限制，知識(shí)產(chǎn)權(quán)成本，逐步淘汰技術(shù)的可能性以及終端功耗等是面向M2M應(yīng)用的運(yùn)營(yíng)商所面臨的一些挑戰(zhàn)。對(duì)維護(hù)向后兼容性的需求也面臨著對(duì)低端M2M應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)化方面的挑戰(zhàn)。與移動(dòng)手機(jī)不同，M2M設(shè)備具有更長(zhǎng)的更換時(shí)間，并可能對(duì)技術(shù)遷移構(gòu)成挑戰(zhàn)。

識(shí)別特定的MTC設(shè)備，增加覆蓋和降低成本來實(shí)現(xiàn)M2M通信的大量采用，以及支持相應(yīng)的服務(wù)是3GPP針對(duì)MTC通信標(biāo)準(zhǔn)化的一些關(guān)鍵方面。

3GPP規(guī)范工作大致分為RAN（無線接入網(wǎng)絡(luò)），SA，GERAN（GSM/EDGE無線接入網(wǎng)）和CT，這些組負(fù)責(zé)定義3GPP系統(tǒng)的功能，要求和接口。 RAN專門負(fù)責(zé)3G的無線接入部分及其對(duì)4G及以上的演進(jìn)，而GERAN負(fù)責(zé)2G的無線接入部分及其演進(jìn)。 SA負(fù)責(zé)整體架構(gòu)和服務(wù)能力，CT負(fù)責(zé)終端接口和能力的規(guī)范以及3GPP系統(tǒng)的核心網(wǎng)絡(luò)部分。 3GPP功能分階段發(fā)布，但是研究工作可能在此之前進(jìn)行研究。通常，所有新功能在發(fā)布之前都有一個(gè)研究階段。

需要識(shí)別MTC用戶

對(duì)于一個(gè)MTC模塊來說有SIM(Subscriber Identity Module：用戶識(shí)別模塊)和MTC設(shè)備有兩個(gè)重要的方面。對(duì)于3GPP工作的大多數(shù)解決方案來說確定MTC用戶非常重要。大多數(shù)低成本MTC用戶被設(shè)想有SIM卡集成在表面安裝的PCB上或者已經(jīng)焊接了SIM芯片;但是還有一些MTC設(shè)備，其中SIM卡并不與設(shè)備集成。對(duì)于后一種情況，重要的是運(yùn)營(yíng)商能夠使用SIM卡配置文件或者設(shè)備功能來單獨(dú)按規(guī)定訪問。在SIM卡盜用的情況下能夠檢測(cè)設(shè)備IMEI的更改情況也是有意義的。

使用率監(jiān)管，采用使用率限制當(dāng)應(yīng)用達(dá)到使用率上限時(shí)也需要識(shí)別MTC用戶。數(shù)據(jù)速率的調(diào)節(jié)已被運(yùn)營(yíng)商用作正常蜂窩操作中的速率控制策略，因此MTC中的使用率控制可以看作是其的一個(gè)變種。可能存在的一個(gè)挑戰(zhàn)是由于MTC應(yīng)用的范圍廣泛，例如對(duì)于低數(shù)據(jù)速率的使用率限制，但是大量的MTC不能利用基于量的服務(wù)限制。此外，可能會(huì)要求SIM（當(dāng)未與設(shè)備集成時(shí)）可以與非MTC特定用戶的SIM交換使用。

SIM卡中包含HLR中具有的與訂戶關(guān)聯(lián)的用戶IMSI，其包括關(guān)于預(yù)付費(fèi)服務(wù)和特征簡(jiǎn)檔的細(xì)節(jié)。運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)能夠基于訂戶配置文件來支持定制的MTC服務(wù)，例如最佳數(shù)據(jù)包大小和用于MTC服務(wù)的專用接入點(diǎn)的最佳路由。 IMSI（國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別碼(IMSI:International Mobile SubscriberIdentification Number)），是由運(yùn)營(yíng)商提供的用于MTC訂閱的特定計(jì)費(fèi)策略，并且由運(yùn)營(yíng)商用來完全控制在網(wǎng)絡(luò)中的許可用戶。

基于3GPP的蜂窩設(shè)備是由IMEI來識(shí)別的。對(duì)于LTE，基站提供LTE用戶設(shè)備（UE）的類別信息。 eNodeB然后能夠確定UE的性能并相應(yīng)地與其進(jìn)行通信。用戶體驗(yàn)（也就是用戶的峰值數(shù)據(jù)速率）和系統(tǒng)性能（也就是頻譜效率）等都與設(shè)備類別相關(guān)。不需要支持高數(shù)據(jù)速率和/或低延遲的MTC設(shè)備將需要使用新的特定于MTC應(yīng)用的LTE設(shè)備類/類別來指定。3GPP已經(jīng)為MTC定義了一個(gè)或多個(gè)新的LTE UE類別。如果MTC設(shè)備影響到網(wǎng)絡(luò)的性能時(shí)能夠限制MTC設(shè)備的訪問，這將是識(shí)別和隔離MTC設(shè)備的方法之一。運(yùn)營(yíng)商面臨的一個(gè)公共問題是限制對(duì)漫游設(shè)備的訪問。值得注意的是，運(yùn)營(yíng)商應(yīng)該能夠從MTC特定UE類別中識(shí)別出這樣的漫游MTC設(shè)備，并且如果運(yùn)營(yíng)商不希望為這些設(shè)備提供服務(wù)時(shí)，則能夠限制對(duì)設(shè)備的訪問。

需要進(jìn)行覆蓋改進(jìn)

有許多MTC應(yīng)用，其中的一些MTC應(yīng)用需要擴(kuò)展覆蓋。移動(dòng)的MTC用戶很可能不會(huì)超出覆蓋范圍。另一方面，有許多M2M應(yīng)用，其中終端位置將被固定，但是不能接入到固網(wǎng)中。智能電表和泊車儀表傳感器等MTC應(yīng)用不僅帶來具有挑戰(zhàn)性的部署，而且還不能移動(dòng)。有一個(gè)可以提供更多幾乎無處不在的連接服務(wù)的大量市場(chǎng)。這樣一個(gè)最明顯的應(yīng)用是電力公司的電表計(jì)量，其中許多房屋沒有安裝電表位置，而只能安裝在地下室中。基站數(shù)量的增加對(duì)于覆蓋和容量的提升是非常有好好的，但是每個(gè)額外增加的基站都需要有回程，站點(diǎn)獲取，租賃，供電等方面的挑戰(zhàn)。100％覆蓋的目標(biāo)將永遠(yuǎn)不會(huì)實(shí)現(xiàn)，但是也有需要實(shí)現(xiàn)較好覆蓋的少數(shù)特殊情況，要求不會(huì)大大增加整個(gè)解決方案的總成本。因此，重要的是要確保在提高M(jìn)TC設(shè)備覆蓋率方面系統(tǒng)成本不會(huì)增加。 3GPP正在試圖降低M2M模塊的復(fù)雜性以及改善對(duì)其的覆蓋，以促進(jìn)大量部署M2M模塊。

3GPP研究確定了MTC設(shè)備不需要的幾個(gè)功能，并且可以顯著降低設(shè)備復(fù)雜性。 3GPP確定了限制設(shè)備能力為單個(gè)接收RF通道，限制了其支持的峰值數(shù)據(jù)速率要求，并減少了所要支持的數(shù)據(jù)帶寬，并支持半雙工操作，這些都是減少設(shè)備復(fù)雜性的關(guān)鍵。這種簡(jiǎn)化在減少設(shè)備復(fù)雜性的同時(shí)也帶來了額外的規(guī)范影響。使用額外的調(diào)度器限制來保持正常LTE設(shè)備的系統(tǒng)性能，同時(shí)為這些低復(fù)雜度設(shè)備提供服務(wù)。

3GPP主要通過重復(fù)發(fā)送信息來實(shí)現(xiàn)對(duì)覆蓋改進(jìn)。

對(duì)服務(wù)的增強(qiáng)支持

3GPP正在標(biāo)準(zhǔn)化來支持第三方與3GPP系統(tǒng)交互，以向其客戶提供第三方服務(wù)。 支持M2M服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作正在在3GPP之外的標(biāo)準(zhǔn)化組織（例如，ETSI TC M2M和oneM2M全球計(jì)劃;見本頭條號(hào)前面的文章）中進(jìn)行，假設(shè)M2M服務(wù)支持可以由網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商以及與運(yùn)營(yíng)商簽訂業(yè)務(wù)協(xié)議的第三方來提供。通過提供附加信息（例如，傳輸調(diào)度信息或少量數(shù)據(jù)以及對(duì)設(shè)備觸發(fā)的指示）并定義3GPP核心網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用平臺(tái)之間的新接口，來促進(jìn)對(duì)支持對(duì)服務(wù)的配置。為了確保隱私，公開的網(wǎng)絡(luò)信息確保與私有用戶的信息脫鉤，也就是沒有與UE身份相關(guān)的鏈接。

3GPP MTC相關(guān)協(xié)議版本

3GPP已經(jīng)采用發(fā)布協(xié)議版本的概念來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的平臺(tái)，同時(shí)便于引入新的功能。表1和表2提供了與MTC相關(guān)的高級(jí)功能的發(fā)布列表。

表1、 3GPP MTC特有的功能增強(qiáng)（核心網(wǎng)和服務(wù)架構(gòu)方面）

表2、 3GPP MTC特有的功能增強(qiáng)（無線接入網(wǎng)絡(luò)方面）

標(biāo)準(zhǔn)化工作早在2005年開始，當(dāng)時(shí)3GPP TSG SA1開始進(jìn)行可行性研究，并于2007年輸出3GPP技術(shù)報(bào)告（TR）22.868。 3GPP Release 10技術(shù)規(guī)范（TS）22.368規(guī)定了機(jī)器對(duì)機(jī)器的通信要求。

要求和邏輯分析的細(xì)化是在3GPP技術(shù)報(bào)告23.888中得到解決的（參見：http://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/23_series/23.888/），并且具體的協(xié)議實(shí)施是在版本11中進(jìn)行的。 SA5分析針對(duì)重用現(xiàn)有3GPP功能（例如會(huì)話啟動(dòng)和控制）的可能程度，并且解決了充電需求。3GPP的MTC架構(gòu)工作是在Rel-10中開始的，而在Rel-12中，SA2致力于小數(shù)據(jù)傳輸和低功耗UE的高效傳輸。

3GPP的努力最初集中于機(jī)器類型設(shè)備的識(shí)別，以允許運(yùn)營(yíng)商在網(wǎng)絡(luò)過載情況下選擇性地處理這些設(shè)備。隨后的努力已經(jīng)在MTC模塊的復(fù)雜性降低，覆蓋改進(jìn)，減少UE功耗以及處理小數(shù)據(jù)的優(yōu)化方面進(jìn)行無線電級(jí)別的性能增強(qiáng)。

MTC功能增強(qiáng)

以下詳細(xì)介紹了3GPP一些關(guān)鍵的MTC功能的增強(qiáng)情況。

核心網(wǎng)和RAN的過載和擁塞控制

當(dāng)M2M設(shè)備已經(jīng)大量部署時(shí)，3GPP識(shí)別了網(wǎng)絡(luò)存在過載的可能的問題。 M2M設(shè)備可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)過載，因?yàn)樗鼈兺瑫r(shí)恢復(fù)觸發(fā)注冊(cè)以及其他導(dǎo)致信號(hào)增加和核心網(wǎng)絡(luò)過載的過程。具體地，在網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，由于與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)的MTC UE重新選擇同時(shí)將網(wǎng)絡(luò)（可能漫游）轉(zhuǎn)移到尚未失敗的網(wǎng)絡(luò)，所以可能會(huì)發(fā)生信號(hào)突然出現(xiàn)的浪涌情況。

所選擇的網(wǎng)絡(luò)可以是漫游網(wǎng)絡(luò)，其沒有設(shè)計(jì)為為所有漫游MTC用戶提供更多的同時(shí)訪問。無論是否用于MTC即使來自大量UE的正常信令也可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)過載。為了執(zhí)行過載和擁塞控制，3GPP指定了特定的核心網(wǎng)絡(luò)和RAN過載和擁塞控制特性來保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。

關(guān)于機(jī)型通信網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)的研究項(xiàng)目研究了核心網(wǎng)絡(luò)的過載和擁塞控制。關(guān)于MTC的RAN改進(jìn)的研究項(xiàng)目于2009年第4季度開始。2010年5月開始關(guān)于機(jī)型通信系統(tǒng)改進(jìn)的Rel-11傘型研究項(xiàng)目。該WI研究項(xiàng)目還涉及UTRAN和E-UTRAN的RAN過載控制。

通過將MTC UE設(shè)備識(shí)別為“低訪問優(yōu)先級(jí)”指示符配置標(biāo)識(shí)這種延遲容忍的設(shè)備來執(zhí)行防止和控制這種信令浪涌場(chǎng)景的機(jī)制，并且這可以被網(wǎng)絡(luò)用于控制各種過程。在UTRAN或E-UTRAN中，當(dāng)核心網(wǎng)向RAN指示過載時(shí)，RAN（用于UTRAN的UTRAN和用于E-UTRAN的eNB）將拒絕來自這種UE的連接請(qǐng)求，擴(kuò)展的重新連接等待時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30分鐘。然后，當(dāng)UE將在過載時(shí)經(jīng)受更長(zhǎng)的退避定時(shí)器時(shí)，這樣的UE可以被網(wǎng)絡(luò)識(shí)別，以在拒絕來自UE的接入請(qǐng)求之后發(fā)出信令激活“擴(kuò)展等待定時(shí)器”。這樣對(duì)于標(biāo)識(shí)為低訪問優(yōu)先級(jí)的那些UE，也可以禁止訪問網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于接入具有低訪問優(yōu)先級(jí)的網(wǎng)絡(luò)的UE，E-UTRAN中的MME可以拒絕RRC連接建立。還可以分配更長(zhǎng)的跟蹤區(qū)域更新以減少擁塞。

在GERAN中，BSS允許可配置的隱式拒絕時(shí)間長(zhǎng)達(dá)200秒，并且將配置為“低訪問優(yōu)先級(jí)”的設(shè)備將啟動(dòng)隱式拒絕定時(shí)器，以在定時(shí)器期間預(yù)留的時(shí)間短內(nèi)拒絕任何進(jìn)一步的訪問，允許網(wǎng)絡(luò)控制異常擁塞。 GERAN還通過將僅配置為擴(kuò)展訪問限制的設(shè)備排除在外，通過擴(kuò)展訪問控制限制的機(jī)制來支持對(duì)RAN過載控制。

低成本和覆蓋增強(qiáng)的LTE MTC UE

基于LTE的針對(duì)M2M應(yīng)用的LTE調(diào)制解調(diào)器的復(fù)雜度降低的低成本MTC UE的供應(yīng)研究于2011年9月開始。該研究確定了用于RF和基帶復(fù)雜度降低的各種技術(shù)。復(fù)雜度降低的研究針對(duì)不需要高數(shù)據(jù)速率和/或低延遲的MTC設(shè)備。利用降低復(fù)雜度的技術(shù)，觀察到會(huì)帶來覆蓋減少的一些負(fù)面影響，并且將研究擴(kuò)展到研究低成本MTC UE的覆蓋改進(jìn)技術(shù)。

作為研究的結(jié)論，與普通LTE用戶設(shè)備相比，3GPP開始規(guī)范工作，以規(guī)定具有降低的復(fù)雜度和改進(jìn)覆蓋的新LTE UE類別。技術(shù)詳情見3GPP技術(shù)報(bào)告36.888。考慮用于延遲容忍的MTC的復(fù)雜度降低的選項(xiàng)主要旨在降低設(shè)備的RF和基帶成本。減少?gòu)?fù)雜度的措施包括將數(shù)據(jù)的最大帶寬減少到3 MHz或5 MHz的較窄帶寬，將接收天線的數(shù)量減少到1，這也限制了對(duì)某些MIMO模式的支持，雙工操作，并降低設(shè)備支持的峰值數(shù)據(jù)速率降低至1 Mbps。通過重復(fù)和捆綁信息來實(shí)現(xiàn)延遲容忍MTC設(shè)備的覆蓋改進(jìn)。

其他增強(qiáng)

3GPP版本12協(xié)議在2015年初完成。3GPP第12版中的MTC增強(qiáng)功能將重點(diǎn)放在以前版本中未解決的以下改進(jìn)問題上。

為了解決針對(duì)MTC設(shè)備的集群的優(yōu)化，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)能夠向特定地理區(qū)域內(nèi)的一組MTC設(shè)備廣播消息時(shí)，考慮MTC組正在尋址，那么在MTC組上可以進(jìn)行訪問控制限制或QoS策略來設(shè)置數(shù)據(jù)速率的限制，并為該組的每個(gè)MTC設(shè)備設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間限制，直到該限制過期為止。

制定對(duì)漫游MTC設(shè)備的指導(dǎo)的增強(qiáng)，并且主要通過使用由UE提供的低訪問優(yōu)先級(jí)指示來執(zhí)行。 eNodeB引導(dǎo)被配置用于對(duì)特定MME的低訪問優(yōu)先級(jí)的UE提供接入。

對(duì)小數(shù)據(jù)和觸發(fā)的增強(qiáng)主要是為了實(shí)現(xiàn)少量數(shù)據(jù)的高效傳輸。對(duì)于處于RRC IDLE狀態(tài)的普通LTE UE，服務(wù)請(qǐng)求過程將用于數(shù)據(jù)傳輸。對(duì)于來自MTC設(shè)備的小數(shù)據(jù)也可能會(huì)導(dǎo)致顯著的開銷。如果用于將IP分組作為NAS信令傳輸而不是在RRC IDLE狀態(tài)下為UE建立RRC安全性，則預(yù)先建立的NAS安全性將導(dǎo)致用于傳送少量數(shù)據(jù)的更優(yōu)化的系統(tǒng)，這減少了信令開銷，實(shí)現(xiàn)了對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的有效利用，并減少了重新分配的延遲。

事件監(jiān)控，事件的檢測(cè)和事件的報(bào)告是M2M系統(tǒng)的一個(gè)重要方面。 MTC UE的監(jiān)控事件的配置需要激活對(duì)事件的全部或一個(gè)子集的監(jiān)視。監(jiān)控增強(qiáng)功能可以檢測(cè)向服務(wù)能力服務(wù)器或應(yīng)用程序服務(wù)器報(bào)告的事件。

3GPP承認(rèn)需要解決UE的功耗問題，特別是針對(duì)由電池供電的設(shè)備。3GPP正在研究設(shè)想的用于在空閑模式下延伸DRX并且在連接模式下配置長(zhǎng)DRX周期的UE功耗優(yōu)化的解決方案。

3GPP版本13以及預(yù)計(jì)未來版本將能夠進(jìn)一步支持M2M服務(wù)和M2M設(shè)備的大量部署的高效交付。

LTE Release 12的MTC增強(qiáng)功能

1，數(shù)據(jù)速率能力和UE類別0（UE CATEGORY 0）

為了實(shí)現(xiàn)MTC應(yīng)用的低成本設(shè)備，3GPP LTE協(xié)議版本12引入了新的較低速率的UE類別。新的UE類別被標(biāo)記為類別0（零），符合具有更廣泛能力的較高數(shù)量的UE類別的典型關(guān)聯(lián)。

2，TYPE-B半雙工操作

為了進(jìn)一步降低復(fù)雜性/降低成本，LTE 12版引入了一種新的半雙工模式，即B類半雙工，特別針對(duì)類別0的設(shè)備。參見圖2，半雙工類型B允許在下行鏈路接收和上行鏈路傳輸之間通過指定設(shè)備在上行鏈路子幀之前以及上行鏈路子幀之后的第一個(gè)下行鏈路子幀不預(yù)期接收最后一個(gè)下行鏈路子幀來實(shí)現(xiàn)更大的空閑時(shí)間。

圖3、半雙工操作

3，具有單個(gè)接收天線的設(shè)備的可能性

為了進(jìn)一步降低針對(duì)大規(guī)模MTC應(yīng)用的設(shè)備的復(fù)雜性，對(duì)于UE類別0，這一要求被放寬了。相反，0類設(shè)備的性能要求使得它們可以在設(shè)備端使用單個(gè)接收天線。

4，省電模式

為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)始發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸，使用PSM（power-saving mode：節(jié)電模式）的設(shè)備必須定期重新連接到網(wǎng)絡(luò)，并保持一段時(shí)間的工作，以允許網(wǎng)絡(luò)對(duì)UE進(jìn)行尋呼嘗試。這樣的重新連接應(yīng)該是不頻繁的，以保持PSM的節(jié)能效益，這意味著PSM對(duì)于延遲不是至關(guān)重要的不頻繁地發(fā)起數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)來說是主要的工作模式。

LTE Release 13的MTC增強(qiáng)功能：eMTC

作為L(zhǎng)TE版本13的一部分，LTE采取了對(duì)進(jìn)一步增強(qiáng)大規(guī)模MTC應(yīng)用支持的附加步驟，這是一種被稱為增強(qiáng)型MTC（eMTC： enhanced MTC）的活動(dòng)。這項(xiàng)活動(dòng)的主要目標(biāo)是：

進(jìn)一步降低設(shè)備成本，要求低于第12版UE類別0所實(shí)現(xiàn)的成本。

與Release 13之前的設(shè)備相比，擴(kuò)展了具有目標(biāo)的低速大量MTC設(shè)備的覆蓋范圍，使其能夠在增加至少15 dB的耦合損耗情況下也能運(yùn)行。

在高層次上，eMTC的主要新特征包括：

器件側(cè)的RF帶寬更窄，可進(jìn)一步降低器件復(fù)雜性和相應(yīng)的成本;

廣泛的重復(fù)下行鏈路和上行鏈路收發(fā)，實(shí)現(xiàn)低速率服務(wù)的擴(kuò)展覆蓋;

擴(kuò)展DRX。

1，NARROWeBAND操作

release-13 eMTC設(shè)備只需要通過與最小LTE載波帶寬相對(duì)應(yīng)的即時(shí)帶寬（即大約1.4 MHz）來支持傳輸和接收。

2，通過重復(fù)方式進(jìn)行覆蓋增強(qiáng)

3GPP eMTC活動(dòng)的第二個(gè)目標(biāo)是為低速率MTC應(yīng)用提供顯著的覆蓋擴(kuò)展。 eMTC設(shè)計(jì)的明確目標(biāo)是與Release 13之前的設(shè)備相比，能夠?qū)崿F(xiàn)與耦合損耗相差至少15 dB的操作。

圖4、跳頻操作

重要的是要明白，eMTC的目標(biāo)不是擴(kuò)大給定數(shù)據(jù)速率的覆蓋范圍。相反，通過降低數(shù)據(jù)速率來擴(kuò)展覆蓋范圍。

3，下行鏈路傳輸：PDSCH和MPDCCH

4，UPLINK傳輸：PUSCH和PUCCH

5，同步信號(hào)和BCH

6，系統(tǒng)信息塊

7，隨機(jī)訪問

8，擴(kuò)展DRX

總結(jié)

在今天和昨天的文章中我們介紹了蜂窩行業(yè)面臨的大量M2M應(yīng)用所帶來的挑戰(zhàn)以及M2M標(biāo)準(zhǔn)化解決方案的基礎(chǔ)。我們還提供了目前正在為有效支持M2M通信而被指定的解決方案的講解。我們特別探討了3GPP中M2M特定標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)的重要方面，以提供針對(duì)蜂窩使用優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)化解決方案。

對(duì)于未來，M2M標(biāo)準(zhǔn)將在短期內(nèi)繼續(xù)發(fā)展并繼續(xù)給行業(yè)帶來挑戰(zhàn)，其中多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可能針對(duì)M2M通信的某些特定屬性（例如，成本，覆蓋率，移動(dòng)性和安全性）來說可能是最佳的。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，M2M設(shè)備的長(zhǎng)壽以及降低大規(guī)模部署成本的需求將推動(dòng)行業(yè)制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這也將需要與目前的生態(tài)系統(tǒng)共存。 M2M設(shè)備的壽命將特別要求將來可能在可預(yù)見的將來保持的通信網(wǎng)絡(luò)，并且在短期內(nèi)不會(huì)過時(shí)。單一的無線電接入解決方案需要作為單一的標(biāo)準(zhǔn)化解決方案開發(fā)，該無線電接入解決方案應(yīng)該具有高度適應(yīng)性，但是針對(duì)具有低復(fù)雜性和低功耗利用率的M2M應(yīng)用特別適用于特定的標(biāo)準(zhǔn)化解決方案。對(duì)于蜂窩運(yùn)營(yíng)商來說，非常重要的是也應(yīng)該支持與當(dāng)前通信基礎(chǔ)架構(gòu)的良好共存。

我們觀察到一個(gè)有趣的轉(zhuǎn)變是，如果蜂窩MTC解決方案將符合工業(yè)控制應(yīng)用要求的條件，這將需要網(wǎng)絡(luò)幾乎零中斷，并且還支持幾毫秒的有保證的端到端延遲，而不是幾百毫秒的延遲。與后者相關(guān)的要求的是需要訪問過程進(jìn)行根本轉(zhuǎn)變，以確保適當(dāng)?shù)靥幚頁(yè)砣约按_保核心網(wǎng)絡(luò)不會(huì)由于服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）和分組網(wǎng)關(guān)（P-GW）的特殊的分層設(shè)計(jì)形式而引起額外的延遲。為此，參考文獻(xiàn)（參考：http://www.ctr.kcl.ac.uk/seminars/slides/MASSIMO_CONDOLUCI.pdf）的作者提出了如圖5所示的修正架構(gòu)，它主張使用毫微微小區(qū)，即家庭eNB（HeNB）來降低擁塞，延遲和能量消耗，并以一個(gè)純粹的宏單元部署來進(jìn)行了說明。 HeNB-GW在回程中的強(qiáng)制使用確保不會(huì)在核心網(wǎng)中發(fā)生數(shù)據(jù)和信令擁塞，因?yàn)閿?shù)據(jù)和控制流量可以捆綁和限制。此外，它還提供其他M2M技術(shù)（如低功耗Wi-Fi）的直接接入，而無需經(jīng)由P-GW。

圖5、通過HeNB / HeNB-GW對(duì)超LTE MTC接入3GPP LTE-A核心的增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

使用這個(gè)示例架構(gòu)提供的好處可以歸納如下：

HeNB-GW和MME之間的一個(gè)流控制傳輸協(xié)議（SCTP）關(guān)聯(lián)。在LTE-A中，在交換控制平面業(yè)務(wù)的兩個(gè)實(shí)體之間創(chuàng)建SCTP關(guān)聯(lián)。通過使用HeNB-GW，大量HeNB的存在并不意味著會(huì)發(fā)生MME擁塞。實(shí)際上，只有HeNB-GW向MME而不是每個(gè)單個(gè)HeNB發(fā)送SCTP消息。此外，由于HeNB的接通/斷開而導(dǎo)致的SCTP關(guān)聯(lián)設(shè)施和釋放的數(shù)量被最小化。

服務(wù)網(wǎng)關(guān)的可擴(kuò)展性。與直接HeNB連接相比，HeNB-GW和S-GW之間的GPRS信道協(xié)議（GTP）導(dǎo)致UDP和IP連接的數(shù)量大大降低。以這種方式，HeNB的數(shù)量可能增加，而不增加由S-GW管理的UDP / IP路徑和GTP回顯消息的數(shù)量。

分頁(yè)優(yōu)化。可以在HeNB-GW內(nèi)實(shí)現(xiàn)用于向被管HeNB下行鏈路數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)化尋呼機(jī)制，以減少等待時(shí)間。

未來，3GPP可能會(huì)接受學(xué)術(shù)界和工業(yè)界提出的一些建議來進(jìn)一步優(yōu)化與MTC相關(guān)的協(xié)議。總體而言，市場(chǎng)將在未來幾年展示蜂窩MTC對(duì)最終用戶，即重工業(yè)和汽車行業(yè)等的有效價(jià)值主張。