CN108990022B - 一种mtc终端通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种MTC终端通信方法，包括：若当前信道信噪比大于或等于预设阈值，则进入传输状态；否则，进入休眠状态；其中，预设阈值是基于MTC终端的能效函数的最大值获取的。本发明实施例提供的一种MTC终端通信方法，通过基于能效函数求取的预设阈值，与当前信道信噪比进行比较，进而实现MTC终端状态的转换，通过调整传输过程，牺牲部分有效容量换取能耗的降低，在保证MTC终端正常通信的基础上，提高MTC终端能效，延长MTC终端的电池寿命。

Description

一种MTC终端通信方法

技术领域

本发明实施例涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种MTC终端通信方法。

背景技术

随着物联网的迅猛发展，MTC(Machine-Type Communication，机器类型通信)作为物联网的重要组成部分，越来越受到人们的关注。MTC是近几年无线通信领域的热门发展方向，是第五代无线通信(5G)的典型场景之一，其应用场景囊括了医疗保健系统、智能电网、紧急和灾难响应，以及无线传感器网络和物联网(IoT)。此外，MTC终端的一个主要特征是能够在没有人为干预的情况下自主运行数年甚至数十年。

预计到2020年，将有超过5000万个具有各种服务质量(QoS)要求的MTC终端连接到通信网络，这带来了一系列新的挑战，例如通信网络将必须面临接入拥塞和前所未有的能耗问题。考虑到大量MTC场景的特点是连入大量电池使用寿命较长的设备，5G网络的能效(EE)预计需提高100倍。因此，无线通信领域迫切需要一个基于MTC终端的节能通信方案。

发明内容

本发明实施例提供一种MTC终端通信方法，用以解决现有的大量接入网络的MTC终端的能耗问题。

一方面，本发明实施例提供一种MTC终端通信方法，包括：

若当前信道信噪比大于或等于预设阈值，则进入传输状态；否则，进入休眠状态；

其中，预设阈值是基于MTC终端的能效函数的最大值获取的。

另一方面，本发明实施例提供一种MTC终端通信系统，包括：

通信单元，用于若当前信道信噪比大于或等于预设阈值，则进入传输状态；否则，进入休眠状态；

其中，预设阈值是基于MTC终端的能效函数的最大值获取的。

又一方面，本发明实施例提供一种MTC终端通信设备，包括处理器、通信接口、存储器和总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过总线完成相互间的通信，处理器可以调用存储器中的逻辑指令，以执行如前所述的MTC终端通信方法。

再一方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如前所述的MTC终端通信方法。

本发明实施例提供的一种MTC终端通信方法，通过基于能效函数求取的预设阈值，与当前信道信噪比进行比较，进而实现MTC终端状态的转换，通过调整传输过程，牺牲部分有效容量换取能耗的降低，在保证MTC终端正常通信的基础上，提高MTC终端能效，延长MTC终端的电池寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种MTC终端系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的一种MTC终端通信方法的流程示意图；

图3为本发明实施例的一种MTC终端通信系统的结构示意图；

图4为本发明实施例的一种MTC终端通信设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为现有技术中一种MTC终端系统的结构示意图，基于图1所示的MTC终端系统，本发明实施例提出了一种MTC终端通信方法，通过调整传输过程，牺牲部分有效容量换取能耗的降低。此处的有效容量，表示一个固定Qos约束θ条件下可支持的最大数据到达速率。为了在延迟中断概率约束的条件下提升MTC终端能效，发射机始终寻求在信道状态良好的情况下进行发射，并且在系统正在经历深度衰落时选择保持沉默，进入休眠状态。由于大规模MTC的特点是传输相对较少量的对延迟不敏感数据，而且MTC终端对节能有着高要求，参考图2，本发明实施例提出一种方法，包括：201，若当前信道信噪比大于或等于预设阈值，则进入传输状态；否则，进入休眠状态。

具体地，MTC终端将获取的当前信道信噪比与预设阈值进行比较，若当前信道信噪比大于或等于预设阈值，确认当前信道条件良好，进入传输状态。此处，传输状态下，MTC终端在具备数据发送需求时，执行数据发送操作。若当前信道信噪比小于预设阈值，确认当前信道条件较差，进入休眠状态。此处，休眠状态下，MTC终端不执行数据发送操作。

其中，预设阈值是基于MTC终端的能效函数的最大值获取的。此处，能效函数用于表征MTC终端的能效(EE，Energy efficiency)，能效即MTC终端消耗每单位能量可以传输的比特数。将能效函数的最大值作为目标函数，求解能效最大时对应的信噪比，并将能效最大时对应的信噪比作为预设阈值，以便于对MTC终端能效进行优化。

本发明实施例中，通过基于能效函数求取的预设阈值，与当前信道信噪比进行比较，进而实现MTC终端状态的转换，通过调整传输过程，牺牲部分有效容量换取能耗的降低，在保证MTC终端正常通信的基础上，提高MTC终端能效，延长MTC终端的电池寿命。

基于上述实施例，一种MTC终端通信方法，201，若当前信道信噪比大于或等于预设阈值，则进入传输状态；否则，进入休眠状态，之前还包括：基于MTC终端的有效容量和平均功率获取MTC终端的能效函数；将能效函数的最大值对应的信噪比作为预设阈值。

其中，MTC终端的有效容量是指一个固定的Qos约束θ条件下MTC终端可支持的最大数据到达速率，Qos为服务质量；MTC终端的平均功率是指MTC终端处于传输状态下的功率和处于休眠状态下的功率在时间分布上的平均值。

进一步地，基于MTC终端的有效容量和平均功率获取MTC终端的能效函数，具体包括：

根据下式获取MTC终端的能效函数：

式中，EE为MTC终端的能效，α^(c)(θ)为MTC终端的有效容量，P_total为MTC终端的平均功率。

其中，平均功率P_total表达式：

P_total＝P_c+p_trP_tr+p_idleP_idle；

式中，P_c为MTC终端的基础电路消耗功率，p_tr为MTC终端处于传输状态的概率，P_tr为MTC终端的传输状态功率，p_idle为MTC终端处于休眠状态的概率，P_idle为MTC终端的休眠状态功率。

有效容量α^(c)(θ)表达式如下：

式中，θ为Qos约束，T_s为衰落时间块长度，

为信道容量，信道容量

表达式如下：

式中，s[n]为基于香农定理得到的信道容量，信道容量即信道能无错误传送的最大信息率。信道容量s[n]表示式如下：

其中，T_s为衰落时间块长度，B_c为信道带宽，P_tr为传输功率，PL为路径损耗，N₀为噪声功率密度，

为某衰落时间块内信道信噪比。

将上述平均功率P_total表达式、有效容量α^(c)(θ)表达式、信道容量

表达式和信道容量s[n]表示式代入MTC终端的能效函数，得到能效函数如下：

式中，EE为MTC终端的能效，θ为Qos约束，T_s为衰落时间块长度，γ₀为预设阈值，f_γ(γ)为归一化的信道功率增益概率密度函数，B_c为信道带宽，P_tr为传输功率，P_L为路径损耗，N₀为噪声功率密度，

为某衰落时间块内信道信噪比，P_c为基础电路消耗功率，P_tr为传输状态功率，P_idle为休眠状态功率。

预设阈值γ₀可通过对上式进行最大化求解得到。由上式可知，预设阈值γ₀由MTC终端对时延的容忍度和传输信道质量共同确定，此处的MTC终端对时延的容忍度由Qos约束θ表示，传输信道质量由信道信噪比

表不。

本发明实施例不对上述能效函数进行最大化求解的方法进行限定，例如，可通过普通查找算法、二分查找算法等算法对上述能效函数进行最大化求解。其中，二分查找(binary search)也称折半搜索(half-interval search)、对数搜索(logarithmicsearch)，是一种在有序数组中查找某一特定元素的搜索算法。搜索过程从数组的中间元素开始，如果中间元素正好是要查找的元素，则搜索过程结束；如果某一特定元素大于或者小于中间元素，则在数组大于或小于中间元素的那一半中查找，而且跟开始一样从中间元素开始比较。如果在某一步骤数组为空，则代表找不到。这种搜索算法每一次比较都使搜索范围缩小一半。

基于上述任一实施例，一种MTC终端通信方法，Qos约束θ通过下式获取：

式中，θ^(c)(μ)＝μα^-1(μ)，α^-1(μ)是α^(c)(θ)的反函数，Pr{Delay＞D_max}为时延Delay超过预设阈值D_max的概率，P_b为随机选择一个衰落时间块发送数据缓冲区非空的概率。

本发明实施例中给出了Qos约束θ的设定方法，通过确定QoS从而表征MTC终端对时延的容忍度，进而与传输信道质量共同确定预设阈值，实现对MTC终端状态的转换。

为了更好地理解与应用本发明提出的一种MTC终端通信方法，本发明进行以下示例，且本发明不仅局限于以下示例。

MTC终端设置有有两种工作模式，即传输状态和休眠状态，依据不同的信道情况开启不同的工作模式。假定一个衰落时间块内系统信道质量稳定，MTC终端可以通过来自于交互终端的参考信号，得知当前信道条件情况。当信道条件情况较好(当前信道信噪比大于或等于预设阈值γ₀)时，进入传输状态，存在数据发送需求时执行数据发送操作；当MTC终端通过反馈得知当前信道条件较差(当前信道信噪比小于预设阈值γ₀)时，进入休眠状态，该状态下MTC终端不发送数据。

预设阈值与MTC终端对时延的容忍度、传输信道的质量有关，具体可通过算法(包括但不限于二分查找算法)对包含有MTC终端对时延的容忍度和传输信道质量的能效函数最大值进行求解，以使得求解所得的预设阈值可以使该MTC设备的能效得到提高和优化。

基于上述任一方法实施例，图3为本发明实施例的一种MTC终端通信系统的结构示意图，如图3所示，一种MTC终端通信系统，通信单元301，用于若当前信道信噪比大于或等于预设阈值，则进入传输状态；否则，进入休眠状态；其中，预设阈值是基于MTC终端的能效函数的最大值获取的。

需要说明的是，上述通信单元301用以执行上述实施例中的一种MTC终端通信方法，该系统的具体功能参见上述的MTC终端通信方法的实施例，此处不再赘述。

本发明实施例中，通过基于能效函数求取的预设阈值，与当前信道信噪比进行比较，进而实现MTC终端状态的转换，通过调整传输过程，牺牲部分有效容量换取能耗的降低，在保证MTC终端正常通信的基础上，提高MTC终端能效，延长MTC终端的电池寿命。

基于上述任一实施例，一种MTC终端通信系统，还包括：

能效函数获取单元，用于基于MTC终端的有效容量和平均功率获取MTC终端的能效函数；

预设阈值获取单元，用于将能效函数的最大值对应的信噪比作为预设阈值。

基于上述任一实施例，一种MTC终端通信系统，能效函数获取单元，具体用于：

根据下式获取MTC终端的能效函数：

式中，EE为MTC终端的能效，α^(c)(θ)为MTC终端的有效容量，P_total为MTC终端的平均功率。

基于上述任一实施例，一种MTC终端通信系统，平均功率通过下式获取：

P_total＝P_c+p_trP_tr+p_idleP_idle；

式中，P_c为MTC终端的基础电路消耗功率，p_tr为MTC终端处于传输状态的概率，P_tr为MTC终端的传输状态功率，p_idle为MTC终端处于休眠状态的概率，P_idle为MTC终端的休眠状态功率。

基于上述任一实施例，一种MTC终端通信系统，有效容量通过下式获取：

式中，θ为Qos约束，T_s为衰落时间块长度，

为信道容量：

式中，s[n]为基于香农定理得到的信道容量。

基于上述任一实施例，一种MTC终端通信系统，能效函数如下：

式中，EE为MTC终端的能效，θ为Qos约束，T_s为衰落时间块长度，γ₀为预设阈值，f_γ(γ)为归一化的信道功率增益概率密度函数，B_c为信道带宽，

为某衰落时间块内信道信噪比，P_c为MTC终端的基础电路消耗功率，P_tr为MTC终端的传输状态功率，P_idle为MTC终端的休眠状态功率。

基于上述任一实施例，一种MTC终端通信系统，Qos约束θ通过下式获取：

式中，θ^(c)(μ)＝μα^-1(μ)，α^-1(μ)是α^(c)(θ)的反函数，Pr{Delay＞D_max}为时延Delay超过预设阈值D_max的概率，P_b为随机选择一个衰落时间块发送数据缓冲区非空的概率。

本发明实施例中给出了Qos约束θ的设定方法，通过确定QoS从而表征MTC终端对时延的容忍度，进而与传输信道质量共同确定预设阈值，实现对MTC终端状态的转换。

图4为本发明实施例的一种MTC终端通信设备的结构示意图，如图4所示，MTC终端通信设备包括：处理器(processor)401、通信接口(Communications Interface)402、存储器(memory)403和总线404，其中，处理器401，通信接口402，存储器403通过总线404完成相互间的通信。处理器401可以调用存储器403中的逻辑指令，以执行如下方法，例如包括：若当前信道信噪比大于或等于预设阈值，则进入传输状态；否则，进入休眠状态；其中，预设阈值是基于MTC终端的能效函数的最大值获取的。

本发明实施例公开一种计算机程序产品，计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：若当前信道信噪比大于或等于预设阈值，则进入传输状态；否则，进入休眠状态；其中，预设阈值是基于MTC终端的能效函数的最大值获取的。

本实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：若当前信道信噪比大于或等于预设阈值，则进入传输状态；否则，进入休眠状态；其中，预设阈值是基于MTC终端的能效函数的最大值获取的。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的通信设备等实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明的实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的实施例各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种MTC终端通信方法，其特征在于，包括：

若当前信道信噪比大于或等于预设阈值，则进入传输状态；否则，进入休眠状态；

其中，所述预设阈值是基于所述MTC终端的能效函数的最大值获取的；

所述若当前信道信噪比大于或等于预设阈值，则进入传输状态；否则，进入休眠状态，之前还包括：

基于所述MTC终端的有效容量和平均功率获取所述MTC终端的能效函数；

将所述能效函数的最大值对应的信噪比作为所述预设阈值；

所述基于所述MTC终端的有效容量和平均功率获取所述MTC终端的能效函数，具体包括：

根据下式获取所述MTC终端的能效函数：

式中，EE为MTC终端的能效，α^(c)(θ)为MTC终端的有效容量，P_total为MTC终端的平均功率；

所述平均功率通过下式获取：

P_total＝P_c+p_trP_tr+p_idleP_idle；

式中，P_c为MTC终端的基础电路消耗功率，p_tr为MTC终端处于传输状态的概率，P_tr为MTC终端的传输状态功率，p_idle为MTC终端处于休眠状态的概率，P_idle为MTC终端的休眠状态功率；

所述有效容量通过下式获取：

式中，θ为Qos约束，T_s为衰落时间块长度，

为信道容量：

式中，s[n]为基于香农定理得到的信道容量；

所述能效函数如下：

式中，EE为MTC终端的能效，θ为Qos约束，T_s为衰落时间块长度，γ₀为预设阈值，f_γ(γ)为归一化的信道功率增益概率密度函数，B_c为信道带宽，

为某衰落时间块内信道信噪比，P_L为路径损耗，N₀为噪声功率密度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Qos约束θ通过下式获取：

式中，θ^(c)(μ)＝μα^-1(μ)，α^-1(μ)是α^(c)(θ)的反函数，Pr{Delay>D_max}为时延Delay超过预设阈值D_max的概率，P_b为随机选择一个衰落时间块发送数据缓冲区非空的概率。

3.一种MTC终端通信系统，其特征在于，包括：

通信单元，用于若当前信道信噪比大于或等于预设阈值，则进入传输状态；否则，进入休眠状态；

其中，所述预设阈值是基于所述MTC终端的能效函数的最大值获取的；

能效函数获取单元，用于基于MTC终端的有效容量和平均功率获取MTC终端的能效函数；

预设阈值获取单元，用于将能效函数的最大值对应的信噪比作为预设阈值；

所述能效函数获取单元，具体用于：

根据下式获取MTC终端的能效函数：

式中，EE为MTC终端的能效，α^(c)(θ)为MTC终端的有效容量，P_total为MTC终端的平均功率；

所述平均功率通过下式获取：

P_total＝P_c+p_trP_tr+p_idleP_idle；

式中，P_c为MTC终端的基础电路消耗功率，p_tr为MTC终端处于传输状态的概率，P_tr为MTC终端的传输状态功率，p_idle为MTC终端处于休眠状态的概率，P_idle为MTC终端的休眠状态功率；

所述有效容量通过下式获取：

式中，θ为Qos约束，T_s为衰落时间块长度，

为信道容量：

式中，s[n]为基于香农定理得到的信道容量

所述能效函数如下：

式中，EE为MTC终端的能效，θ为Qos约束，T_s为衰落时间块长度，γ₀为预设阈值，f_γ(γ)为归一化的信道功率增益概率密度函数，B_c为信道带宽，

为某衰落时间块内信道信噪比，P_L为路径损耗，N₀为噪声功率密度。

4.一种MTC终端通信设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过总线完成相互间的通信，处理器可以调用存储器中的逻辑指令，以执行如权利要求1或2所述的MTC终端通信方法。

5.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1或2所述的MTC终端通信方法。

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