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

劉娜　董江波　劉瑋　陳燕雷　韓云波　任冶冰

隨著TD-LTE性能增強技術(shù)的引入，載波聚合和小區(qū)合并兩項技術(shù)為滿足容量和移動性需求而被分別提出，為了可以兼顧容量和移動性要求，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，然后提出了非對稱小區(qū)合并的方案，最后通過測試的方法對比分析了幾種方案的效果，給出了方案選擇的建議。

移動通信 小區(qū)合并 外場測試 LTE

1 引言

用戶對數(shù)據(jù)流量業(yè)務(wù)的需求呈現(xiàn)爆炸式增長，對當(dāng)前TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的容量及性能也提出了越來越高的要求。隨著技術(shù)研發(fā)的不斷深入，4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不斷擴展，出現(xiàn)了一系列TD-LTE性能增強技術(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)就是其中兩項重要的性能增強技術(shù)。

載波聚合技術(shù)的核心思想是通過不同載波間的聚合來增強用戶的峰值吞吐量；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。這是兩項為實現(xiàn)不同的性能增強目標(biāo)而產(chǎn)生的獨立技術(shù)，但是這兩項技術(shù)同時應(yīng)用時由于都涉及到小區(qū)的聚合而又產(chǎn)生了一定的聯(lián)系。本文將分析兩項技術(shù)的特點，然后根據(jù)技術(shù)特點提出了一種共同應(yīng)用時的靈活配置方案，最后對不同的配置方案進行性能驗證，給出不同方案的特點以及應(yīng)用建議。

2 技術(shù)原理及特點分析

2.1 載波聚合技術(shù)

如圖1所示，載波聚合技術(shù)實質(zhì)上是將2個或更多的載波單元（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成員載波上同時進行數(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：

（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）時確定，UE在該小區(qū)進行初始連接建立過程，或開始連接重建立過程，在切換過程中該小區(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重配置時添加的，用于提供額外的無線資源。SCell是在初始安全激活流程（Initial Security Activation Procedure）之后，通過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線資源。

通過上述載波聚合技術(shù)原理及特點的分析可知，小區(qū)進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行切換時，判決用戶是否進行切換的是PCell。

2.2 小區(qū)合并技術(shù)

小區(qū)合并就是將多個物理小區(qū)合并為一個邏輯小區(qū)的技術(shù)。通過小區(qū)合并技術(shù)，可以解決一些優(yōu)化的疑難問題，如鄰區(qū)添加不足問題，對一些導(dǎo)頻信號復(fù)雜的優(yōu)化難點區(qū)域或者高速移動等切換頻繁容易掉話的場景，也可以選擇性地部分進行合并調(diào)整，減少切換及掉話。從目前情況看，主要有以下幾個方面的優(yōu)勢及應(yīng)用場景：減少切換、降低掉話、減少鄰區(qū)關(guān)系；同一個邏輯小區(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)中的一個或多個射頻拉遠(yuǎn)單元進行擴展覆蓋，更靈活地進行網(wǎng)絡(luò)擴展與補充。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 增強應(yīng)用方案

在有些場景下采用傳統(tǒng)覆蓋會導(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，但是同時減少了小區(qū)容量。而在雙載波覆蓋場景下，一般都是高容量需求的場景，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景中，需要考慮如何在不影響切換性能前提下同時改善容量問題。那么，雙載波聚合場景下，是否可以考慮雙載波小區(qū)不同時合并？由此引出了TD-LTE小區(qū)合并與載波聚合技術(shù)的增強應(yīng)用方案：載波聚合+非對稱小區(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，對于CA UE可以通過頻點優(yōu)先級控制UE優(yōu)先駐留和重選、切換到F1上，F(xiàn)1主載波保證移動性，F(xiàn)2分擔(dān)業(yè)務(wù)，如圖2所示：

4 增強方案效果驗證

為了摸清載波聚合+非對稱小區(qū)合并方案的效果，在現(xiàn)網(wǎng)選擇站點進行了方案測試驗證。

（1）驗證方案

載波聚合+非對稱小區(qū)合并方案性能驗證主要關(guān)注兩個問題：

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

2）非對稱小區(qū)合并相比小區(qū)不合并能否實現(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)之間能夠無縫切換。

因此選擇小區(qū)合并、小區(qū)不合并、非對稱小區(qū)合并三種場景下分別進行驗證，測試的內(nèi)容包括定點吞吐量測試和移動測試，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。具體的場景和驗證內(nèi)容總結(jié)如表1所示（對比三種場景（小區(qū)合并、小區(qū)不合并、小區(qū)合并增強）下的終端定點及移動吞吐量、切換效果等指標(biāo)）。

（2）吞吐量性能分析

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

單個UE或者多個UE集中在同一個RRU發(fā)起定點業(yè)務(wù)時，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)，針對上面的數(shù)據(jù)分析結(jié)果也是如此。由于實際測試環(huán)境是商用寫字樓，測試過程中有少量商用用戶接入，而在小區(qū)合并時，因為合入的商用用戶增多，因此會帶來更大的流量影響，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UE分散在不同RRU下發(fā)起業(yè)務(wù)時，非對稱小區(qū)合并相對小區(qū)不合并來說，UE可以使用的資源有所損失，因而容量也有所損失。但相對小區(qū)合并技術(shù)來說，由于只是一個頻點上的資源損失了，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，在定點時增益為83.57%，在移動時增益為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)中心移動至邊緣會發(fā)生切換，控制面切換時延為48 ms。在切換過程中，下行流量會出現(xiàn)明顯掉溝現(xiàn)象，如圖4所示。非對稱小區(qū)合并方案中，UE從服務(wù)小區(qū)中心移動至邊緣，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和影響，如圖5所示。也就是說，在移動測試中，非對稱小區(qū)合并方案可以在主小區(qū)不變的情況下，實現(xiàn)輔小區(qū)之間的無縫切換，相對于小區(qū)不合并減少了切換帶來的掉溝次數(shù)，保證用戶在移動的過程平滑過渡，能夠提高用戶體驗滿意度。

5 結(jié)論

通過本文的分析可知，非對稱小區(qū)合并相比小區(qū)合并，雖然在移動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，但移動性方面有所提升。在大容量網(wǎng)絡(luò)下的某些特定場景，比如高價值室內(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)和電梯口會有人流集中等候并有大量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，此時在上下班高峰期、電梯上升/下降的過程中，可能會遇到有容量突發(fā)需求，此時可以考慮通過非對稱小區(qū)合并方案來進一步兼顧容量和移動性要求，提升用戶感知。

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