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        TD-LTE載波聚合(CA)技術(shù)應(yīng)用分析

        2015-03-27 07:18:28中國(guó)普天信息產(chǎn)業(yè)北京通信規(guī)劃設(shè)計(jì)院王海根
        電子世界 2015年21期

        中國(guó)普天信息產(chǎn)業(yè)北京通信規(guī)劃設(shè)計(jì)院 王海根 宋 京 李 果

        伴隨著4G時(shí)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(shí)人們對(duì)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(yùn)營(yíng)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(gè)“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(guó)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(guó)運(yùn)營(yíng)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(chǎng)景也廣泛,2013年12月首次完成在TD-LTE上實(shí)驗(yàn)載波聚合成功。2014年9月中國(guó)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(gè)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(duì)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(duì)LTE多個(gè)載波進(jìn)行聚合,可最大聚合支持到100MHz。對(duì)于接收能力超過20MHz的LTE-A終端(UE)可以同時(shí)接收多個(gè)成員載波,而對(duì)LTERel.8和Rel.9的終端,也可以正常接收其中一個(gè)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(gè)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(gè);每個(gè)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(chǎng)景

        以下是CA的典型場(chǎng)景示意圖:

        場(chǎng)景1(圖1):覆蓋基本相同的載波間進(jìn)行聚合。

        場(chǎng)景2(圖2):覆蓋范圍不相同的載波間進(jìn)行聚合。

        場(chǎng)景3(圖3):覆蓋范圍相互交疊的載波間進(jìn)行聚合。

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

        場(chǎng)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(gè)載波,上行5個(gè)載波的配置。對(duì)于TDD而言,支持int r a-band的載波聚合,上行場(chǎng)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(duì)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(duì)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(cè)量報(bào)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(chǎng)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(shí)現(xiàn)意義

        由于無線頻譜資源短缺,世界各國(guó)都很難再找到連續(xù)的大帶寬,因此為了實(shí)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(gè)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(yàn)

        2)CA是目前主流運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)關(guān)注的重點(diǎn)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(shí)際意義;

        圖9

        3 天津LTE載波聚合CA應(yīng)用場(chǎng)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(gè)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(gè)小區(qū)不同BBU間載波聚合功能;

        3)目前支持同RRU兩個(gè)小區(qū)和不同RRU兩個(gè)小區(qū)實(shí)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:

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        如上表所示,天津移動(dòng)LTE網(wǎng)絡(luò)設(shè)備共計(jì)3076個(gè)宏站,其中D頻段站點(diǎn)數(shù)量792個(gè),D:F站點(diǎn)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(diǎn)共站的約788個(gè),主要分布于室內(nèi)6區(qū)。

        圖12

        綜述:由上區(qū)域開通站點(diǎn)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(shí)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(jí)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(duì)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(zhǎng),站點(diǎn)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(gè)RRU,布放光纜,新建天饋或?qū)⑻炀€改造為FAD。

        關(guān)注重點(diǎn)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(duì)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(cè)試的話,需要增加BPL1基帶板。同時(shí)需要考慮跨板CA,需要測(cè)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(diǎn)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(cè)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(gè)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(diǎn)新建RRU及天線,1個(gè)RRU配置D1,另一個(gè)RRU配置D2:

        工程量:每個(gè)基站一塊BPL1、一塊FS5C單板,增加3個(gè)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(jí)配置成D1+D2雙層網(wǎng),需要增加BPL1基帶板,同時(shí)需要考慮跨板CA,需要測(cè)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(cè)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(duì)單E站點(diǎn)的單個(gè)RRU配置為雙載波E1+E2;

        圖21

        傳輸帶寬:主測(cè)小區(qū)保證帶寬250M,最大帶寬250M。

        4 載波聚合CA測(cè)試驗(yàn)證

        4.1 驗(yàn)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(diǎn)測(cè)試,RSRP=-80dbm左右,SNR=29db左右;

        3)驗(yàn)證單載波單UE,峰值流量穩(wěn)定約為110M;

        4)驗(yàn)證雙載波雙UE,終端流量同時(shí)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打印(見圖17)。

        圖22

        4.3 FTP下載CA測(cè)試結(jié)果

        配置CA的2個(gè)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(cè)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(shí),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(gè)以上的載波合并為一個(gè)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(shí)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(yùn)營(yíng)商不僅能用戶提供更高速、更豐富的業(yè)務(wù)體驗(yàn),還能更好地應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量的爆發(fā)增長(zhǎng),提高TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的競(jìng)爭(zhēng)力。

        [1]趙訓(xùn).3GPP長(zhǎng)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(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[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.

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