LTE載波與5G新空口共享技術

譙甲甲

（甘肅省消防救援總隊，甘肅 蘭州 730070）

1 LTE載波技術

1.1 載波聚合基本理論

載波聚合基本理論是指LTE系統中一種滿足用戶單峰量需求的容量提升方法和手段，不僅能滿足用戶在日常傳輸中流量的需求，而且能在單方面實現多維度寬度的選擇，實現多個載波支持與共享。在載波聚合基本理論中載波參數與LTE系統內容參數保持一致，在載波配置下兼容性以及可操作性都大幅提升。一般的LTE系統中都支持載波聚合操作，方便在多個系統共同使用時完成帶寬的增加和獲取，實現載波寬帶的支持。此外，載波聚合基本理論還能滿足載波數據的接收和傳輸，為LTE系統的聚合能力提供保障。

1.2 載波聚合組合方式

載波聚合的組合根據實際載波運行的次數以及頻帶聚合的情況一般能分為3種，而主要的分類組合方向是連續或不連續的聚合方式。一般來說，不同的分類組合形式對于頻帶的要求也不同，射頻的出發和需求決定了載波聚合的組合模式，而對于用戶在使用載波聚合時需要采用同樣的組合方式來幫助解決載波聚合的組合問題。

在載波聚合組合設計中，除了保證LTE系統的寬帶數據流外，還要保證聚合組合LTE系統的組織兼容，即便出現不同載波聚合情況，帶寬終端仍然能保持良好的傳輸性能，在合適的載波聚合組合方式下，及時控制可能出現的終端問題。同時，利用聚合方式將LTE系統進行組合和接洽，實現載波聚合寬帶數據流的拓展和提升，實現高效的載波聚合。

2 5G新空口共享技術簡介

第五代移動通信系統（5G）是當今大多數國家無線通信技術演進的熱點。 根據3GPP標準組的工作計劃，非獨立5G新窗口共享網絡的NewRadio（NR）標準設計于2017年12月完成。2018年6月完成5GNR第一版標準設計；預計從2020年起，5G-NR商用網絡將在2019年9月取得第一版的初步發展。另一方面，LTE以其數據傳輸速率高，頻譜效率高，延時低等優點成為最受歡迎的5G解決方案，引領移動通信行業快速發展。 據估計，到2021年，全球一半以上的移動用戶將使用LTE載波方案來解決傳輸問題?？傮w而言，5G新窗口設計本身具有足夠的靈活性和潛力來滿足“一應俱全”的愿景，但由于5G部署還處于相對較早的階段，因此收集需求、優化技術和標準以及構建特定的基準應用程序都將耗費大量的精力。有必要認識到，一方面要對5G新窗口共享的基本設計有充分的自信，迎接“萬物相連”的社會；另一方面要認識到工作的困難，認識到導入5G新窗口共享網絡后也有必要繼續進行最優化和更新。

2.1 多天線傳輸方案

5G新空口共享技術是最新的移動互聯網共享技術，實現5G新空口共享技術傳輸需要多個流量數據支撐和信息控制，導致5G新空口技術傳輸需要采納多天線傳輸辦法。在多天線傳輸方案中會由于用戶使用量增多而導致系統需要支持和傳輸的天線數量瞬間增加，每個用戶之間的信息頻道會由于數量增多而出現正交狀態，用戶間的數據干擾逐漸降低，滿足了高階狀態下用戶信息傳輸的穩定安全。

此外，多天線傳輸方案最多能支持12個傳輸斷口，保證在使用過程中12個斷口都能滿足移動數據的流量需求，在多天線傳輸方案運行過程中基站的傳輸序列以及數據流能穩定運行，是5G新空口共享技術中端口數目最多且運行最穩定的傳輸方案。多天線傳輸方案還能在基站的天線陣列建立數據流，對于非正交斷口也能很好地滿足用戶使用需求以及數據流量要求[1]。

2.2 信道狀態信息（CSI）反饋機制

5G新空口共享技術中信道狀態反饋機制保證了共享技術的穩定運行以及數據支持。在信道狀態反饋機制中，NR系統主要通過統一化的反饋框架，對CSI產生的反饋進行支持和規劃，在處理信息反饋后將自動產生波束的測量信息報告，把波束的實際運行狀態和使用狀況反饋到信道狀態反饋框架中，測量人員可以通過信道狀態反饋框架對有關聯的反饋數據進行調整和參數設定，在滿足實際使用配置后再對信道中可能存在的干擾進行信號參考和信號測量，保證信道狀態反饋機制的實時性和時效性。

同時，在信道狀態反饋機制中測量人員會使用到碼本參數，在配置合適的碼本參數后將時域特征反饋和數據處理，對系統內部的時域特征和信道資源進行測量，調試合適的參數后還要保證網絡配置的流暢性，控制LTE反饋通道穩定順暢。及時有效的信道狀態反饋幫助參數配置和信息流設定，保證了操作者能迅速收集數據完成反饋任務。

2.3 參考信號設計

5G新空口共享技術的參考信號設計比以往的設計模式有更多兼容性和低耗能性。在參考信號設計過程中，NR會盡可能降低參考信號傳送的連續性和穩定性，因此在參考信號設計過程中要完善參考信號的配置和參數設定，保證信號同步的前提下對寬帶功能以及視頻位置等信息進行安排和拓展。包括對LTE系統中使用到的CSI進行深度拓展，滿足CSI的測量支持和使用安排，保證在參考信號設計的時頻和波束準確無誤。

同時，在參考信號設計過程中還要選擇進本圖樣，如CSI圖像，在完成CSI傳輸方式后還需要統一帶寬和時隙的設定參數和設定用量，將上下信號以及運行參數進行選配，保證控制信道以及業務信道的信號傳輸以及調節穩定。在參考信號設計中參與解調的信號主要有兩種，一種是從OFDM中截流分成的子載波資源，另一種則是由相同的子載波組成。對于單組的子載波，在參考信號設計中需要考慮兩個以上的斷口，而不同的子載波則使用四個端口，保證在頻率分組中將子載波的基本單位設定安排在一定數量之內，滿足參考信號的設計需求[2]。

3 LTE載波與NR（5G新空口共享技術）

雖說正在討論5G-NR基準，但也在等待商業過程，LTE載波技術也在持續進化。例如，在R15和R16階段中，LTE載波可以在LTE系統中快速部署，以支持需要可靠性和低延遲的業務。此外，還可以通過進一步改進小型部署來提高系統的頻譜效率。LTE系統主要使用6 GHz以下的頻譜，5G-NR系統涵蓋從6 GHz以下的低頻到6 GHz以上到60 GHz的超高頻的廣泛頻率范圍。在NR系統部署的早期階段，大多數運營商很難將低于6 GHz的頻譜資源專用于NR系統部署。NR在商用開始后長期與LTE載波和NR系統在6 GHz以下的頻帶共存。在從LTE系統向NR系統的順利演進中，兩個系統的共存是應該考慮的問題。首次引入LTE網絡后，NR系統能夠在相同頻率的資源上在時間上使用的資源具有一定的“段”結構，如果按時間順序再利用資源，則對5G-NR系統設計提出一定的要求。例如，在NR系統的設計中，使用微槽型的短時間傳送長度，柔軟的調度時間位置和長度等。細粒度多路傳輸方法使2個系統在某種程度上共享按需分配的資源比例成為可能。但同時也要求系統間干擾消除也是必需的，兩個系統的網絡調度可以實時緊密耦合，實現資源的深度正交復用。但不能在共享頻率資源中以更靈活的粒度重用NR和LTE系統。而系統帶寬的配置通常是半靜態的，兩個系統網絡調度的耦合速度取決于系統帶寬配置變化的速度。與時分復用，頻分相比，共享資源的使用效率較低。

3.1 LTE載波與5G新空口共享技術原理

LTE載波與5G新空口共享技術原理是NR系統以及載波共享技術的基礎原理，技術核心是指在LTE系統中避免對協議條件產生影響，同時滿足時分和頻分的途徑區分，幫助NR系統和LTE能在相同載波頻率狀態下共同運行實現數據共享。對于LTE載波的傳輸方向來說，主要分為上行載波和下行載波，通過這兩種載波完成了LTE載波與5G新空口共享，從而實現將業務信道拓寬，避免在空口時出現的干擾，提升共享業務信道的靈活性和安全性。

此外，LTE載波與5G共享要規避參數，如參考、廣播以及控制信號等，同時制定合理的安全標準和規避風險。而在LTE載波與5G新空口共享技術中，需要對位置考慮并將其分為共站和非共站兩種狀態。在共站場景中會將載波共享的重點進行復制，有效保證載波共享以及空口時頻的對接和復制完成共站場景。而對于非共站場景則需要對同頻異域系統進行干擾趨同，優先控制LTE的抗干擾機制后再進行場景遙控，保證系統運行協調。

3.2 NR與LTE上行載波共享關鍵問題

LTE載波與5G新空口共享技術中關鍵問題是NR與LTE上行載波的共享障礙。在NR與LTE共同運行的狀態下，頻域的子載波配置存在一定的時隙，在共享上行載波運行過程職工需要采用合理的子載波進行調配才能滿足實際的機制需求。但是一般兩個系統的子載波頻域位置不同，所以使用結構也會根據數據流的走向發生干擾影響。此外，共享載波技術還會對NR的子載波配置進行閑置，將LTE的子載波間隔進行固定后便無法再進行適配，導致在共享載波方案中直流子載波出現偏移或間隔，而對于NR的子載波是否與共享載波中的頻率同步且進行偏移也成為了一個共享載波方案中難以協調的問題。

3.3 5G新窗口共享技術:CU-DU的新架構

5G載波通常位于較少數量的載波處，而LTE方法則為終端提供控制計劃和移動性管理。在這種情況下，錨定載波為多個5G載波提供控制平面服務，無線網絡本身形成集中式和分散式結構，CU-DU的架構將很好地適應5G無線網本身的結構。此外，CU-DU體系結構還支持5G異構網絡（基于微的宏觀基站）部署方案，并提供基于多個接口的功能，從而提高了空洞性能。從超低延遲傳輸來看，核心網絡側的延遲一般比無線側大得多。為了實現5G“物聯網”新窗口共享的理想，滿足AR/VR等商務中超低延遲的需求，有必要將內容和計算的一部分沉入網絡的邊緣，即MEC（Mobile Edge Computing）。部署MEC時，MEC節點必須連接到多個基站。這意味著將生成一個集中、獨立的模式，這將成為CU-DU結構應用程序中的一個重要場景。如果CU和MEC部署在同一硬件平臺上，則CU和MEC可以是獨立的邏輯單元，也可以相互配合以減少延遲。從網絡能力的開放方面來看，5G無線網的基礎設備（特別是PHY物理層設備）現階段很難實現云化的硬件體系結構。因此，如果不分割網絡的上位和下位功能，CU側就不能云化開放，即CU-DU體系結構是網絡能力開放的硬件的前提。使用CU-DU體系結構時，CU端可以使用通用服務器體系結構或傳統的專用體系結構來處理較低實時性的高級功能。DU方面負責實時一層二層功能，涉及高速數據交換，大量并行密集多矩陣運算，仍通過電信專用結構與硬件加速器相結合，構成5G新窗口共享新結構。其中，CU方面可以通過從云資源池中提取資源，對外開放來實現網絡能力開放和生態系統雙贏的最終目標。

3.4 LTE載波與5G新空口共享技術方案

實現LTE載波與5G新空口共享有兩個數據分析辦法，一般在使用5G MIMO技術后會對下行的波束產生巨大的影響，但是單靠下行波束產生影響是遠遠不夠的，上行波束在進行過程中仍然受到嚴重的限制和阻礙，因此改善LTE載波與5G新空口共享技術的落腳點放在了提升5G的覆蓋和使用頻率中。目前，大多數的LTE網絡都與系統配對，因此在業務處理過程中用戶流量大小決定了LTE網絡的負荷量，長期以往會導致下行網絡的負荷狀態遠高于上行網絡。此時，可以將相對空閑的上行網絡作為NR的共享目標，在完成共享方案的狀態下控制變量實現NR與LTE的共站部署。另一個方案則是從LTE的頻對著手，控制上行與下行的頻率一致，保證上下頻處于中高頻狀態，滿足LTE載波與5G新空口共享的覆蓋范圍。

4 結 論

單純依靠5G技術很難滿足龐大的數據量以及系統的流暢性要求，探究LTE載波與5G新空口的共享技術任重道遠。