低成本MTC室内覆盖增强技术研究

摘要

机器类通信(Machine Type Communications,MTC)是通过蜂窝网络进行数据传输的机器与机器(Machine to Machine,M2M)通信,具有应用类型繁多、终端数量巨大、业务模式多样等特点,广泛应用于智能交通、智能电网、智能家居等领域。这些典型应用场景多为有限封闭空间,如车内、地下室等特殊通信环境,与普通通信环境相比,室内 MTC终端的信号将会附加20dB的穿透损耗,降低MTC通信质量,缩小MTC覆盖范围。3GPP LTE(the Long Term Evolution of the3rd Generation Partnership Project)无线通信网络具有频谱效率高、可靠性强、覆盖范围广等特点,作为 MTC的重要承载网,其功率控制技术尽管能实现非室内环境MTC终端的功率控制与补偿,但无法满足室内MTC终端额外的20dB衰减。直接应用人与人(Human to Human,H2H)通信功率补偿技术,如增大带宽、增加最大发送功率、上行 MIMO技术、改进编码等,虽可部分补偿室内 MTC衰减,但增加了终端设计成本,与MTC低成本低功耗属性相违背。
　　为保证室内MTC终端的有效覆盖,本文首先提出了适用于任何衰落环境的室内MTC终端判别机制,可以有效的判别出室内MTC终端,且有较强的稳定性和自适应性;接着,设计了MTC专属功率补偿机制,部分补偿室内MTC终端额外衰减。相关工作可以为室内MTC终端覆盖增强的优化设计提供参考。
　　论文的主要研究内容和创新点如下:
　　①提出室内 MTC终端辨别机制。该机制主要通过空间和时间维度两方面进行判别。其中,空间维度算法利用二值分类方法,以路径损耗最优判别门限区分两类终端。同时,终端在时间维度上多周期判定其应用环境,并动态调整最优判别门限。数值仿真表明:瑞利衰落环境下,当额外衰减达到20dB或更高时,判别差错概率受室内MTC终端比例影响较小,大约在3％左右。该判别机制可有效识别出室内MTC终端,同时可避免对所有终端都进行功率补偿造成的资源浪费。
　　②设计了一种室内MTC专属功率补偿技术。当室内MTC终端发送功率小于最大发送功率时,根据重传次数新增发送功率项;否则,采用TTI(Transmission Time Interval)Bundling时间分集技术,为室内MTC终端分配连续的TTI,发送不同冗余版本数据,接收端将数据合并后译码,提高了数据传输的准确度。数值仿真表明:MTC专属功率补偿技术,可带来1-5dB的增益,部分补偿了室内MTC终端额外衰减,提升了室内MTC覆盖范围。