中国移动LTE FDD&TDD载波聚合部署建议

林亮+张建国+黄正彬+周鹏云

【摘 要】首先指出中国移动申请到LTE FDD牌照后，为了解决LTE FDD和TD-LTE的上下行容量与4G用户的上下行流量不匹配的问题，有必要开启LTE FDD&TDD载波聚合功能，然后分析了LTE FDD&TDD载波聚合需要关注的两个关键问题，即成员载波的调度和上行HARQ信息的反馈过程，最后从LTE FDD&TDD主辅成员载波配置、LTE FDD&TDD业务承载、LTE FDD部署和LTE FDD设备选型等方面，给出了中国移动LTE FDD&TDD载波聚合部署建议。

LTE FDD TD-LTE 載波聚合

1 引言

TD-LTE网络（20 MHz带宽，下行2T2R，上行1T2R，上下行子帧配置为2，上行最大调制方式为16QAM）的上行峰值速率是8.4 Mbit/s，下行峰值速率是107.8 Mbit/s，上行峰值速率占下行峰值速率的比率为7.8%；LTE FDD网络（20 MHz带宽，下行2T2R，上行1T2R，上行最大调制方式为16QAM）的上行峰值速率是41.8 Mbit/s，下行峰值速率是143.8 Mbit/s，上行峰值速率占下行峰值速率的比率为29.1%。

根据话务统计，4G用户的上行流量占下行流量的比例为14.6%，在网络负荷较高时，单独用TD-LTE网络承载会带来上行容量受限、下行容量浪费的问题，单独用LTE FDD网络承载会带来下行容量受限、上行容量浪费的问题。

中国移动现阶段正在积极申请LTE FDD牌照，申请到LTE FDD牌照后，为了解决LTE单个制式的上下行容量与4G用户的上下行流量不匹配的问题，中国移动有必要开启LTE FDD&TDD载波聚合功能，以便FDD载波和TDD载波的上下行资源完全成池后，与4G用户的上下行流量相匹配。因此，本文接下来将在分析LTE FDD&TDD载波聚合基本原理的基础上，给出中国移动获得LTE FDD牌照后的LTE FDD&TDD载波聚合部署建议。

2 LTE FDD&TDD载波聚合的基本原理

3GPP组织从REL-10开始引入载波聚合功能，在REL-10中，所有聚合的成员载波具有相同的双工方案，对于TD-LTE，必须具有相同的上下行子帧配置；在REL-11中，不同频段聚合的TDD载波的上下行子帧配置可以不同；在REL-12中，定义了跨制式的载波聚合功能，即聚合的成员载波由FDD载波和TDD载波组成。

具有载波聚合能力的终端有且仅有一个下行主成员载波和一个上行主成员载波，可以有一个或多个辅成员载波，上行主成员载波承载所有的L1/L2层控制信令。

LTE FDD&TDD载波聚合的基本原理涉及成员载波的调度过程、物理资源的分配、HARQ信息的反馈过程、辅成员载波的激活和去激活过程等，本文接下来重点分析与LTE FDD&TDD载波聚合部署密切相关的成员载波的调度过程以及上行HARQ信息的反馈过程。

2.1 成员载波的调度过程

聚合的FDD载波和TDD载波可以分别进行下行调度指配和上行授权，根据PDCCH信道和PDSCH/PUSCH信道的关系不同，可以分为自调度（self-scheduling）和交叉载波调度（cross-carrier scheduling）。

自调度的PDCCH信道和PDSCH/PUSCH信道在同一个载波上，由于FDD载波和TDD载波各自独立配置了PDCCH信道，因此，FDD载波和TDD载波可以分别进行调度或授权，不存在复杂的时序关系。

交叉载波调度的PDCCH信道和PDSCH/PUSCH信道在不同的载波上，由于FDD载波和TDD载波共用一个PDCCH信道，时序关系比较复杂。

如果FDD载波配置为主成员载波，TDD载波配置为辅成员载波，由于主载波上任何一个子帧都有PDCCH信道，因此可以对FDD载波和TDD载波的任何一个子帧进行调度或授权，FDD载波和TDD载波都不存在容量损失问题。

如果TDD载波配置为主成员载波，FDD载波配置为辅成员载波，可以对TDD载波的任何一个子帧进行调度或授权，但是由于主载波上只有部分子帧有PDCCH信道，因此只能对FDD载波的部分子帧进行调度或授权。以TD-LTE网络的上下行子帧配置2为例，5 ms半帧内只有4个子帧（3个下行子帧、1个特殊子帧）有PDCCH信道，在这种配置下，FDD载波的下行子帧2和下行子帧7不能被调度，上行子帧1和上行子帧6不能被授权，这意味着FDD载波在上下行各有20%的容量损失。交叉调度时，TDD载波配置为主成员载波的时序关系如图1所示。

2.2 上行HARQ信息的反馈过程

在多数场景下，下行聚合的载波数量都多于上行聚合的载波数量，因此3GPP协议规定，不管是自调度还是交叉载波调度，主成员载波和辅成员载波的PDSCH信道所对应的上行HARQ反馈信息都在主载波的上行子帧上进行发送。

如果FDD载波配置为主成员载波，TDD载波配置为辅成员载波，由于主成员载波的任何一个子帧都有PUCCH信道，FDD载波的上行子帧在发送自身载波的上行HARQ反馈信息的同时，只需部分上行子帧发送TDD载波的上行HARQ反馈信息即可，因此FDD载波的PUCCH信道的负荷增加有限。

如果TDD载波配置为主成员载波，FDD载波配置为辅成员载波，由于主成员载波上只有部分子帧存在上行子帧，因此会出现HARQ信息过多、PUCCH信道负荷过高的问题。以TD-LTE网络的上下行子帧配置2为例，5 ms半帧内只有一个上行子帧，TDD载波上一帧的下行子帧4、子帧5、子帧6、子帧8的PDSCH信道，以及FDD载波上一帧的下行子帧4、子帧5、子帧6、子帧7、子帧8的PDSCH信道的HARQ反馈信息在TDD载波上行子帧2上发送，TDD载波上一帧的下行子帧9，本帧的下行子帧0、子帧1、子帧3的PDSCH信道以及FDD载波上一帧的下行子帧9，本帧的下行子帧0、子帧1、子帧2、子帧3的PDSCH信道的HARQ反馈信息在TDD载波上行子帧7上发送。TDD载波配置为主成员载波的上行HARQ反馈信息的时序关系如图2所示。

3 中国移动LTE FDD&TDD载波聚合部

署建议

中国移动申请到LTE FDD牌照后，在开启LTE FDD&TDD载波聚合功能时，主要涉及LTE FDD&TDD主辅成员载波配置、LTE FDD&TDD业务承载、LTE FDD部署和LTE FDD设备选型等关键问题。

3.1 LTE FDD&TDD主辅成员载波配置建议

中国移动申请到LTE FDD牌照后，在开启LTE FDD&TDD载波聚合功能的时候，既可以把TDD载波配置为主成员载波，也可以把FDD载波配置为主成员载波。

如果把TDD载波配置为主成员载波，FDD载波配置为辅成员载波，则存在以下几个问题：

（1）在交叉调度时，FDD载波的上下行各有20%的容量损失。

（2）TDD载波（上下行子帧配置为2）4个下行子帧（含1个特殊子帧）的PDSCH信道、FDD载波5个下行子帧的PDSCH信道的上行HARQ反馈信息由TDD载波的1个上行子帧传输，因此需要配置较大容量的PUCCH信道，PUCCH信道占用较多的RB资源后，进一步减少了TDD载波的上行容量。

（3）由于TDD载波上行容量受限，为了增加上行容量，必须在上行配置FDD载波为辅成员载波，由于终端要在FDD载波和TDD载波上同时发射上行信号，增加了终端的功耗，因此终端的复杂度和成本也会上升。

如果FDD载波配置为主成员载波，TDD载波配置为辅成员载波，则不存在上述问题，因此建议中国移动在开启LTE FDD&TDD载波聚合功能时，把FDD载波配置为主成员载波，把TDD载波配置为辅成员载波。

3.2 LTE FDD&TDD业务承载建议

中国移动申请到LTE FDD牌照后，在开启LTE FDD&TDD载波聚合功能时，FDD载波和TDD载波的上下行资源完全成池，基站可以根据负荷、业务性质等因素灵活地在FDD载波和TDD载波上分配上下行资源，由于LTE FDD&TDD载波聚合是在MAC层实现的，因此可以实现毫米级的动态资源分配，相比于切换技术，时延更低、开销更小。

TDD载波的下行容量远高于上行容量，因此适合承载下行流量较大的业务，尤其是RLC AM模式和UM模式的业务，如视频业务，建议中国移动的高清娱乐视频、标清娱乐视频、高清直播等业务优先由TDD载波承载。

FDD载波的上下行子帧对称，适合承载上下行对称的业务，建议中国移动的VoLTE业务、物联网业务优先在FDD载波上承载。

3.3 LTE FDD部署建议

中国移动申请到LTE FDD牌照后，可用的FDD频率资源有900 MHz频段和1800 MHz频段，900 MHz频段有20 MHz×2共计40 MHz的带宽，1800 MHz频段有25 MHz×2共计50 MHz的带宽。900 MHz频率低、覆盖范围广、穿透能力强，可用于构建中国移动的4G主力底层覆盖网络；1800 MHz频段资源丰富，终端成熟度高，在高流量区域是TD-LTE网络的重要容量补充手段。

900 MHz LTE FDD部署建议：在城市区域，GSM网络过覆盖现象较为严重，如果900 MHz LTE FDD继承原有的GSM网络结构，会造成严重的同频干扰。因此，900 MHz LTE FDD网络不能简单继承原有GSM网络结构，必须面向目标网统一规划，确保网络结构的合理。在农村区域，应在TD-LTE尚未覆盖的行政村、自然村建设900 MHz LTE FDD基站，由于900 MHz LTE FDD基站与900 MHz GSM基站覆盖能力相当，900 MHz LTE FDD基站可与900 MHz GSM基站1： 1共址建设，解决广覆盖问题。

1800 MHz LTE FDD部署建议：在地铁、高校、商业区等高流量场景，TD-LTE面临着上行容量受限的问题，应优先部署1800 MHz LTE FDD用于容量补充。1800 MHz LTE FDD与F频段TD-LTE频率相近、覆盖能力相当，可与F频段TD-LTE基站1： 1共址建设。

3.4 LTE FDD设备选型建议

中国移动目前已经部署了150万个TD-LTE基站，申请到LTE FDD牌照后，在LTE FDD设备选型的时候，面临着LTE FDD和TD-LTE是同厂家设备组网还是异厂家设备混合组网的抉择。

如果LTE FDD和TD-LTE是异厂家设备混合组网，则存在以下几个问题：

（1）由于LTE FDD基站和TD-LTE基站各自独立拥有PHY层、MAC层、RLC层以及RLC层以上的协议栈，因此无法实现LTE FDD&TDD的载波聚合功能。

（2）在切换的过程中，只能传递有限的L1层和L2层的控制信息，会产生切换时间过长、切换成功率下降、用户体验变差等问题。

（3）只能基于X2接口或盲的负载均衡，大量的负载信息不能传递给对方，制式间的协同性变差，尤其是在业务负荷较高时，把业务互相扔给对方，会产生大量的基于负荷的切换，导致容量进一步降低、用户体验变差等问题。

（4）在负荷较低时，LTE FDD和TD-LTE基站也必须同时发射信号，不能有效地降低功耗。

如果LTE FDD和TD-LTE是同厂家设备组网，则可以实现LTE FDD&TDD载波聚合功能，充分地利用FDD载波和TDD载波的上下行资源，制式间联合小区关断节能省电，因此建议中国移动LTE FDD设备和TD-LTE设备选用同一个厂家的设备。

4 结束语

本文通过对LTE FDD&TDD载波聚合的基本原理的介紹，建议中国移动在申请到LTE FDD牌照后，积极开展LTE FDD&TDD载波聚合的试点工作，优先选择地铁、高校、商业区等高流量区域进行试点，FDD载波使用1800 MHz频段，TDD载波使用F频段或者D频段，以便在LTE FDD牌照发放后，中国移动可以更好地发挥LTE FDD网络和TD-LTE网络的联合优势，更好地支持中国移动业务的发展。

参考文献：

[1] Erik Dahlman， Stefan Parkvall， Johan Skold. 4G， LTE-Advanced Pro and The Road to 5G[M]. Englang： Reed Elsevier， 2016.

[2] 3GPP TS 36.300. 3rd Generation Partnership Project； Technical Specification Group Radio Access Network； Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA） and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network （E-UTRAN）； Overall description； Stage 2[EB/OL]. [2017-05-11]. http：//www.3gpp.org/ftp/specs/archive/36_series/36.300/.

[3] 3GPP TS 36.211. 3rd Generation Partnership Project； Technical Specification Group Radio Access Network； Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）； Physical Channels and Modulation[EB/OL]. [2017-05-11]. http：//www.3gpp.org/ftp/specs/archive/36_series/36.211/.

[4] 3GPP TS 36.212. 3rd Generation Partnership Project； Technical Specification Group Radio Access Network； Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）； Multiplexing and channel coding[EB/OL]. [2017-05-11]. http：//www.3gpp.org/ftp/specs/archive/36_series/36.212/.

[5] 3GPP TS 36.213. 3rd Generation Partnership Project； Technical Specification Group Radio Access Network； Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）； Physical layer procedures[EB/OL]. [2017-05-11]. http：//www.3gpp.org/ftp/specs/archive/36_series/36.213/.

[6] 3GPP TS 36.321. 3rd Generation Partnership Project； Technical Specification Group Radio Access Network； Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）； Medium Access Control （MAC） protocol specification[EB/OL]. [2017-05-11]. http：//www.3gpp.org/ftp/specs/archive/36_series/36.321/.

[7] 3GPP TS 36.322. 3rd Generation Partnership Project； Technical Specification Group Radio Access Network； Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）； Radio Link Control （RLC） protocol specification[EB/OL]. [2017-05-11]. http：//www.3gpp.org/ftp/specs/archive/36_series/36.322/.

[8] 3GPP TS 36.331. 3rd Generation Partnership Project； Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）； Radio Resource Control （RRC）； Protocol specification[EB/OL]. [2017-05-11]. http：//www.3gpp.org/ftp/specs/archive/36_series/36.331/.

[9] 高翔，張建国，黄正彬，等. 中国移动4G基础性网络部署策略研究[J]. 移动通信， 2015，39（18）： 6-9.

[10] 徐恩，张建国. 某运营商农村数据业务承载方案建议[J]. 移动通信， 2013，37（22）： 62-65.