載波聚合特性在TD-LTE商用網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用研究

王洋,劉曾怡,左成華, 李華木( 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)河北有限公司石家莊分公司，石家莊 0500； 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)四川有限公司成都分公司，成都 60000； 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)四川有限公司攀枝花分公司，攀枝花 67000； 4 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)福建有限公司泉州分公司，泉州 6000)

載波聚合特性在TD-LTE商用網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用研究

王洋1,劉曾怡2,左成華2, 李華木3
(1 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)河北有限公司石家莊分公司，石家莊 050011；2 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)四川有限公司成都分公司，成都 610000；3 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)四川有限公司攀枝花分公司，攀枝花 617000； 4 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)福建有限公司泉州分公司，泉州 362000)

摘 要本文依據(jù)現(xiàn)階段主流廠(chǎng)商功能實(shí)現(xiàn)情況和相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀進(jìn)行了實(shí)踐性研究，主要從頻率配置、分量載波轉(zhuǎn)化和移動(dòng)性管理三方面進(jìn)行現(xiàn)網(wǎng)配置研究，并提出了相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置需求，為快速部署載波聚合網(wǎng)絡(luò)提供了借鑒意義。

關(guān)鍵詞TD-LTE；載波聚合；應(yīng)用研究

1　引言

LTE（3.9G）在國(guó)內(nèi)外的商用進(jìn)程均得到了重要突破：在國(guó)際上，截至2015年1季度，日、韓、瑞典、新加坡等國(guó)家的的LTE覆蓋人群已超過(guò)98%，美國(guó)、加拿大、挪威等主流發(fā)達(dá)國(guó)家的覆蓋人群已超過(guò)90%[1]。2012年底，TD-LTE技術(shù)在國(guó)內(nèi)率先部署，2013年正式進(jìn)入商用。截至2015年1季度，經(jīng)過(guò)兩年的業(yè)務(wù)積累和市場(chǎng)發(fā)展，在國(guó)內(nèi)重點(diǎn)城市，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)承載的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)比例已經(jīng)躍升到2G/3G/4G總業(yè)務(wù)量的70%；同期，F(xiàn)DD-LTE在商用牌照發(fā)布后，全國(guó)已有300城市以上已經(jīng)部署了FDD-商用網(wǎng)絡(luò)[2]。

在國(guó)內(nèi)TD-LTE商用網(wǎng)絡(luò)大發(fā)展和國(guó)家“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略部署的情況下，E-UTRAN的無(wú)線(xiàn)帶寬需求進(jìn)一步擴(kuò)大。3GPP在R10的36系列標(biāo)準(zhǔn)中明確了LTE-Advance（4G）的重要特性：CA（Carrier Aggregation， 載波聚合），在E-UTRAN層面進(jìn)一步提升了無(wú)線(xiàn)帶寬，將LTE的峰值速率提升到了1 Gbit/s。因此，研究LTE-Advance（4G）中載波聚合在本地化的應(yīng)用顯得尤為重要。

針對(duì)載波聚合技術(shù)增加的無(wú)線(xiàn)資源，當(dāng)前研究的熱點(diǎn)為：（1）RRC層如何為UE分配可用的CC（Componentcarrier，分量載波）； （2）媒體接入控制層（MAC）的調(diào)度[3]。

2　TD-LTE載波聚合

載波聚合技術(shù)是將LTE若干載波聚合之后形成的較寬的頻帶資源分配給某個(gè)用戶(hù)使用，以滿(mǎn)足帶寬持續(xù)增長(zhǎng)的需求。在3GPP R10定義的LTE-Advanced系統(tǒng)支持多達(dá)5個(gè)載波的聚合，最大帶寬可以達(dá)到5×20 MHz，相應(yīng)的無(wú)線(xiàn)速率可達(dá)1 Gbit/s[4]。CA下的分量載波與單載波LTE系統(tǒng)支持的載波類(lèi)型相同，因此，對(duì)于不支持CA技術(shù)的Rel8/9的終端來(lái)說(shuō)，識(shí)別的聚合載波與Rel8的載波相同。對(duì)于具有CA能力的R10終端來(lái)說(shuō)，CA小區(qū)下將顯著提升傳輸速率。通常來(lái)說(shuō)，CA中的載波在頻域不必是連續(xù)的，分為帶內(nèi)

（intra-band）聚合和帶間（inter-band）聚合，這使碎片化頻譜資源利用率得到了提升，尤其是TD-LTE不需要成對(duì)的頻譜資源，其利用效率更高[5]。對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，高效利用昂貴和稀缺的頻譜資源顯得尤為重要；而對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，更換R10版本的手機(jī)在CA下可以獲得成倍提升的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

2.1載波聚合本地化模式

3GPP在Release 10（TR 36.913）正式引入CA，根據(jù)聚合載波所在的頻帶，載波聚合可以分為兩種模式。

（1）帶內(nèi)載波聚合：將同頻帶內(nèi)的兩個(gè)在載波聚合，使一個(gè)用戶(hù)在同頻帶的兩個(gè)載波進(jìn)行下行數(shù)據(jù)傳輸。同頻帶內(nèi)的載波聚合分為連續(xù)和非連續(xù)的載波聚合，如圖1中Scenario A與Scenario B所示。

（2）帶間載波聚合：將不同頻帶的兩個(gè)載波聚合，使一個(gè)用戶(hù)在不同頻帶的兩個(gè)載波進(jìn)行下行數(shù)據(jù)傳輸。如圖1中Scenario C所示[6]。

圖1　帶內(nèi)帶間載波聚合模式

在國(guó)內(nèi)的商用網(wǎng)絡(luò)中，使用TD-LTE帶內(nèi)載波聚合有先天的優(yōu)勢(shì)：（1）Band38/41在分配方式上，未進(jìn)行對(duì)稱(chēng)頻譜分配，而采用連續(xù)頻譜分配。（2）用于室內(nèi)的Band40也采用大帶寬連續(xù)分配方式。圖2中的Scenario A是適合于現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商開(kāi)展CA商用的網(wǎng)絡(luò)的主要場(chǎng)景。由于設(shè)備支持情況，截至2015年，主流設(shè)備廠(chǎng)商能夠進(jìn)行CA的方式主要通過(guò)共站實(shí)現(xiàn)。

在LTE-Advanced中，分量載波上的數(shù)據(jù)是相互獨(dú)立處理的，在傳輸時(shí)才會(huì)進(jìn)一步合并[7]。合并的方案主要有：（1）在MAC層聚合多個(gè)分量載波的數(shù)據(jù)流；（2）在物理層聚合多個(gè)分量載波的數(shù)據(jù)流[8]。3GPP最終選擇了第二種方式：MAC層聚合，該方式下每個(gè)無(wú)線(xiàn)承載只有一個(gè)PDCP和RLC實(shí)體，RLC層無(wú)需知曉物理層的分量載波信息；MAC層將傳輸塊（碼字）獨(dú)立地分配給每個(gè)分量載波，每個(gè)分量載波有各自獨(dú)立的傳輸信道，每TTI一個(gè)TB（Transport Block）以及獨(dú)立的HARQ實(shí)體和重傳進(jìn)程。由于分量載波之間互相獨(dú)立，所以鏈路自適應(yīng)技術(shù)也是適用于各個(gè)獨(dú)立分量載波的，相應(yīng)的調(diào)制編碼（MCS）等也獨(dú)立[9]。因此，每個(gè)分量載波上數(shù)據(jù)傳輸模式與LTE基本一致。

圖2　國(guó)內(nèi)載波聚合實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景

2.2載波聚合調(diào)度原理

LTE-Advanced系統(tǒng)開(kāi)啟載波聚合技術(shù)后，相應(yīng)的傳輸控制信息發(fā)生了改變。CA場(chǎng)景下的分量載波繼承了LTE系統(tǒng)的傳輸方式，包括調(diào)制、信道編碼以及多址接入。為了提升數(shù)據(jù)傳輸效率，CA中的上下行控制信令仍需進(jìn)一步改進(jìn)[7]。同時(shí)，CA場(chǎng)景下分量載波有主、

輔之分：主小區(qū)（Pcell，Primary Cell）工作在主頻帶上[10]。3GPP規(guī)定，UE在Pcell進(jìn)行初始連接的建立；在切換過(guò)程中Pcell質(zhì)量作為UE的駐留小區(qū)，提供PUCCH信道。輔小區(qū)（Scell，Secondary Cell）工作在輔頻帶上。當(dāng)無(wú)線(xiàn)資源控制（RRC，Radio Resource Control）連接建立后，Scell的無(wú)線(xiàn)資源就可以被調(diào)度和利用。處于RRC-CONNECTED態(tài)的UE，如果不支持CA，則Pcell作為Serving Cell提供無(wú)線(xiàn)資源；如果UE支持CA，則Serving Cell包含了Pcell和Scell，該方式下Serving Cell由1個(gè)Pcell和至多4個(gè)Scell組成[11，12]；同時(shí)，Pcell負(fù)責(zé)與UE之間的RRC建立和維系連接狀態(tài)，Scell通過(guò)RRC-Reconfiguration配置，配置成功后則可使用Scell的無(wú)線(xiàn)資源。

2.3頻率設(shè)置研究

3GPP的36.808中定義在標(biāo)準(zhǔn)化的頻率配置中，主要考慮：（1）在R9的協(xié)議中，100 kHz為頻柵，整體的頻率需要為100 kHz整數(shù)倍；（2）子載波的正交頻率空間為15 kHz。因此，聚合的兩個(gè)分量載波中心頻點(diǎn)為300 kHz的整數(shù)倍。

在載波聚合時(shí)的Pcell和Scell的載波帶寬均有相關(guān)要求[9]。在國(guó)內(nèi)的頻率分配模式下，TD-LTE主要使用Band38（2.6 GHz）和Band40（2.4 GHz）進(jìn)行組合5的聚合，而B(niǎo)and39（1.9 GHz）的載波聚合可以使用的組合為1、2、3三種。由于Band38在現(xiàn)階段已有大量的城市進(jìn)行了全面的覆蓋部署，因此本文主要考慮在Band38實(shí)現(xiàn)組合5的聚合。

在本地化配置中設(shè)定中心頻點(diǎn)為FDL FUL；頻點(diǎn)號(hào)NDL NUL，使用相應(yīng)的EARFCN計(jì)算公式：下行：FDL=FDL_low+0.1（NDL-NOffs-DL）；上行：FUL=FUL_low+0.1（NUL-NOffs-UL）[12]。在2 575 MHz～2 595 MHz的頻段使用上進(jìn)行計(jì)算：EARFCN_Pcell=10×（2 595-2 575）+37 750=37 900，因此相應(yīng)的Pcell主頻點(diǎn)應(yīng)配置為37 900，對(duì)應(yīng)的Scell頻點(diǎn)為EARFCN=38 098。因此，本地化的雙載波聚合使用的頻點(diǎn)通過(guò)同站配置兩個(gè)EARFCN號(hào)實(shí)現(xiàn)雙頻點(diǎn)小區(qū)，再進(jìn)行CA開(kāi)啟，形成能力。

3　本地化應(yīng)用研究

本地化在商用網(wǎng)絡(luò)上開(kāi)啟CA功能需要重點(diǎn)考慮頻點(diǎn)設(shè)置、Pcell和Scell之間的啟動(dòng)策略和互操作策略，本文將從以下兩個(gè)方面進(jìn)行相關(guān)策略研究，并依據(jù)本地化band38的應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)的參數(shù)設(shè)計(jì)和配置。

3.1分量載波狀態(tài)轉(zhuǎn)換研究

支持CA的UE在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中會(huì)有3種狀態(tài)：Scell未配置（網(wǎng)絡(luò)側(cè)完全未進(jìn)行配置）、Scell配置未激活和Scell配置已激活。

Scell的頻率信息需要預(yù)先配置在Pcell，如果UE支持載波聚合，eNode B將激活Scell的頻率測(cè)量。利用A4和A2事件對(duì)Pcell進(jìn)行管理， A4和A2事件描述與切換一致，但事件的門(mén)限是獨(dú)立的。CA UE將滿(mǎn)CA A4 RSRP門(mén)限的小區(qū)上報(bào)給eNode B，如果該小區(qū)與Pcell屬于同一個(gè)CA Group，則eNode B下發(fā)RRC Connection Reconfiguration ，則該小區(qū)處于Scell配置已激活（CC Activated）態(tài)。

在現(xiàn)網(wǎng)中，如果載波管理開(kāi)開(kāi)啟，則在CA UE的Scell去激活條件：RLC出口速率≤DeactiveThroughputThd；或RLC緩存＜DeactiveBufferLenThd，以節(jié)省UE在SCell進(jìn)行盲檢和收發(fā)數(shù)據(jù)的功率消耗，同時(shí)減少上行CSI（Channel State Information）反饋[13]。當(dāng)CA UE的SCell的RSRP測(cè)量值低于CA A2事件RSRP的觸發(fā)門(mén)限時(shí)，觸發(fā)A2事件上報(bào)，eNode B 通過(guò)RRC Connection Reconfiguration將該CA UE的Scell刪除。進(jìn)入Scell配置未激活（CC deactivated）狀態(tài)。當(dāng)RLC緩存數(shù)據(jù)量＞ max （RLC出口速率 × ActiveBufferDelayThd， ActiveBufferLenThd），或者RLC 首分組時(shí)延＞ActiveBufferDelayThd時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)MAC層調(diào)度進(jìn)一步進(jìn)行CC的激活，進(jìn)入Scell配置已激活（CC activated）態(tài)。

在低流量業(yè)務(wù)中（如網(wǎng)頁(yè)訪(fǎng)問(wèn)、即時(shí)聊天等業(yè)務(wù)），

單載波足以滿(mǎn)足需求。激活Scell門(mén)限需要根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行靈活選擇，本文通過(guò)分組抓取分析對(duì)不同業(yè)務(wù)的下行速率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如圖3所示。

圖3　不同互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)下行帶寬需求

由于低速率業(yè)務(wù)普遍的平均速率與峰值速率均未超過(guò)800 kbit/s（100 kB），考慮LTE的設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)面時(shí)延小于100 ms，由于內(nèi)容源帶入的時(shí)延可能會(huì)增加。因此，設(shè)置Scell激活門(mén)限為：ActiveBufferLenThd=30 kB，ActiveBufferDelayThd=300 ms。在進(jìn)行視頻類(lèi)業(yè)務(wù)時(shí)，Scell成功配置并激活；而進(jìn)行低速率業(yè)務(wù)時(shí)時(shí)，Scell并未激活，CA UE保持單載波狀態(tài)。

3.2Pcell與Scell移動(dòng)性研究

在CC已激活的情況下，CA UE業(yè)務(wù)流程主要有以下3步：（1）CA UE在Pcell完成初始連接建立。（2）根據(jù)CA UE上報(bào)的測(cè)量結(jié)果，eNode B通過(guò)層3消息配置CA UE的Scell。（3）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CA UE數(shù)據(jù)量，eNode B根據(jù)MAC CE激活或去激活Scell；移動(dòng)性管理方面主要分為Pcell和Scell的選擇和變更，如圖4所示[14]。

從現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試來(lái)看，網(wǎng)絡(luò)側(cè)將選擇優(yōu)先級(jí)最高的頻點(diǎn)作為CA UE的Pcell，如果優(yōu)先級(jí)相同，網(wǎng)絡(luò)側(cè)將選擇CA UE 空閑態(tài)駐留的頻點(diǎn)作為Pcell，此時(shí)可以通過(guò)重選優(yōu)先級(jí)來(lái)選擇終端的Pcell。當(dāng)空閑態(tài)駐留的頻點(diǎn)與錨定優(yōu)先級(jí)最高的頻點(diǎn)不一致時(shí)，CA UE完成E-RAB建立后，會(huì)進(jìn)行一次異頻切換，再配置Scell。相應(yīng)的流程圖如圖5所示。

在主流廠(chǎng)商技術(shù)現(xiàn)階段的技術(shù)實(shí)現(xiàn)中，Scell選擇情況如下：當(dāng)UE收到Scell優(yōu)先級(jí)較高的小區(qū)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)側(cè)會(huì)優(yōu)先下發(fā)該小區(qū)的A4測(cè)量配置，在等待計(jì)時(shí)器超時(shí)前，如果收到該小區(qū)的A4測(cè)量報(bào)告，則網(wǎng)絡(luò)側(cè)優(yōu)先配置該小區(qū)作為Scell CA UE，如果定時(shí)器超時(shí)，則選擇下個(gè)Scell優(yōu)先級(jí)小區(qū)的測(cè)量配置，等待CA UE上報(bào)該小區(qū)的測(cè)量報(bào)告，如此循環(huán)。如果同一個(gè)優(yōu)先級(jí)的多個(gè)小區(qū)都滿(mǎn)足A4測(cè)量條件，則網(wǎng)絡(luò)選擇RSRP最好的小區(qū)作為Scell配置CA UE。

3.2.1 Pcell變更的主要涉及事件定義[12]

同頻A3事件算法：Mn+Ocn＞Hys+Ms+Ocs+Off

Ocn：CellIndividualOffset/小區(qū)偏移；Hys：IntraFreqHoA3Hyst/同頻切換幅度遲滯；Ocs：CellSpecificOffset/服務(wù)小區(qū)偏置；Off：IntraFreq HoA3Offset/同頻切換偏置。

異頻A5事件算法：Mp+Hys＜Thresh1； Mn+ Ofn+Ocn-Hys＞Thresh2

Ocn：CellIndividualOffset/小區(qū)偏移；Hys：InterFreqHoA4Hyst/異頻切換幅度遲滯；Ofn：QoffsetFreqConn/連接態(tài)頻率偏置；Off：IntraFreqHoA3Offset/同頻切換偏置。Thresh1：InterFreqHoA2ThdRsrp/異頻A2 RSRP觸發(fā)門(mén)限；Thresh2：InterFreqHoA4ThdRsrp/基于覆蓋的異頻RSRP觸發(fā)門(mén)限。

圖4　CC已激活態(tài)下業(yè)務(wù)建立和變更過(guò)程

圖5　Pcell,Scell選擇流程

系統(tǒng)在Pcell上面僅分配一個(gè)RRC實(shí)體給CA UE，因此處于CA狀態(tài)的UE是否發(fā)生切換只與Pcell是否發(fā)生變更有關(guān)，而與Scell的狀態(tài)無(wú)關(guān)。當(dāng)目標(biāo)Pcell與源Pcell同EARFCN時(shí)，采用Event A3作為切換判決。當(dāng)目標(biāo)Pcell的頻點(diǎn)與源PCell的頻點(diǎn)不相同時(shí)，則必須采用 Event A5。

Thresh1、Thresh2的設(shè)置會(huì)同時(shí)影響Event A4、Event A5的執(zhí)行，因此需要對(duì)Thresh1、Thresh2的的設(shè)置策略進(jìn)行探討。根據(jù)Thresh1、Thresh2的大小關(guān)系分成3種情況進(jìn)行討論驗(yàn)證，結(jié)果如表1所示。

3.2.2 Scell變更的主要事件定義

Scell切換A6事件算法：Mn+Ocn-Hys＞Ms+Ocs+Off

其中Mn、Ms為UE測(cè)量到鄰區(qū)Scell以及服務(wù)小區(qū)的Scell的RSRP，Ocn、Ocs為小區(qū)個(gè)體偏移，Off 為A6偏置量。根據(jù)TS36.331協(xié)議，如果Pcell不變，僅Scell發(fā)生變更，必須使用A6事件，且A6小區(qū)只能用于同頻的Scell同頻變更[14]。

由于A6中的Ocn、Ocs為共享配置參數(shù)，相對(duì)應(yīng)的Hys和Off為事件專(zhuān)用參數(shù)，因此，為差異化相關(guān)配置流程A6需在多Scell情況下進(jìn)行差異化配置。

表1　不同配置的門(mén)限區(qū)別

4　結(jié)論

本文主要研究了現(xiàn)階段商用網(wǎng)絡(luò)開(kāi)啟載波聚合功能的關(guān)鍵點(diǎn)，結(jié)合原理分析和現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)現(xiàn)情況，重點(diǎn)研究了現(xiàn)階段載波聚合的頻率設(shè)置，分量載波狀態(tài)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵點(diǎn)和無(wú)線(xiàn)狀態(tài)下的Pcell和Scell轉(zhuǎn)移方法。確定了相應(yīng)的Scell激活門(mén)限和相應(yīng)的Pcell切換的重點(diǎn)門(mén)限值。

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Carrier aggregation features applied research in TD-LTE commercial network

WANG Yang1, LIU Zeng-yi2, ZUO Cheng-hua3, LI Hua-mu4
(1 China Mobile Group Hebei Co., Ltd. Shijiazhuang Branch, Shijiazhuang 050021, China; 2 China Mobile Group Sichuan Co., Ltd. Chengdu Branch, Chengdu 610000, China； 3 China Mobile Group Sichuan Co., Ltd. Panzhihua Branch, Panzhihua 617000, China; 4 China Mobile Group Fujian Co., Ltd. Quanzhou Branch, Quanzhou 362000, China)

AbstractThis paper focuses on the methods of operating CA network in commercial network of China.Three aspects were researched in this paper: spectrum confi guration, status change of componentcarrier and mobility management in carrier aggregation.Practicall results studied in this paper will greatly improve the step of install carrier aggregation network.

KeywordsTD-LTE； carrier aggregation； practicall study

收稿日期：2015-08-01

中圖分類(lèi)號(hào)TN929.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1008-5599（2015）11-0037-06