TD—LTE小區合并與載波聚合技術的增強應用方案

劉娜　董江波　劉瑋　陳燕雷　韓云波　任冶冰

隨著TD-LTE性能增強技術的引入，載波聚合和小區合并兩項技術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，將兩種方案靈活結合，提出了一種新的TD-LTE小區合并與載波聚合技術的增強應用方案，首先分析了小區合并技術和載波聚合技術的原理和特點，然后提出了非對稱小區合并的方案，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 小區合并 外場測試 LTE

1 引言

用戶對數據流量業務的需求呈現爆炸式增長，對當前TD-LTE網絡的容量及性能也提出了越來越高的要求。隨著技術研發的不斷深入，4G網絡建設不斷擴展，出現了一系列TD-LTE性能增強技術并投入建設和應用，載波聚合技術和小區合并技術就是其中兩項重要的性能增強技術。

載波聚合技術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；小區合并技術的核心思想是將不同的小區聚合成一個邏輯小區從而達到減少小區間切換次數的目的。這是兩項為實現不同的性能增強目標而產生的獨立技術，但是這兩項技術同時應用時由于都涉及到小區的聚合而又產生了一定的聯系。本文將分析兩項技術的特點，然后根據技術特點提出了一種共同應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用建議。

2 技術原理及特點分析

2.1 載波聚合技術

如圖1所示，載波聚合技術實質上是將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，從而提高數據速率。支持載波聚合的終端在多個成員載波上同時進行數據收發，從而可以明顯提升峰值速率。載波可以是連續的，也可以是非連續的。

載波聚合技術的特點：

（1）明顯提升峰值速率：峰值速率提高一倍；

（2）提升小區吞吐量：更大帶寬的頻選調度可以提升小區吞吐量；

（3）改善網絡KPI：減少由于負載均衡導致的用戶在不同小區間的切換次數。

載波聚合中的PCell（Primary Cell，主小區）是UE初始接入時的小區，負責與UE之間的RRC通信。PCell在連接建立（Connection Establishment）時確定，UE在該小區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被指示為主小區。

載波聚合中的SCell（Secondary Cell，輔小區）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原理及特點的分析可知，小區進行載波聚合主要是為了增加單用戶峰值吞吐量，還可以改善小區吞吐量性能，并且減少了負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 小區合并技術

小區合并就是將多個物理小區合并為一個邏輯小區的技術。通過小區合并技術，可以解決一些優化的疑難問題，如鄰區添加不足問題，對一些導頻信號復雜的優化難點區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勢及應用場景：減少切換、降低掉話、減少鄰區關系；同一個邏輯小區中能夠允許合并不同的物理小區，有選擇地調整網絡結構；利用合并小區中的一個或多個射頻拉遠單元進行擴展覆蓋，更靈活地進行網絡擴展與補充。另外，由于小區合并減少了邏輯小區的數量，因此也降低了小區的總容量。

3 增強應用方案

在有些場景下采用傳統覆蓋會導致UE頻繁切換或者鄰區同頻干擾嚴重，需要采用小區合并技術以減少切換以及同頻干擾。小區合并減少了切換和鄰區間干擾，但是同時減少了小區容量。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不同時合并？由此引出了TD-LTE小區合并與載波聚合技術的增強應用方案：載波聚合+非對稱小區合并方案。

方案具體描述如下：F1載波1小區合并，F2載波2小區是正常小區，不合并，UE可以正常接入F2，對于CA UE可以通過頻點優先級控制UE優先駐留和重選、切換到F1上，F1主載波保證移動性，F2分擔業務，如圖2所示：

4 增強方案效果驗證

為了摸清載波聚合+非對稱小區合并方案的效果，在現網選擇站點進行了方案測試驗證。

（1）驗證方案

載波聚合+非對稱小區合并方案性能驗證主要關注兩個問題：

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

2）非對稱小區合并相比小區不合并能否實現下述效果：雖然一定程度減少了小區容量，但是在主小區不變的情況下，輔小區之間能夠無縫切換。

因此選擇小區合并、小區不合并、非對稱小區合并三種場景下分別進行驗證，測試的內容包括定點吞吐量測試和移動測試，采用的UE數及分布情況包括單UE、多UE集中、多UE分散幾種情況。具體的場景和驗證內容總結如表1所示（對比三種場景（小區合并、小區不合并、小區合并增強）下的終端定點及移動吞吐量、切換效果等指標）。

（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果統計，包括測試場景下的RSRP、SINR水平，和每個UE平均調度的RB、MCS及PDCP的吞吐量情況。圖3為根據測試結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發起定點業務時，由于在幾種網絡配置條件下UE可以用到的資源上限都是相同的，所以三種技術方案的平均吞吐量水平相當，針對上面的數據分析結果也是如此。由于實際測試環境是商用寫字樓，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，從數據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下發起業務時，非對稱小區合并相對小區不合并來說，UE可以使用的資源有所損失，因而容量也有所損失。但相對小區合并技術來說，由于只是一個頻點上的資源損失了，因此提高了小區容量。根據上面的數據結果分析，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

小區不合并方案中，UE從服務小區中心移動至邊緣會發生切換，控制面切換時延為48 ms。在切換過程中，下行流量會出現明顯掉溝現象，如圖4所示。非對稱小區合并方案中，UE從服務小區中心移動至邊緣，PCC保持不變，只發生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，非對稱小區合并方案可以在主小區不變的情況下，實現輔小區之間的無縫切換，相對于小區不合并減少了切換帶來的掉溝次數，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 結論

通過本文的分析可知，非對稱小區合并相比小區合并，雖然在移動性能方面不夠平滑穩定，但從一定程度上提高了小區容量；非對稱小區合并相比小區不合并，雖然減少了小區容量，但移動性方面有所提升。在大容量網絡下的某些特定場景，比如高價值室內寫字樓（載波聚合是標配功能），在一樓大堂的多部電梯內和電梯口會有人流集中等候并有大量數據業務需求，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需求，此時可以考慮通過非對稱小區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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