提升單用戶峰值5G速率性能的多頻段聯合傳輸技術探討

文｜李國清

本文基于大流量、大帶寬業務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合傳輸技術原理及方案部署展開分析。結果表明，不同的多頻段聯合傳輸技術適用場景不同，必須在不同技術上下行峰值速率與邊緣速率計算結果的基礎上，展開定量分析與測試驗證，為5G頻段間協同提供技術保證。

一、多頻段聯合傳輸技術原理

（一）載波聚合

為提升業務速率，3 GPP引入載波聚合技術（CA），該技術能充分利用運營商非連續頻譜資源，通過將數個連續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業務要求；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。

根據聚合載波頻段，可將該技術分成頻段內載波聚合和頻段間載波聚合，前者又可分為連續載波聚合和非連續載波聚合兩種；后者則是兩個或以上頻段載波的聚合，射頻實現的復雜性更高，對于不同制式的載波聚合，實現過程更為復雜。載波聚合協議架構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；在分量載波層面數據具有可獨立調度性，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

通過大規模MIMO、增加資源等技術保障實現中高頻下行覆蓋，但上行覆蓋因受到終端發生頻率的限制，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個中高頻構成，借助低頻段覆蓋優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內。

（三）雙連接

雙連接是UE使用2個非理想回傳鏈路連接的網絡節點，包括主節點和輔節點。無線接入技術雙連接是系列雙連接配置選項的統稱，其與載波聚合和補充上行等技術相比，最大的優勢在于既支持相同系統間的協同，也支持不同系統間的協同。

將5G通信雙連接網絡抽象處理后，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通信網絡抽象為基站、網關、用戶、中繼節點，借助用戶終端所連接的輔助基站實現切換管理，實現基站間接口和相鄰基站的交互；通過RTTM機制完成業務度量，獲取基站負載信息。

二、多頻段聯合傳輸方案部署

（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據確認信息必須通過主載波發送，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%，存在較為嚴重的損失，網絡頻譜效率不高。

針對以上性能增益損失，可采取兩種方式緩解或規避。一是通過CRAN部署，即將數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，即無須經過Xn，僅通過輔載波PUCCH實現對HARQ確認信息的反饋，進而放松對Xn時延的相關要求。

（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。這種上行數據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小區設置獨立TA值，以避免因上行數據到達基站時刻不同而引發的符號干擾。

（二）補充上行

該傳輸技術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，站間距不大的城區場景TA同步易于實現，但站間距較大的郊區場景仍面臨時間差。

（三）雙連接

該技術對于非理想回傳場景下速率提升較為適用。因為載波下行數據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層可實現數據流量分流，兩載波采用獨立調度器，可進行異廠商雙連接，這種不依賴供應商頻段綁定技術的處理，對多頻段聯合傳輸下5G速率性能提升十分有利。但網絡維護和優化方面存在較大的協調難度。

當前，較為常見的產業應用場景為Option 3系列，對應的雙連接架構為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，承載業務傳輸則通過4G基站和5G基站，包括注冊、鑒權等在內的NAS信令則通過4G基站傳遞，因5G基站和核心網無法獨立傳輸，故屬于非獨立組網。

三、多頻段聯合傳輸方案性能

（一）邊緣速率

中單載波上行邊緣終端功率受限，單發效率較高，UL CA和SUL均在n83或n28上單發，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、結論

綜上所述，為加強多頻段協同，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是可行方案，但不同傳輸技術適用場景不同。隨著毫米波高頻段頻譜在現網中的引入，因其與中低頻段存在較大的覆蓋差異，高低頻協同技術將更多應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同技術應用的可行性及性能可靠性也將得到進一步測試驗證。