CDMA/LTE手機(jī)支持載波聚合問(wèn)題分析及方案建議

劉吉雯，戴國(guó)華，王朝暉

（中國(guó)電信股份有限公司廣州研究院，廣東 廣州 510630）

1 引言

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展和智能手機(jī)的普及，移動(dòng)用戶數(shù)據(jù)使用量大幅提升，用戶對(duì)數(shù)據(jù)速率的要求越來(lái)越高，與此同時(shí)頻譜資源緊缺的問(wèn)題日益嚴(yán)重。如何滿足更大帶寬需求成為L(zhǎng)TE向LTE-Advanced演進(jìn)的重要考慮因素之一。載波聚合作為L(zhǎng) T EAdvanced的一項(xiàng)重要功能，可以將多個(gè)連續(xù)或離散的載波聚合在一起，形成一個(gè)更寬的頻譜，這種技術(shù)可為運(yùn)營(yíng)商提供一種低成本的解決方案，既增加現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和容量，又可以提高頻譜碎片的利用率。

2013年下半年以來(lái)，載波聚合成為L(zhǎng)TE運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的重點(diǎn)方向，至2015年1月，全球共有107個(gè)運(yùn)營(yíng)商已商用或部署、準(zhǔn)備部署載波聚合。已商用運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)階段均支持兩載波聚合，韓國(guó)SKT已支持cat6終端三載波聚合，可達(dá)到300Mbps理論極限速率。此外，部分先行的運(yùn)營(yíng)商正在進(jìn)行cat9終端三載波聚合試驗(yàn)，預(yù)期可達(dá)到450Mbps理論極限速率。目前已商用載波聚合的主流CDMA運(yùn)營(yíng)商情況如表1所示。

從CDMA/LTE載波聚合終端現(xiàn)狀來(lái)看，數(shù)據(jù)終端由于不需要支持CDMA語(yǔ)音，終端改造復(fù)雜度較小，商用情況已比較成熟。而對(duì)于手機(jī)終端，支持CDMA語(yǔ)音帶來(lái)了一定的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度及其他一系列問(wèn)題。本文將從技術(shù)角度出發(fā)，介紹CDMA/LTE手機(jī)終端支持載波聚合存在的關(guān)鍵問(wèn)題，并給出解決方案建議。

2 CDMA/LTE手機(jī)終端支持載波聚合關(guān)鍵問(wèn)題分析

2.1 終端形態(tài)問(wèn)題

CDMA運(yùn)營(yíng)商在向LTE演進(jìn)過(guò)程中，可采用不同的方案解決語(yǔ)音連續(xù)性，如1xCSFB/e1xCSFB、Dual Rx Dual Tx（SVLTE）、Dual Rx（SRLTE）、SRVCC/VoLTE等。如考慮增加CA功能支持，運(yùn)營(yíng)商需根據(jù)終端產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展情況選擇合適的終端形態(tài)和語(yǔ)音解決方案。

載波聚合要求終端同時(shí)支持多頻段并發(fā)，這意味著終端需升級(jí)基帶芯片能力和增加支持相應(yīng)頻段的射頻芯片，因此終端支持載波聚合能力主要涉及基帶和射頻芯片，不同的基帶與射頻芯片組合帶來(lái)了多種終端形態(tài)選擇。傳統(tǒng)的射頻芯片只支持單一載波工作，2014年最新的射頻芯片可支持2個(gè)載波同時(shí)工作。而現(xiàn)階段主流基帶芯片最多只能支持4條接收通路，目前已有芯片廠家著手研發(fā)支持6條接收通路的基帶芯片方案，預(yù)計(jì)2015年下半年可投入市場(chǎng)。根據(jù)基帶和射頻芯片現(xiàn)狀，CDMA/LTE載波聚合終端有2種形態(tài)：?jiǎn)瓮ㄝd波聚合終端（SRLTE+CA、1xCSFB+CA、VoLTE+CA）和雙通載波聚合終端（SVLTE or CA、SVLTE+CA）。

單通載波聚合終端無(wú)法支持LTE數(shù)據(jù)與CDMA語(yǔ)音的并發(fā)，終端在進(jìn)行載波聚合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)需監(jiān)聽CDMA語(yǔ)音，當(dāng)終端處理CDMA語(yǔ)音時(shí)，載波聚合數(shù)據(jù)會(huì)被中斷。傳統(tǒng)射頻芯片只支持單一載波對(duì)應(yīng)一個(gè)射頻芯片，當(dāng)終端需同時(shí)處理多個(gè)載波時(shí)，必須增加射頻芯片數(shù)量，因此引入載波聚合能力將對(duì)傳統(tǒng)單通終端帶來(lái)成本的增加。但隨著新型射頻芯片的推出，載波聚合終端需要的射頻芯片數(shù)量可相應(yīng)減少。 單通載波聚合終端解決方案架構(gòu)圖如圖1所示：

圖1 單通載波聚合終端解決方案架構(gòu)圖

雙通載波聚合終端可實(shí)現(xiàn)LTE數(shù)據(jù)語(yǔ)音并發(fā)特性，但由于現(xiàn)階段基帶芯片最多只支持4條接收通路，終端無(wú)法支持載波聚合與CDMA語(yǔ)音的并發(fā)。終端進(jìn)行載波聚合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸時(shí)需同時(shí)監(jiān)聽CDMA語(yǔ)音，當(dāng)終端需處理CDMA語(yǔ)音時(shí)，終端將回退為僅在單個(gè)載波上發(fā)送/接收數(shù)據(jù)。隨著支持6條接收通路的新型基帶芯片的推出，載波聚合與CDMA語(yǔ)音的并發(fā)問(wèn)題將可得到解決，屆時(shí)將可支持SVLTE+CA終端。雙通載波聚合終端解決方案架構(gòu)圖如圖2所示：

表1 主流CDMA運(yùn)營(yíng)商的載波聚合部署及終端支持情況

圖2 雙通載波聚合終端解決方案架構(gòu)圖

2.2 終端性能問(wèn)題

考慮到產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀及成本限制，運(yùn)營(yíng)商在載波聚合部署初期可能會(huì)選擇單通形態(tài)終端。但如果在CDMA/LTE SRLTE單通終端上引入載波聚合技術(shù)，可能會(huì)造成終端數(shù)據(jù)性能、呼叫成功率、返回時(shí)延性能下降等問(wèn)題。

由于SRLTE終端同時(shí)只支持CDMA或LTE一種制式下進(jìn)行信號(hào)發(fā)送，當(dāng)終端處于LTE連接態(tài)時(shí)，終端仍需要周期監(jiān)聽CDMA尋呼，當(dāng)前射頻芯片有4種周期監(jiān)聽的方式：

◆占用主小區(qū)和輔小區(qū)4路接收進(jìn)行1x尋呼監(jiān)聽；

◆占用主小區(qū)分集1路接收及輔小區(qū)2路接收進(jìn)行1x尋呼監(jiān)聽；

◆僅占用輔小區(qū)2路接收進(jìn)行1x尋呼監(jiān)聽；

◆主輔小區(qū)4路接收與1x尋呼監(jiān)聽并發(fā)。

圖3 射頻芯片1x周期監(jiān)聽解決方案

射頻芯片1x周期監(jiān)聽解決方案如圖3所示。方案一要求雙天線離開進(jìn)行監(jiān)聽，因此導(dǎo)致LTE數(shù)據(jù)傳輸短暫中斷，待監(jiān)聽完成后恢復(fù)數(shù)據(jù)傳輸，這種方案對(duì)終端數(shù)據(jù)性能將產(chǎn)生較大影響；方案二、方案三要求單天線離開進(jìn)行監(jiān)聽，終端可繼續(xù)使用單天線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這種方案與方案一相比對(duì)終端數(shù)據(jù)性能影響較??；方案四對(duì)性能影響更小，但對(duì)射頻及基帶芯片要求較高，需同時(shí)處理5路接收。由于CDMA相關(guān)的業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)較高，當(dāng)需要處理CDMA相關(guān)的業(yè)務(wù)（例如語(yǔ)音呼叫、短信收發(fā)、位置更新流程等）時(shí)，假如終端正在LTE連接態(tài)下進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，終端必須中斷當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸，待CDMA業(yè)務(wù)處理結(jié)束后再恢復(fù)，這也將對(duì)終端數(shù)據(jù)性能帶來(lái)較大影響。

此外，單通形態(tài)載波聚合終端在多業(yè)務(wù)融合的情況下同樣也存在性能問(wèn)題，例如當(dāng)單通形態(tài)載波聚合終端支持eMBMS，由于終端需要周期監(jiān)聽CDMA尋呼消息，即使不考慮上層應(yīng)用及其它傳輸模塊和網(wǎng)元處的丟包問(wèn)題，并采用FEC（前向糾錯(cuò)碼），需要增加糾錯(cuò)的冗余仍較多，開銷較大，可能導(dǎo)致eMBMS尋呼成功率性能下降。

2.3 終端測(cè)試系統(tǒng)及標(biāo)準(zhǔn)不完善問(wèn)題

終端支持載波聚合會(huì)增加射頻復(fù)雜度，還需要進(jìn)行底層協(xié)議擴(kuò)展，因此運(yùn)營(yíng)商要對(duì)終端功能及性能進(jìn)行嚴(yán)格評(píng)估，以確保用戶感知符合用戶預(yù)期。

3 G P P已形成載波聚合相關(guān)的一致性測(cè)試規(guī)范，包括3GPP TS36.521-1（射頻一致性）、3GPP TS36.521-3（無(wú)線資源管理）、3GPP TS36.523-1（協(xié)議一致性），但針對(duì)國(guó)內(nèi)CDMA/LTE運(yùn)營(yíng)商載波聚合可能采用的B1、B3和B41頻段，除B41帶內(nèi)連續(xù)載波聚合外，GCF均未進(jìn)行統(tǒng)一認(rèn)證。這也為部分運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行終端載波聚合測(cè)試帶來(lái)困難。國(guó)內(nèi)CDMA運(yùn)營(yíng)商可能采用的頻段組合用例認(rèn)證情況如表2所示：

表2 國(guó)內(nèi)CDMA運(yùn)營(yíng)商可能采用的頻段組合用例認(rèn)證情況

3 CDMA/LTE手機(jī)終端支持載波聚合解決方案建議

考慮到產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀及成本限制，為了盡量減少對(duì)用戶的影響，建議CDMA運(yùn)營(yíng)商部署載波聚合初期采用單通方案（SRLTE+CA、1xCSFB+CA）；待基帶芯片支持載波聚合與CDMA語(yǔ)音并發(fā)能力后，建議采用雙通方案（SVLTE or CA、SVLTE+CA）以提升用戶體驗(yàn)。后續(xù)待LTE全面覆蓋且VoLTE成熟后，可采用基于VoLTE+CA方案，以適應(yīng)移動(dòng)終端及網(wǎng)絡(luò)未來(lái)演進(jìn)方向。

其次，載波聚合終端數(shù)據(jù)速率是吸引用戶的亮點(diǎn)，為了保障優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗(yàn)，運(yùn)營(yíng)商需要對(duì)載波聚合終端的功能及數(shù)據(jù)性能進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試，特別需要關(guān)注以下幾點(diǎn)：

◆單載波和雙載波在不同信道環(huán)境下的上下行吞吐量測(cè)試；

◆載波間調(diào)度對(duì)吞吐量的影響；

◆不同信道環(huán)境下對(duì)吞吐量的影響；

◆單通終端引入載波聚合后的呼叫成功率；

◆單通終端引入載波聚合后的呼叫返回時(shí)延。

最后，運(yùn)營(yíng)商應(yīng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)頻段部署情況推進(jìn)GCF一致性用例立項(xiàng)，從而推動(dòng)載波聚合測(cè)試用例的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前CDMA/LTE手機(jī)終端支持載波聚合的相關(guān)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)仍在更新和完善中，相信隨著更多基帶芯片、射頻模塊等技術(shù)的改進(jìn)以及相關(guān)測(cè)試和商用實(shí)踐的開展，CDMA/LTE終端將在讓用戶體驗(yàn)載波聚合技術(shù)帶來(lái)的高速數(shù)據(jù)速率的同時(shí)，保證用戶全面良好的使用體驗(yàn)。

[1]3GPP. 3GPP TS36.523-1 User Equipment(UE)conformance specification; Part1: Protocol conformance specification(Release 12)[S]. 2014.

[2]3GPP. 3GPP TS36.521-1 User Equipment(UE)conformance specification Radio transmission and reception Part 1: Conformance testing(Release 12)[S].2014.

[3]3GPP. 3GPP TS36.521-3 User Equipment(UE)conformance specification; Radio transmission and reception; Part 3: Radio Resource Management(RRM)conformance testing(Release 12)[S]. 2014.

[4]3GPP. 3GPP TS36.101 User Equipment(UE)radio transmission and reception(Release 12)[S]. 2014.

[5]3GPP. 3GPP TS 36.321 Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA); Medium Access Control(MAC)protocol specification(Release 12)[S]. 2014.