CN106465447A - 用于机器类型通信的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于操作机器类型设备(MTD)的方法，包括：确定机器类型设备(MTD)的通信需求；以及根据所确定的通信需求来为所述MTD分配从多个信号波形中选择的第一信号波形，其中，每个信号波形具有相关联的特征信号带宽。

Description

用于机器类型通信的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年3月27日提交的题为“System and Method for Machine-Type Communications(用于机器类型通信的系统和方法)”的第14228187号美国专利申请的优先权权益，通过引用，该美国专利申请的内容合并至本文中。
技术领域
本公开内容总体上涉及数字通信，并且更特别地涉及用于机器类型通信(machine-type communication，MTC)的系统和方法。
背景技术
一般而言，机器对机器(machine-to-machine，M2M)通信是指在无需人为干预的情况下彼此之间进行通信或者与连接的服务进行通信的大量机器类型设备之间的连通性。在通常也被称为机器类型通信(MTC)的M2M通信中，机器(设备)之间可以直接相互通信或者可以使用公共网络，例如因特网。
M2M市场正在迅速增长并且一些预测估计在未来十年将会部署数十亿个机器类型设备。这些机器类型设备的应用包括智能仪表、智能电网、监控、安全、车辆对车辆通信、智能交通系统(ITS)、电子健康、工业互联网、云计算等。
MTC面临的一些挑战包括：
1)海量连接。连接的MTC设备的数量正在增长。预计部署的MTC设备的数量在十年内将会增加至少一个数量级。这些设备中的许多设备将会依赖于至无线网络的连接，这可能会压垮当前基于长期演进(LTE)的无线网络；
2)用于支持远程传感器的高覆盖。据估计，支持大量MTC设备的网络的链路预算将需要比GSM 900/UMTS 900/LTE 800高15dB至20dB；
3)硬件成本。由于大量的仪表和传感器，每设备的成本必须很低以使实现成功的商业部署。据预计，每设备的成本将需要在一美元到两美元的范围内以实现大规模商业使用；
4)功耗。预计许多仪表和传感器要由电池来供电并且一些仪表和传感器可能仅间歇性接入其他电源。由于成本限制和电力限制，预计MTC设备可能要求单个电池的备用时间达数年；以及
5)异步传输模式。当前部署的无线网络通常依赖于与基站同步以使传输与定义的时间窗同步的设备。这以具有有限电力供给的低成本设备来实现可能是难以承担的。还期望由同步传输需要所引起的信令开销减少。
因此，需要用于支持具有大量机器类型设备的MTC同时应对上述挑战的系统和方法。
发明内容
本公开内容的示例实施方式提供用于机器类型通信(MTC)的系统和方法。
根据本公开内容的一种示例实施方式，提供了一种用于操作通信控制器的方法。所述方法包括：由通信控制器确定机器类型设备(machine-type device，MTD)的通信需求；由通信控制器根据所确定的通信需求来为MTD分配从多个信号波形中选择的第一信号波形，其中，每个信号波形具有相关联的特征信号带宽。所述方法还包括由通信控制器向MTD发送关于第一信号波形的信息。
根据本公开内容的另一示例实施方式，提供了一种用于操作机类型设备(MTD)的方法。所述方法包括：由MTD从通信控制器接收信号波形的传输特性，其中，所述信号波形具有相关联的特征信号带宽，并且其中，所述传输特性包括下述中至少之一：与MTD相关联的带宽和针对传输所使用的调制与编码策略(modulation and coding scheme，MCS)的级别；以及由MTD生成包含要发送的数据的包。所述方法还包括由MTD根据所述传输特性来将所述包发送至通信控制器，其中，所述包是使用所述信号波形来传输的。
根据本公开内容的示例实施方式，提供了一种通信控制器。所述通信控制器包括处理器和在操作上耦接至所述处理器的发送器。处理器确定机器类型设备(MTD)的通信需求并且根据MTD的通信需求来为MTD分配来自多个信号波形中的第一信号波形，其中，每个信号波形具有相关联的特征信号带宽。发送器向MTD发送关于第一信号波形的信息。
根据本公开内容的示例实施方式，提供了一种机器类型设备(MTD)。所述MTD包括接收器、在操作上耦接至所述接收器的处理器以及在操作上耦接至所述处理器的发送器。接收器从通信控制器接收信号波形的传输特性，其中，所述信号波形具有相关联的特征信号带宽，并且其中，所述传输特性包括下述中至少之一：与MTD相关联的带宽和针对传输所使用的调制与编码策略(MCS)的级别。处理器生成包含要发送的数据的包。发送器根据所述传输特性来将所述包发送至通信控制器，其中，所述包是使用所述信号波形来传输的。
实施方式的一个优点是，在支持大量机器类型设备的同时又保持了低硬件成本和低电力需求。
实施方式的另一优点是，通过使通信以低信号功率水平发生来支持大的覆盖区域。
附图说明
为了更透彻地理解本公开内容及其优点，现在将参照下文结合附图进行的描述，在附图中：
图1a示出了根据本文所描述的示例实施方式的第一示例通信系统的一部分；
图1b示出了根据本文所描述的示例实施方式的突出MTD和MTC的第二示例通信系统的一部分；
图1c示出了根据本文所描述的示例实施方式的突出具有MTD和MTC的覆盖范围的第三示例通信系统的一部分；
图2示出了根据本文描述的示例实施方式的由多个MTD进行的示例传输的图示；
图3示出了根据本文所描述的示例实施方式的在eNB参与MTC时在eNB中发生的示例操作的流程图；
图4示出了根据本文所描述的示例实施方式的在3GPP LTE通信系统中的示例通信资源的图；
图5示出了根据本文所描述的示例实施方式的在MTD参与MTC时在MTD中发生的示例操作的流程图；
图6示出了根据本文所描述的示例实施方式的支持针对MTD的可调带宽的通信系统的图；
图7示出了根据本文所描述的示例实施方式的在eNB调整MTD的信道的信道特性时在eNB中发生的示例操作的流程图；
图8示出了根据本文所描述的示例实施方式的示例第一通信设备；以及
图9示出了根据本文所描述的示例实施方式的示例第二通信设备。
具体实施方式
下面详细讨论当前示例实施方式的操作及其结构。然而，应当理解的是，本公开内容提供了可以在各种特定背景下实施的许多适用的发明构思。所讨论的特定实施方式仅仅说明本公开内容的特定结构和操作本公开内容的方法，并不限制本公开内容的范围。
本公开内容的一种实施方式涉及机器类型通信(MTC)。例如，通信控制器确定机器类型设备(MTD)的通信需求，并且根据MTD的通信需求来为所述MTD分配从多个信号波形中选择的第一信号波形，其中，每个信号波形具有相关联的特征信号带宽。通信控制器还向MTD发送关于第一信号波形的信息，并且从MTD接收包，其中，所述包是使用所述第一信号波形传输的。
将针对特定背景下的示例实施方式——即支持机器类型设备的MTC的通信系统——来描述本公开内容。本公开内容可应用于：标准兼容通信系统，例如符合第三代合作伙伴计划(3GPP)、IEEE 802.11等的那些标准兼容通信系统；技术标准；以及支持机器类型设备的MTC的非标准兼容通信系统。
图1a示出了第一示例通信系统100的一部分。通信系统100可以包括作为通信控制器工作的演进型NodeB(eNB)105。通信系统100还可以包括用户设备(UE)例如UE 110和UE112以及机器类型设备(MTD)例如MTD 114和MTD 116。一般而言，eNB也可以被称为通信控制器、NodeB、基站、控制器等。类似地，UE也可以被称为移动台、移动设备、终端、用户、订阅者等。通信系统100还可以包括中继节点(RN)118，该RN 118能够利用eNB 105的一部分资源来帮助提高通信系统100的覆盖和/或整体性能。
尽管理解通信系统可以采用能够与若干设备通信的多个eNB，但为了简单起见，仅示出一个eNB、一个RN以及若干UE和MTD。
MTD和MTC的一个常见应用涉及将MTD用作通过与eNB的MTC来偶尔和/或定期向中央实体报告消息的传感器。这样的应用的示例可以包括电子健康监视器、智能仪表、安全系统监视器、火灾监视器、天气监视器、家庭自动化监视器、车辆监视器等。在这样的应用中，由于MTD的报告的大小通常在几十或几百字节的数量级上并且通常很少发生，所以MTD通常具有非常低的数据带宽需求。尽管个体MTD具有低的通信需求，但是它们通常以非常大的数量来部署。因此，总的通信需求可能会很大并且难以有效地处理。
图1b示出了突出MTD和MTC的第二示例通信系统150的一部分。通信系统150包括为UE和MTD二者服务的eNB 155。如先前所讨论的，当与UE相比时，个体MTD可能具有低的通信需求。然而，当存在大量MTD时，它们集体的通信需求可能非常大并且难以以有效的方式来处理。如图1b所示，eNB 155正在服务作为智能车辆系统的一部分的MTD 160、作为智能仪表的MTD 162、作为电子健康系统的一部分的MTD 164、以及UE 166。要指出的是，通信系统150可以包括其它UE和MTD，但仅示出有限数量以简化讨论。
取决于在UE 166上执行的应用，eNB 155与UE 166之间的通信可以是交互的，并且涉及大量的上行(从UE 166到eNB 155的通信)传输和下行(从eNB 155到UE 166的通信)传输。作为说明性示例，如果UE 166正在流式传输视频并且不断地提供社交媒体更新，则在一小段时间内eNB 155与UE 166之间可以交换数百兆字节的信息。
然而，eNB 155与其正在服务的MTD之间的MTC可能涉及少得多的数据量。作为说明性示例，MTD 162可以每隔几秒、每隔几十秒或每隔几分钟向eNB 155发送一次电力使用信息(eNB 155将该信息转发至与MTD 162相关联的服务器)。此外，电力使用信息的大小可能仅几个字节。类似地，MTD 164可以仅在其检测到其正在监视的患者的健康信息中的异常时才向eNB 155发送健康信息。因此，大部分时间内，MTD 164可能甚至不需要发送任何信息。然而，可能会存在大量的MTD，因此，总的MTC需求可能会很大并且难以有效地处理。
图1c示出了突出具有MTD和MTC的覆盖范围的第三示例通信系统175的一部分。通信系统175包括服务第一MTD 185和第二MTD 187的eNB 180。第一MTD 185相对靠近eNB 180工作，而第二MTD 187远离eNB 180工作。由于第二MTD 187被定位得远离eNB 180(与第一MTD 185相比)，所以需要扩展的覆盖(或类似地，扩展的范围)来提供对第二MTD 187的覆盖。
在蜂窝通信系统例如3GPP长期演进(LTE)兼容通信中，在定时(timing)方面调整来自各种UE的上行传输以帮助确保所述传输在基本上同一时间到达eNB。严格的同步操作需求起因于在正交频分复用(OFDM)中使用的矩形脉冲，该矩形脉冲在频域中存在大的旁瓣。因此，利用OFDM的通信系统需要在时域和频域同步以保持不同子载波之间的正交性。
然而，对于在持久的时间量内可能不活动的MTD，保持同步可能是困难的并且可能需要大量的额外复杂性。此外，MTC业务通常以短包发生，并且与同步相关联的信令开销相对于小的数据量而言可能会很大。因此，异步操作是期望的特征。
图2示出了由多个MTD进行的示例传输的图示200。由多个MTD进行的传输例如由MTD 1进行的传输205、由MTD 2进行的传输210、由MTD 3进行的传输215以异步方式进行。即使存在以同步方式进行传输的意图，但诸如传播延迟、时钟漂移等因素可能会导致传输在不同的时间发生。为了保持同步，可能需要采用精细协调技术。作为示例，MTD可能需要检测由eNB进行的定期同步广播以使它们的时钟重新同步。MTD还可以接收可用于调整它们的时钟以帮助确保传输同步达到eNB的定时调整信息。然而，检测定期同步广播(并且潜在地定时调整信息)意味着MTD必须醒着以接收同步广播。强制MTD定期醒来以检测定期同步广播可能会显著增加MTD的功耗。由于许多MTD是电池供电的，增加它们的功耗会大大降低MTD的电池寿命。要指出的是，可以基于接收到的下行传输例如接收到的信标来实现开环同步技术，以提供同步的措施。然而，开环同步通常不采用定时调整信息。
根据示例实施方式，为了支持可用通信资源(例如，时间资源、频率资源或时频资源)的共享，使用窄带通信。一般而言，窄带通信使用不超过或不显著超过信道的相干带宽的信道(或频带)(信道可以被视为平坦的频率范围)。来自单个MTD的传输占据不与其他窄带信道重叠的单个窄带信道。可以使用多址技术例如频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、载波侦听多路访问(CSMA)、具有冲突检测的CSMA(CSMA/CD)等来允许一个以上的MTD共享通信资源并且增加所支持的MTD的数量。此外，使用单载波。可以使用偏移正交幅度调制(Offset Quadrature Amplitude Modulation，OQAM)来调制被传输的信息。尽管讨论集中于使用OQAM，然而可以使用其他调制技术，例如正交相移键控(QPSK)、MSK(最小频移键控)、正交幅度调制(QAM)等。
使用单载波调制可以比多载波波形提供更低的峰均功率比(PAPR)和/或复杂性。此外，偏移调制例如OQPSK对于非线性功率放大器而言更高效，这归因于OQPSK的90度相移而不是常规QPSK的180度相移。因此，支持MTC的硬件可能是更能量高效的，从而提供低功率和低成本实现。
根据示例实施方式，使用频率集中化脉冲成形滤波器(frequency localizedpulse shaping filter)来使带外发射最小化。使MTD的带外发射最小化可以使多个MTD能够在不引起对彼此的干扰的情况下进行异步传输。频率集中化脉冲成形滤波器的示例是根升余弦滤波器例如RRC脉冲。尽管讨论集中于使用RRC脉冲作为频率集中化脉冲成形滤波器，但可以使用其他滤波器，例如各向同性正交变换算法(IOTA)滤波器。另外，在MTD的各传输之间使用保护音调以使得实现由于脉冲的低带外发射而获得无干扰异步传输，该保护音调通过将来自不同MTD的波形在频域中分开来保证它们的正交性。保护音调可以是针对OFDM和/或OQAM的。
根据一个示例实施方式，在MTC通信系统中可以使用广义频分复用(GFDM)或单载波GFDM的信号波形。在这样的情形下，GFDM可以对每个子载波使用频率集中化脉冲成形。因此，与OFDM相比，GFDM可以具有低带外发射的优点。与GFDM相比，GFDM还可以具有减少的循环前缀(CP)。此外，作为具有仅单个子载波的GFDM的版本的单载波GFDM(SC-GFDM)具有非常低的峰均功率比(PAPR)。因此，SC-GFDM可以是供在MTC通信系统中使用的好的候选。
根据示例实施方式，为了实现用于低的信号加干扰与噪声比(SINR)MTD的扩展覆盖和增强覆盖，使用具有长信令脉冲的超窄带传输来代替重复。另外，传输脉冲带宽可以是可调整的，以满足MTD需要和/或通信系统条件。对传输带宽的调整可以使在需要和/或可能时实现能量消耗节省。
通常，在功率受限的情形下，较窄的带宽可以使MTD能够将传输功率集中在窄的频谱中，从而提高传输功率谱密度。在时域中，较长的脉冲意味着每符号的能量可以在较长的时段上累积，因此提高了信噪比(SNR)。使用窄带宽信号的优点可以使用简单的容量公式来示出。在功率受限的情形下，用于单个MTD i的容量C可以被表示为：
其中，Wi是分配给MTD i的带宽。假设MTD的传输功率固定在其最大值处，则被表示为：
其中，Pt是传输功率，PL是路径损耗，以及N0是噪声功率谱密度。要指出的是，与所分配的带宽成反比。
当SNR为低时，容量可表示成：
因此，增加信道的带宽不会获得额外的吞吐量。然而，减小带宽会因为具有更多的可用信道而使更多的MTD能够进行发送。因此，对于低SINR MTD，使用窄带信道是提高覆盖同时使尽可能多的MTD能够尽可能地通信的有效技术。
此外，使用长信令脉冲可以使针对同步误差的复原力提高。即使在开环同步的情况下，由于连续MTD之间在时间上的重叠而引起的性能劣化也是可忽略的。
图3示出了在eNB参与MTC时eNB中发生的示例操作300的流程图。操作300可以指示在eNB例如eNB 105、eNB 155和eNB180参与与MTD的MTC时在eNB中发生的操作。
操作300可以以eNB确定多个信号波形(框305)开始。所述多个信号波形可以包括具有可能不同带宽的单载波波形、多载波波形、单载波窄带波形、单载波超窄带波形等。一些类型的波形可以具有多个不同带宽，而其他类型可以具有单个带宽。所述多个信号波形中的信号波形的具体配置可以取决于实施、通信系统能力、所支持的MCS级别等。
eNB可以接收MTD的通信需求(框307)。作为一个示例，eNB可以在与MTD执行的初始附接过程期间接收MTD的通信需求。作为另一示例，eNB可以在与MTD执行的切换过程期间接收MTD的通信需求。作为又一示例，eNB可以在MTD更新和改变其通信需求时接收MTD的通信需求。作为说明性示例，MTD的通信需求可以包括指定MTD的通信需求的参数，例如来自MTD的传输的频率或周期、每传输所传输的信息量、MTD的带宽需求、MTD和/或通信的优先级、覆盖需求、通信系统负载、MTD几何结构、MTD功耗等。
eNB可以为MTD分配来自所述多个信号波形中的信号波形(框309)。信号波形的分配可以根据MTD的通信需求。根据一个示例实施方式，可以为MTD分配多个信号波形。作为说明性示例，如果MTD具有不同的通信需求，则可以为MTD分配一个以上的信号波形以满足不同的通信需求。eNB可以确定针对MTD的传输特性例如带宽和/或MCS级别并且将该传输特性发送至MTD(框311)。可以根据分配给MTD的信号波形来确定传输特性(例如，带宽和/或MCS级别)。作为一个示例，具有高带宽需求的MTD可以被分配具有宽带宽的信号波形。此外，eNB可以分配具有根据所分配的带宽而设置的MCS级别的信号波形。作为说明性示例，如果MTD是每隔10秒可以发送一次1千位数据的传感器，则eNB可以为该MTD分配100千赫兹宽的信道，使得该MTD可以在大约0.01秒内发送其1千位数据。替选地，eNB可以根据诸如MTD类型、MTD优先级、通信系统负载等的因素来分配信号波形。作为说明性示例，eNB可以具有多个信号波形，其中每个信号波形被预先选择用于不同的MTD类型(或MTD优先级、信道质量、数据负载等)。eNB可以简单地根据MTD类型(或MTD优先级、信道质量、数据负载等)和总的通信系统负载来选择多个信号波形中的信号波形并且将该信号波形的指示符发送至MTD。
eNB可以根据通信需求来为MTD分配通信资源(框313)。作为说明性示例，eNB可以分配与MTD的通信需求和/或MTD的通信特性相称的时频资源。在eNB分配通信资源时，eNB还可能会考虑由eNB服务的其他MTD的通信需求以及其他因素例如通信系统负载、通信系统条件等。资源的分配可以是持久性分配或半持久性分配以满足MTD的正在进行的通信需求。作为说明性示例，eNB可以基于由MTD所指定的传输频率或传输周期来以定期的方式分配时频资源。图4示出了3GPP LTE通信系统中的示例通信资源400的图。通信资源400可以包括用于上行传输的资源和用于下行传输的资源。通信资源中的一些可以被分配用于MTC，而通信资源的剩余部分被分配用于3GPP LTE通信。eNB可以为MTD分配网络资源中的一个或更多个。
现在再参照图3，eNB可以向MTD发送资源分配信息(框315)。资源分配信息可以指定MTD在哪里以及何时可以找到所分配的通信资源。作为说明性示例，资源分配信息可以包括时间、频率、帧编号等，使得MTD知道在哪里以及何时进行发送。可以在附接过程、切换过程、对MTD的广播等期间向MTD发送资源分配信息。eNB可以根据资源分配信息来接收来自MTD的传输(框317)。该传输可以使用信号波形进行传输。
图5示出了在MTD参与MTC时在MTD中发生的示例操作500的流程图。操作500可以指示在MTD参与MTC时在MTD例如MTD 114、MTD 116、MTD 160、MTD 162、MTD 164、MTD 185和MTD187中发生的操作。
操作500可以以MTD从eNB接收传输特性开始(框502)。传输特性例如带宽分配和/或MCS可以向MTD通知关于要由MTD使用的信号波形以及针对传输要使用的MCS级别的信息。可以在初始附接过程、切换过程等期间接收传输特性。替选地，可以在eNB调整信号波形的带宽和/或MCS级别以满足变化的通信系统负载之后接收传输特性。根据一个示例实施方式，如果为MTD分配了多个信号波形，则MTD可以接收到关于多个信号波形的信息。
MTD可以从eNB接收资源分配信息。资源分配信息可以指定MTD在哪里以及何时可以找到所分配的通信资源。作为说明性示例，资源分配信息可以包括时间、频率、帧编号等，使得MTD知道在哪里以及何时进行发送。资源分配信息可以是由eNB响应于MTD的通信需求而生成的，所述通信需求可能是由MTD提供的。替选地，MTD的通信需求可以是与MTD类型、优先级等相关联的若干默认通信需求中之一。
MTD可以在附接过程期间、在切换过程期间、在对MTD的广播或发送时等接收资源分配信息。MTD可以执行检查以确定MTD是否有数据(信息)要发送(框510)。如果MTD有数据要发送，则MTD可以生成包含所述数据的包(框515)。包的生成可以包括：将数据放置在包的净荷中；添加头部和/或脚注以及控制信息；进行编码以提供差错检测和/或校正等。MTD可以根据资源分配信息来发送所生成的包(框520)。发送所生成的包可以包括下述操作，例如数模转换、利用频率集中化脉冲成形滤波器如RRC脉冲进行滤波、使用OQAM进行调制、信号放大等。包的发送可以利用信号波形。
根据示例实施方式，可以改变(调整)分配给MTD的带宽以满足MTD的通信需求和/或通信系统条件。如先前所讨论的，如果使所支持的MTD的数量最大化是目标，则当MTD在功率上受限时，窄的带宽通常是有利的，这是因为它提高了总传输功率或功率谱密度，从而使能够支持更多的MTD。然而，针对所有MTD使用窄的带宽限制了功率不受限的MTD或具有良好信道条件(即，良好信道SINR)的MTD的性能。另外，由于与使用宽的带宽信道相比在使用窄的带宽信道时MTD花费更长的时间进行传输，所以MTD的功耗通常增加。此外，在使用固定大小的防护频带的通信系统中，固定大小的防护频带与窄的带宽信道结合使用(特别是在防护频带比窄的带宽信道宽的情况下)时比与宽的带宽一起使用时消耗更大的开销。此外，对吞吐量(信道的带宽)的限制可能会阻止对需要不同数据速率的各种各样的MTD的支持。另外，由于许多传感器是电池供电的并且电池寿命是设计MTD系统时的重要考虑因素，所以在MTC应用中能耗通常是很重要的。
当通信系统欠载时，可以将具有较大带宽的信号波形分配给MTD以提高能量效率，而当通信系统过载时，可以使用具有窄的带宽的信号波形以支持尽可能多的MTD。因此，带宽调整技术可能会考虑MTD的长期信道特性例如SINR以及通信系统的负载二者。另外，与靠近的MTD相比，由于针对相同数据负载会具有增大的传输时间，远方的MTD更可能使电池用尽，所以远方的MTD的能量效率可能比靠近的MTD的能量效率更重要。图6示出了支持针对MTD的可调带宽的通信系统600的图。通信系统600包括与多个MTD通信的eNB 605。eNB 605与MTD之间的距离不同，因此，MTD的信道条件也可能会不同。作为说明性示例，MTD 610非常靠近eNB 605并且具有高SINR信道，MTD 612相对靠近eNB 605并且具有中等SINR信道，而MTD 614远离eNB 605并且具有低SINR信道。
如先前所讨论的，eNB 605能够根据MTD的信道条件以及通信系统600的负载来调整用于MTC的带宽。为了说明性目的，考虑通信系统600的负载很轻并且允许调整带宽的情形。然后，具有高SINR信道的MTD 610可以使其带宽显著增加(如脉冲611所示)，以及具有中等SINR信道的MTD 612可以使其带宽增加(如脉冲613所示)但不至于到脉冲611的程度。然而，具有低SINR信道的MTD 614未使其带宽增加(如脉冲615所示)。MTD 614可能需要依赖于具有窄带宽和长脉冲信令的信号波形来从eNB 605获得扩展的覆盖。
图7示出了在eNB调整MTD的传输特性时在eNB中发生的示例操作700的流程图。操作700可以指示在eNB调整MTD的信道的传输特性时在eNB例如eNB 105、eNB 155和eNB 180中发生的操作。
操作700可以以通信系统的初始化(框705)开始。根据一个示例实施方式，初始化可以包括对可能的传输特性例如可能的调制与编码策略(MCS)级别以及带宽选择的限定。可以通过限定具有多种MCS级别和带宽选择的多个信号波形来实现初始化。作为说明性示例，最低MCS级别可以是具有1/3的编码率的OQPSK调制，而最高MCS级别可能会取决于能量效率的重要性，最高MCS级别的示例是具有3/4的编码率的16-QAM。类似地，可以考虑频率偏移的无线电频率限制来设置最小带宽。MCS级别和/或带宽选择的数量可以被确定为开销(例如，信号改变所需的信令开销、报告信道条件所需的信令开销、调整带宽所需的计算开销、确定通信系统的负载状况所需的计算开销等)与性能之间的权衡。
eNB可以执行检查以确定通信系统是否过载(框710)。如果通信系统——特别是eNB以及其相邻eNB中的可能一些eNB——未过载，则eNB可以增加其MTD中的至少一些MTD的带宽(框715)。一般而言，eNB可以通过选择具有期望带宽和/或MCS级别的信号波形来增加带宽。在欠载的情形下，MTD具有高能量效率并且同时节省电池电力可能是很重要的。eNB可以为MTD分配在不需要重复的情况下的最低MCS级别处的最大支持带宽。如果MTD可以支持具有最大带宽的较高MCS级别，则可以使用该MCS级别。在增加带宽的同时，如果有需要，eNB可以降低MCS级别。eNB例如可以从具有最低吞吐量的MTD开始检查其所有的MTD，并且增加可从带宽增加中受益的MTD的带宽。作为一个示例，如果具有最低吞吐量的MTD具有非常低的SINR，则MTD可能不是用于带宽增加的好的候选。然而，具有中等或较好SINR的MTD可能是用于带宽增加的好的候选。根据示例实施方式，根据性能因素来选择对MTD的带宽增加。性能因素的示例包括MTD的数据传输需求(例如，如果MTD具有非常低的数据传输需求，增加MTD的带宽可能不是有利的)、MTD的信道条件、通信系统的可用容量、适合带宽增加的MTD的数量等。
如果eNB对其MTD中的任何MTD的带宽(和/或MCS级别)做出改变，则eNB可以向MTD通知该改变(框720)。eNB可以广播关于该改变的信息或者eNB可以将该信息单独发送至受影响的MTD。
如果通信系统——特别是eNB以及其相邻eNB中的可能一些eNB——过载，则eNB可以提高其MTD中的至少一些MTD的MCS级别(框725)。一般而言，eNB可以通过选择具有期望MCS级别和/或带宽的信号波形来提高MCS级别。在过载的情形下，eNB可以使MTD的数量最大化。因此，频谱效率可能更重要，并且eNB可以使用最小带宽并且仅在MTD可以支持具有较大信号脉冲带宽的较高MCS级别的情况下才增加带宽。在提高MCS级别的同时，如果需要，eNB可以减小带宽。eNB例如可以从具有最高吞吐量的MTD开始检查其所有的MTD，并且提高可从MCS提高中受益的MTD的MCS级别。如果eNB对其MTD中的任何MTD的MCS级别(和/或带宽)做出改变，则eNB可以向MTD通知该改变(框720)。eNB可以广播关于该改变的信息或者eNB可以将该信息单独发送至受影响的MTD。
要指出的是，在通信系统既不过载也不欠载的中等负载的情形下，对带宽和/或MCS级别的选择可能会使通信系统进入过载或欠载。在这样的情形下，eNB可以假定通信系统处于欠载状况来设置MTD以帮助保存MTD的电池电力。然后，eNB可以逐渐提高MTD的MCS级别并且同时(在需要时)减小带宽以支持较高的MCS级别。在中等负载情形下做出的决定是首先应当提高哪个MTD的MCS级别。换言之，如何保证针对MTD的公平性。作为一个示例，可以使距eNB较远的MTD优先，这是因为由于在低带宽条件下的操作使它们的电池倾向于更快地耗尽。在这样的情形下，MTD吞吐量可以被用作决定因素。作为说明性示例，可以选择具有最高吞吐量的MTD，并且可以增加其MCS级别并且(在必要时)可以减小其带宽。
图8示出了示例第一通信设备800。通信设备800可以是通信控制器如eNB、基站、NodeB、控制器等的实现。通信设备800可以用于实现本文所讨论的实施方式中的各个实施方式。如图8所示，发送器805被配置成发送包、资源分配信息等。通信设备800还包括被配置成接收包、通信需求等的接收器810。
需求处理单元820被配置成处理来自MTD的通信需求。通信需求可以指定参数，例如覆盖需求、通信系统负载、MTD几何结构、MTD功耗、来自MTD的传输的频率或周期、每传输所传输的信息量、通信的优先级等。分配单元822被配置成根据MTD的通信需求来为MTD分配信号波形。分配单元822被配置成从多个信号波形中选择所述信号波形。资源分配单元824被配置成根据通信需求来分配用于MTD的通信资源。资源分配单元824被配置成考虑来自通信设备800所服务的MTD的通信需求、包括通信设备800的通信系统的条件等。调整单元826被配置成调整MTD的传输参数，例如带宽和/或MCS级别。调整单元826被配置成在其调整带宽和/或MCS级别时考虑通信系统负载以及信道条件(例如，SINR、SNR等)。调整单元826被配置成生成向MTD通知有关其带宽和/或MCS级别的任何调整的信令。存储器830被配置成存储传输参数、通信需求、资源分配、资源分配信息、信道参数、带宽分配、MCS级别分配、信道条件、通信系统负载等。
通信设备800的元件可以被实现为具体的硬件逻辑块。在替选方案中，通信设备800的元件可以被实现为在处理器、控制器、专用集成电路等中执行的软件。在又一替选方案中，通信设备800的元件可以被实现为软件和/或硬件的组合。
作为一个示例，接收器810和发送器805可以被实现为具体的硬件块，而需求处理单元820、分配单元822、资源分配单元824和调整单元826可以是在微处理器(例如处理器815)或者现场可编程逻辑阵列的定制电路或定制编译逻辑阵列中执行的软件模块。需求处理单元820、分配单元822、资源分配单元824和调整单元826可以是存储在存储器830中的模块。
图9示出了示例第二通信设备900。通信设备900可以是MTD等的实现。通信设备900可以用于实现本文讨论的实施方式中的各个实施方式。如图9所示，发送器905被配置成发送包、通信需求等。通信设备900还包括被配置成接收包、资源分配信息等的接收器910。
需求处理单元920被配置成生成通信设备900的通信需求。通信需求可以指定参数，例如来自MTD的传输的频率或周期、每传输所传输的信息量、通信的优先级等。需求处理单元920被配置成生成用于传输通信需求的消息。分配处理单元922被配置成处理由通信设备900接收到的资源分配信息以确定用于通信设备900的传输时机。分配处理单元922被配置成处理信号波形的传输特性。包处理单元924被配置成处理由通信设备900接收到的包。包处理单元924被配置成处理包含带宽调整和/或MCS级别调整的包。存储器930被配置成存储通信需求、资源分配、资源分配信息、带宽分配、MCS级别分配、信道条件、通信系统负载、信道参数等。
通信设备900的元件可以被实现为具体的硬件逻辑块。在替选方案中，通信设备900的元件可以被实现为在处理器、控制器、专用集成电路等中执行的软件。在又一替选方案中，通信设备900的元件可以被实现为软件和/或硬件的组合。
作为一个示例，接收器910和发送器905可以被实现为具体的硬件块，而需求处理单元920、分配处理单元922和包处理单元924可以是在微处理器(例如处理器915)或者现场可编程逻辑阵列的定制电路或定制编译逻辑阵列中执行的软件模块。需求处理单元920、分配处理单元922和包处理单元924可以是存储在存储器930中的模块。
尽管已经详细描述了本公开内容及其优点，但应当理解的是，在不脱离由所附权利要求书限定的本公开内容的精神和范围的情况下可以在本文中做出各种修改、替换和更改。

Claims (31)

1.一种用于操作通信控制器的方法，所述方法包括：
由所述通信控制器确定机器类型设备MTD的通信需求；
由所述通信控制器根据所确定的通信需求来为所述MTD分配从多个信号波形中选择的第一信号波形，其中，每个信号波形具有相关联的特征信号带宽；以及
由所述通信控制器向所述MTD发送关于所述第一信号波形的信息。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括由所述通信控制器从所述MTD接收包，其中，所述包是使用所述第一信号波形传输的。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括接收所述多个信号波形。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括从远程数据库中检索所述多个信号波形。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述关于所述第一信号波形的信息包括用于传输所述第一信号波形的通信信道的传输特性。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述传输特性包括下述中至少之一：与所述MTD相关联的带宽和针对传输所使用的调制与编码策略MCS的级别。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：
根据所述通信信道的信道条件和所述通信控制器的系统负载两者中至少之一来更改所述通信信道的传输特性；
根据更改后的传输特性来为所述MTD分配从所述多个信号波形中选择的第二信号波形；以及
向所述MTD发送关于所述第二信号波形的信息。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，更改所述传输特性包括：
响应于确定所述通信控制器的系统负载为过载来提高所述MCS的级别；以及
响应于确定所述通信控制器的系统负载为欠载来增加与所述MTD相关联的带宽。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，提高所述MCS的级别还包括减小与所述MTD相关联的带宽。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，增加与所述MTD相关联的带宽还包括降低所述MCS的级别。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述通信需求包括下述中至少之一：覆盖需求；通信系统负载；MTD几何结构；MTD功耗；由MTD进行的传输的频率；MTD的带宽需求；MTD要发送的数据的量；MTD的优先级；以及由MTD进行的传输的优先级。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个信号波形包括下述中至少之一：单载波波形、单载波窄带波形、单载波超窄带波形和多载波波形。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，分配所述第一信号波形包括为MTD分配超窄带单载波波形，其中，所述超窄带单载波波形的信号带宽足够窄，足以使得所述通信控制器不需要重复编码来向所述MTD提供增强的覆盖。
14.根据权利要求1所述的方法，还包括根据所确定的通信需求来为所述MTD分配从所述多个信号波形中选择的第三信号波形。
15.一种用于操作机器类型设备MTD的方法，所述方法包括：
由所述MTD从通信控制器接收信号波形的传输特性，其中，所述信号波形具有相关联的特征信号带宽，并且其中，所述传输特性包括下述中至少之一：与所述MTD相关联的带宽和针对传输所使用的调制与编码策略MCS的级别；
由所述MTD生成包含要发送的数据的包；以及
由所述MTD根据所述传输特性来将所述包发送至所述通信控制器，其中，所述包是使用所述信号波形来传输的。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，发送所述包包括利用偏移正交幅度调制来调制所述包。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，发送所述包包括利用频率集中化脉冲成形滤波器来对经调制的包进行滤波。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，用于传输所述包的所述信号波形是下述中之一：广义频分复用GFDM和单载波GFDM。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，用于传输所述包的所述信号波形是超窄带单载波波形，其中，所述超窄带单载波波形的特征信号带宽足够窄，足以使得所述通信控制器不需要重复编码来向所述MTD提供增强的覆盖。
20.根据权利要求15所述的方法，还包括向所述通信控制器发送通信需求，其中，所述通信需求被用于为所述MTD分配所述信号波形。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述通信需求包括下述中至少之一：覆盖需求；通信系统负载；MTD几何结构；MTD功耗；由MTD进行的传输的频率；MTD的带宽需求；MTD要发送的数据的量；MTD的优先级；以及由MTD进行的传输的优先级。
22.一种通信控制器，包括：
处理器，所述处理器被配置成确定机器类型设备MTD的通信需求以及根据所述MTD的通信需求来为所述MTD分配来自多个信号波形中的第一信号波形，其中，每个信号波形具有相关联的特征信号带宽；以及
在操作上耦接至所述处理器的发送器，所述发送器被配置成向所述MTD发送关于所述第一信号波形的信息。
23.根据权利要求22所述的通信控制器，还包括在操作上耦接至所述处理器的接收器，所述接收器被配置成从所述MTD接收包，其中，所述包是使用所述第一信号波形传输的。
24.根据权利要求22所述的通信控制器，其中，所述关于所述第一信号波形的信息包括用于传送所述第一信号波形的通信信道的传输特性，所述传输特性包括下述中至少之一：与所述MTD相关联的带宽和针对传输所使用的调制与编码策略MCS的级别。
25.根据权利要求24所述的通信控制器，其中，所述处理器被配置成：根据所述通信信道的信道条件和所述通信控制器的系统负载两者中至少之一来更改所述通信信道的传输特性，并且根据更改后的传输特性来为所述MTD分配从所述多个信号波形中选择的第二信号波形，并且其中，所述发送器被配置成向所述MTD发送关于所述第二信号波形的信息。
26.根据权利要求25所述的通信控制器，其中，所述处理器被配置成：响应于确定所述通信控制器的系统负载为过载来提高所述MCS的级别，以及响应于确定所述通信控制器的系统负载为欠载来增加分配给所述MTD的带宽。
27.根据权利要求22所述的通信控制器，其中，所述通信需求包括下述中至少之一：覆盖需求；通信系统负载；MTD几何结构；MTD功耗；由MTD进行的传输的频率；MTD的带宽需求；MTD要发送的数据的量；MTD的优先级；以及由MTD进行的传输的优先级。
28.一种机器类型设备MTD，包括：
接收器，所述接收器被配置成从通信控制器接收信号波形的传输特性，其中，所述信号波形具有相关联的特征信号带宽，并且其中，所述传输特性包括下述中至少之一：与所述MTD相关联的带宽和针对传输所使用的调制与编码策略MCS的级别；
在操作上耦接至所述接收器的处理器，所述处理器被配置成生成包含要发送的数据的包；以及
在操作上耦接至所述处理器的发送器，所述发送器被配置成根据所述传输特性来将所述包发送至所述通信控制器，其中，所述包是使用所述信号波形来传输的。
29.根据权利要求28所述的MTD，其中，所述发送器被配置成利用偏移正交幅度调制来调制所述包。
30.根据权利要求29所述的MTD，其中，所述发送器被配置成利用频率集中化脉冲成形滤波器来对经调制的包进行滤波。
31.根据权利要求28所述的MTD，其中，所述发送器被配置成利用超窄带单载波波形来发送所述包，其中，所述述超窄带单载波波形的相关联特征信号带宽足够窄，足以使得所述通信控制器不需要重复编码来向所述MTD提供增强的覆盖。
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