TD—LTE小区合并与载波聚合技术的增强应用方案

刘娜　董江波　刘玮　陈燕雷　韩云波　任冶冰

随着TD-LTE性能增强技术的引入，载波聚合和小区合并两项技术为满足容量和移动性需求而被分别提出，为了可以兼顾容量和移动性要求，将两种方案灵活结合，提出了一种新的TD-LTE小区合并与载波聚合技术的增强应用方案，首先分析了小区合并技术和载波聚合技术的原理和特点，然后提出了非对称小区合并的方案，最后通过测试的方法对比分析了几种方案的效果，给出了方案选择的建议。

移动通信 小区合并 外场测试 LTE

1 引言

用户对数据流量业务的需求呈现爆炸式增长，对当前TD-LTE网络的容量及性能也提出了越来越高的要求。随着技术研发的不断深入，4G网络建设不断扩展，出现了一系列TD-LTE性能增强技术并投入建设和应用，载波聚合技术和小区合并技术就是其中两项重要的性能增强技术。

载波聚合技术的核心思想是通过不同载波间的聚合来增强用户的峰值吞吐量；小区合并技术的核心思想是将不同的小区聚合成一个逻辑小区从而达到减少小区间切换次数的目的。这是两项为实现不同的性能增强目标而产生的独立技术，但是这两项技术同时应用时由于都涉及到小区的聚合而又产生了一定的联系。本文将分析两项技术的特点，然后根据技术特点提出了一种共同应用时的灵活配置方案，最后对不同的配置方案进行性能验证，给出不同方案的特点以及应用建议。

2 技术原理及特点分析

2.1 载波聚合技术

如图1所示，载波聚合技术实质上是将2个或更多的载波单元（5 M/10 M/15 M/20 M）聚合在一起以支持更大的传输带宽，从而提高数据速率。支持载波聚合的终端在多个成员载波上同时进行数据收发，从而可以明显提升峰值速率。载波可以是连续的，也可以是非连续的。

载波聚合技术的特点：

（1）明显提升峰值速率：峰值速率提高一倍；

（2）提升小区吞吐量：更大带宽的频选调度可以提升小区吞吐量；

（3）改善网络KPI：减少由于负载均衡导致的用户在不同小区间的切换次数。

载波聚合中的PCell（Primary Cell，主小区）是UE初始接入时的小区，负责与UE之间的RRC通信。PCell在连接建立（Connection Establishment）时确定，UE在该小区进行初始连接建立过程，或开始连接重建立过程，在切换过程中该小区被指示为主小区。

载波聚合中的SCell（Secondary Cell，辅小区）是在RRC重配置时添加的，用于提供额外的无线资源。SCell是在初始安全激活流程（Initial Security Activation Procedure）之后，通过RRC连接重配置消息（RRC Connection Reconfiguration）添加/修改/释放，一旦RRC连接建立，辅小区就可能被配置以提供额外的无线资源。

通过上述载波聚合技术原理及特点的分析可知，小区进行载波聚合主要是为了增加单用户峰值吞吐量，还可以改善小区吞吐量性能，并且减少了负载均衡造成的载波间切换。另外，载波聚合的终端在进行切换时，判决用户是否进行切换的是PCell。

2.2 小区合并技术

小区合并就是将多个物理小区合并为一个逻辑小区的技术。通过小区合并技术，可以解决一些优化的疑难问题，如邻区添加不足问题，对一些导频信号复杂的优化难点区域或者高速移动等切换频繁容易掉话的场景，也可以选择性地部分进行合并调整，减少切换及掉话。从目前情况看，主要有以下几个方面的优势及应用场景：减少切换、降低掉话、减少邻区关系；同一个逻辑小区中能够允许合并不同的物理小区，有选择地调整网络结构；利用合并小区中的一个或多个射频拉远单元进行扩展覆盖，更灵活地进行网络扩展与补充。另外，由于小区合并减少了逻辑小区的数量，因此也降低了小区的总容量。

3 增强应用方案

在有些场景下采用传统覆盖会导致UE频繁切换或者邻区同频干扰严重，需要采用小区合并技术以减少切换以及同频干扰。小区合并减少了切换和邻区间干扰，但是同时减少了小区容量。而在双载波覆盖场景下，一般都是高容量需求的场景，所以期望容量有尽可能大的提升。因此在有小区合并需求又有容量需求的场景中，需要考虑如何在不影响切换性能前提下同时改善容量问题。那么，双载波聚合场景下，是否可以考慮双载波小区不同时合并？由此引出了TD-LTE小区合并与载波聚合技术的增强应用方案：载波聚合+非对称小区合并方案。

方案具体描述如下：F1载波1小区合并，F2载波2小区是正常小区，不合并，UE可以正常接入F2，对于CA UE可以通过频点优先级控制UE优先驻留和重选、切换到F1上，F1主载波保证移动性，F2分担业务，如图2所示：

4 增强方案效果验证

为了摸清载波聚合+非对称小区合并方案的效果，在现网选择站点进行了方案测试验证。

（1）验证方案

载波聚合+非对称小区合并方案性能验证主要关注两个问题：

1）非对称小区合并比小区合并能否实现下述效果：提高小区容量，而且能够保证无缝切换，有效地提升下行速率；

2）非对称小区合并相比小区不合并能否实现下述效果：虽然一定程度减少了小区容量，但是在主小区不变的情况下，辅小区之间能够无缝切换。

因此选择小区合并、小区不合并、非对称小区合并三种场景下分别进行验证，测试的内容包括定点吞吐量测试和移动测试，采用的UE数及分布情况包括单UE、多UE集中、多UE分散几种情况。具体的场景和验证内容总结如表1所示（对比三种场景（小区合并、小区不合并、小区合并增强）下的终端定点及移动吞吐量、切换效果等指标）。

（2）吞吐量性能分析

表2为各种验证场景下的吞吐量性能结果统计，包括测试场景下的RSRP、SINR水平，和每个UE平均调度的RB、MCS及PDCP的吞吐量情况。图3为根据测试结果得到的不同场景下速率对比曲线：

單个UE或者多个UE集中在同一个RRU发起定点业务时，由于在几种网络配置条件下UE可以用到的资源上限都是相同的，所以三种技术方案的平均吞吐量水平相当，针对上面的数据分析结果也是如此。由于实际测试环境是商用写字楼，测试过程中有少量商用用户接入，而在小区合并时，因为合入的商用用户增多，因此会带来更大的流量影响，从数据可以得到该影响基本上在几百k到1M多的水平。

多个UE分散在不同RRU下发起业务时，非对称小区合并相对小区不合并来说，UE可以使用的资源有所损失，因而容量也有所损失。但相对小区合并技术来说，由于只是一个频点上的资源损失了，因此提高了小区容量。根据上面的数据结果分析，在定点时增益为83.57%，在移动时增益为63.8%。

（3）切换性能分析

小区不合并方案中，UE从服务小区中心移动至边缘会发生切换，控制面切换时延为48 ms。在切换过程中，下行流量会出现明显掉沟现象，如图4所示。非对称小区合并方案中，UE从服务小区中心移动至边缘，PCC保持不变，只发生SCC更新，在一定程度上保障了切换性能，但流量仍有一些波动和影响，如图5所示。也就是说，在移动测试中，非对称小区合并方案可以在主小区不变的情况下，实现辅小区之间的无缝切换，相对于小区不合并减少了切换带来的掉沟次数，保证用户在移动的过程平滑过渡，能够提高用户体验满意度。

5 结论

通过本文的分析可知，非对称小区合并相比小区合并，虽然在移动性能方面不够平滑稳定，但从一定程度上提高了小区容量；非对称小区合并相比小区不合并，虽然减少了小区容量，但移动性方面有所提升。在大容量网络下的某些特定场景，比如高价值室内写字楼（载波聚合是标配功能），在一楼大堂的多部电梯内和电梯口会有人流集中等候并有大量数据业务需求，此时在上下班高峰期、电梯上升/下降的过程中，可能会遇到有容量突发需求，此时可以考虑通过非对称小区合并方案来进一步兼顾容量和移动性要求，提升用户感知。

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