陳捷（中國移動通信集團云南有限公司紅河分公司，蒙自 661199）

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TD-LTE網(wǎng)絡(luò)載波聚合技術(shù)應(yīng)用研究

陳捷
（中國移動通信集團云南有限公司紅河分公司，蒙自 661199）

摘 要今天的中國已邁入了移動互聯(lián)的新時代，各大運營商之間激烈的競爭聚焦在了4G網(wǎng)絡(luò)的向下演進上，作為LTE-A的核心技術(shù)，CA（Carrier Aggregation，載波聚合）是網(wǎng)絡(luò)提速的神兵利器。因此，現(xiàn)網(wǎng)中對CA技術(shù)應(yīng)用的深入研究，有助于釋放技術(shù)效能，提高用戶感知與網(wǎng)絡(luò)吞吐量。

關(guān)鍵詞TD-LTE；載波聚合；應(yīng)用

當今社會進入了移動互聯(lián)的4G新時代，中國移動TD-LTE網(wǎng)絡(luò)正在如火如荼的部署與發(fā)展中。前期建設(shè)中，宏站多用F頻段（1880～1900 MHz）的20 MHz帶寬組網(wǎng)，下行理論峰值速率可達到100 Mbit/s。但由于該帶寬速率為同一小區(qū)下的激活用戶所共享，當業(yè)務(wù)忙時，局部熱點區(qū)域內(nèi)大量激活用戶和業(yè)務(wù)進程的高度集中，勢必會導(dǎo)致單用戶速率大幅降低，進而影響用戶感知。

針對上述問題，D頻段疊加和CA（Carrier Aggregation，載波聚合）技術(shù)不失為一種好的處理方案。D頻段疊加技術(shù)的實現(xiàn)就是在4G基站上原F頻段小區(qū)的同覆蓋方向增配一個或多個D頻段小區(qū)，通過雙頻組網(wǎng)實現(xiàn)載波擴容與用戶分流，以提升單用戶業(yè)務(wù)速率。CA則是LTE-A的核心技術(shù)，其原理是將相同（如D1+D2頻段）或不同頻段（如F+D頻段）的2～5個LTE成員載波合并為一個信道，成倍的提高TD-LTE小區(qū)的峰值速率，終端根據(jù)自身能力大小決定最多可以同時利用幾個載波進行上下行傳輸?，F(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)了D1與D2頻段的載波聚合，支持LTE Cat 6的4G終端（如華為MT7等）能夠同時利用“D1+D2”兩個頻段進行數(shù)據(jù)傳輸。當然，疊加D頻段一般需要在基站側(cè)增配BPL/ BPN板件，替換或增加支持D頻段的天線、RRU等硬件資源。

運營成本的增加，一定時期內(nèi)終端能力和用戶習慣的限制，決定了CA技術(shù)的推廣應(yīng)用必然是一個由點及面，循序漸進的過程。

本文從用戶體驗角度出發(fā)，通過多維度、全方位模擬用戶行為來進行仿真試驗，深入分析CA技術(shù)對用戶感知和網(wǎng)絡(luò)能力的改善效果。進而得出一套CA目標小區(qū)的選擇方法，以便合理利用資源，最大程度提升用戶速率與網(wǎng)絡(luò)吞吐量。

1　技術(shù)背景

外場大量的測試數(shù)據(jù)表明，正常情況下，用戶速率主要受制于無線環(huán)境優(yōu)劣和并發(fā)業(yè)務(wù)數(shù)（主要靠激活用戶數(shù)表征），下面就這兩個關(guān)鍵因素對網(wǎng)速的影響進行分析。

無線環(huán)境對用戶網(wǎng)速的影響主要體現(xiàn)在系統(tǒng)根據(jù)無線信道的優(yōu)劣來選擇調(diào)制和傳輸制式。TD-LTE R9中定義了TM1-8多種傳輸模式適用于不同的無線環(huán)境，現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)了TM2/3/8模式的自適應(yīng)選擇。LTE下行方向用PDSCH信道承載業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，該信道有QPSK/16QAM/64QAM 3種調(diào)制方式，系統(tǒng)基于UE反饋的CQI信息，從預(yù)定義的映射表中選擇具體的調(diào)制和編碼方式，實現(xiàn)鏈路的自適應(yīng)。

簡單來說，在良好的覆蓋環(huán)境下，系統(tǒng)采用高階編碼方式（64QAM）和TM3（開環(huán)空間復(fù)用）或TM8（雙流波束賦形）雙流模式傳輸數(shù)據(jù)，此時下行峰值速率最快，能達到100 Mbit/s，用戶感受最佳。在無線環(huán)境較差時，為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕到y(tǒng)自適應(yīng)選擇低階調(diào)制方式（16QAM/QPSK）和TM2（發(fā)射分集）單流傳輸模式，此時，理論上下行峰值速率將降低到50 Mbit/s左右。

激活用戶數(shù)對用戶網(wǎng)速的影響主要體現(xiàn)在并發(fā)進程數(shù)量對小區(qū)帶寬速率的攤薄作用。在LTE系統(tǒng)中，PF算法（Proportional Fair,正比公平算法）根據(jù)UL/ DL 信道質(zhì)量，用戶緩存更新狀態(tài)，每個用戶平均調(diào)度時間，以及QoS參數(shù)等因素，計算每個激活用戶的優(yōu)先級，根據(jù)優(yōu)先級對用戶排序，并按此順序調(diào)度用戶。其中用戶優(yōu)先級計算公式如下：

式(1)中TB(i)表示第i流（i=1,2)的傳輸塊大小TBS，根據(jù)UE上報的CQI映射得到。HistoryThroughput表示歷史吞吐量，由下面公式確定：

式(2)中TBSize是上一個TTI（Transmission Time Interval，傳輸時間間隔，3GPP LTE與LTE-A的標準定義1 TTI=1 ms ）調(diào)度完成后實際分配給用戶的傳輸塊大小。如果該UE在上一個TTI沒有被調(diào)度，使用第一個表達式，如果UE在上一個TTI被調(diào)度，則使用第二個表達式。

根據(jù)式(1)、（2）可知，假設(shè)短時間內(nèi)信道狀態(tài)不變，TB(i)值保持穩(wěn)定，信道條件好的用戶隨著所獲傳輸機會的增多，歷史吞吐量變大，優(yōu)先級下降，這就使得原來信道條件不好、優(yōu)先級低的用戶獲得傳輸機會，從長期角度看，PF算法能夠保證小區(qū)中的激活用戶能夠以相同的比特速率被調(diào)度，從而保證了用戶間的公平性。同時也可以看到，業(yè)務(wù)周期內(nèi)，當激活用戶過多時，每用戶分到的帶寬速率也將降低。

2　仿真模擬試驗

CA技術(shù)的引入讓用戶速率發(fā)生了巨大變化，結(jié)合影響用戶速率的兩大關(guān)鍵因素，我們就從強/弱場、單/聯(lián)機、CA開/關(guān)3個維度來進行仿真試驗，模擬和分析真實環(huán)境下用戶速率的變化情況。

2.1CA前測試

本次試驗中使用華為MT7、三星S5、S6等不同產(chǎn)家和型號的多款商用終端，通過預(yù)先安裝的感知軟件來進行測速，同時在后臺網(wǎng)管發(fā)起試點小區(qū)的跟蹤任務(wù)，在整個試驗過程中，按10 s粒度跟蹤小區(qū)下行帶寬速率等參數(shù)，通過前后臺數(shù)據(jù)對照來進行相互驗證。

試點小區(qū)覆蓋下室外環(huán)境RSRP值-65～-70 dBm，SINR值在30～35 dB左右；室內(nèi)環(huán)境RSRP值在-100 dBm左右，SINR值約為17 dB。單機測試，終端下載速率在室外環(huán)境下約為75 Mbit/s，室內(nèi)環(huán)境約為45 Mbit/s，與理論值基本符合。

大量外場測試數(shù)據(jù)顯示，在當?shù)貙嶋H的室內(nèi)環(huán)境中，4G信號電平值大多分布在-75～-100 dBm間，SINR值在-5～40 dBm間，相應(yīng)的下載速率多集中在10 ～50 Mbit/s間。

在室內(nèi)環(huán)境下進行聯(lián)機測試模擬多用戶進程并發(fā)，華為MT 7（右）關(guān)閉CA功能，與三星S5同時發(fā)起下載業(yè)務(wù)，持續(xù)時間20 s。測試結(jié)果如圖1所示，后臺監(jiān)控測得業(yè)務(wù)周期內(nèi)小區(qū)下行速率均值為60.92 Mbit/s，測試終端得到絕大部分帶寬速率，其中華為MT 7（右）獲得25.89 Mbit/s，三星S5得到25.54 Mbit/s。當4個終端業(yè)務(wù)并發(fā)時，單用戶得到的帶寬速率下降到12 Mbit/s左右。

圖1　CA關(guān)室內(nèi)測速

室外測試中，較好的無線環(huán)境對于小區(qū)總的帶寬速率有較大提升，也難以補償多用戶引起的降速效應(yīng)。例如，兩終端測試時，小區(qū)下行速率在130 Mbit/s左右，UE側(cè)平均速率在49.5 Mbit/s左右； 4終端聯(lián)機測試時，小區(qū)下行速率在135 Mbit/s左右，UE側(cè)平均速率下降至23.5 Mbit/s。

從該測試環(huán)節(jié)可知，并發(fā)的進程數(shù)越多，單用戶速率就越低，對用戶感知影響就越明顯。

2.2CA后測試

打開華為MT7的CA開關(guān)，分別在相同的室內(nèi)室外環(huán)境下進行單機測試，可以看到的是無論是室內(nèi)還是室外，由于頻段帶寬的疊加效應(yīng)，用戶速率相比CA開關(guān)打開前得到了大幅提升。如圖2所示，MT7在室外的測試平均速率達到了139.62 Mbit/s，峰值速率達到211.9 Mbit/s，室內(nèi)平均速率也達到了69.5 Mbit/s。

圖2　CA開室內(nèi)/外測速

聯(lián)機測試中，如圖3所示，三星S5速率保持在26.16 Mbit/s，較之前無太大變化，華為MT 7（右）下載速率達到了55.69 Mbit/s，較CA開關(guān)打開前翻了一倍多。

從后臺的跟蹤數(shù)據(jù)分析，如圖4所示，華為MT 7打開CA開關(guān)，激活輔載波后，在D1頻段主小區(qū)(PCI=24)上得到25Mbit/s左右的帶寬速率，又從D2頻段輔小區(qū)(PCI=21)上得到了30 Mbit/s左右的帶寬速率，因此總的下載速率達到55.69 Mbit/s。

聯(lián)機測試環(huán)節(jié)可知，同一小區(qū)下多個用戶業(yè)務(wù)進程并發(fā)時，LTE CAT 6能力的終端在主載波（如本試驗的D1頻段）下速率較低時，可以轉(zhuǎn)向輔載波（如本試驗的D2頻段）尋求帶寬資源，從而讓用戶獲得高下載速率的保障。

圖3　CA開室內(nèi)聯(lián)機測速

從本次試驗中可以看到CA技術(shù)對于用戶速率的貢獻在于不僅能夠錦上添花，更是能雪中送炭。當然，該技術(shù)目前還存在一定局限性，諸如終端能力和D頻段限制等，但隨著技術(shù)的進步，CA技術(shù)還將釋放更大的網(wǎng)絡(luò)效能。

圖4　Pcell/Scell后臺速率跟蹤

3　標準制定與效驗

通過上述模擬試驗，基于對CA技術(shù)在實際應(yīng)用中的認識，我們制定了CA目標小區(qū)的選擇標準，并在目標小區(qū)開通后，持續(xù)對相關(guān)指標數(shù)據(jù)進行跟蹤與分析。

3.1目標小區(qū)選擇標準

CA目標小區(qū)的選擇標準主要涉及到的指標有忙時數(shù)據(jù)流量、最大激活用戶數(shù)等，整合后形成的標準可以概括為以下兩條：

以小區(qū)為單位，按小時粒度提取忙時全網(wǎng)最大激活用戶數(shù)指標，選擇最大激活用戶數(shù)大的小區(qū)作為目標。

這條標準的依據(jù)是考慮到CA技術(shù)的實現(xiàn)首先需在F頻段的小區(qū)同覆蓋方向進行D頻段疊加，這本身能夠?qū)崿F(xiàn)接入用戶的分流，從而提高單用戶速率，改善用戶感知。

用小區(qū)忙時下行數(shù)據(jù)流量比上平均激活用戶數(shù)，選擇比值大者作為候選目標。

VR技術(shù)是計算機技術(shù)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)等現(xiàn)代科技最新的發(fā)展成果[7]。伴隨中國社會整體由農(nóng)業(yè)社會、工業(yè)社會向后工業(yè)社會演進，社會矛盾日趨復(fù)雜，警察執(zhí)法面臨空前的復(fù)雜性和不確定性。人們通過科學(xué)分析，在把握社會發(fā)展以及科學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)上，能夠運用VR技術(shù)建構(gòu)出貼近公安實戰(zhàn)場景以及執(zhí)法情景，為公安教育訓(xùn)練提供新方向、新思路。伴隨VR技術(shù)的發(fā)展及成熟，VR與真實世界的界限漸趨模糊，VR技術(shù)甚至有望增強真實訓(xùn)練場景的教育訓(xùn)練效果。面對VR技術(shù)內(nèi)涵的豐富性，VR技術(shù)應(yīng)用于公安實訓(xùn)宜在深入交流研討的基礎(chǔ)上，按照從易到難、先重點后一般的思路循序推進。

該標準的依據(jù)是當忙時小區(qū)下激活用戶數(shù)不多，但是產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量巨大時，說明該小區(qū)下必然存在做高速下載業(yè)務(wù)的用戶，假如目前用戶終端已支持CA技術(shù)，業(yè)務(wù)速率自然能夠得到巨大提升；即使暫不支持CA功能，考慮終端的更新?lián)Q代與用戶本身的業(yè)務(wù)需求，這一部分客戶也是潛在的目標人群。

3.2實際效果驗證

按照以上選擇標準，截至10月，我們在現(xiàn)網(wǎng)中開通了70多個站點的CA功能，從指標數(shù)據(jù)分析來看，CA功效初步顯現(xiàn)，但還有巨大的提升空間。下面就以兩個案例進行說明。

案例1：如表1所示，A小區(qū)此前只有F單頻段，9月一周日均忙時最大激活用戶數(shù)約為100人，遠高于全網(wǎng)平均水平，同時段數(shù)據(jù)流量約1.2 Gbit/s。根據(jù)選擇標準1，我們在9月中旬開通該站點CA功能。

表1　A小區(qū)CA前后指標對比

10月初數(shù)據(jù)分析顯示，經(jīng)過一個月的時間，用戶數(shù)量增長穩(wěn)定，D頻段起到了一定的分流效果，F(xiàn)頻段忙時激活用戶均值降到75，僅為9月的3/4，數(shù)據(jù)流量則增長迅猛，達到2.4 Gbit/s，較9月翻了一番。D頻段疊加的分流效果初步顯現(xiàn)，小區(qū)下用戶做數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時獲得了較為寬松的無線通道，客戶速率和基站吞吐量得到巨大提升。

但用戶分布不夠均衡，短期內(nèi)有待通過優(yōu)化手段調(diào)整，進一步釋放CA技術(shù)的分流功效。

表2　B小區(qū)CA前后指標對比

案例2：如表2所示，9月份B小區(qū)忙時最大激活用戶數(shù)日均值約為32，數(shù)量不大，但下行流量達到747 Mbit/s，由此判斷該小區(qū)下有大流量業(yè)務(wù)需求用戶，符合選擇標準2，于是在9月下旬開通站點CA功能。

10月數(shù)據(jù)分析，歷經(jīng)一個月，忙時用戶數(shù)增長不大，但數(shù)據(jù)流量增長迅猛，達到1.34 Gbit/s，比9月翻一番，且指標變化趨勢與9月大致吻合，符合前期小區(qū)下有穩(wěn)定高價值用戶的預(yù)判，但F/D頻段負荷不均衡，D頻段對于用戶數(shù)和流量沒有明顯的分流效果。

原因分析，一方面限于目前CA技術(shù)僅在“D1+D2”頻段間開啟，另一方面F頻段覆蓋性能優(yōu)于D頻段，該小區(qū)中大流量用戶多駐留在了F頻段上，即使終端支持CA技術(shù)也一時不能使用，因此CA與D頻段疊加暫時不能發(fā)揮太大的分流與提速作用。

對如今開啟的多個站點情況進行分析，短期內(nèi)部分CA小區(qū)需要通過網(wǎng)優(yōu)手段進行F/D負荷均衡，長遠來看，隨著終端技術(shù)的更新?lián)Q代， F/D/E多頻段間的CA技術(shù)壁壘的突破， CA技術(shù)的功效將會得到巨大釋放，成為提高用戶感知與網(wǎng)絡(luò)吞吐量的利器。

4　總結(jié)

綜上所述，作為LTE-A的核心技術(shù)，運營商有必要從用戶體驗的角度出發(fā)，通過全方位、多角度的仿真模擬試驗深入了解CA技術(shù)實際應(yīng)用對用戶感知的提升效果，并以此為基礎(chǔ)，由點及面，循序漸進合理布局CA資源，這樣才能將好鋼用在刀刃上，提高企業(yè)核心競爭力與經(jīng)濟效益。

參考文獻

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[4] 曾召華. LTE基礎(chǔ)原理與關(guān)鍵技術(shù)[J]. 通信技術(shù)，2010(5).

Research on application of CA in TD-LTE system

CHEN Jie
(China Mobile Group Yunnan Co., Ltd., Mengzi 661199, China)

AbstractThis is a new era of mobile Internet in China, the fi erce competition among domestic telecom carriers focus on the LTE-A, as the core of LTE-A technology, carrier aggregation can raise the internet rate of the customer. Research on the application of CA in the existing network, and therefore be conducive to enhance the productivity, enhance customer awareness and throughput of network.

Keywordsapplication; CA; TD-LTE

中國物聯(lián)網(wǎng)安全關(guān)鍵技術(shù)首次納入國際標準

日前，在第二屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會上，中國自主研發(fā)的一項物聯(lián)網(wǎng)安全關(guān)鍵技術(shù)TRAIS被納入國際標準，這是中國在物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)RFID領(lǐng)域的首個國際標準，是中國科技企業(yè)參與國際標準制定的又一次突破。

RFID即無線射頻識別系統(tǒng)，是構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，被認為是21世紀十大重要技術(shù)之一，未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間廣闊。因此，其標準的制定也成為當下發(fā)達經(jīng)濟體爭奪的焦點。

TRAIS基于西電捷通公司研發(fā)的TePA三元對等安全架構(gòu)，已有十年的研發(fā)進程。TRAIS技術(shù)項目組由WAPI產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟牽頭組織、國內(nèi)十幾家企業(yè)和研究機構(gòu)組成，這種廣泛聯(lián)合的方式，也為該項成果在國內(nèi)乃至國際的有效推廣奠定了產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。

（摘自：新華網(wǎng))

收稿日期：2015-11-20

中圖分類號TN929.5

文獻標識碼A

文章編號1008-5599（2016）01-0020-06