5G網絡下的3.5GHz+2.1GHz站間CA載波聚合策略研究

付 斐 張國光 沈 凌 趙 煜

中國聯合網絡通信集團有限公司江蘇省分公司

0 引言

為了提供更高的業(yè)務速率，3GPP提出了NR用戶支持最大帶寬到1GHz的要求。針對運營商可能沒有完整頻譜資源和運營商頻譜大于協議定義的單載波帶寬能力的場景，3GPP引入載波聚合（Carrier Aggregation，簡稱CA）功能。

在實際5G組網過程中，由于目前電聯共建共享的5G網絡主要是3.5G高頻組網，而3.5G TDD高頻5G網絡在覆蓋能力上存在上行覆蓋受限問題，在面對用戶對5G速率感知高標準要求時，3.5G頻段組網的5G網絡由于上行受限導致邊緣用戶網絡體驗較差，隨著5G用戶的逐步增加，用戶對5G網絡的高網速體驗感知隨之下降。

本研究通過對江蘇聯通3.5G TDD+2.1G FDD的CA載波聚合創(chuàng)新方案進行策略研究，積極推進3.5GHz+2.1GHz雙頻協同建設，完成站間部署3.5G TDD+2.1G FDD載波聚合，通過站間CA載波聚合特性提升用戶下行極致體驗，實現用戶體驗1+1>2的感知提升。

1 CA載波聚合原理和分類

CA載波聚合是將多個分量載波（Component Carrier，CC）聚合起來之后，UE可享受的帶寬是多個載波的帶寬之和，其峰值速率也能獲得幾乎成比例的提升。

1.1 CA載波聚合分類

1.1.1 CA頻段分類

與LTE類似，根據參與載波聚合的載波所在的頻段不同，5G載波聚合可分為頻段內CA和頻段間CA，其中頻段內CA可分為頻段內連續(xù)CA和頻段內非連續(xù)CA。

頻段內連續(xù)CA：參與載波聚合的分量載波在同一個頻段內的頻域上連續(xù)分布。

頻段內非連續(xù)CA：參與載波聚合的分量載波在同一個頻段內的頻域上非連續(xù)分布。

頻段間CA：參與載波聚合的分量載波在不同頻段的頻域上分布。

頻段間載波聚合主要是將存在共同覆蓋的2個不同頻段的載波通過特性配置進行聚合使用。聚合方式主要針對2載波進行，目前電聯主要是2.1和3.5 NR Band支持進行CA聚合。

1.1.2 CA場景分類

根據載波聚合（CA）使用場景分類，載波聚合分為站內場景和站間場景載波聚合，如圖1所示。

圖1 場景CA分類

站內場景：站內場景CA主要有共站同覆蓋、共站不同覆蓋和共站補盲場景。頻段內CA主要應用在共站同覆蓋和共站補盲場景。

站間場景：站間場景CA指不同站點間在共同覆蓋區(qū)域進行聚合覆蓋。

1.2 CA配置和差異

CA功能需要在后臺網管進行配置，主要是針對SCell進行管理。SCell有兩種配置方式：盲配置和基于測量配置。

SCell和PCell共射頻模塊部署時，SCC和PCC上的CSIRS波束方向相同，頻段內CA場景下，gNB可通過借用PCC上的CSI-RS波束方向進行業(yè)務使用，但頻段間CA場景，SCell和PCell一般不共射頻模塊，無法使用PCC上的波束方向。

2 3.5G+2.1G（T+F）站間CA創(chuàng)新方案策略研究

江蘇聯通深入貫徹集團公司5G電聯共建共享部署戰(zhàn)略，在網絡建設上不斷創(chuàng)新?；趏neNR一張網架構，積極推進3.5GHz+2.1GHz雙頻協同創(chuàng)新方案策略研究，將3.5G TDD+2.1G FDD進行跨站CA聚合，實現不同站點、不同頻率之間的載頻進行CA聚合的的新型載波聚合方案，在當前電聯頻段使用和聚合使用上更加靈活，不受共站、區(qū)域等限制，只要區(qū)域內同時滿足3.5G和2.1G信號重疊，即可實現站間載波聚合，用戶可以體驗到比單頻點覆蓋更高的極速速率和更低的時延感知，實現用戶體驗1+1>2。具體創(chuàng)新方案如下。

2.1 5G超級上行實現3.5GHz+2.1GHz的跨站融合

2.1GHz作為1.8GHz的容量補充，下行資源占用率較高，而上行占用率低，3.5GHz作為5G網絡的基礎頻段，上行數據僅在TDD的上行時刻發(fā)送，在5G獨立組網場景，因為gNodeB下行功率大而終端上行發(fā)射功率小，導致上下行覆蓋不平衡，上行覆蓋受限，另外，TDD載波上行和下行時分復用頻譜資源，因此用于上行的實際時頻資源受限，上行體驗不佳。

5G超級上行是通過高低頻時頻聯合調度，通過將上行數據分時在NR TDD的3.5G頻譜和2.1G低頻段SUL頻譜上發(fā)送，增加5G用戶的上行可用時頻資源，使能上行全時隙調度，高低頻協同實現NR上行增強，如圖2所示。

圖2 超級上行時隙發(fā)送

在3.5G和2.1G同覆蓋區(qū)域場景下，利用5G超級上行能力將同覆蓋區(qū)域下3.5G和2.1G不同站點進行跨站CA載波聚合，通過IPRAN傳輸，在不同站UMPTg單板之間實現信息交互，將2.1GHz作為容量層的補充，彌補3.5G上行覆蓋短板，最大限度發(fā)揮頻譜資源，提升網絡頻譜效率，實現3.5G+2.1G的跨站融合，如圖3所示。

圖3 3.5G+2.1G站間CA載波聚合實現方式

2.2 采用eXn技術縮短站間用戶面時延

eXn鏈路類似于LTE EX2，是一種站間鏈路。與EX2不同的地方在于，eXn只有用戶面，依賴站間XN鏈路，需要XN鏈路正常才能觸發(fā)eXn業(yè)務及上層IPRAN CA業(yè)務。

創(chuàng)新eXn方案通過數據預調度方式，在T+F的站間CA載波聚合時在PCC和SCC之間對申請數據進行預調度，提前將數據組包進行分配，縮短實際調度時SCC時延，縮短站間時延10%左右，使能站間CA，如圖4所示。通過網管執(zhí)行DSP GNBDUEXNUPINFO可查詢主站和輔站eXn時延。

圖4 eXn方案

2.3 采用SRS權與PMI權自適應技術提升下行峰值速率

SRS權 是Sounding參 考 信 號 權（Sounding Reference Signal），屬于動態(tài)權值，可應用于PDSCH信道、天選場景或近中點。gNodeB通過獲取UE上行信道的SRS信號，根據互易原理計算出對應下行信道的特征。SRS權值計算原理：基站根據SRS信息，從無窮個Beam中挑出最好的多個正交beam。

PMI權是預編碼矩陣權（Precoding Matrix Indication），屬于動態(tài)權值，可應用于PDSCH信道。gNodeB基于UE上行反饋的PMI選擇最佳的加權權值。PMI的權值計算原理：UE根據CSI-RS信息，從Codebook中有限個Beam中挑出最好的多個正交Beam，并反饋BeamId給基站。

gNodeB支持下行SRS權與PMI權自適應功能進行PDSCH權值計算，即自適應地選擇采用SRS權或PMI權，權值可以更準確地反映數據信道的質量，保證數據傳輸的體驗，確保用戶在5G網絡下的極致速率體驗。如表1所示。

表1 SRS權與PMI權自適應下行峰值速率

2.4 創(chuàng)新方案部署實施效果

針對現網站點分布和現場情況，結合T+F的站間CA創(chuàng)新方案部署設備和版本支持能力，江蘇聯通基于商用網絡選取連片5G站點，對TDD 3.5GHz（100M）+FDD 2.1GHz（20M）的CA載波聚合進行創(chuàng)新方案部署實施效果驗證。

以江寧大學城附近龐家墳（FDD）站點和周邊距離較近的兩個TDD站點開通F+T站間CA為例說明。針對龐家墳（FDD）站點和周邊TDD站點區(qū)域進行T+F載波聚合處理后，對聚合站點覆蓋區(qū)域進行定點CQT測試和DT測試，驗證站間CA功能具備速率提升效果。

在部署T+F站間CA以后，通過測試信令和網格小區(qū)終端統計載波聚合的兩個站點確認載波聚合能力已部署并已有用戶占用CA。

選取PCC近、中、遠三個點分別做下行Full Buffer業(yè)務，對比單載波和CA載波聚合前后的下行速率變化，從對比結果可以看出，CA隨速率提升增幅達到95%以上，如表2所示。

表2 下行速率對比

在FDD和兩個TDD站點之間往返跑圈DT測試，CA以后DT下行測試速率提升93.64%，如圖5所示。

圖5 DT下行測試速率提升

示范區(qū)創(chuàng)新方案實施F+T站間CA部署后，用戶高速體驗獲得較大幅度提升，具體提升效果如下：（1）上行峰值速率達493Mbps，下行平均速率相比3.5G單站提升20%；（2）小區(qū)邊緣上行增益高達2倍以上；（3）CA用戶吞吐率均能達到單載波速率總和的93.64%。

用戶體驗速率的極大提升，有效滿足當前5G深度覆蓋場景下to C用戶高清電影在線流暢播放、極速下載需求，保障了5G網絡下的用戶體驗，提升了網絡品牌美譽度和口碑。

3 結束語

隨著4/5G網絡的快速發(fā)展，站間載波聚合的創(chuàng)新方案充分發(fā)揮高中頻協同、4/5G協同網絡能力。相比5G同站部署超級上行和載波聚合，站間載波聚合實現方式更靈活，不受共站、區(qū)域等限制，只要區(qū)域內同時滿足3.5G和2.1G信號重疊，即可實現站間載波聚合能力，部署效率提升30%。在4G網絡下，2.1GHz下行資源占用率較高，而上行占用率低，2.1GHz既可作為4G容量層的補充，又能彌補5G 3.5G覆蓋短板，當前密集的小基站通過跨站CA部署提供了非常大的網絡容量，同時跨站CA實施后，小區(qū)邊緣上行增益高達200%以上，最大限度發(fā)揮4/5G頻譜資源，提升網絡頻譜效率，保障了用戶體驗感知，對中國聯通集團構建“廣厚深”的5G網絡，適配toC和toB行業(yè)的網絡上下行能力，打造5G極致體驗具有重大意義。