eMTC，你所不了解的基础

eMTC，全称是 LTE enhanced MTO，是基于LTE演进的物联网技术。为了更加适合物与物之间的通信，也为了更低的成本，对LTE协议进行了裁剪和优化。eMTC基于蜂窝网络进行部署，其用户设备通过支持1．4MHz的射频和基带带宽，可以直接接入现有的LTE网络。eMTC支持上下行最大1Mbps的峰值速率，可以支持丰富、创新的物联应用。

eMTC的基本特性

窄带LTE其中最主要的几个特性。第一，系统复杂性地大幅度降低，复杂程度及成本得到了极大的优化。第二，功耗极度降低，电池续航时间大幅度增强。第三，网络的覆盖能力大大加强。第四，网络覆盖的密度增强。

eMTC具备LPWA基本的四大能力：一是广覆盖，在同样的频段下，eMTC比现有的网络增益15dB，极大地提升了LTE网络的深度覆盖能力；二是具备支撑海量连接的能力，eMTC一个扇区能够支持近10万个连接；三是更低功耗，eMTC终端模块的待机时间可长达10年；四是更低的模块成本，大规模的连接将会带来模组芯片成本的快速下降，eMTC芯片目标成本在1～2美金左右 。

除此之外，eMTC还具有四大优势：一是速率高，eMTC支持上下行最大1Mbps的峰值速率，远远超过GPRS、 ZigBee等物联技术的速率，eMTC更高的速率可以支撑更丰富的物联应用，如低速视频、语音等；二是移动性，eMTC支持连接态的移动性，物联网用户可以无缝切换保障用户体验；三是可定位，基于TDD的eMTC可以利用基站侧的PRS测量，在无须新增GPS芯片的情况下就可进行位置定位，低成本的定位技术更有利于eMTC在物流跟踪、货物跟踪等场景的普及：四是支持语音，eMTC从LTE协议演进而来，可以支持 VOLTE语音，未来可被广泛应用到可穿戴设备中。

原理与关键技术

1、物理层资源结构

eMTC作为LTE一个特性， 基本沿用LTE设计，占原有LTE系统的6个PRB，其中一个RB占12个子载波 （子载波带宽15kHz， 间隔为15kHz） 。时域结构上eMTC帧结构与LTE一致；频域结构上，3GPP将系统带宽划分成若干NB （不重叠的6个PRB） ，eMTC UE的调度受NB限制，不能跨NB调度，不同eMTC UE可以共享一个NB的资源。

2、信号与信道

eMTC不重用LTE的PDCCH、PCFICH和PHICH下行信道， 新增MPDCCH信道， 用于发送eMTC UE的PDSCH和PUSCH信道的调度指示以及公共消息的指示， 比如寻呼、RAR响应、上行ACK反馈。eMTC重用LTE的下行数据信道PDSCH， 支持传输模式为TM1／2／6／9；eMTC重用LTE的下行导频信号RS；重用LTE的物理同步信号PSS／SSS， 其中PSS映射到时隙0和时隙10的最后一个OFDM符号， SSS映射到时隙0和时隙10的倒数第二个OFDM符号，均以5ms为周期重复发送；eMTC重用LTE的物理广播信道PBCH， 新增一套SIB消息， 包括SIB1－BR、SIB2、SIB3、SIB4、SIB5和SIB14共6条，MIB消息新增一个IE用于携带SIB1－BR的调度信息， 在每个系统帧的0＃子帧和9＃子帧发送， 周期为40ms。

eMTC的PRACH和LTE的PRACH分开 （使用相同频率， 时域上区分） ， 可以采用时分， 频分， 码分方式；eMTC的PUCCH和LTE的PUCCH分开， eMTC的PUCCH支持跨子帧跳频， 不支持子帧内跳频；eMTC使用LTE传统的PUSCH信道上传数据资源， 其PUSCH资源受NB限制。

3、资源共享与调度

eMTC作为小区特性， 与LTE共小区部署， 不占用独立小区， 但是需要占用空口的RB资源和基带的处理资源， 为保证MBB业务优先， 系统会预留一定的资源给LTE， 即使LTE没有任何业务， eMTC也不能使用预留。

通过配置参数EmtcDlRbTargetRatio和EmtcUlR bTargetRatio， 可以控制LTE和e MTC资源占用比例， 在LTE和eMTC负载均很高时， 依据两者目标利用率， 动态共享LTE的PRB资源， 如图3－case1；当eMTC负载较高， 而LTE有空闲RB资源时， 这些空闲RB资源可以给eMTC使用， 如图3－case2；因e MTC采用跨子帧调度和重复技术， 会长期占用RB资源， 为了避免LTE控制消息和VoIP等高优先级业务被长期阻塞， 通过DlLteRvsNbNum和UlLteRvsNbNum参数给LTE预留RB资源， 保证LTE业务的需求， 即LTE负载较而eMTC负载较低时， LTE可以占用全部带宽。

4、峰值速率

与LTE下行异步HARQ， 上行同步HARQ不同， eMTC上行下行都是异步HARQ。下行调度， 设MPDCCH重复的最后一个子帧编号n， 则MPDCCH调度的PDSCH起始子帧编号为n＋2；设PDSCH重复的最后子帧编号为n， 则PUCCH 1 Ack／Nack子帧编号为n＋4。上行调度， 设MPDCCH重复的最后一个子帧编号n， 则MPDCCH调度的PUSCH起始子帧编号为n＋4；设PUSCH重复的最后子帧编号为n， 则MPDCCH Ack／Nack子帧编号为n＋4。

在无重复及重传的情况下，以ModeA对eMTC速率进行估算：下行调度周期为10ms， 全双工时可以下行连续MPDCCH和PDSCH调度， 10ms周期内能发送8个下行TB （传输块） ， 每个TB最大1000bits，因此下行峰值速率为8＊1000＊ （1000／10） ＝800kbps；同理下行半双工峰值速率为300kbps；上行行调度周期为8ms， 同理推算出全双工上行峰值速率1000kbps， 半双工上行峰值速率375kbps。

5、功耗

eMTC采用PSM和e DRX技术以节约功耗。PSM是一种新增的比Idle态更省电的省电模式， 由MME通过NAS配置给UE， UE发送完数据后在Idle态停留一段时间后进入深度睡眠态， 不监听任何空口消息， 只在主动发送数据和周期TAU时才退出PSM模式， 如图5 （a） ；eDRX通过延长Idle态或连接态的DRX周期， 减少UE侦听网络的信令处理， UE只在每个e DRX周期只在寻呼窗口内监听PDCCH， 其它时间处于睡眠状态， 从而达到UE节电的目的。

应用场景

eMTC是爱立信提出的无线物联网解决方案。eMTC基于LTE接入技术设计了无线物联网络的软特性，主要面向中低速率、低功耗、大连接、移动性强、具有定位需求的物联网应用场景。

eMTC无线物联网技术可支持语音、移动、定位业务，适合进行速率为100kbit／s～1Mbit／s范围内的中速小包数据或语音业务，模组市场价约10美元每块，典型应用为智能电梯、行车、物流跟踪、穿戴设备等。