TD—LTE小區(qū)合并與載波聚合技術(shù)的增強(qiáng)應(yīng)用方案

劉娜　董江波　劉瑋　陳燕雷　韓云波　任冶冰

隨著TD-LTE性能增強(qiáng)技術(shù)的引入，載波聚合和小區(qū)合并兩項(xiàng)技術(shù)為滿足容量和移動(dòng)性需求而被分別提出，為了可以兼顧容量和移動(dòng)性要求，將兩種方案靈活結(jié)合，提出了一種新的TD-LTE小區(qū)合并與載波聚合技術(shù)的增強(qiáng)應(yīng)用方案，首先分析了小區(qū)合并技術(shù)和載波聚合技術(shù)的原理和特點(diǎn)，然后提出了非對(duì)稱小區(qū)合并的方案，最后通過(guò)測(cè)試的方法對(duì)比分析了幾種方案的效果，給出了方案選擇的建議。

移動(dòng)通信 小區(qū)合并 外場(chǎng)測(cè)試 LTE

1 引言

用戶對(duì)數(shù)據(jù)流量業(yè)務(wù)的需求呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，對(duì)當(dāng)前TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的容量及性能也提出了越來(lái)越高的要求。隨著技術(shù)研發(fā)的不斷深入，4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不斷擴(kuò)展，出現(xiàn)了一系列TD-LTE性能增強(qiáng)技術(shù)并投入建設(shè)和應(yīng)用，載波聚合技術(shù)和小區(qū)合并技術(shù)就是其中兩項(xiàng)重要的性能增強(qiáng)技術(shù)。

載波聚合技術(shù)的核心思想是通過(guò)不同載波間的聚合來(lái)增強(qiáng)用戶的峰值吞吐量；小區(qū)合并技術(shù)的核心思想是將不同的小區(qū)聚合成一個(gè)邏輯小區(qū)從而達(dá)到減少小區(qū)間切換次數(shù)的目的。這是兩項(xiàng)為實(shí)現(xiàn)不同的性能增強(qiáng)目標(biāo)而產(chǎn)生的獨(dú)立技術(shù)，但是這兩項(xiàng)技術(shù)同時(shí)應(yīng)用時(shí)由于都涉及到小區(qū)的聚合而又產(chǎn)生了一定的聯(lián)系。本文將分析兩項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)，然后根據(jù)技術(shù)特點(diǎn)提出了一種共同應(yīng)用時(shí)的靈活配置方案，最后對(duì)不同的配置方案進(jìn)行性能驗(yàn)證，給出不同方案的特點(diǎn)以及應(yīng)用建議。

2 技術(shù)原理及特點(diǎn)分析

2.1 載波聚合技術(shù)

如圖1所示，載波聚合技術(shù)實(shí)質(zhì)上是將2個(gè)或更多的載波單元（5 M/10 M/15 M/20 M）聚合在一起以支持更大的傳輸帶寬，從而提高數(shù)據(jù)速率。支持載波聚合的終端在多個(gè)成員載波上同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，從而可以明顯提升峰值速率。載波可以是連續(xù)的，也可以是非連續(xù)的。

載波聚合技術(shù)的特點(diǎn)：

（1）明顯提升峰值速率：峰值速率提高一倍；

（2）提升小區(qū)吞吐量：更大帶寬的頻選調(diào)度可以提升小區(qū)吞吐量；

（3）改善網(wǎng)絡(luò)KPI：減少由于負(fù)載均衡導(dǎo)致的用戶在不同小區(qū)間的切換次數(shù)。

載波聚合中的PCell（Primary Cell，主小區(qū)）是UE初始接入時(shí)的小區(qū)，負(fù)責(zé)與UE之間的RRC通信。PCell在連接建立（Connection Establishment）時(shí)確定，UE在該小區(qū)進(jìn)行初始連接建立過(guò)程，或開(kāi)始連接重建立過(guò)程，在切換過(guò)程中該小區(qū)被指示為主小區(qū)。

載波聚合中的SCell（Secondary Cell，輔小區(qū)）是在RRC重配置時(shí)添加的，用于提供額外的無(wú)線資源。SCell是在初始安全激活流程（Initial Security Activation Procedure）之后，通過(guò)RRC連接重配置消息（RRC Connection Reconfiguration）添加/修改/釋放，一旦RRC連接建立，輔小區(qū)就可能被配置以提供額外的無(wú)線資源。

通過(guò)上述載波聚合技術(shù)原理及特點(diǎn)的分析可知，小區(qū)進(jìn)行載波聚合主要是為了增加單用戶峰值吞吐量，還可以改善小區(qū)吞吐量性能，并且減少了負(fù)載均衡造成的載波間切換。另外，載波聚合的終端在進(jìn)行切換時(shí)，判決用戶是否進(jìn)行切換的是PCell。

2.2 小區(qū)合并技術(shù)

小區(qū)合并就是將多個(gè)物理小區(qū)合并為一個(gè)邏輯小區(qū)的技術(shù)。通過(guò)小區(qū)合并技術(shù)，可以解決一些優(yōu)化的疑難問(wèn)題，如鄰區(qū)添加不足問(wèn)題，對(duì)一些導(dǎo)頻信號(hào)復(fù)雜的優(yōu)化難點(diǎn)區(qū)域或者高速移動(dòng)等切換頻繁容易掉話的場(chǎng)景，也可以選擇性地部分進(jìn)行合并調(diào)整，減少切換及掉話。從目前情況看，主要有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用場(chǎng)景：減少切換、降低掉話、減少鄰區(qū)關(guān)系；同一個(gè)邏輯小區(qū)中能夠允許合并不同的物理小區(qū)，有選擇地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；利用合并小區(qū)中的一個(gè)或多個(gè)射頻拉遠(yuǎn)單元進(jìn)行擴(kuò)展覆蓋，更靈活地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展與補(bǔ)充。另外，由于小區(qū)合并減少了邏輯小區(qū)的數(shù)量，因此也降低了小區(qū)的總?cè)萘俊?/p>

3 增強(qiáng)應(yīng)用方案

在有些場(chǎng)景下采用傳統(tǒng)覆蓋會(huì)導(dǎo)致UE頻繁切換或者鄰區(qū)同頻干擾嚴(yán)重，需要采用小區(qū)合并技術(shù)以減少切換以及同頻干擾。小區(qū)合并減少了切換和鄰區(qū)間干擾，但是同時(shí)減少了小區(qū)容量。而在雙載波覆蓋場(chǎng)景下，一般都是高容量需求的場(chǎng)景，所以期望容量有盡可能大的提升。因此在有小區(qū)合并需求又有容量需求的場(chǎng)景中，需要考慮如何在不影響切換性能前提下同時(shí)改善容量問(wèn)題。那么，雙載波聚合場(chǎng)景下，是否可以考慮雙載波小區(qū)不同時(shí)合并？由此引出了TD-LTE小區(qū)合并與載波聚合技術(shù)的增強(qiáng)應(yīng)用方案：載波聚合+非對(duì)稱小區(qū)合并方案。

方案具體描述如下：F1載波1小區(qū)合并，F(xiàn)2載波2小區(qū)是正常小區(qū)，不合并，UE可以正常接入F2，對(duì)于CA UE可以通過(guò)頻點(diǎn)優(yōu)先級(jí)控制UE優(yōu)先駐留和重選、切換到F1上，F(xiàn)1主載波保證移動(dòng)性，F(xiàn)2分擔(dān)業(yè)務(wù)，如圖2所示：

4 增強(qiáng)方案效果驗(yàn)證

為了摸清載波聚合+非對(duì)稱小區(qū)合并方案的效果，在現(xiàn)網(wǎng)選擇站點(diǎn)進(jìn)行了方案測(cè)試驗(yàn)證。

（1）驗(yàn)證方案

載波聚合+非對(duì)稱小區(qū)合并方案性能驗(yàn)證主要關(guān)注兩個(gè)問(wèn)題：

1）非對(duì)稱小區(qū)合并比小區(qū)合并能否實(shí)現(xiàn)下述效果：提高小區(qū)容量，而且能夠保證無(wú)縫切換，有效地提升下行速率；

2）非對(duì)稱小區(qū)合并相比小區(qū)不合并能否實(shí)現(xiàn)下述效果：雖然一定程度減少了小區(qū)容量，但是在主小區(qū)不變的情況下，輔小區(qū)之間能夠無(wú)縫切換。

因此選擇小區(qū)合并、小區(qū)不合并、非對(duì)稱小區(qū)合并三種場(chǎng)景下分別進(jìn)行驗(yàn)證，測(cè)試的內(nèi)容包括定點(diǎn)吞吐量測(cè)試和移動(dòng)測(cè)試，采用的UE數(shù)及分布情況包括單UE、多UE集中、多UE分散幾種情況。具體的場(chǎng)景和驗(yàn)證內(nèi)容總結(jié)如表1所示（對(duì)比三種場(chǎng)景（小區(qū)合并、小區(qū)不合并、小區(qū)合并增強(qiáng)）下的終端定點(diǎn)及移動(dòng)吞吐量、切換效果等指標(biāo)）。

（2）吞吐量性能分析

表2為各種驗(yàn)證場(chǎng)景下的吞吐量性能結(jié)果統(tǒng)計(jì)，包括測(cè)試場(chǎng)景下的RSRP、SINR水平，和每個(gè)UE平均調(diào)度的RB、MCS及PDCP的吞吐量情況。圖3為根據(jù)測(cè)試結(jié)果得到的不同場(chǎng)景下速率對(duì)比曲線：

單個(gè)UE或者多個(gè)UE集中在同一個(gè)RRU發(fā)起定點(diǎn)業(yè)務(wù)時(shí)，由于在幾種網(wǎng)絡(luò)配置條件下UE可以用到的資源上限都是相同的，所以三種技術(shù)方案的平均吞吐量水平相當(dāng)，針對(duì)上面的數(shù)據(jù)分析結(jié)果也是如此。由于實(shí)際測(cè)試環(huán)境是商用寫字樓，測(cè)試過(guò)程中有少量商用用戶接入，而在小區(qū)合并時(shí)，因?yàn)楹先氲纳逃糜脩粼龆啵虼藭?huì)帶來(lái)更大的流量影響，從數(shù)據(jù)可以得到該影響基本上在幾百k到1M多的水平。

多個(gè)UE分散在不同RRU下發(fā)起業(yè)務(wù)時(shí)，非對(duì)稱小區(qū)合并相對(duì)小區(qū)不合并來(lái)說(shuō)，UE可以使用的資源有所損失，因而容量也有所損失。但相對(duì)小區(qū)合并技術(shù)來(lái)說(shuō)，由于只是一個(gè)頻點(diǎn)上的資源損失了，因此提高了小區(qū)容量。根據(jù)上面的數(shù)據(jù)結(jié)果分析，在定點(diǎn)時(shí)增益為83.57%，在移動(dòng)時(shí)增益為63.8%。

（3）切換性能分析

小區(qū)不合并方案中，UE從服務(wù)小區(qū)中心移動(dòng)至邊緣會(huì)發(fā)生切換，控制面切換時(shí)延為48 ms。在切換過(guò)程中，下行流量會(huì)出現(xiàn)明顯掉溝現(xiàn)象，如圖4所示。非對(duì)稱小區(qū)合并方案中，UE從服務(wù)小區(qū)中心移動(dòng)至邊緣，PCC保持不變，只發(fā)生SCC更新，在一定程度上保障了切換性能，但流量仍有一些波動(dòng)和影響，如圖5所示。也就是說(shuō)，在移動(dòng)測(cè)試中，非對(duì)稱小區(qū)合并方案可以在主小區(qū)不變的情況下，實(shí)現(xiàn)輔小區(qū)之間的無(wú)縫切換，相對(duì)于小區(qū)不合并減少了切換帶來(lái)的掉溝次數(shù)，保證用戶在移動(dòng)的過(guò)程平滑過(guò)渡，能夠提高用戶體驗(yàn)滿意度。

5 結(jié)論

通過(guò)本文的分析可知，非對(duì)稱小區(qū)合并相比小區(qū)合并，雖然在移動(dòng)性能方面不夠平滑穩(wěn)定，但從一定程度上提高了小區(qū)容量；非對(duì)稱小區(qū)合并相比小區(qū)不合并，雖然減少了小區(qū)容量，但移動(dòng)性方面有所提升。在大容量網(wǎng)絡(luò)下的某些特定場(chǎng)景，比如高價(jià)值室內(nèi)寫字樓（載波聚合是標(biāo)配功能），在一樓大堂的多部電梯內(nèi)和電梯口會(huì)有人流集中等候并有大量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，此時(shí)在上下班高峰期、電梯上升/下降的過(guò)程中，可能會(huì)遇到有容量突發(fā)需求，此時(shí)可以考慮通過(guò)非對(duì)稱小區(qū)合并方案來(lái)進(jìn)一步兼顧容量和移動(dòng)性要求，提升用戶感知。

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