SUL技術用于公安無線專網的探索與研究

2020-07-22 09:33:42王亮孫慧洋張禹強

警察技術 2020年4期

王亮孫慧洋張禹強

1.成都鼎橋通信技術有限公司 2.公安部第一研究所

一、利用公安現有頻率實現寬帶業務應用

目前，公共安全部門正在使用和可使用的頻率有350MHz頻段、340MHz頻段、1430～1438MHz頻段和1447～1467MHz頻段，如表1所示。

在現階段，各級公安機關已經逐漸意識到現場多源信息對指揮調度的重要性，特別是現場視頻信息回傳在指揮決策過程中所發揮的作用已經不亞于語音信息，甚至在一些場景下比語音信息還重要?，F場視頻回傳是關鍵業務，此業務現階段主要依靠現有的有線視頻網、公網圖傳、340M圖傳、衛星圖傳等手段開展應用，無法有效保障關鍵視頻業務應用達到與集群語音業務應用同等水平，不能夠滿足實戰要求和應用發展。

在公安行業，視頻回傳傳輸需求遠大于下行需求，考慮到公安現有頻段比較分散且各頻段帶寬小，單一頻段寬帶化業務能力有限，因此創造性地借鑒5G SUL技術的精髓，從350MHz頻段中以FDD模式截取一小部分做主載波進行基礎覆蓋，340MHz做SUL輔載波進行上行容量提升，滿足了公安應用中視頻回傳的業務訴求，為寬窄融合發展提供了一種技術思路。通過借鑒SUL技術特性，將用戶上行傳輸和下行傳輸頻段解耦，允許上行錨定具有大帶寬的340MHz頻段，提供高速率上行視頻回傳服務，而下行則采用350MHz頻譜，從而極大地擴展適配公安離散頻譜特征。

二、SUL關鍵技術研究

（一）SUL技術原理

華為在3GPP Release15標準規范中引入SUL技術，并將其標準化。SUL（Supplementary Uplink），即輔助上行鏈路，是一種與FDD、TDD并行的單/雙工工作模式，SUL只做上行。該技術可以將一個蜂窩小區中的上行載波和下行載波配置在不同頻段上，可以實現TDD/FDD協同、高頻/低頻互補、時域/頻域聚合，大幅提升數據的上行能力，滿足網絡上行業務訴求，降低時延，為垂直行業應用提供更好的發展空間。

在SUL技術中，用戶上行傳輸和下行傳輸頻段解耦，允許下行錨定具有大帶寬的頻段，依賴多天線技術提供高速率下載等下行服務，而上行則與低頻網絡共享低頻段頻譜，從而極大地擴展高頻小區的上行覆蓋。提升商用部署的覆蓋能力，能夠降低部署基站的數量和密度。

圖1中定義上行的Sub-3G為補充的上行鏈路輔載波，C-Band為主載波（Normal UL，簡稱NUL）。引入SUL后，上行可以通過NUL載波或SUL載波承載，從而實現上下行解耦功能。

（二）SUL技術核心

SUL核心技術主要包括SUL載波資源管理算法、SUL載波帶寬壓縮算法和SUL載波調度算法。

1.SUL載波資源管理

由于350MHz頻段目前已部署PDT系統，可供LTE作為主載波錨點使用的350MHz帶寬非常有限，需盡可能劃出一部分帶寬作為錨點。為了提升專網的業務承載能力，將340MHz頻段作為上行傳輸帶寬，即將340MHz頻段中的4M（336～340MHz）或8M（336～344MHz）作為SUL頻率組合使用。8M SUL載波峰值上行吞吐量可達28Mbps，4M SUL載波峰值上行吞吐量可達13Mbps，可極大地提升寬帶上行回傳能力。

350MHz上的FDD主載波會下發系統消息，終端初始接入在FDD主載波上完成。當終端接入后，會根據算法決策是否激活SUL載波，當終端根據算法激活SUL載波時，終端的上行數據會在SUL載波上傳輸，而下行數據則在FDD載波上傳輸。

小區內會同時存在三類終端：不支持SUL特性的終端、支持SUL特性但接入在FDD載波的終端以及支持SUL特性且激活了SUL載波的終端，如圖2所示。

2.SUL載波帶寬壓縮

在實際使用中，用于配置為SUL載波的帶寬資源是不確定的，不一定能夠匹配LTE標準系統帶寬1.4/3/5/10/15/20MHz，此時可以將SUL載波的系統帶寬配置為稍大于實際使用帶寬的系統帶寬，通過帶寬壓縮技術來最大程度的利用實際使用帶寬。

根據公安獲得頻譜情況，比如只能建立8M SUL小區，則可以建立標準10MHz LTE小區，通過上行載波壓縮，將兩邊的PUCCH分別減少4個，得到上行的實際RB數為42個，實際占用帶寬為7.56MHz。LTE的PUCCH在頻域的分配情況，如圖3所示，通過對LTE上行PUCCH資源分配的壓縮，可以實現SUL頻段的帶寬壓縮。

3.SUL載波調度算法

FDD載波和SUL載波都需要在FDD載波統一進行調度，因此需要設計統一的調度算法。在基站激活SUL載波并有實際業務調度時均將觸發載波融合調度和調度優化。

主輔載波融合調度主要流程如圖4所示，其中高優先級載波固定采用FDD載波，低優先級載波固定采用SUL載波。

（1）主載波獲取主輔載波所有用戶優先級并統一排序；

（2）根據主輔載波用戶的優先級和聚集級別進行控制信道預分配，需要預分配控制信道位置，保證后續低優先級用戶不會搜索到已預分配用戶控制信道位置；

（3）主載波按照控制信道預分配結果和主載波用戶優先級進行傳輸資源分配；

（4）主載波調度結束后啟動SUL載波調度，SUL載波按照SUL載波用戶優先級進行控制信道資源（之前預留給主載波未使用完資源）分配。

三、SUL技術實戰探索

研究人員在實驗局進行了驗證測試，在340MHz頻段，采用SUL技術方案，實現4M或8M帶寬的上行傳輸。按照LTE技術體制，技術上支持350MHz頻段上下行分別采用1.4M/3M/5M等不同頻率資源實現寬帶集群。初期在實驗局進行了全向站及雙模組網能力驗證，此時可以和PDT系統在350MHz上共享頻率資源，同時業務互不影響。