林亮+張建國(guó)+黃正彬+周鵬云

【摘 要】首先指出中國(guó)移動(dòng)申請(qǐng)到LTE FDD牌照后，為了解決LTE FDD和TD-LTE的上下行容量與4G用戶的上下行流量不匹配的問(wèn)題，有必要開啟LTE FDD&TDD載波聚合功能，然后分析了LTE FDD&TDD載波聚合需要關(guān)注的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，即成員載波的調(diào)度和上行HARQ信息的反饋過(guò)程，最后從LTE FDD&TDD主輔成員載波配置、LTE FDD&TDD業(yè)務(wù)承載、LTE FDD部署和LTE FDD設(shè)備選型等方面，給出了中國(guó)移動(dòng)LTE FDD&TDD載波聚合部署建議。

LTE FDD TD-LTE 載波聚合

1 引言

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)（20 MHz帶寬，下行2T2R，上行1T2R，上下行子幀配置為2，上行最大調(diào)制方式為16QAM）的上行峰值速率是8.4 Mbit/s，下行峰值速率是107.8 Mbit/s，上行峰值速率占下行峰值速率的比率為7.8%；LTE FDD網(wǎng)絡(luò)（20 MHz帶寬，下行2T2R，上行1T2R，上行最大調(diào)制方式為16QAM）的上行峰值速率是41.8 Mbit/s，下行峰值速率是143.8 Mbit/s，上行峰值速率占下行峰值速率的比率為29.1%。

根據(jù)話務(wù)統(tǒng)計(jì)，4G用戶的上行流量占下行流量的比例為14.6%，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較高時(shí)，單獨(dú)用TD-LTE網(wǎng)絡(luò)承載會(huì)帶來(lái)上行容量受限、下行容量浪費(fèi)的問(wèn)題，單獨(dú)用LTE FDD網(wǎng)絡(luò)承載會(huì)帶來(lái)下行容量受限、上行容量浪費(fèi)的問(wèn)題。

中國(guó)移動(dòng)現(xiàn)階段正在積極申請(qǐng)LTE FDD牌照，申請(qǐng)到LTE FDD牌照后，為了解決LTE單個(gè)制式的上下行容量與4G用戶的上下行流量不匹配的問(wèn)題，中國(guó)移動(dòng)有必要開啟LTE FDD&TDD載波聚合功能，以便FDD載波和TDD載波的上下行資源完全成池后，與4G用戶的上下行流量相匹配。因此，本文接下來(lái)將在分析LTE FDD&TDD載波聚合基本原理的基礎(chǔ)上，給出中國(guó)移動(dòng)獲得LTE FDD牌照后的LTE FDD&TDD載波聚合部署建議。

2 LTE FDD&TDD載波聚合的基本原理

3GPP組織從REL-10開始引入載波聚合功能，在REL-10中，所有聚合的成員載波具有相同的雙工方案，對(duì)于TD-LTE，必須具有相同的上下行子幀配置；在REL-11中，不同頻段聚合的TDD載波的上下行子幀配置可以不同；在REL-12中，定義了跨制式的載波聚合功能，即聚合的成員載波由FDD載波和TDD載波組成。

具有載波聚合能力的終端有且僅有一個(gè)下行主成員載波和一個(gè)上行主成員載波，可以有一個(gè)或多個(gè)輔成員載波，上行主成員載波承載所有的L1/L2層控制信令。

LTE FDD&TDD載波聚合的基本原理涉及成員載波的調(diào)度過(guò)程、物理資源的分配、HARQ信息的反饋過(guò)程、輔成員載波的激活和去激活過(guò)程等，本文接下來(lái)重點(diǎn)分析與LTE FDD&TDD載波聚合部署密切相關(guān)的成員載波的調(diào)度過(guò)程以及上行HARQ信息的反饋過(guò)程。

2.1 成員載波的調(diào)度過(guò)程

聚合的FDD載波和TDD載波可以分別進(jìn)行下行調(diào)度指配和上行授權(quán)，根據(jù)PDCCH信道和PDSCH/PUSCH信道的關(guān)系不同，可以分為自調(diào)度（self-scheduling）和交叉載波調(diào)度（cross-carrier scheduling）。

自調(diào)度的PDCCH信道和PDSCH/PUSCH信道在同一個(gè)載波上，由于FDD載波和TDD載波各自獨(dú)立配置了PDCCH信道，因此，F(xiàn)DD載波和TDD載波可以分別進(jìn)行調(diào)度或授權(quán)，不存在復(fù)雜的時(shí)序關(guān)系。

交叉載波調(diào)度的PDCCH信道和PDSCH/PUSCH信道在不同的載波上，由于FDD載波和TDD載波共用一個(gè)PDCCH信道，時(shí)序關(guān)系比較復(fù)雜。

如果FDD載波配置為主成員載波，TDD載波配置為輔成員載波，由于主載波上任何一個(gè)子幀都有PDCCH信道，因此可以對(duì)FDD載波和TDD載波的任何一個(gè)子幀進(jìn)行調(diào)度或授權(quán)，F(xiàn)DD載波和TDD載波都不存在容量損失問(wèn)題。

如果TDD載波配置為主成員載波，F(xiàn)DD載波配置為輔成員載波，可以對(duì)TDD載波的任何一個(gè)子幀進(jìn)行調(diào)度或授權(quán)，但是由于主載波上只有部分子幀有PDCCH信道，因此只能對(duì)FDD載波的部分子幀進(jìn)行調(diào)度或授權(quán)。以TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的上下行子幀配置2為例，5 ms半幀內(nèi)只有4個(gè)子幀（3個(gè)下行子幀、1個(gè)特殊子幀）有PDCCH信道，在這種配置下，F(xiàn)DD載波的下行子幀2和下行子幀7不能被調(diào)度，上行子幀1和上行子幀6不能被授權(quán)，這意味著FDD載波在上下行各有20%的容量損失。交叉調(diào)度時(shí)，TDD載波配置為主成員載波的時(shí)序關(guān)系如圖1所示。

2.2 上行HARQ信息的反饋過(guò)程

在多數(shù)場(chǎng)景下，下行聚合的載波數(shù)量都多于上行聚合的載波數(shù)量，因此3GPP協(xié)議規(guī)定，不管是自調(diào)度還是交叉載波調(diào)度，主成員載波和輔成員載波的PDSCH信道所對(duì)應(yīng)的上行HARQ反饋信息都在主載波的上行子幀上進(jìn)行發(fā)送。

如果FDD載波配置為主成員載波，TDD載波配置為輔成員載波，由于主成員載波的任何一個(gè)子幀都有PUCCH信道，F(xiàn)DD載波的上行子幀在發(fā)送自身載波的上行HARQ反饋信息的同時(shí)，只需部分上行子幀發(fā)送TDD載波的上行HARQ反饋信息即可，因此FDD載波的PUCCH信道的負(fù)荷增加有限。

如果TDD載波配置為主成員載波，F(xiàn)DD載波配置為輔成員載波，由于主成員載波上只有部分子幀存在上行子幀，因此會(huì)出現(xiàn)HARQ信息過(guò)多、PUCCH信道負(fù)荷過(guò)高的問(wèn)題。以TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的上下行子幀配置2為例，5 ms半幀內(nèi)只有一個(gè)上行子幀，TDD載波上一幀的下行子幀4、子幀5、子幀6、子幀8的PDSCH信道，以及FDD載波上一幀的下行子幀4、子幀5、子幀6、子幀7、子幀8的PDSCH信道的HARQ反饋信息在TDD載波上行子幀2上發(fā)送，TDD載波上一幀的下行子幀9，本幀的下行子幀0、子幀1、子幀3的PDSCH信道以及FDD載波上一幀的下行子幀9，本幀的下行子幀0、子幀1、子幀2、子幀3的PDSCH信道的HARQ反饋信息在TDD載波上行子幀7上發(fā)送。TDD載波配置為主成員載波的上行HARQ反饋信息的時(shí)序關(guān)系如圖2所示。

3 中國(guó)移動(dòng)LTE FDD&TDD載波聚合部

署建議

中國(guó)移動(dòng)申請(qǐng)到LTE FDD牌照后，在開啟LTE FDD&TDD載波聚合功能時(shí)，主要涉及LTE FDD&TDD主輔成員載波配置、LTE FDD&TDD業(yè)務(wù)承載、LTE FDD部署和LTE FDD設(shè)備選型等關(guān)鍵問(wèn)題。

3.1 LTE FDD&TDD主輔成員載波配置建議

中國(guó)移動(dòng)申請(qǐng)到LTE FDD牌照后，在開啟LTE FDD&TDD載波聚合功能的時(shí)候，既可以把TDD載波配置為主成員載波，也可以把FDD載波配置為主成員載波。

如果把TDD載波配置為主成員載波，F(xiàn)DD載波配置為輔成員載波，則存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）在交叉調(diào)度時(shí)，F(xiàn)DD載波的上下行各有20%的容量損失。

（2）TDD載波（上下行子幀配置為2）4個(gè)下行子幀（含1個(gè)特殊子幀）的PDSCH信道、FDD載波5個(gè)下行子幀的PDSCH信道的上行HARQ反饋信息由TDD載波的1個(gè)上行子幀傳輸，因此需要配置較大容量的PUCCH信道，PUCCH信道占用較多的RB資源后，進(jìn)一步減少了TDD載波的上行容量。

（3）由于TDD載波上行容量受限，為了增加上行容量，必須在上行配置FDD載波為輔成員載波，由于終端要在FDD載波和TDD載波上同時(shí)發(fā)射上行信號(hào)，增加了終端的功耗，因此終端的復(fù)雜度和成本也會(huì)上升。

如果FDD載波配置為主成員載波，TDD載波配置為輔成員載波，則不存在上述問(wèn)題，因此建議中國(guó)移動(dòng)在開啟LTE FDD&TDD載波聚合功能時(shí)，把FDD載波配置為主成員載波，把TDD載波配置為輔成員載波。

3.2 LTE FDD&TDD業(yè)務(wù)承載建議

中國(guó)移動(dòng)申請(qǐng)到LTE FDD牌照后，在開啟LTE FDD&TDD載波聚合功能時(shí)，F(xiàn)DD載波和TDD載波的上下行資源完全成池，基站可以根據(jù)負(fù)荷、業(yè)務(wù)性質(zhì)等因素靈活地在FDD載波和TDD載波上分配上下行資源，由于LTE FDD&TDD載波聚合是在MAC層實(shí)現(xiàn)的，因此可以實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)的動(dòng)態(tài)資源分配，相比于切換技術(shù)，時(shí)延更低、開銷更小。

TDD載波的下行容量遠(yuǎn)高于上行容量，因此適合承載下行流量較大的業(yè)務(wù)，尤其是RLC AM模式和UM模式的業(yè)務(wù)，如視頻業(yè)務(wù)，建議中國(guó)移動(dòng)的高清娛樂視頻、標(biāo)清娛樂視頻、高清直播等業(yè)務(wù)優(yōu)先由TDD載波承載。

FDD載波的上下行子幀對(duì)稱，適合承載上下行對(duì)稱的業(yè)務(wù)，建議中國(guó)移動(dòng)的VoLTE業(yè)務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)優(yōu)先在FDD載波上承載。

3.3 LTE FDD部署建議

中國(guó)移動(dòng)申請(qǐng)到LTE FDD牌照后，可用的FDD頻率資源有900 MHz頻段和1800 MHz頻段，900 MHz頻段有20 MHz×2共計(jì)40 MHz的帶寬，1800 MHz頻段有25 MHz×2共計(jì)50 MHz的帶寬。900 MHz頻率低、覆蓋范圍廣、穿透能力強(qiáng)，可用于構(gòu)建中國(guó)移動(dòng)的4G主力底層覆蓋網(wǎng)絡(luò)；1800 MHz頻段資源豐富，終端成熟度高，在高流量區(qū)域是TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的重要容量補(bǔ)充手段。

900 MHz LTE FDD部署建議：在城市區(qū)域，GSM網(wǎng)絡(luò)過(guò)覆蓋現(xiàn)象較為嚴(yán)重，如果900 MHz LTE FDD繼承原有的GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，會(huì)造成嚴(yán)重的同頻干擾。因此，900 MHz LTE FDD網(wǎng)絡(luò)不能簡(jiǎn)單繼承原有GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，必須面向目標(biāo)網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)劃，確保網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的合理。在農(nóng)村區(qū)域，應(yīng)在TD-LTE尚未覆蓋的行政村、自然村建設(shè)900 MHz LTE FDD基站，由于900 MHz LTE FDD基站與900 MHz GSM基站覆蓋能力相當(dāng)，900 MHz LTE FDD基站可與900 MHz GSM基站1： 1共址建設(shè)，解決廣覆蓋問(wèn)題。

1800 MHz LTE FDD部署建議：在地鐵、高校、商業(yè)區(qū)等高流量場(chǎng)景，TD-LTE面臨著上行容量受限的問(wèn)題，應(yīng)優(yōu)先部署1800 MHz LTE FDD用于容量補(bǔ)充。1800 MHz LTE FDD與F頻段TD-LTE頻率相近、覆蓋能力相當(dāng)，可與F頻段TD-LTE基站1： 1共址建設(shè)。

3.4 LTE FDD設(shè)備選型建議

中國(guó)移動(dòng)目前已經(jīng)部署了150萬(wàn)個(gè)TD-LTE基站，申請(qǐng)到LTE FDD牌照后，在LTE FDD設(shè)備選型的時(shí)候，面臨著LTE FDD和TD-LTE是同廠家設(shè)備組網(wǎng)還是異廠家設(shè)備混合組網(wǎng)的抉擇。

如果LTE FDD和TD-LTE是異廠家設(shè)備混合組網(wǎng)，則存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）由于LTE FDD基站和TD-LTE基站各自獨(dú)立擁有PHY層、MAC層、RLC層以及RLC層以上的協(xié)議棧，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)LTE FDD&TDD的載波聚合功能。

（2）在切換的過(guò)程中，只能傳遞有限的L1層和L2層的控制信息，會(huì)產(chǎn)生切換時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、切換成功率下降、用戶體驗(yàn)變差等問(wèn)題。

（3）只能基于X2接口或盲的負(fù)載均衡，大量的負(fù)載信息不能傳遞給對(duì)方，制式間的協(xié)同性變差，尤其是在業(yè)務(wù)負(fù)荷較高時(shí)，把業(yè)務(wù)互相扔給對(duì)方，會(huì)產(chǎn)生大量的基于負(fù)荷的切換，導(dǎo)致容量進(jìn)一步降低、用戶體驗(yàn)變差等問(wèn)題。

（4）在負(fù)荷較低時(shí)，LTE FDD和TD-LTE基站也必須同時(shí)發(fā)射信號(hào)，不能有效地降低功耗。

如果LTE FDD和TD-LTE是同廠家設(shè)備組網(wǎng)，則可以實(shí)現(xiàn)LTE FDD&TDD載波聚合功能，充分地利用FDD載波和TDD載波的上下行資源，制式間聯(lián)合小區(qū)關(guān)斷節(jié)能省電，因此建議中國(guó)移動(dòng)LTE FDD設(shè)備和TD-LTE設(shè)備選用同一個(gè)廠家的設(shè)備。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)LTE FDD&TDD載波聚合的基本原理的介紹，建議中國(guó)移動(dòng)在申請(qǐng)到LTE FDD牌照后，積極開展LTE FDD&TDD載波聚合的試點(diǎn)工作，優(yōu)先選擇地鐵、高校、商業(yè)區(qū)等高流量區(qū)域進(jìn)行試點(diǎn)，F(xiàn)DD載波使用1800 MHz頻段，TDD載波使用F頻段或者D頻段，以便在LTE FDD牌照發(fā)放后，中國(guó)移動(dòng)可以更好地發(fā)揮LTE FDD網(wǎng)絡(luò)和TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合優(yōu)勢(shì)，更好地支持中國(guó)移動(dòng)業(yè)務(wù)的發(fā)展。

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