中國移動LTE FDD&TDD載波聚合部署建議

林亮+張建國+黃正彬+周鵬云

【摘 要】首先指出中國移動申請到LTE FDD牌照后，為了解決LTE FDD和TD-LTE的上下行容量與4G用戶的上下行流量不匹配的問題，有必要開啟LTE FDD&TDD載波聚合功能，然后分析了LTE FDD&TDD載波聚合需要關(guān)注的兩個關(guān)鍵問題，即成員載波的調(diào)度和上行HARQ信息的反饋過程，最后從LTE FDD&TDD主輔成員載波配置、LTE FDD&TDD業(yè)務(wù)承載、LTE FDD部署和LTE FDD設(shè)備選型等方面，給出了中國移動LTE FDD&TDD載波聚合部署建議。

LTE FDD TD-LTE 載波聚合

1 引言

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)（20 MHz帶寬，下行2T2R，上行1T2R，上下行子幀配置為2，上行最大調(diào)制方式為16QAM）的上行峰值速率是8.4 Mbit/s，下行峰值速率是107.8 Mbit/s，上行峰值速率占下行峰值速率的比率為7.8%；LTE FDD網(wǎng)絡(luò)（20 MHz帶寬，下行2T2R，上行1T2R，上行最大調(diào)制方式為16QAM）的上行峰值速率是41.8 Mbit/s，下行峰值速率是143.8 Mbit/s，上行峰值速率占下行峰值速率的比率為29.1%。

根據(jù)話務(wù)統(tǒng)計，4G用戶的上行流量占下行流量的比例為14.6%，在網(wǎng)絡(luò)負荷較高時，單獨用TD-LTE網(wǎng)絡(luò)承載會帶來上行容量受限、下行容量浪費的問題，單獨用LTE FDD網(wǎng)絡(luò)承載會帶來下行容量受限、上行容量浪費的問題。

中國移動現(xiàn)階段正在積極申請LTE FDD牌照，申請到LTE FDD牌照后，為了解決LTE單個制式的上下行容量與4G用戶的上下行流量不匹配的問題，中國移動有必要開啟LTE FDD&TDD載波聚合功能，以便FDD載波和TDD載波的上下行資源完全成池后，與4G用戶的上下行流量相匹配。因此，本文接下來將在分析LTE FDD&TDD載波聚合基本原理的基礎(chǔ)上，給出中國移動獲得LTE FDD牌照后的LTE FDD&TDD載波聚合部署建議。

2 LTE FDD&TDD載波聚合的基本原理

3GPP組織從REL-10開始引入載波聚合功能，在REL-10中，所有聚合的成員載波具有相同的雙工方案，對于TD-LTE，必須具有相同的上下行子幀配置；在REL-11中，不同頻段聚合的TDD載波的上下行子幀配置可以不同；在REL-12中，定義了跨制式的載波聚合功能，即聚合的成員載波由FDD載波和TDD載波組成。

具有載波聚合能力的終端有且僅有一個下行主成員載波和一個上行主成員載波，可以有一個或多個輔成員載波，上行主成員載波承載所有的L1/L2層控制信令。

LTE FDD&TDD載波聚合的基本原理涉及成員載波的調(diào)度過程、物理資源的分配、HARQ信息的反饋過程、輔成員載波的激活和去激活過程等，本文接下來重點分析與LTE FDD&TDD載波聚合部署密切相關(guān)的成員載波的調(diào)度過程以及上行HARQ信息的反饋過程。

2.1 成員載波的調(diào)度過程

聚合的FDD載波和TDD載波可以分別進行下行調(diào)度指配和上行授權(quán)，根據(jù)PDCCH信道和PDSCH/PUSCH信道的關(guān)系不同，可以分為自調(diào)度（self-scheduling）和交叉載波調(diào)度（cross-carrier scheduling）。

自調(diào)度的PDCCH信道和PDSCH/PUSCH信道在同一個載波上，由于FDD載波和TDD載波各自獨立配置了PDCCH信道，因此，F(xiàn)DD載波和TDD載波可以分別進行調(diào)度或授權(quán)，不存在復(fù)雜的時序關(guān)系。

交叉載波調(diào)度的PDCCH信道和PDSCH/PUSCH信道在不同的載波上，由于FDD載波和TDD載波共用一個PDCCH信道，時序關(guān)系比較復(fù)雜。

如果FDD載波配置為主成員載波，TDD載波配置為輔成員載波，由于主載波上任何一個子幀都有PDCCH信道，因此可以對FDD載波和TDD載波的任何一個子幀進行調(diào)度或授權(quán)，F(xiàn)DD載波和TDD載波都不存在容量損失問題。

如果TDD載波配置為主成員載波，F(xiàn)DD載波配置為輔成員載波，可以對TDD載波的任何一個子幀進行調(diào)度或授權(quán)，但是由于主載波上只有部分子幀有PDCCH信道，因此只能對FDD載波的部分子幀進行調(diào)度或授權(quán)。以TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的上下行子幀配置2為例，5 ms半幀內(nèi)只有4個子幀（3個下行子幀、1個特殊子幀）有PDCCH信道，在這種配置下，F(xiàn)DD載波的下行子幀2和下行子幀7不能被調(diào)度，上行子幀1和上行子幀6不能被授權(quán)，這意味著FDD載波在上下行各有20%的容量損失。交叉調(diào)度時，TDD載波配置為主成員載波的時序關(guān)系如圖1所示。

2.2 上行HARQ信息的反饋過程

在多數(shù)場景下，下行聚合的載波數(shù)量都多于上行聚合的載波數(shù)量，因此3GPP協(xié)議規(guī)定，不管是自調(diào)度還是交叉載波調(diào)度，主成員載波和輔成員載波的PDSCH信道所對應(yīng)的上行HARQ反饋信息都在主載波的上行子幀上進行發(fā)送。

如果FDD載波配置為主成員載波，TDD載波配置為輔成員載波，由于主成員載波的任何一個子幀都有PUCCH信道，F(xiàn)DD載波的上行子幀在發(fā)送自身載波的上行HARQ反饋信息的同時，只需部分上行子幀發(fā)送TDD載波的上行HARQ反饋信息即可，因此FDD載波的PUCCH信道的負荷增加有限。

如果TDD載波配置為主成員載波，F(xiàn)DD載波配置為輔成員載波，由于主成員載波上只有部分子幀存在上行子幀，因此會出現(xiàn)HARQ信息過多、PUCCH信道負荷過高的問題。以TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的上下行子幀配置2為例，5 ms半幀內(nèi)只有一個上行子幀，TDD載波上一幀的下行子幀4、子幀5、子幀6、子幀8的PDSCH信道，以及FDD載波上一幀的下行子幀4、子幀5、子幀6、子幀7、子幀8的PDSCH信道的HARQ反饋信息在TDD載波上行子幀2上發(fā)送，TDD載波上一幀的下行子幀9，本幀的下行子幀0、子幀1、子幀3的PDSCH信道以及FDD載波上一幀的下行子幀9，本幀的下行子幀0、子幀1、子幀2、子幀3的PDSCH信道的HARQ反饋信息在TDD載波上行子幀7上發(fā)送。TDD載波配置為主成員載波的上行HARQ反饋信息的時序關(guān)系如圖2所示。

3 中國移動LTE FDD&TDD載波聚合部

署建議

中國移動申請到LTE FDD牌照后，在開啟LTE FDD&TDD載波聚合功能時，主要涉及LTE FDD&TDD主輔成員載波配置、LTE FDD&TDD業(yè)務(wù)承載、LTE FDD部署和LTE FDD設(shè)備選型等關(guān)鍵問題。

3.1 LTE FDD&TDD主輔成員載波配置建議

中國移動申請到LTE FDD牌照后，在開啟LTE FDD&TDD載波聚合功能的時候，既可以把TDD載波配置為主成員載波，也可以把FDD載波配置為主成員載波。

如果把TDD載波配置為主成員載波，F(xiàn)DD載波配置為輔成員載波，則存在以下幾個問題：

（1）在交叉調(diào)度時，F(xiàn)DD載波的上下行各有20%的容量損失。

（2）TDD載波（上下行子幀配置為2）4個下行子幀（含1個特殊子幀）的PDSCH信道、FDD載波5個下行子幀的PDSCH信道的上行HARQ反饋信息由TDD載波的1個上行子幀傳輸，因此需要配置較大容量的PUCCH信道，PUCCH信道占用較多的RB資源后，進一步減少了TDD載波的上行容量。

（3）由于TDD載波上行容量受限，為了增加上行容量，必須在上行配置FDD載波為輔成員載波，由于終端要在FDD載波和TDD載波上同時發(fā)射上行信號，增加了終端的功耗，因此終端的復(fù)雜度和成本也會上升。

如果FDD載波配置為主成員載波，TDD載波配置為輔成員載波，則不存在上述問題，因此建議中國移動在開啟LTE FDD&TDD載波聚合功能時，把FDD載波配置為主成員載波，把TDD載波配置為輔成員載波。

3.2 LTE FDD&TDD業(yè)務(wù)承載建議

中國移動申請到LTE FDD牌照后，在開啟LTE FDD&TDD載波聚合功能時，F(xiàn)DD載波和TDD載波的上下行資源完全成池，基站可以根據(jù)負荷、業(yè)務(wù)性質(zhì)等因素靈活地在FDD載波和TDD載波上分配上下行資源，由于LTE FDD&TDD載波聚合是在MAC層實現(xiàn)的，因此可以實現(xiàn)毫米級的動態(tài)資源分配，相比于切換技術(shù)，時延更低、開銷更小。

TDD載波的下行容量遠高于上行容量，因此適合承載下行流量較大的業(yè)務(wù)，尤其是RLC AM模式和UM模式的業(yè)務(wù)，如視頻業(yè)務(wù)，建議中國移動的高清娛樂視頻、標清娛樂視頻、高清直播等業(yè)務(wù)優(yōu)先由TDD載波承載。

FDD載波的上下行子幀對稱，適合承載上下行對稱的業(yè)務(wù)，建議中國移動的VoLTE業(yè)務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)優(yōu)先在FDD載波上承載。

3.3 LTE FDD部署建議

中國移動申請到LTE FDD牌照后，可用的FDD頻率資源有900 MHz頻段和1800 MHz頻段，900 MHz頻段有20 MHz×2共計40 MHz的帶寬，1800 MHz頻段有25 MHz×2共計50 MHz的帶寬。900 MHz頻率低、覆蓋范圍廣、穿透能力強，可用于構(gòu)建中國移動的4G主力底層覆蓋網(wǎng)絡(luò)；1800 MHz頻段資源豐富，終端成熟度高，在高流量區(qū)域是TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的重要容量補充手段。

900 MHz LTE FDD部署建議：在城市區(qū)域，GSM網(wǎng)絡(luò)過覆蓋現(xiàn)象較為嚴重，如果900 MHz LTE FDD繼承原有的GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，會造成嚴重的同頻干擾。因此，900 MHz LTE FDD網(wǎng)絡(luò)不能簡單繼承原有GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，必須面向目標網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)劃，確保網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的合理。在農(nóng)村區(qū)域，應(yīng)在TD-LTE尚未覆蓋的行政村、自然村建設(shè)900 MHz LTE FDD基站，由于900 MHz LTE FDD基站與900 MHz GSM基站覆蓋能力相當，900 MHz LTE FDD基站可與900 MHz GSM基站1： 1共址建設(shè)，解決廣覆蓋問題。

1800 MHz LTE FDD部署建議：在地鐵、高校、商業(yè)區(qū)等高流量場景，TD-LTE面臨著上行容量受限的問題，應(yīng)優(yōu)先部署1800 MHz LTE FDD用于容量補充。1800 MHz LTE FDD與F頻段TD-LTE頻率相近、覆蓋能力相當，可與F頻段TD-LTE基站1： 1共址建設(shè)。

3.4 LTE FDD設(shè)備選型建議

中國移動目前已經(jīng)部署了150萬個TD-LTE基站，申請到LTE FDD牌照后，在LTE FDD設(shè)備選型的時候，面臨著LTE FDD和TD-LTE是同廠家設(shè)備組網(wǎng)還是異廠家設(shè)備混合組網(wǎng)的抉擇。

如果LTE FDD和TD-LTE是異廠家設(shè)備混合組網(wǎng)，則存在以下幾個問題：

（1）由于LTE FDD基站和TD-LTE基站各自獨立擁有PHY層、MAC層、RLC層以及RLC層以上的協(xié)議棧，因此無法實現(xiàn)LTE FDD&TDD的載波聚合功能。

（2）在切換的過程中，只能傳遞有限的L1層和L2層的控制信息，會產(chǎn)生切換時間過長、切換成功率下降、用戶體驗變差等問題。

（3）只能基于X2接口或盲的負載均衡，大量的負載信息不能傳遞給對方，制式間的協(xié)同性變差，尤其是在業(yè)務(wù)負荷較高時，把業(yè)務(wù)互相扔給對方，會產(chǎn)生大量的基于負荷的切換，導(dǎo)致容量進一步降低、用戶體驗變差等問題。

（4）在負荷較低時，LTE FDD和TD-LTE基站也必須同時發(fā)射信號，不能有效地降低功耗。

如果LTE FDD和TD-LTE是同廠家設(shè)備組網(wǎng)，則可以實現(xiàn)LTE FDD&TDD載波聚合功能，充分地利用FDD載波和TDD載波的上下行資源，制式間聯(lián)合小區(qū)關(guān)斷節(jié)能省電，因此建議中國移動LTE FDD設(shè)備和TD-LTE設(shè)備選用同一個廠家的設(shè)備。

4 結(jié)束語

本文通過對LTE FDD&TDD載波聚合的基本原理的介紹，建議中國移動在申請到LTE FDD牌照后，積極開展LTE FDD&TDD載波聚合的試點工作，優(yōu)先選擇地鐵、高校、商業(yè)區(qū)等高流量區(qū)域進行試點，F(xiàn)DD載波使用1800 MHz頻段，TDD載波使用F頻段或者D頻段，以便在LTE FDD牌照發(fā)放后，中國移動可以更好地發(fā)揮LTE FDD網(wǎng)絡(luò)和TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合優(yōu)勢，更好地支持中國移動業(yè)務(wù)的發(fā)展。

參考文獻：

[1] Erik Dahlman， Stefan Parkvall， Johan Skold. 4G， LTE-Advanced Pro and The Road to 5G[M]. Englang： Reed Elsevier， 2016.

[2] 3GPP TS 36.300. 3rd Generation Partnership Project； Technical Specification Group Radio Access Network； Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA） and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network （E-UTRAN）； Overall description； Stage 2[EB/OL]. [2017-05-11]. http：//www.3gpp.org/ftp/specs/archive/36_series/36.300/.

[3] 3GPP TS 36.211. 3rd Generation Partnership Project； Technical Specification Group Radio Access Network； Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）； Physical Channels and Modulation[EB/OL]. [2017-05-11]. http：//www.3gpp.org/ftp/specs/archive/36_series/36.211/.

[4] 3GPP TS 36.212. 3rd Generation Partnership Project； Technical Specification Group Radio Access Network； Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）； Multiplexing and channel coding[EB/OL]. [2017-05-11]. http：//www.3gpp.org/ftp/specs/archive/36_series/36.212/.

[5] 3GPP TS 36.213. 3rd Generation Partnership Project； Technical Specification Group Radio Access Network； Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）； Physical layer procedures[EB/OL]. [2017-05-11]. http：//www.3gpp.org/ftp/specs/archive/36_series/36.213/.

[6] 3GPP TS 36.321. 3rd Generation Partnership Project； Technical Specification Group Radio Access Network； Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）； Medium Access Control （MAC） protocol specification[EB/OL]. [2017-05-11]. http：//www.3gpp.org/ftp/specs/archive/36_series/36.321/.

[7] 3GPP TS 36.322. 3rd Generation Partnership Project； Technical Specification Group Radio Access Network； Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）； Radio Link Control （RLC） protocol specification[EB/OL]. [2017-05-11]. http：//www.3gpp.org/ftp/specs/archive/36_series/36.322/.

[8] 3GPP TS 36.331. 3rd Generation Partnership Project； Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）； Radio Resource Control （RRC）； Protocol specification[EB/OL]. [2017-05-11]. http：//www.3gpp.org/ftp/specs/archive/36_series/36.331/.

[9] 高翔，張建國，黃正彬，等. 中國移動4G基礎(chǔ)性網(wǎng)絡(luò)部署策略研究[J]. 移動通信， 2015，39（18）： 6-9.

[10] 徐恩，張建國. 某運營商農(nóng)村數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載方案建議[J]. 移動通信， 2013，37（22）： 62-65.