郭蘭

摘 ?要：隨著業(yè)界5G技術(shù)的興起，越來越多的公司、機(jī)構(gòu)加入5G技術(shù)的開發(fā)與研究中。移動(dòng)測試終端（TM500）作為基站對端可以輔助基站進(jìn)行通信系統(tǒng)集成測試，也積極投入5G產(chǎn)品的研發(fā)中。該文詳細(xì)地分析了5G NR載波聚合技術(shù)的背景、技術(shù)原理及發(fā)展情況，并從移動(dòng)測試終端的角度對該特性的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了詳細(xì)的分析。根據(jù)系統(tǒng)的擴(kuò)展性及對協(xié)議特性的兼容性提出了改進(jìn)方案。最后，通過測試終端與基站的互聯(lián)互通測試，證明了產(chǎn)品對該特性支持的有效性和可行性。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)測試終端;載波聚合（CA）;子載波間隔

中圖分類號：TN929.5 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展和終端設(shè)備的智能化，用戶對于數(shù)據(jù)速率提出了更高的要求。目前大力發(fā)展的5G正是由多種新型無線接入技術(shù)和現(xiàn)有無線接入技術(shù)集成后的解決方案，其核心技術(shù)主要包括載波聚合技術(shù)、中繼技術(shù)、協(xié)作多點(diǎn)傳輸技術(shù)以及增強(qiáng)多天線技術(shù)。其中載波聚合（Carrier Aggregation， 簡稱CA）功能針對運(yùn)營商可能沒有完整頻譜資源，以及運(yùn)營商頻譜大于協(xié)議定義的單載波帶寬能力的場景，通過將多個(gè)連續(xù)或非連續(xù)的分量載波（Component Carrier， 簡稱CC）聚合成更大的帶寬，滿足了協(xié)議關(guān)于NR用戶支持最大帶寬到1 GHz的要求，提升用戶的上下行峰值速率體驗(yàn)。

1 載波聚合技術(shù)

1.1 載波聚合基本過程

載波聚合系統(tǒng)中，主小區(qū)（PCell， Primary Cell）是UE進(jìn)行初始連接建立的小區(qū)，或進(jìn)行RRC連接重建的小區(qū)，或是在 Hand Over過程中指定的主小區(qū)。PCell 負(fù)責(zé)與 UE 之間的 RRC 通信。輔小區(qū)（SCell， Secondary Cell）是在RRC重配置時(shí)添加的，用于提供額外的無線資源，SCell與 UE 之間不存在任何 RRC 通信，PCell 是在連接建立時(shí)確定的。

SCell 是在初始安全激活流程后，通過RRC連接重配置消息添加/修改/釋放的。在SCell配置成功后，當(dāng)用戶對速率和帶寬有需求時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)不同的激活策略激活輔小區(qū)，并且能夠在用戶完成業(yè)務(wù)后，根據(jù)相應(yīng)的策略對輔小區(qū)進(jìn)行激活，避免資源不必要的浪費(fèi)，保證資源的最大化利用。

當(dāng)部署了CA時(shí)，聚合的多個(gè)小區(qū)之間的幀timing、SFN、TDD 配置必須是對齊的。每個(gè)載波單元有獨(dú)立的物理層，包括控制信令、調(diào)度和HARQ重傳。每個(gè)載波單元有一個(gè)獨(dú)立的Control Region。每個(gè)載波單元有一個(gè)獨(dú)立的DL-SCH或UL-SCH[1]。

1.2 載波聚合基本原理

載波聚合有多種方式，支持相同或不同頻帶之間的載波聚合，載波之間可以是相同或不同的帶寬，同頻帶內(nèi)支持相鄰或非相鄰的載波聚合。從基帶實(shí)現(xiàn)角度來看，這幾種情況是沒有區(qū)別的，這主要影響RF實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性。

載波聚合技術(shù)在MAC層聚合，數(shù)據(jù)的聚合發(fā)生在 MAC 層，MAC 層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)劃分到不同的載波單元上。每個(gè)用戶在每個(gè)載波上使用獨(dú)立的HARQ實(shí)體，每個(gè)傳輸塊只能映射到特定的一個(gè)載波上。MAC層聚合有諸多方面的優(yōu)勢，每個(gè)載波獨(dú)立設(shè)計(jì)，維持其原來的物理結(jié)構(gòu)，包括特殊載波的位置，鏈路自適應(yīng)和HARQ性能。

每個(gè)載波上的PDCCH信道相互獨(dú)立，可以使用每個(gè)載波的PDCCH為每個(gè)載波的PDSCH和PUSCH信道分配資源，也可以使用CIF域利用一個(gè)載波上的PDCCH信道調(diào)度多個(gè)載波的上下行資源分配。各個(gè)載波使用獨(dú)立的鏈路自適應(yīng)技術(shù)，可根據(jù)自身的鏈路狀況使用不同的調(diào)制解碼方案。

2 載波聚合設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

移動(dòng)測試終端（TM500）作為專業(yè)基站測試儀表，可以支持全協(xié)議棧多模式測試，其架構(gòu)設(shè)計(jì)具有高度靈活性。

移動(dòng)測試終端主要由3個(gè)部分構(gòu)成。1）高層服務(wù)器。主要是使用Dell R630，相關(guān)的高層協(xié)議棧及對腳本解析單元，同時(shí)可以進(jìn)行多小區(qū)業(yè)務(wù)處理。2）基帶服務(wù)器。只要使用Dell R730，攜帶2塊協(xié)處理器負(fù)責(zé)上下行物理信道的編解碼，每個(gè)基帶服務(wù)器只針對一個(gè)小區(qū)。3）射頻單元，每個(gè)射頻單元支持2發(fā)2收，100 M帶寬。

采用這種設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性，當(dāng)系統(tǒng)支持多小區(qū)測試時(shí)，可以擴(kuò)展相應(yīng)的基帶服務(wù)器和射頻單元，進(jìn)行相應(yīng)小區(qū)的基帶物理信道處理，使用同一個(gè)高層服務(wù)器協(xié)調(diào)處理多小區(qū)業(yè)務(wù)，可以進(jìn)行高層數(shù)據(jù)及信令的匯聚處理。

2.2 載波聚合的功能映射調(diào)整

移動(dòng)測試終端，高層處理器上一個(gè)重要的模塊DL MAC處理下行數(shù)據(jù)。UL MAC由基帶處理器發(fā)送的上行調(diào)度信息觸發(fā)，根據(jù)上行調(diào)度信息準(zhǔn)備上行數(shù)據(jù)，進(jìn)行SR、SRS、CSI 及RACH調(diào)度?；鶐幚矸?wù)器分為上行信道處理及下行信道處理2個(gè)部分，共6個(gè)處理模塊，其中DL CTRL 模塊負(fù)責(zé)下行配置信息處理、PDCCH 信道調(diào)度信息的解析、HARQ 結(jié)果的反饋、 下行信道質(zhì)量的測量、上行調(diào)度信息反饋。UL CTRL模塊負(fù)責(zé)根據(jù)上行調(diào)度進(jìn)行UCI的PUCCH 資源選擇或PUSCH復(fù)用，為編碼及符號級轉(zhuǎn)換提供調(diào)度信息。

支持載波聚合技術(shù)的過程中，根據(jù)載波聚合的要求對各個(gè)功能模塊進(jìn)行了3種分析。1）由于數(shù)據(jù)的聚合發(fā)生在 MAC 層，對于目前一個(gè)HLS 控制多小區(qū)的系統(tǒng)架構(gòu)，正好適合各個(gè)小區(qū)之間下行數(shù)據(jù)的匯聚。2）每個(gè)載波上面的PDCCH信道相互獨(dú)立，為每個(gè)載波的PDSCH和PUSCH信道分配資源。 在當(dāng)前系統(tǒng)架構(gòu)中，直接擴(kuò)展多個(gè)基帶處理服務(wù)器，分別負(fù)責(zé)不同載波的下行信道處理，可以滿足業(yè)務(wù)需求。3）載波聚合的上行控制信息（UCI）可以與特定載波上PUSCH一起傳輸，或者在主小區(qū)的PUCCH上單獨(dú)傳輸。對于單小區(qū)架構(gòu)，在單小區(qū)的業(yè)務(wù)場景中，下行的HARQ 反饋及信道質(zhì)量測量結(jié)果CSI，由DL CTRL模塊轉(zhuǎn)給UL CTRL模塊，由UL CTRL模塊進(jìn)行資源的選擇復(fù)用及相應(yīng)的編碼。為了支持載波聚合有2種方案。1）復(fù)用目前單小區(qū)功能映射，由主小區(qū)UL CTRL 模塊判決UCI復(fù)用或PUCCH信道資源選擇。在當(dāng)前的功能映射下，需要將輔小區(qū)的UCI信息轉(zhuǎn)發(fā)給主小區(qū)的UL CTRL模塊，主校區(qū)需要協(xié)調(diào)同步所有小區(qū)的上行調(diào)度信息及UCI信息。2）重新調(diào)整功能映射，將影響上行控制信息復(fù)用和資源選擇的相應(yīng)功能，由基帶服務(wù)器的UL CTRL模塊上調(diào)至高層服務(wù)器上的UL MAC模塊，UCI信息由DL CTRL模塊發(fā)送至UL MAC模塊匯聚，UL MAC進(jìn)行相應(yīng)的HARQ codebook選擇、HARQ結(jié)果的匯聚，同時(shí)可以提交組好HARQ 結(jié)果及CSI信息的數(shù)據(jù)流，并將相應(yīng)的結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)小區(qū)。

經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，方案A增加了主小區(qū)UL CTRL負(fù)擔(dān)，這樣的功能映射增加了基帶板之間的信息交互，使得各個(gè)載波的基帶板之間嚴(yán)重耦合。方案B中經(jīng)過功能映射的調(diào)整，目標(biāo)小區(qū)的基帶處理器有明確的調(diào)度信息，邏輯簡化，其解除了載波間基帶處理的耦合性，使基帶處理獨(dú)立。但這一方案增加了MAC 處理的復(fù)雜度和負(fù)載。當(dāng)載波數(shù)達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，需要對UL MAC進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。最終選定方案B，方案B對于系統(tǒng)的擴(kuò)容、基帶板的簡單獨(dú)立有很大的幫助。

2.3 設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.3.1 增強(qiáng)載波聚合數(shù)

當(dāng)前系統(tǒng)的擴(kuò)容性需求逐漸增強(qiáng)，目前整體系統(tǒng)需要支持8CC 高頻段的需求，但經(jīng)過了功能映射的調(diào)整，各載波間的信息匯聚，UCI載波選擇、UCI信道及復(fù)用選擇都集中在MAC。UL MAC在R630服務(wù)器目前只是單線程工作，對多小區(qū)之間需要靠上行調(diào)度信息統(tǒng)一順序執(zhí)行，提升 MAC的處理能力成為整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵。

高層服務(wù)器MAC的系統(tǒng)優(yōu)化從以下3個(gè)方面進(jìn)行考慮。 1）UL MAC 代碼重構(gòu)，進(jìn)行代碼級優(yōu)化。2）重用多線程分擔(dān)UL MAC業(yè)務(wù)，達(dá)到各載波間獨(dú)立的業(yè)務(wù)并行執(zhí)行。3）考慮將一些周期計(jì)算，輔助功能移除處理時(shí)延的關(guān)鍵路徑。

2.3.2 支持小區(qū)間不同子載波間隔

隨著5G NR的發(fā)展，對于載波聚合有了更多的靈活配置，5G NR支持不同子載波間隔的小區(qū)之間進(jìn)行載波聚合。如子載波間隔30 kHz和子載波間隔120 kHz的小區(qū)之間進(jìn)行載波聚合。對于這種方式的載波聚合，存在技術(shù)難點(diǎn)。

首先，調(diào)度信息所在的載波和數(shù)據(jù)傳輸及HARQ反饋的子載波間隔不同，導(dǎo)致物理信道的目標(biāo)時(shí)隙的決定不同。以下面2種HARQ反饋的分析為例。1）下行的子載波間隔是上行載波間隔2倍。對于時(shí)隙2n 及2n+1 上接收到的PDSCH，此時(shí)HARQ 上報(bào)的PUCCH 的目標(biāo)時(shí)隙為上行載波的n+k1。2）上行的子載波間隔是下行的2倍。對于時(shí)隙n 上接收到的PDSCH，此時(shí)HARQ上報(bào)的PUCCH 的目標(biāo)時(shí)隙為上行載波的 （2n+1）+k1。

其次，系統(tǒng)中的UL MAC模塊的工作機(jī)制需要改變。UL MAC模塊基于每個(gè)時(shí)隙從基帶獲得的調(diào)度信息，來準(zhǔn)備相應(yīng)的上行時(shí)隙的發(fā)送信息。 但由于載波間隔不同，導(dǎo)致每個(gè)小區(qū)基帶發(fā)送的調(diào)度信息時(shí)間上不能對齊。此時(shí)的解決方案為以最大的子載波間隔為系統(tǒng)始終，根據(jù)小區(qū)之間的時(shí)隙映射關(guān)系，決定UL MAC在每個(gè)系統(tǒng)始終時(shí)隙上期待的小區(qū)調(diào)度信息消息數(shù)。以載波間隔分別為15K和30K的場景為例，載波間隔時(shí)隙2 n只需要從載波間隔小的小區(qū)獲得信息，時(shí)隙2n+1 需要在2 個(gè)小區(qū)獲取調(diào)度信息，對每個(gè)系統(tǒng)時(shí)隙都設(shè)置期待值，可以保證對每個(gè)獨(dú)立的小區(qū)基帶板的處理不變，而且保證了調(diào)度信息及相應(yīng)的PUSCH和PUCCH信道時(shí)鐘的映射關(guān)系。

經(jīng)過功能映射的調(diào)整及后續(xù)的不斷優(yōu)化，目前整個(gè)測試系統(tǒng)可以達(dá)到在最低時(shí)延的基礎(chǔ)上，同時(shí)支持8個(gè)小區(qū)，同時(shí)支持各小區(qū)不同子載波的載波聚合技術(shù)，在與用戶基站的互聯(lián)互通測試中，滿足客戶的測試需求，為用戶提供了完美的測試驗(yàn)證方案。

3 結(jié)語

隨著應(yīng)用場景的不斷增多，載波聚合得到了大力應(yīng)用。在不同場景下，載波聚合采用不同的部署方案。應(yīng)用載波聚合技術(shù)，可以多方面提升網(wǎng)絡(luò)性能。首先提供更高的速率，顯著提升用戶體驗(yàn)，通過載波聚合，UE可以基于實(shí)時(shí)的業(yè)務(wù)和QoS需求，在時(shí)隙級別上，分享各成員載波的無線資源。其次通過對用戶的業(yè)務(wù)特性以及QoS、小區(qū)負(fù)荷、不同BAND之間的覆蓋差異等因素進(jìn)行判斷，獲得最大增益，負(fù)載均衡效率更高，減少切換，減低掉話率。相信在日后的發(fā)展中，載波聚合技術(shù)會(huì)得到更多的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]張慧.CA與MLB技術(shù)對比與應(yīng)用場景研究[J].信息通信，2018（6）：250-254.