TD-LTE載波聚合（CA）技術(shù)應(yīng)用分析

中國普天信息產(chǎn)業(yè)北京通信規(guī)劃設(shè)計院 王海根 宋 京 李 果

伴隨著4G時代的到來，各類終端性能的提升，日常生活及工作中無處能離的網(wǎng)絡(luò)，同時人們對數(shù)據(jù)速率的要求越來越高，為能利用現(xiàn)有資源進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)速率，載波聚合（CA)成為運營商面向未來的必然選擇。載波聚合就是把零碎的頻段合并成一個“虛擬”的更寬的頻段，以提高數(shù)據(jù)速率。

1 載波聚合CA

1.1 載波聚合的發(fā)展歷程

1）2013年，韓國電信首次商用CA，通過載波聚合以獲得下行峰值速率150Mbps。

2） 2013年11月，英國運營商EE宣布完成40MHz載波聚合，下載速率理論值可達(dá)300Mpbs。

3）隨著載波聚合技術(shù)越來越成熟應(yīng)用場景也廣泛，2013年12月首次完成在TD-LTE上實驗載波聚合成功。2014年9月中國電信在成功演示了FDD和TDD的載波聚合，這也是載波聚合路上一個新的里程碑。

1.2 載波聚合 CA的原理

載波聚合是能滿足LTE-A更大帶寬需求且能保持對LTE后向兼容性的關(guān)鍵技術(shù)。目前，LTE支持的最大帶寬是20MHz，LTE-A通過對LTE多個載波進(jìn)行聚合，可最大聚合支持到100MHz。對于接收能力超過20MHz的LTE-A終端(UE)可以同時接收多個成員載波，而對LTERel.8和Rel.9的終端，也可以正常接收其中一個成員載波，CA只在3GPP R10及以后的版本中存在。

CA（載波聚合）技術(shù)是指基站根據(jù)UE能力將2個以上的20MHz載波成員聚集起來，形成后向兼容的最大支持100MHz（CC；最多5個；每個最多20MHz；頻率上可以緊挨者也可間隔開）帶寬的載波，一起為UE提供服務(wù)的技術(shù)。

1.3 載波聚合 CA典型場景

以下是CA的典型場景示意圖：

場景1（圖1）：覆蓋基本相同的載波間進(jìn)行聚合。

場景2（圖2）：覆蓋范圍不相同的載波間進(jìn)行聚合。

場景3（圖3）：覆蓋范圍相互交疊的載波間進(jìn)行聚合。

場景4（圖4）：宏覆蓋載波和RRH拉遠(yuǎn)覆蓋載波進(jìn)行聚合。

場景5（圖5）：宏覆蓋載波和Repeat er進(jìn)行擴(kuò)展覆蓋的載波進(jìn)行聚合。

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5

無論是int er-band或int r a-band，Rel-10的信令需要支持最大下行5個載波，上行5個載波的配置。對于TDD而言，支持int r a-band的載波聚合，上行場景4和5進(jìn)行載波聚合在Rel-11中支持。

1.4 載波聚合CA基本功能

載波激活去激活與UE維持RRC連接的載波稱之為主載波（PCC）或者為主小區(qū)（PCel l）；除主載波之外的載波稱之為輔載波（SCC）或者為輔小區(qū)（SCel l）。

PCC總是激活的，SCC可通過PCC或已激活的SCC來激活。若SCC滿足激活條件(主載波PRB利用率（The Downl ink Total PRB Ratio Threshol d of PCel l）高于配置閾值且輔載波PRB利用率(The Downl ink Total PRB Ratio Threshol d of SCel l)低于配置的閾值，激活對應(yīng)輔載波)，則SCC可通過PCC或已激活的SCC給UE發(fā)送激活MAC CE來激活。若SCC滿足去激活條件(（1）主輔載波PRB總的利用率低于配置閾值(對應(yīng)The Downl ink Total PRB Ratio Threshol d of PCel l和The Downl ink Tot al PRB Rat io Thr eshol d of SCel l)；（2）當(dāng)前用戶輔載波的MCS低于某一閾值(The MCS Threshol d Of SCel l DeActive))，則SCC可通過PCC或已激活的SCC下發(fā)去激活MAC CE來去激活（Deact ivat e；包括自己），SCC還可以通過Deact ivat ion t imer來隱式去激活。

總體來說，PCC總是激活的，SCC可通過PCC或已激活的SCC來激活。SCC可通過PCC或已激活的SCC來去激活（Rel ease；包括自己），SCC還可以通過DRX和deact ivat ion t imer來去激活。輔載波添加刪除。輔載波的添加、刪除和修改主要是通過測量報告來觸發(fā)的，其中通過A2事件進(jìn)行輔載波的刪除，A4進(jìn)行輔載波的添加，A6進(jìn)行輔載波的修改。載波聚合的場景可以分為3種：帶內(nèi)連續(xù)載波聚合(Int r a-Band，Cont inuous)、帶內(nèi)非連續(xù)載波聚合(Int r a-Band，Non-cont iguous)、帶外非連續(xù)載波聚合(Int er-Band，Non-Cont iguous)。

1）帶內(nèi)連續(xù)載波聚合：

圖6

2）帶內(nèi)非連續(xù)載波聚合：

圖7

3）帶外非連續(xù)載波聚合：

圖8

2 載波聚合的實現(xiàn)意義

由于無線頻譜資源短缺，世界各國都很難再找到連續(xù)的大帶寬，因此為了實現(xiàn)LTE系統(tǒng)的大帶寬需求，LTE演進(jìn)過程中引入了載波聚合技術(shù)，把多個連續(xù)（頻段內(nèi)D1+D2）或不連續(xù)（跨頻段D+F）的頻譜聚合使用。

1）LTE重要技術(shù)之一，通過載波聚合可以提供成倍的數(shù)據(jù)速率和更好的用戶體驗

2）CA是目前主流運營商現(xiàn)關(guān)注的重點之一；

3）由于頻譜資源的稀缺，跨頻段的載波聚合在未來有更大的應(yīng)用空間和實際意義；

圖9

3 天津LTE載波聚合CA應(yīng)用場景

3.1 載波聚合支持情況

1）現(xiàn)網(wǎng)版本支持D+F、D1+D2、E1+E2的載波聚合功能；

2）目前支持兩個小區(qū)同BBU同BPL板、同BBU不同BPL板載波聚合功能，不支持兩個小區(qū)不同BBU間載波聚合功能；

3）目前支持同RRU兩個小區(qū)和不同RRU兩個小區(qū)實現(xiàn)載波聚合功能；

圖10

3.2 天津現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析

?現(xiàn)網(wǎng)整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析：

?

如上表所示，天津移動LTE網(wǎng)絡(luò)設(shè)備共計3076個宏站，其中D頻段站點數(shù)量792個，D:F站點比例在1:3左右，如圖11所示。

圖11

?雙層網(wǎng)分布情況：

D頻段主要集中在市區(qū)中心區(qū)域，D和F站點共站的約788個，主要分布于室內(nèi)6區(qū)。

圖12

綜述：由上區(qū)域開通站點比例及雙層網(wǎng)分布情況來看，現(xiàn)網(wǎng)D頻段主要分布于市區(qū)外環(huán)內(nèi)區(qū)域形成連續(xù)覆蓋。

3.3 現(xiàn)網(wǎng)CA實現(xiàn)方式

1）D+F方案：

天津現(xiàn)網(wǎng)是雙層網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，單D站和TDS升級到F的雙模站，D和F分屬不同的BBU，目前不支持跨BBU的載波聚合，需要對現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行改造，改造方式有以下兩種：

?方案1：D頻段RRU接到雙模站上，形成TDS+F+D的形式：

工程量：需增加一塊FS5C單板，假如BBU到RRU光纖不夠長，站點需要重新布放光纜；

?方案2：將單D站改造為D+F站：

工程量：需增加一塊BPL1、一塊FS5C單板，三個RRU，布放光纜，新建天饋或?qū)⑻炀€改造為FAD。

關(guān)注重點和備注：參數(shù)配置：現(xiàn)網(wǎng)中F頻段和D頻段上下行子幀配置都是2，即3:1。但是特殊子幀配置是不同的，F(xiàn)頻段是3:9:2（需要結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)的F頻段的特殊子幀配置9:3:2or 6:6:2）。D頻段10:2:2。由于BPL內(nèi)不支持不同特殊子幀配置，因此對于F+DCA需要考慮F頻段在一塊BPL1基帶板上，D頻段分布在另一塊BPL1基帶板上，3組CA都是跨板交互，通過FS5C交換板。另外，F(xiàn)頻段和TDS雙模，還需要考慮D頻段小區(qū)幀頭提前問題。

具體參考如圖13所示。

圖 13

備貨：在原有F頻段單層覆蓋的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行測試的話，需要增加BPL1基帶板。同時需要考慮跨板CA，需要測試區(qū)域的BBU上增加一塊FS5C單板。單基站改造需求：

BPL1：1塊（可利用D頻段站點BPL1板）

FS5C：1塊

10G光模塊：6塊，包括配套的光纖(可利舊)

其它輔料：若干相應(yīng)的線纜等

傳輸帶寬：主測小區(qū)至少要保證360M傳輸帶寬，最大600M傳輸帶寬。

圖14

2）D1+D2方案：

?方案1：配置為雙載波D1+D2：

圖15

圖16

圖17

圖18

工程量：每個基站需增加一塊BPL1、一塊FS5C單板，布放三根光纜；

?方案2：在D頻段站點新建RRU及天線，1個RRU配置D1，另一個RRU配置D2：

工程量：每個基站一塊BPL1、一塊FS5C單板，增加3個RRU、3 面天線，3根光纖；

建議：采用方案1，節(jié)省成本。

備注：需要考慮雙載波在兩塊BPL1單板上的分布，建議分布及配置圖如圖14所示。

圖19

圖20

先升級配置成D1+D2雙層網(wǎng)，需要增加BPL1基帶板，同時需要考慮跨板CA，需要測試區(qū)域的BBU上增加FS5C單板，需要增加至少7塊FS5C單板：

單基站改造需求如下：

BPL1：1塊

FS5C：1塊

RRU：支持多載波RRU直接配置雙載波，無需增加RRU；

10G光模塊：6塊（RRU側(cè)和BBU側(cè)），包括配套的3根光纖；

其它輔料：若干相應(yīng)的線纜等；

傳輸帶寬：主測小區(qū)保證帶寬360M，最大帶寬600M。

3）E1+E2方案：（同D1+D2）

?選取分布東南角基站，對單E站點的單個RRU配置為雙載波E1+E2；

圖21

傳輸帶寬：主測小區(qū)保證帶寬250M，最大帶寬250M。

4 載波聚合CA測試驗證

4.1 驗證CA峰值流量流程

1）確保網(wǎng)管配置正確，小區(qū)正常，終端成功可以接入；

2）定點測試，RSRP=-80dbm左右，SNR=29db左右；

3）驗證單載波單UE，峰值流量穩(wěn)定約為110M；

4）驗證雙載波雙UE，終端流量同時穩(wěn)定約為110M；

5）CA使能后，GID灌包，灌包速率穩(wěn)定約為220M；

6）進(jìn)行FTP下載。

4.2 信令流程

1）UE附著流程（見圖15）。

2）UE附著成功后，添加Scel l（見圖16）。

3）CA使能，Scel l激活后，PDSCH打?。ㄒ妶D17）。

圖22

4.3 FTP下載CA測試結(jié)果

配置CA的2個cel l，單載波單UE峰值流量為111.324M和110.648M，截圖如圖18、圖19所示。

高通軟件QXDM測試結(jié)果：終端（MF975）接入網(wǎng)絡(luò)，成功添加Scel l后，當(dāng)主輔載波的下行RB滿足條件時，激活Scel l。RSRP高于-85dbm，SNR優(yōu)于27db，F(xiàn)TP下載速率穩(wěn)定為220M左右，如圖20、圖21所示。

CA峰值流量DU met er截圖如圖22所示。

5 結(jié)論

載波聚合是LTE的核心技術(shù)，可以把相同或不同頻段下的兩個以上的載波合并為一個信道，以便成倍提高LTE小區(qū)的峰值速率。載波聚合（CA）亦能有效規(guī)避鄰區(qū)同頻干擾，進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)性能，還能靈活地實現(xiàn)主輔小區(qū)間的負(fù)載均衡，進(jìn)而提升整體網(wǎng)絡(luò)容量。載波聚合技術(shù)在現(xiàn)網(wǎng)中的廣泛推廣應(yīng)用，讓運營商不僅能用戶提供更高速、更豐富的業(yè)務(wù)體驗，還能更好地應(yīng)對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量的爆發(fā)增長，提高TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的競爭力。

[1]趙訓(xùn).3GPP長期演進(jìn)(LTE)系統(tǒng)架構(gòu)與技術(shù)規(guī)范[M].北京:人民郵電出版社,2010.

[2]沈嘉.3GPP長期演進(jìn)(LTE)技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計[M].北京:人民郵電出版社,2008.

[3]胡宏林,徐景.3GPP LTE無線鏈路關(guān)鍵技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008.