5G网络下的3.5GHz+2.1GHz站间CA载波聚合策略研究

付 斐 张国光 沈 凌 赵 煜

中国联合网络通信集团有限公司江苏省分公司

0 引言

为了提供更高的业务速率，3GPP提出了NR用户支持最大带宽到1GHz的要求。针对运营商可能没有完整频谱资源和运营商频谱大于协议定义的单载波带宽能力的场景，3GPP引入载波聚合（Carrier Aggregation，简称CA）功能。

在实际5G组网过程中，由于目前电联共建共享的5G网络主要是3.5G高频组网，而3.5G TDD高频5G网络在覆盖能力上存在上行覆盖受限问题，在面对用户对5G速率感知高标准要求时，3.5G频段组网的5G网络由于上行受限导致边缘用户网络体验较差，随着5G用户的逐步增加，用户对5G网络的高网速体验感知随之下降。

本研究通过对江苏联通3.5G TDD+2.1G FDD的CA载波聚合创新方案进行策略研究，积极推进3.5GHz+2.1GHz双频协同建设，完成站间部署3.5G TDD+2.1G FDD载波聚合，通过站间CA载波聚合特性提升用户下行极致体验，实现用户体验1+1>2的感知提升。

1 CA载波聚合原理和分类

CA载波聚合是将多个分量载波（Component Carrier，CC）聚合起来之后，UE可享受的带宽是多个载波的带宽之和，其峰值速率也能获得几乎成比例的提升。

1.1 CA载波聚合分类

1.1.1 CA频段分类

与LTE类似，根据参与载波聚合的载波所在的频段不同，5G载波聚合可分为频段内CA和频段间CA，其中频段内CA可分为频段内连续CA和频段内非连续CA。

频段内连续CA：参与载波聚合的分量载波在同一个频段内的频域上连续分布。

频段内非连续CA：参与载波聚合的分量载波在同一个频段内的频域上非连续分布。

频段间CA：参与载波聚合的分量载波在不同频段的频域上分布。

频段间载波聚合主要是将存在共同覆盖的2个不同频段的载波通过特性配置进行聚合使用。聚合方式主要针对2载波进行，目前电联主要是2.1和3.5 NR Band支持进行CA聚合。

1.1.2 CA场景分类

根据载波聚合（CA）使用场景分类，载波聚合分为站内场景和站间场景载波聚合，如图1所示。

图1 场景CA分类

站内场景：站内场景CA主要有共站同覆盖、共站不同覆盖和共站补盲场景。频段内CA主要应用在共站同覆盖和共站补盲场景。

站间场景：站间场景CA指不同站点间在共同覆盖区域进行聚合覆盖。

1.2 CA配置和差异

CA功能需要在后台网管进行配置，主要是针对SCell进行管理。SCell有两种配置方式：盲配置和基于测量配置。

SCell和PCell共射频模块部署时，SCC和PCC上的CSIRS波束方向相同，频段内CA场景下，gNB可通过借用PCC上的CSI-RS波束方向进行业务使用，但频段间CA场景，SCell和PCell一般不共射频模块，无法使用PCC上的波束方向。

2 3.5G+2.1G（T+F）站间CA创新方案策略研究

江苏联通深入贯彻集团公司5G电联共建共享部署战略，在网络建设上不断创新。基于oneNR一张网架构，积极推进3.5GHz+2.1GHz双频协同创新方案策略研究，将3.5G TDD+2.1G FDD进行跨站CA聚合，实现不同站点、不同频率之间的载频进行CA聚合的的新型载波聚合方案，在当前电联频段使用和聚合使用上更加灵活，不受共站、区域等限制，只要区域内同时满足3.5G和2.1G信号重叠，即可实现站间载波聚合，用户可以体验到比单频点覆盖更高的极速速率和更低的时延感知，实现用户体验1+1>2。具体创新方案如下。

2.1 5G超级上行实现3.5GHz+2.1GHz的跨站融合

2.1GHz作为1.8GHz的容量补充，下行资源占用率较高，而上行占用率低，3.5GHz作为5G网络的基础频段，上行数据仅在TDD的上行时刻发送，在5G独立组网场景，因为gNodeB下行功率大而终端上行发射功率小，导致上下行覆盖不平衡，上行覆盖受限，另外，TDD载波上行和下行时分复用频谱资源，因此用于上行的实际时频资源受限，上行体验不佳。

5G超级上行是通过高低频时频联合调度，通过将上行数据分时在NR TDD的3.5G频谱和2.1G低频段SUL频谱上发送，增加5G用户的上行可用时频资源，使能上行全时隙调度，高低频协同实现NR上行增强，如图2所示。

图2 超级上行时隙发送

在3.5G和2.1G同覆盖区域场景下，利用5G超级上行能力将同覆盖区域下3.5G和2.1G不同站点进行跨站CA载波聚合，通过IPRAN传输，在不同站UMPTg单板之间实现信息交互，将2.1GHz作为容量层的补充，弥补3.5G上行覆盖短板，最大限度发挥频谱资源，提升网络频谱效率，实现3.5G+2.1G的跨站融合，如图3所示。

图3 3.5G+2.1G站间CA载波聚合实现方式

2.2 采用eXn技术缩短站间用户面时延

eXn链路类似于LTE EX2，是一种站间链路。与EX2不同的地方在于，eXn只有用户面，依赖站间XN链路，需要XN链路正常才能触发eXn业务及上层IPRAN CA业务。

创新eXn方案通过数据预调度方式，在T+F的站间CA载波聚合时在PCC和SCC之间对申请数据进行预调度，提前将数据组包进行分配，缩短实际调度时SCC时延，缩短站间时延10%左右，使能站间CA，如图4所示。通过网管执行DSP GNBDUEXNUPINFO可查询主站和辅站eXn时延。

图4 eXn方案

2.3 采用SRS权与PMI权自适应技术提升下行峰值速率

SRS权 是Sounding参 考 信 号 权（Sounding Reference Signal），属于动态权值，可应用于PDSCH信道、天选场景或近中点。gNodeB通过获取UE上行信道的SRS信号，根据互易原理计算出对应下行信道的特征。SRS权值计算原理：基站根据SRS信息，从无穷个Beam中挑出最好的多个正交beam。

PMI权是预编码矩阵权（Precoding Matrix Indication），属于动态权值，可应用于PDSCH信道。gNodeB基于UE上行反馈的PMI选择最佳的加权权值。PMI的权值计算原理：UE根据CSI-RS信息，从Codebook中有限个Beam中挑出最好的多个正交Beam，并反馈BeamId给基站。

gNodeB支持下行SRS权与PMI权自适应功能进行PDSCH权值计算，即自适应地选择采用SRS权或PMI权，权值可以更准确地反映数据信道的质量，保证数据传输的体验，确保用户在5G网络下的极致速率体验。如表1所示。

表1 SRS权与PMI权自适应下行峰值速率

2.4 创新方案部署实施效果

针对现网站点分布和现场情况，结合T+F的站间CA创新方案部署设备和版本支持能力，江苏联通基于商用网络选取连片5G站点，对TDD 3.5GHz（100M）+FDD 2.1GHz（20M）的CA载波聚合进行创新方案部署实施效果验证。

以江宁大学城附近庞家坟（FDD）站点和周边距离较近的两个TDD站点开通F+T站间CA为例说明。针对庞家坟（FDD）站点和周边TDD站点区域进行T+F载波聚合处理后，对聚合站点覆盖区域进行定点CQT测试和DT测试，验证站间CA功能具备速率提升效果。

在部署T+F站间CA以后，通过测试信令和网格小区终端统计载波聚合的两个站点确认载波聚合能力已部署并已有用户占用CA。

选取PCC近、中、远三个点分别做下行Full Buffer业务，对比单载波和CA载波聚合前后的下行速率变化，从对比结果可以看出，CA随速率提升增幅达到95%以上，如表2所示。

表2 下行速率对比

在FDD和两个TDD站点之间往返跑圈DT测试，CA以后DT下行测试速率提升93.64%，如图5所示。

图5 DT下行测试速率提升

示范区创新方案实施F+T站间CA部署后，用户高速体验获得较大幅度提升，具体提升效果如下：（1）上行峰值速率达493Mbps，下行平均速率相比3.5G单站提升20%；（2）小区边缘上行增益高达2倍以上；（3）CA用户吞吐率均能达到单载波速率总和的93.64%。

用户体验速率的极大提升，有效满足当前5G深度覆盖场景下to C用户高清电影在线流畅播放、极速下载需求，保障了5G网络下的用户体验，提升了网络品牌美誉度和口碑。

3 结束语

随着4/5G网络的快速发展，站间载波聚合的创新方案充分发挥高中频协同、4/5G协同网络能力。相比5G同站部署超级上行和载波聚合，站间载波聚合实现方式更灵活，不受共站、区域等限制，只要区域内同时满足3.5G和2.1G信号重叠，即可实现站间载波聚合能力，部署效率提升30%。在4G网络下，2.1GHz下行资源占用率较高，而上行占用率低，2.1GHz既可作为4G容量层的补充，又能弥补5G 3.5G覆盖短板，当前密集的小基站通过跨站CA部署提供了非常大的网络容量，同时跨站CA实施后，小区边缘上行增益高达200%以上，最大限度发挥4/5G频谱资源，提升网络频谱效率，保障了用户体验感知，对中国联通集团构建“广厚深”的5G网络，适配toC和toB行业的网络上下行能力，打造5G极致体验具有重大意义。