5G 载波聚合技术在高干扰场景中的应用研究

［黄智瀛 白锡添 杜安静］

1 引言

5G 作为我国数字经济新基建的重要一环，将推动数字技术在各个领域和场景中全方位落地应用，带动数字经济的增长。随着5G 网络建设的推进，中国移动目前已建设一张全球最大的5G 网络，频段包括2.6G、4.9G 和700 M等多个频段。同时5G 网络面临的干扰问题也越来越突出，干扰的存在会极大地影响用户终端的接入、切换、速率等，严重影响5G 用户的使用体验。而随着5G 用户规模的不断增加，5G 的分流比也在逐步增长，干扰问题如果不及时处理，将会对运营商的网络服务质量产生不利影响。5G的载波聚合技术（Carrier Aggregation，CA），可以把多个载波进行聚合，充分利用频谱资源，提高用户体验。因此，对于一些大带宽高干扰的场景，可以通过载波聚合技术对载波进行合理配置，达到降低和规避5G 高干扰并提升5G用户感知速率的目的。

2 载波聚合技术原理

针对多频段多载波共存的场景，3GPP 引入了载波聚合技术，它把多个连续或非连续的成分载波（Component Carrier，CC）聚合成更大的带宽，使终端用户获得更高的业务速率。

载波聚合可以同时在两个或两个以上的成分载波上进行数据传输，该技术在LTE 网络中已得到了充运用，载波聚合技术也可以应用于5G 的多载波场景。根据聚合载波所在的频段，载波聚合可以分为：频段内（intra-band）载波聚合和频段间（inter-band）载波聚合。频段内的载波聚合，可以分为连续的和非连续的载波聚合。频段间的载波聚合是聚合两个或两个以上不同频段的载波。在不同频段的5G 载波聚合时，通过中频载波与低频载波聚合，让无线网络的流量同时承载在高频段和低频段载波上，这样就可以增强上行覆盖和用户体验。

载波聚合在无线接口协议架构上，每个无线承载只有一个PDCP 和RLC 实体，MAC 层、物理层有多个成分载波；各个成分载波上MAC 层的数据面独立调度；每个成分载波有各自独立的Uu 接口传输信道以及独立的HARQ实体和重传进程。载波聚合中控制面和用户面的数据流如图1 所示。

图1 载波聚合中的数据流示意图

主服务小区PCell（Primary Cell），是CA UE 驻留的小区，工作在PCC（主载波）上。载波聚合UE 在该小区内的运行与其他小区没有区别。辅小区SCell（Secondary Cell），是指通过RRC 连接信令配置给CA UE 的小区，工作在SCC（辅载波）上，可以为载波聚合UE 提供更多的无线资源。辅小区可以只有下行信道，也可以上下行信道同时存在。

在空闲态，载波聚合UE 和非载波聚合UE 均基于小区的重选优先级驻留在高优先级的载波上。为增加用户体验，一般把大带宽的载波的重选优先级设置成高优先级，这样可以使终端会优先驻留大带宽上。如果不同载波的带宽和覆盖差别较小，一般设置为相同优先级，可以使终端随机驻留在不同载波上，进行分担负荷。

在连接态，可以把带宽更大和性能更好的频点设置为主载波，载波聚合UE 接入网络后，为了使用户获得更好的体验，使终端切换到主载波频点上。载波聚合UE 在初始接入、RRC 重建以及切换入时，基站侧都会判断当前接入小区的载波是不是主载波，如果不是的话，可以基于载波的优先级或载波负荷等方式使其切换到主载波上。

在连接态，还需对载波聚合UE 的辅小区进行管理，具体的管理内容包括对辅小区的配置、变更、激活、去激活、删除等。当载波聚合UE 在初始接入、RRC 重建以及切换入时，会触发对辅小区的配置。完成辅小区配置后，需对辅小区进行激活，才可以实现载波聚合。辅小区变更是指当配置好辅小区后，若辅小区的同频邻区比当前辅小区的信号质量更好，可以在不改变主小区的情况下改变辅小区，以确保辅小区的信号质量，也就是辅小区的变更。当辅小区满足去激活条件后，基站会通知载波聚合终端去激活辅小区，以便释放资源。最后，当辅小区的信号质量变差时，还可以对辅小区的配置进行删除。

3 在高干扰场景下应用的技术方案

3.1 应用背景

香港与深圳地理位置毗邻，由于对2.6 GHz 频谱规划策略不一致，香港的移动通信运营商把2.6 GHz 规划成FDD 制式，而深圳这边则规划成TDD 制式，两者在时频域上无法对齐，导致相互之间存在同频干扰，具体频谱分配图和干扰如图2 所示。主要是香港的FDD 下行频段2 620～2 675MHz 和深圳TDD 的上下行频段完成重叠，香港有55 MHz 的FDD 下行信号落入深圳的TDD 上行频段。

图2 香港和深圳2.6 G 频谱分配和相互干扰图

对于NR 的2.6 G 频段，正常情况下可以使用2 515～2 675 MHz 共160 MHz 的带宽。从频谱图可以看出，对深圳来说主要是原LTE 2.6 GHz 的D3D7D8 频点的后面60 MHz 受上行干扰较强。根据统计，现网中因频段重叠导致上行干扰的小区共有1 000 多个，干扰区域的平均上行干扰达到8.7 dB，部分临近香港的边界区域的小区上行干扰达到20 dB 以上，这些强干扰会严重影响用户感知。为应对强干扰，传统方案是NR 仅使用前100 M，在上行干扰很强的后60 MHz 频谱带宽上不部署任何业务，这就导致频谱资源严重浪费。

3.2 基于载波聚合技术的应用方案

当前2.6 GHz 频段5G NR 的总可用带宽是160 MHz，基于载波聚合技术，在2.6 GHz 频段可以实现100～60 MHz 的载波聚合。即通过将NR 的两个成分载波进行聚合，盘活现有频谱资源，让UE 的速率成比例的提升。具体方案如下：

（1）使能NR 2.6 GHz 的100～60 MHz 载波聚合组网，将前100 MHz 带宽所在的载波设置PCC（主载波），后60 MHz 所在的载波配置为SCC（辅载波），重新利用后60 MHz 受干扰的频谱资源。

图3 载波聚合技术应用方案图

（2）由于后60 MHz 的上行受干扰严重，为保障用户感知，在受干扰的后60 MHz 频谱上仅部署下行载波，即辅载波配置为下行ONLY 模式，上行载波不启用且禁止用户接入，以便规避上行干扰。具体方法是把SCC 辅载波的小区禁止的系统消息广播开关打开，小区广播的系统消息中小区为BAR 状态，使UE 不能驻留到该小区；同时通过发送Xn 私有消息给周边站点，不发起对配置为BAR 状态的SCC 的切换。这样SCC 辅载波没有用户驻留，也不允许周围邻区切换入该小区，只作为下行ONLY 给载波聚合用户使用。

（3）采用多载波联合调度，实现SCC 辅载波的快速配置+快速激活。在用户初始接入时，基于各载波的性能、负荷及栅格预测的频谱效率等情况为UE 配置能够为其提供最大吞吐率的载波，优选专属SCC 做辅载波。对专属SCC 快速启动调度，相比基于测量的辅载波添加方式缩短了SCell 配置时延与激活时延，使SCC 资源利用率最大化，提高用户感知。

4 应用效果

深圳移动的5G 频段中，靠近香港一带的2.6 GHz 频段的后60 MHz 受香港FDD 网络的干扰严重。选择位于深圳湾公园的某一片区域，小区的的上行干扰平均值达到-104 dbm，按照前面描述的方法，将2.6 GHz 中的160 MHz 带宽分别配置为100 MHz 和60 MHz 两个不同载波的5G 小区，同时启用载波聚合功能，实现100～60 MHz的下行载波聚合效果。

未应用载波聚合技术前，2.6 GHz 频段的5G 仅可使用100 MHz 带宽，另外60 MHz 因干扰为完全不使用状态，在该区域路测的平均下载速率为456 Mbit/s；使用载波聚合技术将受干扰的60 MHz 下行利用起来后，平均下载速率达到663 Mbit/s，下行速率增益为45%。

5 结束语

针对5G 网络多载波的高干扰场景，尤其是高干扰来源于外部且仅存在于上行信道的情况，本文通过研究5G的载波聚合技术，将受干扰的频段作为CA 的辅载波，仅使能辅载波的下行信道，将原来浪费的干扰频段更好地利用起来，有效规避了上行干扰的影响。从实际应用效果看，下行速率提升明显，既提高了小区的下行空口容量，有增强了用户的速率感知。