非标准带宽下基于LTE的通信方法

余秋星，黄 婷

(1.北京信威通信有限公司西安研究所，陕西 西安 710065；2.西安文理学院艺术学院，陕西 西安 710065)



非标准带宽下基于LTE的通信方法

余秋星1，黄 婷2

(1.北京信威通信有限公司西安研究所，陕西 西安 710065；2.西安文理学院艺术学院，陕西 西安 710065)

针对部分运营商拥有LTE的非标准带宽及其快速部署LTE的需求，结合现有LTE协议的规定，分析了在非标准带宽下基于LTE标准带宽部署LTE的可行性，并对UE以标准带宽接入网络进行通信的影响和解决思路进行了理论分析和仿真说明，结果表明在不改变LTE协议基础上，仅仅通过基站侧的配置和调度，在非标准带宽条件下基于LTE进行通信是完全可行的。

非标准带宽；长期演进；标准带宽；演进型基站

长期演进(Long Term Evolution，LTE)规范支持多种标准系统带宽[1],包括1.4 MHz，3 MHz，5 MHz，10 MHz，15 MHz和20 MHz，除上述带宽之外的其他带宽被称为非标准带宽。演进基站(evolued NodeB，eNB)将其采用的标准带宽信息通过广播消息发送给用户终端(User Equipment，UE)，UE可以确定相关的传输信道映射状况，进而实现与eNB的通信[1-4]。但是有些运营商获得的可用频谱与LTE系统能支持的标准带宽并不一致。特别的，目前多数运营商使用1 800 MHz频谱运营其GSM网络[2]，但通过重整(Refarming)技术支持LTE，运营商不需要再申请新的频谱，既可以节约成本又能使频谱资源得到有效利用，频谱效率得到提升。但是当GSM网络的部分频谱资源重整给LTE时，LTE能够得到的频谱资源往往不会恰好是5/10/15/20 MHz带宽。如果基于LTE的标准带宽进行开发，会引起部分带宽被闲置，从而造成宝贵的频谱资源被浪费。文献[3]的专利给出了一种解决思路，但是需要修改协议，对终端和基站都需要做改动，影响较大。

本文提供非标准带宽条件下基于LTE进行通信的方法，其特点有：首先，不需要在UE侧做改动，按照LTE规范实现的UE仍能接入系统；其次，只需要在eNB侧进行简单的配置，就可以支持UE以LTE的标准带宽接入网络，进而利用LTE技术进行高速率的通信。这样可以在网络部署时以极低的代价，更好地匹配现实的频谱资源情况，实现快速部署LTE网络，提升频谱资源的利用率。

1 非标准带宽的影响和解决方法

本文提供的非标准带宽条件下基于LTE进行通信的方法，其思路是系统配置的系统带宽仍为标准带宽，eNB在非标准带宽的范围内对UE进行调度，并结合由此造成的影响进行分析和解决，以保障UE正常接入网络实现通信过程。

以非标准带宽是8 MHz为例，即LTE的可用带宽为8 MHz，要让符合LTE标准的UE正常接入网络，并进行正常通信。同时根据LTE规范的定义，由于采用非标准带宽条件，需要对系统带宽、UE测量、上行信道和下行信道等因素的影响进行分析和解决。下文对这些因素逐一进行分析和解决。

1.1 系统带宽配置

要让符合LTE规范的UE正常接入系统，就需要把系统带宽配置为LTE规范支持的标准带宽。对于8 MHz的非标准带宽，首先需要把主信息块[4](Master Information Block，MIB)消息中下行系统带宽这个信元配置为LTE规范支持的10 MHz，保证UE可以正确解析MIB消息，进行后续的处理。下行系统带宽这个参数，与下行信道的映射有很大的关系。

1.2 UE测量配置

小区选择和切换是UE的基本功能。UE开机后或者建立RRC连接后，需要进行下行RSRP与RSRQ的测量，以支持移动性管理，包括小区选择或者切换。结合8 MHz的非标准带宽的例子，UE解析MIB后获得下行系统带宽(10 MHz)，但是只有8 MHz是真实的系统带宽，其余2 MHz是干扰，如果UE以10 MHz带宽来测量RSRP或RSRQ，并不能反映8 MHz带宽内的信道状况。可以通过以下方法实现UE正常的小区选择和切换[4]：

1)小区选择。将SystemInformationBlockType3系统消息的intraFreqCellReselectionInfo中的信元allowedMeasBandwidth配置为5 MHz带宽对应的25RB(Resource Block，资源块)，以及将SystemInformationBlockType5系统消息的InterFreqCarrierFreqInfo中的信元allowedMeasBandwidth配置为5 MHz带宽对应的25RB，避开8 MHz以外的频段，保证IDLE态UE正确地进行小区选择。

2)切换。将信元RRCConnectionReconfiguration→MeasConfig→measObjectToAddModList→MeasObjectEUTRA→allowedMeasBandwidth设置为25RB，确保 RSRP和RSRQ测量的准确性，使得连接态UE能准确进行邻区测量，保证eNB能进行准确的切换。

1.3 上行信道

对于上行信道的影响相对简单，上行信道包括物理随机接入信道(PRACH)、物理上行控制信道(PUCCH)、物理上行共享信道(PUSCH)、物理探测参考信号(Sounding RS)。除了TDD LTE的PRACH格式4，对于上行的PUCCH、PUSCH和Sounding RS，基站可以通过配置和合理调度保证利用的资源位于非标准带宽之内，达到可用带宽是8 MHz的情况。

对于TDD PRACH格式4，其频域起始位置根据式(1)确定[1]

(1)

由式(1)可知，根据系统帧号nf确定其频域起始位置，该位置处于8 MHz之外，因此，对于TDD LTE，建议不支持PRACH格式4。

1.4 下行信道

下行信道包括物理下行控制信道(PDCCH)、物理下行共享信道(PDSCH)、物理控制格式指示信道(PCFICH)、物理混合自动重传指示信道(PHICH)。根据LTE规范，在可用带宽为非标准带宽的条件下，对下行信道的影响较大，需要结合原理分析与仿真统计，说明如何确保对应信道的检测性能。

1)对于PCFICH和PHICH

LTE规范中为了保证其检测性能，在进行物理资源映射时，PCFICH和PHICH根据物理小区标识(PCI)确定起始位置[1]，并尽量均匀分布在标准带宽的全带宽范围内。因此，笔者进行了PCI的遍历搜索，寻找出PCFICH和PHICH映射在8 MHz内的PCI有130个，其中模3为0，1，2的PCI分别有42，42，46个，此时对应PCFICH和PHICH的性能与标准带宽情况下的性能一致。

2)对于PDCCH

由于PDCCH的交织处理，其映射位置与UE的C-RNTI、子帧号等参数有关，且随着子帧号在变化，难以通过约束某些参数使得其映射的位置落在预定带宽之内。因此，在某个聚合度等级下的PDCCH，会有部分资源元素组(REG)落在8 MHz带宽之内，也会有部分REG落在8 MHz带宽之外，因此，PDCCH会受到8 MHz带宽之外的干扰。具体的影响需要通过仿真来说明。

3)对于PDSCH

基站分配给UE的PDSCH的资源，是可以通过调度限制在8 MHz的非标准带宽范围内，但UE解析的系统带宽是10 MHz的标准带宽，而认为公共导频(Common Reference Signal，CRS)占了10 MHz范围，因此8 MHz带宽外的干扰对基于CRS的信道估计性能有一定的影响，进而影响了PDSCH的解调性能，这一点需要通过仿真来说明。

2 仿真分析

本节主要针对前边提及的非标准带宽下PDCCH和PDSCH的性能影响进行仿真与分析。

2.1 PDCCH

仿真条件为：标准带宽为10 MHz，非标准带宽为8 MHz，8 MHz以外的干扰以白噪声来建模；EPA5低相关信道，CFI=2。图1是CCE聚合度为4(即4CCE),PDCCH受到不同水平干扰的性能影响仿真结果。从图中可以看出，对于PDCCH 1%的误块率(BLER)要求，性能恶化了2.3～3.3 dB。这种影响可以通过合适的功率分配来补偿。

图1 不同干扰下PDCCH的检测性能

2.2 PDSCH

仿真条件为：标准带宽为10 MHz，非标准带宽为8 MHz，8 MHz以外的干扰以白噪声来建模；EPA5低相关信道，PDSCH分别采用MCS4和MCS12，分配的RB是处于8 MHz带宽边缘的8个RB。仿真结果分别如图2和图3所示。

图2 8RB，MCS4，不同干扰下PDSCH的性能

图3 8RB，MCS12，不同干扰下PDSCH的性能

从图2和图3可以看出，对于采用QPSK的MCS4，在BLER=0.1条件下，PDSCH解调性能恶化了0.5～1.5 dB；对于采用16QAM的MCS12，在BLER=0.1条件下，SIR超过-6 dB时，PDSCH解调性能恶化了0.5～1.5 dB；而当SIR为-9 dB时，其解调性能恶化了约3.5 dB。这说明，在高阶调制下，干扰越大，其性能恶化越严重，需要基站在调度和功率分配时加以考虑。

3 结论

为了能够快速部署LTE，针对运营商是拥有非标准带宽的客观条件，结合理论分析和仿真分析，论证说明了在不改动UE实现，而只需要在基站侧做一些合适的配置和调度的优化，也不涉及基站侧的协议改动，采用非标准带宽来部署LTE是可行的，这对拥有非标准带宽且希望快速部署LTE的运营商来说，意味着能以很小的投入来部署LTE。

[1]3GPP TS 36.211, Evolved universal terrestrial radio access(E-UTRA); multiplexing and channel coding[S].2013.

[2]刁志峰．1800MHz: LTE全球漫游的最佳选择[J]．华为技术，2013，6(65)：25-26.

[3]邢平平，谢铂云．基站和用户终端之间的通信方法及相应设备：中国，2009101103042 [P]．2009-10-23.

[4]3GPP TS 36.331, Evolved universal terrestrial radio access(E-UTRA); radio resource control(RRC);protocol specification[S].2013.

责任编辑：许 盈

Communication Method Based on LTE Under Non-standard Bandwidth

YU Qiuxing1, HUANG Ting2

(1.Xi'anInstituteofBeijingXinweitelecomCo.,Ltd.,Xi’an710065,China; 2.SchoolofArt,Xi'anUniversity,Xi’an710065,China)

For non-standard LTE bandwidth and the rapid deployment demand of some operators, the feasibility to use the non-standard bandwidth based on LTE protocol is studied.The influence and corresponding solution with the condition that UE enters the network and realize communication based on LTE protocol is explained by theoretical analysis and simulation.And the results show that communication between UE and eNB based on LTE standard is feasible only through single configuration and scheduling in eNB side, without changing LTE protocol.

non-standard bandwidth; LTE; standard bandwidth; eNB

TN929.5

A

10.16280/j.videoe.2015.07.033

2014-09-07

【本文献信息】余秋星，黄婷.非标准带宽下基于LTE的通信方法[J].电视技术,2015，39(7).