姚克宇（中国铁塔股份有限公司河南省分公司，河南郑州，450008）



TDD-LTE三载波聚合性能分析研究

姚克宇
（中国铁塔股份有限公司河南省分公司，河南郑州，450008）

数据业务的爆发式增长，更宽频谱的需求成为了影响从LTE向LTE-Advanced演进的最重要因素。为此河南公司开展了三载波聚合的性能测试研究，包括基于2.6GHz的D频段、F+D频段的载波聚合，以及室内的E频段，速率已经达到220Mbps。TDD-LTE的三载波聚合技术在将多个载波聚合成一个更宽的频谱的同时会造成不必要的重传，并且具有较大的HARQ反馈时延，制约了载波聚合技术对于用户感知的进一步改善。因此，本文将主要以现网分析的方式，讨论如何解决LTE-Advanced系统中TDD-LTE三载波聚合技术所面临的现网的问题。实测结果表明三载波聚合技术后不仅大幅度提升了传输速率，还能有效改善网络质量，提升吞吐量，使网络负载更加均衡，尤其是在负载较重的时候效果会更明显。

TD-LTE；载波聚合；资源利用率；LTE-Advanced

0　前言

随着TDD-LTE技术的不断普及和演化，载波聚合技术作为LTE-Advanced系统中的一项重要技术，在现网中的应用显得尤其的迫切与必要。载波聚合可以将多个载波聚合成一个更宽的频谱，同时也可以把一些不连续的频谱碎片聚合到一起，能很好地满足LTE、LTE-Advanced（4G+）系统频谱兼容性的要求，不仅能加速标准化进程，还能最大限度地利用现有LTE设备和频谱资源。我国自2013年12月向中国移动、中国电信、中国联通三大运营商颁发4G牌照以来，4G系统实现了飞跃发展，目前三家运营商的LTE-Advanced系统实验也也已正式启动，TDD-LTE三载波聚合作为4G+的关键技术之一，在未来的4G发展中将发挥至关重要的作用。

1　三载波聚合分析

TDD-LTE载波聚合解决方案，是与FDD-LTE上下行共40MHz同样带宽的情况下，实现TDD-LTE下载速率翻倍，峰值下载速率超过FDD-LTE约70Mbps，树立了TDD-LTE领先的品牌形象。

3GPP在 Release 10引入了载波聚合（Carrier Aggregation，简称CA），通过将多个连续或非连续的载波聚合成更大的带宽（最大100MHz），以满足3GPP的要求。同时CA还可以提高离散频谱的利用率，尤其在Refarming场景。

载波聚合后，上层数据流映射到聚合的各载波中进行传输。在LTE-Advanced系统中，该映射在MAC层完成。eNodeB为每个载波在每个TTI构建一个（空分复用时为两个或更多）传输块（Transport Block，简称TB），每个载波使用单独的混合自动重传请求（HARQ）实体和链路适应机制。因此，LTE-Advanced系统可以继承之前LTE系统的基于单载波的物理层设计。

增益：

① 资源利用率最大化

通过载波聚合，CA UE（具有载波聚合能力的UE）可以同时利用最多5个载波上的空闲时频资源块，以实现资源利用率最大化。

② 有效利用离散频谱

通过载波聚合，运营商的离散频谱资源可以得到充分利用。

③ 更好的用户体验

通过载波聚合，CA UE可以获得更好的上下行峰值体验。在商用网的多用户场景下，CA UE激活SCell（Secondary Cell）后可以更好利用空闲资源，提升非满负载时CA UE的吞吐率，给用户带来更好的体验。

下行3载波的载波聚合特性支持运营商将同频带或不同频带的3个载波进行聚合来提供更多的带宽，提高UE业务质量。

3　载波聚合理论速率分析

本次试点由于终端仅支持B41和B39，因此在此基础上对理论吞吐量进行简单分析。

在20MHz单小区中：B41（SA2SSP7）下行理论吞吐量为110Mbps，B41（SA1SSP7）下行理论吞吐率为80Mbps，B39（SA2SSP7）下行理论吞吐率为110Mbps，B39（SA2SSP6截断）下行理论吞吐率为94Mbps，B39（SA2SSP6不截断）下行理论吞吐率为106Mbps。

本次三载波聚合方案总的下行理论吞吐量为：

1）B41+B41+B41

B41小区均使用SA2SSP7时下行理论吞吐率为3x 110Mbps = 330Mbps左右。

2）B39+B41+B41

B39小区使用SA2SSP6不截断，B41小区使用SA2SSP7时下行理论吞吐率为106Mbps + 2x 110Mbps = 326Mbps左右。

4　测试前准备

4.1基站信息

选择Easymacro AUU3240，RRU和天馈一体化同时支持F+D频段，既可以实现Band41 3D频段3*20M载波聚合，又可实现Band41+Band39 2D+1F频段3*20M载波聚合。

图1　Easymacro AUU3240展示图

4.2测试地点

考虑到开站效率和成本，选择商丘永城东方大道营业厅F-XLH-1室外已建Easymacro单扇区小基站作为实验站点进行改造测试。

测试地点：该站位于东方大道与芒山路交叉口东20米处楼顶；

图2　实验基站及测试环境图

4.3测试设备

测试设备：终端部分为高通MSM8994原型机+高性能PC组成

测试软件：高通相关软件：QPST、 QMICM、QXDM（见下表1）；

表1

4.4测试数据配置

B41+B41+B41 3D载波聚合小区详细参数配置：

B39+B41+B41 1F+2D载波聚合小区详细参数配置：

5　测试注意事项

测试中注意事项：

1） 端到端具备330Mbps以上的传输速率，其中包括传输CIR、PIR均需400M以上；

2）用户开卡速率保证400Mbps以上，包括APN接入点速率（APN-MBR）和UE签约速率（UE-AMBR）；

图4

图5

从终端信令查看APN接入点速率已修改为904M，如下图4所示：

从S1接口跟踪消息-S1AP_INITIAL_CONTEXT_SETUP_REQ，UE-AMBR速率为1000M，满足测试需求。如下图5

3）若站点配置为B41+ B41+ B41三载波聚合，需要锚在中间频点进行3CC载波聚合，因此要将中间频点驻留优先级配置为最高；

4）在进行B39+ B41+ B41三载波聚合时，F和D的帧偏置需要对齐，使干扰最小化；

5）另外无论3D还是2D+1F都需要保持无线环境干净，尽可能屏蔽干扰，峰值速率才可以接近理论值。

6　测试结果

6.1B41+ B41+ B41测试结果

Band41 3D载波聚合现场测试峰值速率可达327Mbps，接近理论值330Mbps。

6.2B39+ B41+ B41测试结果

B39+B41+B41 2D+1F三载波聚合现场测试峰值速率为308Mbps，由于室外场景F频段载波受周围F站点影响，导致SINR较低，最终影响了总速率，测试结果如下所示：

图6.1　B41 3D频段载波聚合终端峰值速率

图6.2　B41 3D频段载波聚合基站侧峰值速率监测

7　总结

河南公司率先完成三载波聚合试点，为今后载波聚合的大范围商用积累了宝贵的经验。载波聚合不仅可以成倍的提升LTE小区峰值速率，还可有效规避邻区同频干扰，提升TD-LTE网络性能，更灵活地实现主辅小区间的负载均衡，提升网络容量。载波聚合技术的应用，能够让运营商为移动用户提供更高速、更丰富的业务体验，更好地应对数据业务流量的爆发式增长，提高TD-LTE网络的竞争力。

［1］ 技术宅 为什么更快，解读LTE-ACat.9三载波聚合 《电脑爱好者》 2015年第14期

［2］ 曹亘、张欣、郑瑞明、杨大成 LTE-Advanced系统中的多载波聚合技术 《现代电信科技》 2009年 第02期.

［3］ 爱立信携手中国移动香港展示现网中的TDD/FDD三载波聚合 《电信网技术》 2015年 第08期

［4］ 郑艺 LTE-A载波聚合技术的资源分配方案研究 《哈尔滨工业大学》 2013年

［5］ 张博 TD-LTE系统干扰分析及解决方案 《电信技术》 2013年第07期

［6］ 鲜永菊、董灿、张祖凡、吴东伟 LTE-A载波聚合下的载波切换分析 《电信科学》 2009年12期

［7］ 陈继勋、李美艳 LTE-A系统中的载波聚合技术 《通信管理与技术》 2011年 第03期

［8］ 范文鹏、徐昌彪、鲜永菊 LTE-A系统载波聚合情况下改进的PF算法 《计算机应用研究》 2012年03期

［9］ 周渝霞 LTE-Advanced系统中的载波聚合技术的研究综述《电子质量》 2009年 第09期

［10］ 焦慧颖 LTE-Advanced关键技术及标准化进展 《电信网技术》 2009年第12期

姚克宇（1978.4-），男，汉族，河南郑州人，硕士毕业于杜伊斯堡-埃森大学，现就职于中国铁塔股份有限公司河南省分公司运营发展部，工作方向：无线网络优化与规划管理等。

Analysis and Study on the performance of wokkTDD-LTE three carrier aggregation

Yao Keyu
（China iron tower Limited by Share Ltd，Henan branch，Henan，Zhengzhou，450008）

With the explosive growth of data services，the demand for a wider spectrum has become the most important factor that affects the evolution from LTE to LTE-Advanced. For this purpose，the company carried out the performance test of three carrier aggregation，including 2.6GHz based D band，F+D band carrier aggregation，as well as the indoor E band，the rate has reached 220Mbps.Tdd-lte three carrier aggregation technology in multiple carrier polymerization into a wider spectrum of at the same time can cause unnecessary retransmissions，and has larger HARQ feedback delay，which restricts the carrier polymerization technology for the further improvement of the user perception.Therefore， this article will mainly take the present network analysis method，discusses how to solve the LTE-Advanced system in the TDD-LTE three carrier aggregation technology is faced with the problem of the current network.Experimental results show that after the carrier aggregation technology not only greatly enhance the transmission rate，can effectively improve the network quality，throughput，make the network load more balanced，especially in the load heavier when the results will be more obvious.

TD-LTE；carrier aggregation；resource utilization；LTE-Advanced

图6.3　B39+B41+B41 三载波聚合终端峰值速率

图6.4　B39+B41+B41 三载波聚合基站侧峰值速率监测

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