文｜李國清

本文基于大流量、大帶寬業(yè)務(wù)對單用戶峰值速率提升方面的要求，對載波聚合、補充上行及雙連接等多頻段聯(lián)合傳輸技術(shù)原理及方案部署展開分析。結(jié)果表明，不同的多頻段聯(lián)合傳輸技術(shù)適用場景不同，必須在不同技術(shù)上下行峰值速率與邊緣速率計算結(jié)果的基礎(chǔ)上，展開定量分析與測試驗證，為5G頻段間協(xié)同提供技術(shù)保證。

一、多頻段聯(lián)合傳輸技術(shù)原理

（一）載波聚合

為提升業(yè)務(wù)速率，3 GPP引入載波聚合技術(shù)（CA），該技術(shù)能充分利用運營商非連續(xù)頻譜資源，通過將數(shù)個連續(xù)或非連讀載波聚合為更大帶寬，提升離散頻譜利用率，以滿足3GPP業(yè)務(wù)要求；還能充分利用高低頻組合拓展覆蓋范圍，解決覆蓋瓶頸問題。

根據(jù)聚合載波頻段，可將該技術(shù)分成頻段內(nèi)載波聚合和頻段間載波聚合，前者又可分為連續(xù)載波聚合和非連續(xù)載波聚合兩種；后者則是兩個或以上頻段載波的聚合，射頻實現(xiàn)的復(fù)雜性更高，對于不同制式的載波聚合，實現(xiàn)過程更為復(fù)雜。載波聚合協(xié)議架構(gòu)中各無線承載僅存在1個PDCP和RLC實體以及多個MAC層、物理層分量載波；在分量載波層面數(shù)據(jù)具有可獨立調(diào)度性，單獨的分量載波還具備相對獨立的HARQ實體、重傳進程和Uu接口傳輸信道。

（二）補充上行

通過大規(guī)模MIMO、增加資源等技術(shù)保障實現(xiàn)中高頻下行覆蓋，但上行覆蓋因受到終端發(fā)生頻率的限制，覆蓋能力較差。為有效解決上下行覆蓋能力不匹配問題，并控制部署成本，在5G系統(tǒng)R15中引入補充上行（SUL），也就是將上行和下行解耦，在部署中高頻的過程中引入下行載波，對2個上行載波進行捆綁組合。2個上行頻段由1個低頻段和1個中高頻構(gòu)成，借助低頻段覆蓋優(yōu)勢補足中高頻上行覆蓋的不足，以拓展中高頻下行使能，其中的低頻段和中高頻段的使用范圍均限于同一系統(tǒng)內(nèi)。

（三）雙連接

雙連接是UE使用2個非理想回傳鏈路連接的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，包括主節(jié)點和輔節(jié)點。無線接入技術(shù)雙連接是系列雙連接配置選項的統(tǒng)稱，其與載波聚合和補充上行等技術(shù)相比，最大的優(yōu)勢在于既支持相同系統(tǒng)間的協(xié)同，也支持不同系統(tǒng)間的協(xié)同。

將5G通信雙連接網(wǎng)絡(luò)抽象處理后，對移動基站通信鏈路實施分布式控制，并提供切換基站列表。具體而言，先將5G通信網(wǎng)絡(luò)抽象為基站、網(wǎng)關(guān)、用戶、中繼節(jié)點，借助用戶終端所連接的輔助基站實現(xiàn)切換管理，實現(xiàn)基站間接口和相鄰基站的交互；通過RTTM機制完成業(yè)務(wù)度量，獲取基站負(fù)載信息。

二、多頻段聯(lián)合傳輸方案部署

（一）載波聚合

（1）不共用基帶板

終端PUCCH僅在PCell上傳輸，考慮到輔載波下行數(shù)據(jù)確認(rèn)信息必須通過主載波發(fā)送，兩載波基帶單元間存在較高的傳輸時延，進而引起性能增益損失。在進行共站部署的過程中，若X2為零時延，DL峰值可達到39.65Mbit/s；若X2時延為8ms，則DL峰值為27.91Mbit/s，性能增益降幅為30%，存在較為嚴(yán)重的損失，網(wǎng)絡(luò)頻譜效率不高。

針對以上性能增益損失，可采取兩種方式緩解或規(guī)避。一是通過CRAN部署，即將數(shù)個通過光纖直接連接的BBU放置于同一機房，5G基站之間采用類似4G的X2接口連接，以降低BBU之間傳輸時延，緩解性能增益損失。但CRAN邊界處的性能增益損失緩解效果較差。二是通過多套PUCCH降低跨BBU載波聚合對Xn時延的要求，即無須經(jīng)過Xn，僅通過輔載波PUCCH實現(xiàn)對HARQ確認(rèn)信息的反饋，進而放松對Xn時延的相關(guān)要求。

（2）不共用天面

在RRU射頻單元或AAU射頻天線一體化載波單元不共用的情況下，終端到達不同小區(qū)天面的時間必定存在差異。對于n41+n28UL CA而言，因覆蓋性能較高，故終端至700MHz基站的距離遠(yuǎn)大于終端至2.6GHz基站的距離，終端至700MHz基站的時間提前量顯然大于終端至2.6GHz基站的時間。這種上行數(shù)據(jù)到達基站時刻不同的情況下，必然存在上行符號干擾，載波聚合終端主要通過在不同服務(wù)小區(qū)設(shè)置獨立TA值，以避免因上行數(shù)據(jù)到達基站時刻不同而引發(fā)的符號干擾。

（二）補充上行

該傳輸技術(shù)也適合理想回傳場景部署。在NUL和SUL載波不共用RRU/AAU的情況下，終端至載波天面存在時間差，但3GPP僅定義了1個SUL載波共用NUL的TA值。故對于載波間隔15kHz的n83頻段，normal CP長度設(shè)定為4.6μs；在LOS場景下覆蓋距離偏差范圍達到4.6μs×（3×108 m/s）；而在NLOS場景下，覆蓋距離大大縮短，站間距不大的城區(qū)場景TA同步易于實現(xiàn)，但站間距較大的郊區(qū)場景仍面臨時間差。

（三）雙連接

該技術(shù)對于非理想回傳場景下速率提升較為適用。因為載波下行數(shù)據(jù)HARQ均通過本載波上行進行反饋，對于兩載波BBU時延的要求較為寬松；此外，PDCP層可實現(xiàn)數(shù)據(jù)流量分流，兩載波采用獨立調(diào)度器，可進行異廠商雙連接，這種不依賴供應(yīng)商頻段綁定技術(shù)的處理，對多頻段聯(lián)合傳輸下5G速率性能提升十分有利。但網(wǎng)絡(luò)維護和優(yōu)化方面存在較大的協(xié)調(diào)難度。

當(dāng)前，較為常見的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用場景為Option 3系列，對應(yīng)的雙連接架構(gòu)為EN-DC，控制面則直接通過LTE e NB接入EPC。在該場景中，承載信令傳輸主要通過4G基站和4G核心網(wǎng)，承載業(yè)務(wù)傳輸則通過4G基站和5G基站，包括注冊、鑒權(quán)等在內(nèi)的NAS信令則通過4G基站傳遞，因5G基站和核心網(wǎng)無法獨立傳輸，故屬于非獨立組網(wǎng)。

三、多頻段聯(lián)合傳輸方案性能

（一）邊緣速率

中單載波上行邊緣終端功率受限，單發(fā)效率較高，UL CA和SUL均在n83或n28上單發(fā)，邊緣速率可以達到3.5Mbit/s。下行鏈路因R15和R16具有相同的載波聚合性能，但載波邊緣位置不同，故無法直接相加。

（二）峰值速率

根據(jù)對單載波峰值速率的量化分析可知，上行鏈路中，R15的UL CA上行峰值為300Mbit/s；R15 SUL允許在兩個上行載波中優(yōu)選載波傳輸，最大上行峰值為250Mbit/s。R16 UL CA或SUL具備相同的上行峰值，且上行峰值可達到385Mbit/s，與R15的UL CA和SUL相比，增益效率可提升28%和54%。下行鏈路中，R15的DL CA和R16具有相同的峰值速率性能，均為2050Mbit/s；而R15 SUL和R16具備相同的下行性能，下行n41單載波峰值均為1700Mbit/s，將n28添加進SUL下行輔載波中，則載波峰值速率可提升至與DL CA相同水平。

四、結(jié)論

綜上所述，為加強多頻段協(xié)同，提升單用戶峰值5G速率性能，采用載波聚合、補充上行和雙連接技術(shù)是可行方案，但不同傳輸技術(shù)適用場景不同。隨著毫米波高頻段頻譜在現(xiàn)網(wǎng)中的引入，因其與中低頻段存在較大的覆蓋差異，高低頻協(xié)同技術(shù)將更多應(yīng)用于非理想回傳場景，非理想回傳場景中載波聚合和補充上行等多頻段協(xié)同技術(shù)應(yīng)用的可行性及性能可靠性也將得到進一步測試驗證。