LTE载波与5G新空口共享技术

2020-01-08谯甲甲

通信电源技术 2020年9期

谯甲甲

（甘肃省消防救援总队，甘肃兰州 730070）

1 LTE载波技术

1.1 载波聚合基本理论

载波聚合基本理论是指LTE系统中一种满足用户单峰量需求的容量提升方法和手段，不仅能满足用户在日常传输中流量的需求，而且能在单方面实现多维度宽度的选择，实现多个载波支持与共享。在载波聚合基本理论中载波参数与LTE系统内容参数保持一致，在载波配置下兼容性以及可操作性都大幅提升。一般的LTE系统中都支持载波聚合操作，方便在多个系统共同使用时完成带宽的增加和获取，实现载波宽带的支持。此外，载波聚合基本理论还能满足载波数据的接收和传输，为LTE系统的聚合能力提供保障。

1.2 载波聚合组合方式

载波聚合的组合根据实际载波运行的次数以及频带聚合的情况一般能分为3种，而主要的分类组合方向是连续或不连续的聚合方式。一般来说，不同的分类组合形式对于频带的要求也不同，射频的出发和需求决定了载波聚合的组合模式，而对于用户在使用载波聚合时需要采用同样的组合方式来帮助解决载波聚合的组合问题。

在载波聚合组合设计中，除了保证LTE系统的宽带数据流外，还要保证聚合组合LTE系统的组织兼容，即便出现不同载波聚合情况，带宽终端仍然能保持良好的传输性能，在合适的载波聚合组合方式下，及时控制可能出现的终端问题。同时，利用聚合方式将LTE系统进行组合和接洽，实现载波聚合宽带数据流的拓展和提升，实现高效的载波聚合。

2 5G新空口共享技术简介

第五代移动通信系统（5G）是当今大多数国家无线通信技术演进的热点。根据3GPP标准组的工作计划，非独立5G新窗口共享网络的NewRadio（NR）标准设计于2017年12月完成。2018年6月完成5GNR第一版标准设计；预计从2020年起，5G-NR商用网络将在2019年9月取得第一版的初步发展。另一方面，LTE以其数据传输速率高，频谱效率高，延时低等优点成为最受欢迎的5G解决方案，引领移动通信行业快速发展。据估计，到2021年，全球一半以上的移动用户将使用LTE载波方案来解决传输问题。总体而言，5G新窗口设计本身具有足够的灵活性和潜力来满足“一应俱全”的愿景，但由于5G部署还处于相对较早的阶段，因此收集需求、优化技术和标准以及构建特定的基准应用程序都将耗费大量的精力。有必要认识到，一方面要对5G新窗口共享的基本设计有充分的自信，迎接“万物相连”的社会；另一方面要认识到工作的困难，认识到导入5G新窗口共享网络后也有必要继续进行最优化和更新。

2.1 多天线传输方案

5G新空口共享技术是最新的移动互联网共享技术，实现5G新空口共享技术传输需要多个流量数据支撑和信息控制，导致5G新空口技术传输需要采纳多天线传输办法。在多天线传输方案中会由于用户使用量增多而导致系统需要支持和传输的天线数量瞬间增加，每个用户之间的信息频道会由于数量增多而出现正交状态，用户间的数据干扰逐渐降低，满足了高阶状态下用户信息传输的稳定安全。

此外，多天线传输方案最多能支持12个传输断口，保证在使用过程中12个断口都能满足移动数据的流量需求，在多天线传输方案运行过程中基站的传输序列以及数据流能稳定运行，是5G新空口共享技术中端口数目最多且运行最稳定的传输方案。多天线传输方案还能在基站的天线阵列建立数据流，对于非正交断口也能很好地满足用户使用需求以及数据流量要求[1]。

2.2 信道状态信息（CSI）反馈机制

5G新空口共享技术中信道状态反馈机制保证了共享技术的稳定运行以及数据支持。在信道状态反馈机制中，NR系统主要通过统一化的反馈框架，对CSI产生的反馈进行支持和规划，在处理信息反馈后将自动产生波束的测量信息报告，把波束的实际运行状态和使用状况反馈到信道状态反馈框架中，测量人员可以通过信道状态反馈框架对有关联的反馈数据进行调整和参数设定，在满足实际使用配置后再对信道中可能存在的干扰进行信号参考和信号测量，保证信道状态反馈机制的实时性和时效性。

同时，在信道状态反馈机制中测量人员会使用到码本参数，在配置合适的码本参数后将时域特征反馈和数据处理，对系统内部的时域特征和信道资源进行测量，调试合适的参数后还要保证网络配置的流畅性，控制LTE反馈通道稳定顺畅。及时有效的信道状态反馈帮助参数配置和信息流设定，保证了操作者能迅速收集数据完成反馈任务。

2.3 参考信号设计

5G新空口共享技术的参考信号设计比以往的设计模式有更多兼容性和低耗能性。在参考信号设计过程中，NR会尽可能降低参考信号传送的连续性和稳定性，因此在参考信号设计过程中要完善参考信号的配置和参数设定，保证信号同步的前提下对宽带功能以及视频位置等信息进行安排和拓展。包括对LTE系统中使用到的CSI进行深度拓展，满足CSI的测量支持和使用安排，保证在参考信号设计的时频和波束准确无误。

同时，在参考信号设计过程中还要选择进本图样，如CSI图像，在完成CSI传输方式后还需要统一带宽和时隙的设定参数和设定用量，将上下信号以及运行参数进行选配，保证控制信道以及业务信道的信号传输以及调节稳定。在参考信号设计中参与解调的信号主要有两种，一种是从OFDM中截流分成的子载波资源，另一种则是由相同的子载波组成。对于单组的子载波，在参考信号设计中需要考虑两个以上的断口，而不同的子载波则使用四个端口，保证在频率分组中将子载波的基本单位设定安排在一定数量之内，满足参考信号的设计需求[2]。

3 LTE载波与NR（5G新空口共享技术）

虽说正在讨论5G-NR基准，但也在等待商业过程，LTE载波技术也在持续进化。例如，在R15和R16阶段中，LTE载波可以在LTE系统中快速部署，以支持需要可靠性和低延迟的业务。此外，还可以通过进一步改进小型部署来提高系统的频谱效率。LTE系统主要使用6 GHz以下的频谱，5G-NR系统涵盖从6 GHz以下的低频到6 GHz以上到60 GHz的超高频的广泛频率范围。在NR系统部署的早期阶段，大多数运营商很难将低于6 GHz的频谱资源专用于NR系统部署。NR在商用开始后长期与LTE载波和NR系统在6 GHz以下的频带共存。在从LTE系统向NR系统的顺利演进中，两个系统的共存是应该考虑的问题。首次引入LTE网络后，NR系统能够在相同频率的资源上在时间上使用的资源具有一定的“段”结构，如果按时间顺序再利用资源，则对5G-NR系统设计提出一定的要求。例如，在NR系统的设计中，使用微槽型的短时间传送长度，柔软的调度时间位置和长度等。细粒度多路传输方法使2个系统在某种程度上共享按需分配的资源比例成为可能。但同时也要求系统间干扰消除也是必需的，两个系统的网络调度可以实时紧密耦合，实现资源的深度正交复用。但不能在共享频率资源中以更灵活的粒度重用NR和LTE系统。而系统带宽的配置通常是半静态的，两个系统网络调度的耦合速度取决于系统带宽配置变化的速度。与时分复用，频分相比，共享资源的使用效率较低。

3.1 LTE载波与5G新空口共享技术原理

LTE载波与5G新空口共享技术原理是NR系统以及载波共享技术的基础原理，技术核心是指在LTE系统中避免对协议条件产生影响，同时满足时分和频分的途径区分，帮助NR系统和LTE能在相同载波频率状态下共同运行实现数据共享。对于LTE载波的传输方向来说，主要分为上行载波和下行载波，通过这两种载波完成了LTE载波与5G新空口共享，从而实现将业务信道拓宽，避免在空口时出现的干扰，提升共享业务信道的灵活性和安全性。

此外，LTE载波与5G共享要规避参数，如参考、广播以及控制信号等，同时制定合理的安全标准和规避风险。而在LTE载波与5G新空口共享技术中，需要对位置考虑并将其分为共站和非共站两种状态。在共站场景中会将载波共享的重点进行复制，有效保证载波共享以及空口时频的对接和复制完成共站场景。而对于非共站场景则需要对同频异域系统进行干扰趋同，优先控制LTE的抗干扰机制后再进行场景遥控，保证系统运行协调。

3.2 NR与LTE上行载波共享关键问题

LTE载波与5G新空口共享技术中关键问题是NR与LTE上行载波的共享障碍。在NR与LTE共同运行的状态下，频域的子载波配置存在一定的时隙，在共享上行载波运行过程职工需要采用合理的子载波进行调配才能满足实际的机制需求。但是一般两个系统的子载波频域位置不同，所以使用结构也会根据数据流的走向发生干扰影响。此外，共享载波技术还会对NR的子载波配置进行闲置，将LTE的子载波间隔进行固定后便无法再进行适配，导致在共享载波方案中直流子载波出现偏移或间隔，而对于NR的子载波是否与共享载波中的频率同步且进行偏移也成为了一个共享载波方案中难以协调的问题。

3.3 5G新窗口共享技术:CU-DU的新架构

5G载波通常位于较少数量的载波处，而LTE方法则为终端提供控制计划和移动性管理。在这种情况下，锚定载波为多个5G载波提供控制平面服务，无线网络本身形成集中式和分散式结构，CU-DU的架构将很好地适应5G无线网本身的结构。此外，CU-DU体系结构还支持5G异构网络（基于微的宏观基站）部署方案，并提供基于多个接口的功能，从而提高了空洞性能。从超低延迟传输来看，核心网络侧的延迟一般比无线侧大得多。为了实现5G“物联网”新窗口共享的理想，满足AR/VR等商务中超低延迟的需求，有必要将内容和计算的一部分沉入网络的边缘，即MEC（Mobile Edge Computing）。部署MEC时，MEC节点必须连接到多个基站。这意味着将生成一个集中、独立的模式，这将成为CU-DU结构应用程序中的一个重要场景。如果CU和MEC部署在同一硬件平台上，则CU和MEC可以是独立的逻辑单元，也可以相互配合以减少延迟。从网络能力的开放方面来看，5G无线网的基础设备（特别是PHY物理层设备）现阶段很难实现云化的硬件体系结构。因此，如果不分割网络的上位和下位功能，CU侧就不能云化开放，即CU-DU体系结构是网络能力开放的硬件的前提。使用CU-DU体系结构时，CU端可以使用通用服务器体系结构或传统的专用体系结构来处理较低实时性的高级功能。DU方面负责实时一层二层功能，涉及高速数据交换，大量并行密集多矩阵运算，仍通过电信专用结构与硬件加速器相结合，构成5G新窗口共享新结构。其中，CU方面可以通过从云资源池中提取资源，对外开放来实现网络能力开放和生态系统双赢的最终目标。

3.4 LTE载波与5G新空口共享技术方案

实现LTE载波与5G新空口共享有两个数据分析办法，一般在使用5G MIMO技术后会对下行的波束产生巨大的影响，但是单靠下行波束产生影响是远远不够的，上行波束在进行过程中仍然受到严重的限制和阻碍，因此改善LTE载波与5G新空口共享技术的落脚点放在了提升5G的覆盖和使用频率中。目前，大多数的LTE网络都与系统配对，因此在业务处理过程中用户流量大小决定了LTE网络的负荷量，长期以往会导致下行网络的负荷状态远高于上行网络。此时，可以将相对空闲的上行网络作为NR的共享目标，在完成共享方案的状态下控制变量实现NR与LTE的共站部署。另一个方案则是从LTE的频对着手，控制上行与下行的频率一致，保证上下频处于中高频状态，满足LTE载波与5G新空口共享的覆盖范围。