5G三载波聚合部署方案研究

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以下文章来源于邮电设计技术 ，编辑陈虎 范琨

摘  要

载波聚合是5G SA组网部署方案中的重要技术之一，对提升用户体验具有重要价值。当前2CC载波聚合(100 MHz+100 MHz)在现网应用已较为成熟，3CC应用尚在探索阶段。根据3GPP R15协议规范，结合SRS载波轮发技术与SuperMIMO技术研究，探索出一套完整的3CC融合技术方案，并通过测试验证了该方案的可行性及先进性。

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概  述

5G载波聚合技术是5G网络的重要技术之一，可以提升网络速度和容量，从而更好地支撑高速数据传输和大规模物联网设备，广泛应用于智能家居、智能城市、智能交通、智能工厂等各种场景。尤其在中国电信和中国联通（下称“电联”）共建共享的大环境下，载波聚合技术能够充分利用各方的频谱资源聚合成更大的带宽，实现用户的极致体验，建立竞争优势。

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3CC组网结构

2.1 协议规范

3GPP R15协议定义了NR CA，最大可将16个CC聚合在一起。当前网络部署主要为低频FR1（最大100 MHz带宽），最大支撑3CC聚合，最大聚合带宽为300 MHz。

在3载波聚合场景中，UE可同时使用3个载波。3个载波中，有1个载波称为主载波（Primary Component Carrier，PCC），PCC对应的小区称为PCell。另外2个载波称为辅载波（Secondary Component Carrier，SCC），SCC对应的小区称为SCell。

2.2 电联3CC频谱

根据参与聚合的CC是否属于同一频段以及是否在频域上连续，CA可分为如下3种类型。

a）频段内连续载波聚合：CC同属一个频段，且在频域上连续。

b）频段内非连续载波聚合：CC同属一个频段，但在频域上不连续。

c）频段间载波聚合：CC属于不同的频段。

电联共享的200 MHz 5G频谱及中国广电共享的100 MHz 5G频谱为3.3~3.6 GHz，共计300 MHz连续的频谱资源。根据3GPP低频频段内连续载波聚合规范（对应协议3GPP TS 38.101-1 的Table 5.5A.1-1），NR支撑CA_n78D（100+100+100）形式的3CC载波CA组合。因此中国电信、中国联通和中国广电300 MHz频谱适合组成带内连续CA，是极其理想的载波聚合方式（见图1）。

图1 电联与中国广电连续300 MHz频谱示意

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3CC关键技术

3.1 对称CA和非对称CA

对称CA的上行聚合的CC数和下行聚合的CC数相同。非对称CA的上行聚合的CC数和下行聚合的CC数不相同。当存在下行CC数大于上行CC数的情况，没有上行CC的载波只能使用PMI反馈。从这个结论来看，如果采用电联组合的3CC下行CA，将只能使用PMI反馈。

3.2 CA辅载波

有PUSCH资源和SRS资源的辅载波（既支撑下行又支撑上行的辅载波），简称为“上下行辅载波”。无PUSCH资源且无SRS资源的辅载波（仅支撑下行，不支撑上行的辅载波），简称为“下行Only辅载波”。由于无法获得终端的SRS权，只能使用PMI权，这类辅载波中的TDD载波下行Beamforming（BF）性能有一定损失。从这个结论来看，电联3CC下行CA将存在BF性能损失。

3.3 SRS载波轮发技术

根据第3.1与3.2节分析，由于NR TDD下行3载波CA中，PUSCH-less TDD CCs没有配置上行控制信道，无法在本CC上自行发送SRS，导致“下行Only辅载波”无法获得终端的SRS权。只能使用PMI反馈，BF性能有一定损失。因此需要研究其他融合技术，弥补该组网方案的缺陷。

通过相关技术文献研究发现，借助SRS载波轮发功能可以利用UE的上行射频模块在PCC和SCC之间以TDM时分轮循的方式发送SRS，帮助TDD“下行Only辅载波”获得SRS信息，改善下行BF性能损失。简化后原理示意如图2所示。

图2 SRS载波轮发功能原理示意

3.4 SuperMIMO技术

SuperMIMO技术是一种新兴的无线技术，与传统MIMO技术不同的是，SuperMIMO技术可以同时支撑多个用户设备进行数据传输，提高了频谱利用率和系统容量。SuperMIMO技术通过采用大规模天线阵列和先进的信号处理算法，实现了多个用户设备之间的干扰管理，从而实现高效的多用户数据传输。

SuperMIMO技术的原理主要包括Massive MIMO概念、多用户干扰管理技术以及空域多路复用和波束赋形技术。首先，Massive MIMO概念指的是利用大规模天线阵列，通过在基站端增加大量的天线，来提高系统的传输容量和性能。其次，多用户干扰管理技术用于解决多个用户设备同时进行数据传输时，可能产生的干扰问题。最后，空域多路复用和波束赋形技术用于增强信号的传输和接收效果，实现更高的信号传输速率和质量。

SuperMIMO技术在不同领域都有广泛的应用。在5G无线通信系统中，SuperMIMO技术可以提高网络容量和覆盖范围，支撑更多的用户设备连接。也可以应用于移动通信网络中的网络协作技术，实现更好的系统性能和用户体验。

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3CC载波聚合部署方案

4.1 部署方案

3载波主要应用在室内场景，解决用户大带宽、高速率需求，在高低频段同覆盖组网场景下，高频段通常作为容量层吸取话务，低频段通常作为覆盖层，其中容量层频点优先级高于覆盖层频点优先级。

根据前面章节的分析，基于NR TDD的3CC载波聚合有独立3CC和融合3CC 2种部署方案。

方案1：独立3CC。仅完成3载波建设及3CC CA功能开通，不叠加其他技术。如图3所示，利用3个pRRU各开通1个NR TDD小区（3.3 GHz，3.4 GHz，3.5GHz各1个载波），覆盖范围完全重叠，不叠加部署融合技术。

图3 室内NR 3CC单载波分布示意

方案2：融合3CC。在3CC CA功能开通基础上，考虑引进SRS载波轮发技术作为BF性能损失补偿，并且利用SuperMIMO组网技术，进一步发挥CA效果。如图4和图5所示，Cell1（开通3.3 GHz）下挂pRRU1、pRRU2；Cell2（开通3.4 GHz）下挂pRRU3和pRRU4；

Cell3（开通3.5 GHz）下挂pRRU5和pRRU6、pRRU7和pRRU 8。Cell1和Cell2使用1块VBPe21单板，Cell3单独使用1块VBPe21单板。每个PB需要2条光路分别对应PB的OF1和OF2口和基带板连接。在具体实施过程中，需要注意以下事项。

图4 设备改造分布示意

图5 SuperMIMO改造后3CC载波分布示意

a）结合现场环境，保证各pRRU之间以及pRRU到测试区域，可视无阻挡。

b）建议pRRU外露安装。如果无法外露安装所有8个pRRU，可以在天花板内安装，但要保证天花板内各个pRRU可视无阻挡。

c）开通3个室内TDD NR载波，可能会受到室外TDD宏站信号干扰，需要适当控制室外宏站信号覆盖范围。

4.2 方案验证

为尽量减少外在干扰因素的影响及基于实用场景考虑，选择某热点区域室内环境，分别验证2种方案的增益情况。

4.2.1 方案1：独立3CC CA

4.2.1.1 CA开启前

UDP灌包测试：3个终端分别接入3.3/3.4/3.5 GHz单载波，关闭CA功能，3个载波同时下行UDP灌包，峰值测试仅能达到1 Gbit/s左右，其中3.4 GHz现网存在同频干扰速率为800 Mbit/s左右，3个终端下行速率合计为2.9 Gbit/s。

Speedtest测试：3个终端同时进行相同服务器测试，与UDP灌包测试结果接近，合并下行速率达2.9Gbit/s。

4.2.1.2 CA开启后

UDP灌包测试：开启3载波CA功能，终端接入主载波并完成添加2个辅载波后，进行下行UDP灌包测试。3.3 GHz主载波及3.5 GHz辅载波都只支撑PMI模式，峰值接近1 Gbit/s，3.4 GHz辅载波由于现网存在室外宏站同频干扰，在对部分小区闭站后峰值可以达到730 Mbit/s。3CC聚合峰值速率达到2.6 Gbit/s左右。

Speedtest测试：开启3载波CA功能，单个终端测试。使用公网相同服务器测试，峰值速率为2.34 Gbit/s。

4.2.2 方案2：融合3CC

4.2.2.1 CA开启前

UDP灌包测试：3个终端分别接入3.3/3.4/3.5G单载波，关闭CA功能，3个载波同时下行UDP灌包，由于引入了SuperMIMO组网技术，峰值接近理论峰值。其中3.3 GHz/3.5 GHz峰值速率稳定达到1.5 Gbit/s+，3.4GHz现网测试存在宏站同频干扰，对部分小区关闭后峰值速率达到1.4 Gbit/s左右。3台终端峰值合计速率达到4.4 Gbit/s。

Speedtest测试：3终端分别接入3.3/3.4/3.5 GHz单载波，关闭CA功能，3个载波峰值速率都可以达到1.4Gbit/s以上，接近理论峰值，3部终端峰值合并速率稳定达到4.3 Gbit/s+。

4.2.2.2 CA开启后

UDP灌包测试：开启3载波CA功能，终端接入主载波并添加2个辅载波后，进行下行UDP灌包测试。

其中任意载波都可以做主载波。主载波可以达1.5Gbit/s，辅载波峰值接近1 Gbit/s，总峰值速率可以达到3.4 Gbit/s。

Speedtest测试：开启3载波CA功能，单个终端测试。3载波聚合下行峰值速率可以达到2.68 Gbit/s。

4.2.3 方案比较

如图6所示，3CC载波聚合较之单载波模式，Speedtest实测速率从1 Gbit/s提升2.3 Gbit/s，提升幅度达到130%。在大带宽需求场景具有极大的推广意义。引进SRS载波轮发技术和SuperMIMO技术融合后，Speedtest实测速率从2.3 Gbit/s提升2.68 Gbit/s，提升幅度达16.25%，优势明显。

图6 方案效果对比

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结束语

载波聚合特性可有效提高上/下行数据传输速率，提升用户峰值速率和系统容量，还有助于增强网络上行覆盖性能，提高数据传输的可靠性。

本文从3GPP协议入手，对3CC CA组网结构进行梳理，寻找3CC CA技术优缺点，并通过研究发现SRS载波轮发技术、SuperMIMO技术能较好地弥补3CC下行CA的缺陷，能够更好地发挥CA性能。