非標(biāo)準(zhǔn)帶寬下基于LTE的通信方法

余秋星，黃 婷

(1.北京信威通信有限公司西安研究所，陜西 西安 710065；2.西安文理學(xué)院藝術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710065)

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非標(biāo)準(zhǔn)帶寬下基于LTE的通信方法

余秋星1，黃 婷2

(1.北京信威通信有限公司西安研究所，陜西 西安 710065；2.西安文理學(xué)院藝術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710065)

針對(duì)部分運(yùn)營(yíng)商擁有LTE的非標(biāo)準(zhǔn)帶寬及其快速部署LTE的需求，結(jié)合現(xiàn)有LTE協(xié)議的規(guī)定，分析了在非標(biāo)準(zhǔn)帶寬下基于LTE標(biāo)準(zhǔn)帶寬部署LTE的可行性，并對(duì)UE以標(biāo)準(zhǔn)帶寬接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的影響和解決思路進(jìn)行了理論分析和仿真說(shuō)明，結(jié)果表明在不改變LTE協(xié)議基礎(chǔ)上，僅僅通過(guò)基站側(cè)的配置和調(diào)度，在非標(biāo)準(zhǔn)帶寬條件下基于LTE進(jìn)行通信是完全可行的。

非標(biāo)準(zhǔn)帶寬；長(zhǎng)期演進(jìn)；標(biāo)準(zhǔn)帶寬；演進(jìn)型基站

長(zhǎng)期演進(jìn)(Long Term Evolution，LTE)規(guī)范支持多種標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)帶寬[1],包括1.4 MHz，3 MHz，5 MHz，10 MHz，15 MHz和20 MHz，除上述帶寬之外的其他帶寬被稱(chēng)為非標(biāo)準(zhǔn)帶寬。演進(jìn)基站(evolued NodeB，eNB)將其采用的標(biāo)準(zhǔn)帶寬信息通過(guò)廣播消息發(fā)送給用戶(hù)終端(User Equipment，UE)，UE可以確定相關(guān)的傳輸信道映射狀況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與eNB的通信[1-4]。但是有些運(yùn)營(yíng)商獲得的可用頻譜與LTE系統(tǒng)能支持的標(biāo)準(zhǔn)帶寬并不一致。特別的，目前多數(shù)運(yùn)營(yíng)商使用1 800 MHz頻譜運(yùn)營(yíng)其GSM網(wǎng)絡(luò)[2]，但通過(guò)重整(Refarming)技術(shù)支持LTE，運(yùn)營(yíng)商不需要再申請(qǐng)新的頻譜，既可以節(jié)約成本又能使頻譜資源得到有效利用，頻譜效率得到提升。但是當(dāng)GSM網(wǎng)絡(luò)的部分頻譜資源重整給LTE時(shí)，LTE能夠得到的頻譜資源往往不會(huì)恰好是5/10/15/20 MHz帶寬。如果基于LTE的標(biāo)準(zhǔn)帶寬進(jìn)行開(kāi)發(fā)，會(huì)引起部分帶寬被閑置，從而造成寶貴的頻譜資源被浪費(fèi)。文獻(xiàn)[3]的專(zhuān)利給出了一種解決思路，但是需要修改協(xié)議，對(duì)終端和基站都需要做改動(dòng)，影響較大。

本文提供非標(biāo)準(zhǔn)帶寬條件下基于LTE進(jìn)行通信的方法，其特點(diǎn)有：首先，不需要在UE側(cè)做改動(dòng)，按照LTE規(guī)范實(shí)現(xiàn)的UE仍能接入系統(tǒng)；其次，只需要在eNB側(cè)進(jìn)行簡(jiǎn)單的配置，就可以支持UE以LTE的標(biāo)準(zhǔn)帶寬接入網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而利用LTE技術(shù)進(jìn)行高速率的通信。這樣可以在網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)以極低的代價(jià)，更好地匹配現(xiàn)實(shí)的頻譜資源情況，實(shí)現(xiàn)快速部署LTE網(wǎng)絡(luò)，提升頻譜資源的利用率。

1 非標(biāo)準(zhǔn)帶寬的影響和解決方法

本文提供的非標(biāo)準(zhǔn)帶寬條件下基于LTE進(jìn)行通信的方法，其思路是系統(tǒng)配置的系統(tǒng)帶寬仍為標(biāo)準(zhǔn)帶寬，eNB在非標(biāo)準(zhǔn)帶寬的范圍內(nèi)對(duì)UE進(jìn)行調(diào)度，并結(jié)合由此造成的影響進(jìn)行分析和解決，以保障UE正常接入網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信過(guò)程。

以非標(biāo)準(zhǔn)帶寬是8 MHz為例，即LTE的可用帶寬為8 MHz，要讓符合LTE標(biāo)準(zhǔn)的UE正常接入網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行正常通信。同時(shí)根據(jù)LTE規(guī)范的定義，由于采用非標(biāo)準(zhǔn)帶寬條件，需要對(duì)系統(tǒng)帶寬、UE測(cè)量、上行信道和下行信道等因素的影響進(jìn)行分析和解決。下文對(duì)這些因素逐一進(jìn)行分析和解決。

1.1 系統(tǒng)帶寬配置

要讓符合LTE規(guī)范的UE正常接入系統(tǒng)，就需要把系統(tǒng)帶寬配置為L(zhǎng)TE規(guī)范支持的標(biāo)準(zhǔn)帶寬。對(duì)于8 MHz的非標(biāo)準(zhǔn)帶寬，首先需要把主信息塊[4](Master Information Block，MIB)消息中下行系統(tǒng)帶寬這個(gè)信元配置為L(zhǎng)TE規(guī)范支持的10 MHz，保證UE可以正確解析MIB消息，進(jìn)行后續(xù)的處理。下行系統(tǒng)帶寬這個(gè)參數(shù)，與下行信道的映射有很大的關(guān)系。

1.2 UE測(cè)量配置

小區(qū)選擇和切換是UE的基本功能。UE開(kāi)機(jī)后或者建立RRC連接后，需要進(jìn)行下行RSRP與RSRQ的測(cè)量，以支持移動(dòng)性管理，包括小區(qū)選擇或者切換。結(jié)合8 MHz的非標(biāo)準(zhǔn)帶寬的例子，UE解析MIB后獲得下行系統(tǒng)帶寬(10 MHz)，但是只有8 MHz是真實(shí)的系統(tǒng)帶寬，其余2 MHz是干擾，如果UE以10 MHz帶寬來(lái)測(cè)量RSRP或RSRQ，并不能反映8 MHz帶寬內(nèi)的信道狀況。可以通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn)UE正常的小區(qū)選擇和切換[4]：

1)小區(qū)選擇。將SystemInformationBlockType3系統(tǒng)消息的intraFreqCellReselectionInfo中的信元allowedMeasBandwidth配置為5 MHz帶寬對(duì)應(yīng)的25RB(Resource Block，資源塊)，以及將SystemInformationBlockType5系統(tǒng)消息的InterFreqCarrierFreqInfo中的信元allowedMeasBandwidth配置為5 MHz帶寬對(duì)應(yīng)的25RB，避開(kāi)8 MHz以外的頻段，保證IDLE態(tài)UE正確地進(jìn)行小區(qū)選擇。

2)切換。將信元RRCConnectionReconfiguration→MeasConfig→measObjectToAddModList→MeasObjectEUTRA→allowedMeasBandwidth設(shè)置為25RB，確保 RSRP和RSRQ測(cè)量的準(zhǔn)確性，使得連接態(tài)UE能準(zhǔn)確進(jìn)行鄰區(qū)測(cè)量，保證eNB能進(jìn)行準(zhǔn)確的切換。

1.3 上行信道

對(duì)于上行信道的影響相對(duì)簡(jiǎn)單，上行信道包括物理隨機(jī)接入信道(PRACH)、物理上行控制信道(PUCCH)、物理上行共享信道(PUSCH)、物理探測(cè)參考信號(hào)(Sounding RS)。除了TDD LTE的PRACH格式4，對(duì)于上行的PUCCH、PUSCH和Sounding RS，基站可以通過(guò)配置和合理調(diào)度保證利用的資源位于非標(biāo)準(zhǔn)帶寬之內(nèi)，達(dá)到可用帶寬是8 MHz的情況。

對(duì)于TDD PRACH格式4，其頻域起始位置根據(jù)式(1)確定[1]

(1)

由式(1)可知，根據(jù)系統(tǒng)幀號(hào)nf確定其頻域起始位置，該位置處于8 MHz之外，因此，對(duì)于TDD LTE，建議不支持PRACH格式4。

1.4 下行信道

下行信道包括物理下行控制信道(PDCCH)、物理下行共享信道(PDSCH)、物理控制格式指示信道(PCFICH)、物理混合自動(dòng)重傳指示信道(PHICH)。根據(jù)LTE規(guī)范，在可用帶寬為非標(biāo)準(zhǔn)帶寬的條件下，對(duì)下行信道的影響較大，需要結(jié)合原理分析與仿真統(tǒng)計(jì)，說(shuō)明如何確保對(duì)應(yīng)信道的檢測(cè)性能。

1)對(duì)于PCFICH和PHICH

LTE規(guī)范中為了保證其檢測(cè)性能，在進(jìn)行物理資源映射時(shí)，PCFICH和PHICH根據(jù)物理小區(qū)標(biāo)識(shí)(PCI)確定起始位置[1]，并盡量均勻分布在標(biāo)準(zhǔn)帶寬的全帶寬范圍內(nèi)。因此，筆者進(jìn)行了PCI的遍歷搜索，尋找出PCFICH和PHICH映射在8 MHz內(nèi)的PCI有130個(gè)，其中模3為0，1，2的PCI分別有42，42，46個(gè)，此時(shí)對(duì)應(yīng)PCFICH和PHICH的性能與標(biāo)準(zhǔn)帶寬情況下的性能一致。

2)對(duì)于PDCCH

由于PDCCH的交織處理，其映射位置與UE的C-RNTI、子幀號(hào)等參數(shù)有關(guān)，且隨著子幀號(hào)在變化，難以通過(guò)約束某些參數(shù)使得其映射的位置落在預(yù)定帶寬之內(nèi)。因此，在某個(gè)聚合度等級(jí)下的PDCCH，會(huì)有部分資源元素組(REG)落在8 MHz帶寬之內(nèi)，也會(huì)有部分REG落在8 MHz帶寬之外，因此，PDCCH會(huì)受到8 MHz帶寬之外的干擾。具體的影響需要通過(guò)仿真來(lái)說(shuō)明。

3)對(duì)于PDSCH

基站分配給UE的PDSCH的資源，是可以通過(guò)調(diào)度限制在8 MHz的非標(biāo)準(zhǔn)帶寬范圍內(nèi)，但UE解析的系統(tǒng)帶寬是10 MHz的標(biāo)準(zhǔn)帶寬，而認(rèn)為公共導(dǎo)頻(Common Reference Signal，CRS)占了10 MHz范圍，因此8 MHz帶寬外的干擾對(duì)基于CRS的信道估計(jì)性能有一定的影響，進(jìn)而影響了PDSCH的解調(diào)性能，這一點(diǎn)需要通過(guò)仿真來(lái)說(shuō)明。

2 仿真分析

本節(jié)主要針對(duì)前邊提及的非標(biāo)準(zhǔn)帶寬下PDCCH和PDSCH的性能影響進(jìn)行仿真與分析。

2.1 PDCCH

仿真條件為：標(biāo)準(zhǔn)帶寬為10 MHz，非標(biāo)準(zhǔn)帶寬為8 MHz，8 MHz以外的干擾以白噪聲來(lái)建模；EPA5低相關(guān)信道，CFI=2。圖1是CCE聚合度為4(即4CCE),PDCCH受到不同水平干擾的性能影響仿真結(jié)果。從圖中可以看出，對(duì)于PDCCH 1%的誤塊率(BLER)要求，性能惡化了2.3～3.3 dB。這種影響可以通過(guò)合適的功率分配來(lái)補(bǔ)償。

圖1 不同干擾下PDCCH的檢測(cè)性能

2.2 PDSCH

仿真條件為：標(biāo)準(zhǔn)帶寬為10 MHz，非標(biāo)準(zhǔn)帶寬為8 MHz，8 MHz以外的干擾以白噪聲來(lái)建模；EPA5低相關(guān)信道，PDSCH分別采用MCS4和MCS12，分配的RB是處于8 MHz帶寬邊緣的8個(gè)RB。仿真結(jié)果分別如圖2和圖3所示。

圖2 8RB，MCS4，不同干擾下PDSCH的性能

圖3 8RB，MCS12，不同干擾下PDSCH的性能

從圖2和圖3可以看出，對(duì)于采用QPSK的MCS4，在BLER=0.1條件下，PDSCH解調(diào)性能惡化了0.5～1.5 dB；對(duì)于采用16QAM的MCS12，在BLER=0.1條件下，SIR超過(guò)-6 dB時(shí)，PDSCH解調(diào)性能惡化了0.5～1.5 dB；而當(dāng)SIR為-9 dB時(shí)，其解調(diào)性能惡化了約3.5 dB。這說(shuō)明，在高階調(diào)制下，干擾越大，其性能惡化越嚴(yán)重，需要基站在調(diào)度和功率分配時(shí)加以考慮。

3 結(jié)論

為了能夠快速部署LTE，針對(duì)運(yùn)營(yíng)商是擁有非標(biāo)準(zhǔn)帶寬的客觀條件，結(jié)合理論分析和仿真分析，論證說(shuō)明了在不改動(dòng)UE實(shí)現(xiàn)，而只需要在基站側(cè)做一些合適的配置和調(diào)度的優(yōu)化，也不涉及基站側(cè)的協(xié)議改動(dòng)，采用非標(biāo)準(zhǔn)帶寬來(lái)部署LTE是可行的，這對(duì)擁有非標(biāo)準(zhǔn)帶寬且希望快速部署LTE的運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，意味著能以很小的投入來(lái)部署LTE。

[1]3GPP TS 36.211, Evolved universal terrestrial radio access(E-UTRA); multiplexing and channel coding[S].2013.

[2]刁志峰．1800MHz: LTE全球漫游的最佳選擇[J]．華為技術(shù)，2013，6(65)：25-26.

[3]邢平平，謝鉑云．基站和用戶(hù)終端之間的通信方法及相應(yīng)設(shè)備：中國(guó)，2009101103042 [P]．2009-10-23.

[4]3GPP TS 36.331, Evolved universal terrestrial radio access(E-UTRA); radio resource control(RRC);protocol specification[S].2013.

責(zé)任編輯：許 盈

Communication Method Based on LTE Under Non-standard Bandwidth

YU Qiuxing1, HUANG Ting2

(1.Xi'anInstituteofBeijingXinweitelecomCo.,Ltd.,Xi’an710065,China; 2.SchoolofArt,Xi'anUniversity,Xi’an710065,China)

For non-standard LTE bandwidth and the rapid deployment demand of some operators, the feasibility to use the non-standard bandwidth based on LTE protocol is studied.The influence and corresponding solution with the condition that UE enters the network and realize communication based on LTE protocol is explained by theoretical analysis and simulation.And the results show that communication between UE and eNB based on LTE standard is feasible only through single configuration and scheduling in eNB side, without changing LTE protocol.

non-standard bandwidth; LTE; standard bandwidth; eNB

TN929.5

A

10.16280/j.videoe.2015.07.033

2014-09-07

【本文獻(xiàn)信息】余秋星，黃婷.非標(biāo)準(zhǔn)帶寬下基于LTE的通信方法[J].電視技術(shù),2015，39(7).