曾文 賀良貞 徐健

【摘 要】隨著移動用戶數(shù)量和移動業(yè)務的快速發(fā)展，當前LTE網(wǎng)絡已面臨局部熱點負荷過高、速率慢的問題，在5G尚未到來之際，研究和試驗4.5G關鍵技術的意義非常重大。通過研究和分析3CC CA（3 Component Carrier Aggregation）、4T4R和高階調(diào)制這三項重要技術的特點，并在外場進行試驗，為后續(xù)的網(wǎng)絡部署提供了重要的依據(jù)。

4.5G；3CC CA；4T4R；高階調(diào)制

1 引言

隨著LTE用戶數(shù)量的激增，移動業(yè)務日趨多樣化、高清化，智能終端能力不斷提升，手機游戲、視頻業(yè)務等高速數(shù)據(jù)業(yè)務應用日益增多，移動互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展給用戶帶來全新體驗的同時，對移動網(wǎng)絡的容量和速率提出了更高的要求。隨著運營商的不限流量套餐的全面推廣，網(wǎng)絡容量問題逐漸凸顯，局部高熱點區(qū)域因負荷過高導致速率慢，影響了用戶感知，同時也抑制了流量需求。

面對激烈的市場競爭，如何通過提供最優(yōu)的用戶體驗，提升網(wǎng)絡品牌吸引力，這是運營商目前必須面對和解決的難題。為了提升高熱點高流量區(qū)域的用戶速率，當前全球的運營商將網(wǎng)絡建設方向紛紛轉(zhuǎn)向了4.5G，甚至5G網(wǎng)絡。根據(jù)工信部提出的5G推進工作部署，我國將于2020年正式推出5G商用服務。面對5G的部署，根據(jù)工信部目前的頻率規(guī)劃，中頻段的頻率已經(jīng)明確，但新頻譜的頻段高，深度覆蓋和建網(wǎng)成本都將面臨挑戰(zhàn)，在短時間內(nèi)難以建設一張連續(xù)性全覆蓋的5G網(wǎng)絡。因此，在5G正式商用之前，研究和試用4.5G技術意義重大。

2 3CC CA載波聚合原理及試驗分析

3GPP在Release 10（TR 36.913）階段引入了載波聚合（Carrier Aggregation，CA），通過將多個連續(xù)或非連續(xù)的載波聚合成更大的帶寬給用戶提供更高速率。載波聚合最大的優(yōu)勢在于不改變之前物理層結(jié)構，通過MAC層及物理層協(xié)議完成上層數(shù)據(jù)流映射到聚合的各載波中進行傳輸。

CA可以提供更好的用戶體驗，在2×2 MIMO情況下，2×20M的載波聚合情況下，CA UE下行峰值速率可達300 Mb/s。在現(xiàn)網(wǎng)多用戶場景下，CA UE可以同時利用幾個載波上的空閑RB，也天然地實現(xiàn)了負載均衡的目的，實現(xiàn)資源利用率最大化。對系統(tǒng)而言，整體頻譜效率得到提升。

根據(jù)聚合載波所在的頻帶，CA可分為3種基本類型：頻段內(nèi)連續(xù)載波聚合、頻段內(nèi)非連續(xù)載波聚合、頻段間載波聚合。載波聚合數(shù)最多5個，聚合帶寬最多100 MHz，每個載波最多支持110個RB。

根據(jù)廣東電信已有的L網(wǎng)頻點，本次試驗將1.8G頻段15 MHz、2.1G頻段20 MHz和L800頻段5 MHz進行組合，部署40 MHz帶寬的3CC CA載波聚合網(wǎng)絡，如圖1所示。外場試點參數(shù)配置如表1所示。

現(xiàn)網(wǎng)開啟3CC CA站點，測試結(jié)果如表2和表3所示。

室外連片：3CA對比2CA平均下行速率增益可達22.20%，800M小區(qū)聚合能夠帶來11.9%的增益提升。

室分定點：終端從近點移動到中點、遠點，輔載波始終處于激活狀態(tài)，但隨著SINR的降低，速率會跟著降低。

近點：3CA下行PDCP層速率可達290.65 Mb/s，對比2CA平均速率增益達25.70%，800M小區(qū)聚合帶來的增益為11.74%。

中點：3CA下行PDCP層速率可達122.08 Mb/s，對比2CA平均速率增益達12.72%，800M小區(qū)聚合帶來的增益均值為11.16%。

遠點：3CA下行PDCP層速率可達30.44 Mb/s，對比2CA平均速率增益達19%，800M小區(qū)聚合帶來的增益均值為11.26%。

開啟3CC CA功能后進行兼容性測試，不影響現(xiàn)有2CC CA的用戶，2CC CA終端在3CC CA站點下能進行正常的上傳及下載業(yè)務，并且速率滿足要求。

3 4T4R技術原理及試驗分析

4T4R采用4天線傳輸技術，實現(xiàn)無線信號下行4路并行數(shù)據(jù)流傳輸，也就是4×4 MIMO?，F(xiàn)網(wǎng)采用的多天線技術主要是2T2R或2T4R，基站采用2天線發(fā)射，實現(xiàn)下行信號2路并行數(shù)據(jù)流傳輸，也就是2×2 MIMO。4T4R技術通過增加空分復用增益和更好的波束賦型，對于支持4T4R的終端可以提升用戶峰值速率。相較于被普遍采用的2×2 MIMO，4×4 MIMO技術理論上將數(shù)據(jù)傳輸速度提升兩倍。隨著越來越多的智能手機支持4×4 MIMO，4T4R技術為5G時代的到來奠定了技術基礎。

4T4R的實現(xiàn)方式可以采用兩個2T2R RRU雙拼方式部署，實現(xiàn)4×4 MIMO，配置更靈活，建設和維護成本更低。圖2是采用雙拼部署方式設備端口的正確連接方法，RRU的4個RfPort（A、B、C、D）分別對應天線的AuPort0、2、1、3，與天線端連接的RfBranch的順序為1、3、2、4。

從現(xiàn)網(wǎng)的2T2R向4T4R演進過程中，會出現(xiàn)2×2 MIMO、4×2 MIMO、4×4 MIMO這幾種情況。本次外場測試會對3種方式進行對比分析。外場測試參數(shù)配置如表4所示，4×4 MIMO傳輸模式配置為TM3/TM4。

單站拉遠室外測試中，在遠點、中點、近點的情況下，4×4 MIMO都能獲得不同程度的速率增益，可以提升邊緣覆蓋。在近點情況下4×4 MIMO獲得的下行速率增益是2×2 MIMO的2倍，4×2 MIMO基本上與2×2 MIMO速率相當。

在室外連片路測中，如圖3和圖4所示，2×2 MIMO、

4×2 MIMO、4×4 MIMO的平均下行速率分別為25.36 Mb/s、26.05 Mb/s、42.32 Mb/s，4×4 MIMO相比2×2 MIMO、4×2 MIMO獲得的速率增益分別為66.88%、62.5%。且在4×4 MIMO場景下，RANK3及RANK4占比可達49.12%。

在峰值速率上，在近點測試時，如圖5所示，4×4 MIMO、2×2 MIMO的實測峰值速率分別可達220 Mb/s、109.8 Mb/s，接近理論峰值速率（試驗站點為15M帶寬）。

由此可見，4T4R技術優(yōu)勢強，速率增益較為明顯，但現(xiàn)網(wǎng)需要對網(wǎng)絡側(cè)進行改造，改造成本也是網(wǎng)絡部署中需要考慮的重點因素之一。

4 高階調(diào)制原理及試驗分析

高階調(diào)制解調(diào)技術是在維持相同的符號速率（Symbol Rate）不變的前提下，通過采用更高階的調(diào)制解調(diào)，提高比特率（Bit Rate），提升吞吐率。

在LTE R12之前，下行調(diào)制方式最大支持64QAM，上行最大支持16QAM。當用戶處于足夠好的無線環(huán)境時，由于最大調(diào)制方式的限制，用戶的峰值速率受到了一定的局限性約束。LTE R12引入了下行256QAM和上行64QAM高階調(diào)制功能，能在相同的Symbol上面?zhèn)鬏敻嗟谋忍財?shù)，這是提升速率的本質(zhì)原因。

根據(jù)調(diào)制方式的不同，256QAM、64QAM和16QAM，每種調(diào)制方式單個Symbol可攜帶的最大比特數(shù)量分別為8個、6個和4個，如圖6所示。如果其他無線環(huán)境均相同，包括CQI、MCS、BLER等，而且每種調(diào)制方式都是攜帶最大比特數(shù)量進行傳輸，那么256QAM相對64QAM增益為8/6（約1.3），64QAM相對16QAM增益為6/4（約1.5）。

對于20 MHz帶寬載波，在2×2 MIMO下，支持256QAM功能的下行最大用戶峰值速率（MAC層）可以從原來的150 Mb/s提升到200 Mb/s。對于20 MHz帶寬載波，開啟UL 64QAM功能后，支持64QAM功能的上行峰值速率可以提升到約75 Mb/s，而傳統(tǒng)16QAM只有約50 Mb/s。

高階調(diào)制與信道質(zhì)量密切相關，只有信道質(zhì)量滿足一定條件時，才可以進入高階調(diào)制算法。在3GPP 36.213協(xié)議中，MCS大于或等于20，是進入256QAM調(diào)制算法的必要條件，如表5所示。高階調(diào)制外場試驗參數(shù)配置如表6所示。

4.1 下行256QAM試驗測試

（1）室外連片路測：實際現(xiàn)網(wǎng)配置，測試路段部分站點開啟L1800（15M）+L2100（20M）載波聚合。當SINR>20時，采樣點中近90%的調(diào)制方式為256QAM，如圖7所示。對于SINR>20的采樣點數(shù)據(jù)進行MCS和CQI數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，MCS大于20的樣本點占比超過90%，CQI值大于12.5的樣本點占比超過90%。測試數(shù)據(jù)反映信道質(zhì)量滿足一定條件才可進入高階調(diào)制。

室外路測結(jié)果顯示，下行256QAM開啟前后網(wǎng)絡整體覆蓋指標RSRP、SINR數(shù)值波動不大，256QAM的占比達34.21%，平均PDCP 速率增益達24.86%，如表7所示。

（2）室分測試結(jié)果

試點室分（黃江天虹商場L1800單通道）負一樓由室分覆蓋，不受室外信號干擾。當開啟下行256QAM功能之后，256QAM占比高達92.74%，帶來的下行速率增益為38.66%。隨著樓層的增加，受到室外基站干擾，SINR值降低，BLER數(shù)值也隨之惡化。下行256QAM占比也相應下降，2樓和4樓下行平均速率增益分別為18.58%和9.51%，統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表8所示。

4.2 上行64QAM測試

（1）室外連片路測

室外連片路測結(jié)果如圖8和表9所示，當RSRP大于-92 dBm時，64QAM的調(diào)制占比可達90%以上。室外連片路測平均速率從24.39 Mb/s提升至32.09 Mb/s，增益達31.55%。

（2）室分測試

試點室分（黃江天虹商場L1800單通道），由于上行PRB利用率較高，Tx Power數(shù)值相對都較高。在B1樓、2樓和4樓，上行MCS平均數(shù)值都相對較低，因此64QAM調(diào)制占比相對也較低，64QAM帶來的速率增益并不明顯。在B1樓平均速率增益為9.36%，在2樓和4樓又受到不同程度的室外干擾，速率增益分別為3.69%、3.38%。表10為上行64QAM開啟后室分測試結(jié)果。

根據(jù)理論研究和外場試驗，高階調(diào)制技術可以快速提升用戶速率，但需要信道質(zhì)量滿足一定條件才可以進入。在信道質(zhì)量較差的情況下，高階調(diào)制的作用并不明顯。因此，在開啟高階調(diào)制技術的同時，網(wǎng)絡規(guī)劃、RF優(yōu)化工作必須更精準。

5 結(jié)束語

隨著用戶規(guī)模和業(yè)務需求的快速增長，網(wǎng)絡容量問題日益凸顯，網(wǎng)絡速率難以滿足用戶需求。本文重點研究了3CC CA、4T4R和高階調(diào)制這三個重要技術的特點，并通過外場試驗進行測試驗證。本次外場試驗，3CC CA相比現(xiàn)網(wǎng)的2CC CA技術，通過增加L800 5M載波，在近點下行PDCP層速率可達290.65 Mb/s，速率增益達25.70%。4T4R技術在近點的情況下，4×4 MIMO獲得的速率增益是2×2 MIMO的2倍，同時也可以增強邊緣覆蓋，但現(xiàn)網(wǎng)需要進行改造，改造成本在后續(xù)部署中也需要考慮。高階調(diào)制在無線環(huán)境良好的情況下，下行256QAM和上行64QAM占比可達90%以上，帶來的下行、上行速率增益可達38.66%、31.55%，在無線環(huán)境較差的情況下，獲得的速率增益并不明顯。運營商可根據(jù)實際情況，采用一種或多種技術組合部署來緩解現(xiàn)網(wǎng)負荷壓力。

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