文｜李国清

本文基于大流量、大带宽业务对单用户峰值速率提升方面的要求，对载波聚合、补充上行及双连接等多频段联合传输技术原理及方案部署展开分析。结果表明，不同的多频段联合传输技术适用场景不同，必须在不同技术上下行峰值速率与边缘速率计算结果的基础上，展开定量分析与测试验证，为5G频段间协同提供技术保证。

（一）载波聚合

为提升业务速率，3 GPP引入载波聚合技术（CA），该技术能充分利用运营商非连续频谱资源，通过将数个连续或非连读载波聚合为更大带宽，提升离散频谱利用率，以满足3GPP业务要求；
还能充分利用高低频组合拓展覆盖范围，解决覆盖瓶颈问题。

根据聚合载波频段，可将该技术分成频段内载波聚合和频段间载波聚合，前者又可分为连续载波聚合和非连续载波聚合两种；
后者则是两个或以上频段载波的聚合，射频实现的复杂性更高，对于不同制式的载波聚合，实现过程更为复杂。载波聚合协议架构中各无线承载仅存在1个PDCP和RLC实体以及多个MAC层、物理层分量载波；
在分量载波层面数据具有可独立调度性，单独的分量载波还具备相对独立的HARQ实体、重传进程和Uu接口传输信道。

（二）补充上行

通过大规模MIMO、增加资源等技术保障实现中高频下行覆盖，但上行覆盖因受到终端发生频率的限制，覆盖能力较差。为有效解决上下行覆盖能力不匹配问题，并控制部署成本，在5G系统R15中引入补充上行（SUL），也就是将上行和下行解耦，在部署中高频的过程中引入下行载波，对2个上行载波进行捆绑组合。2个上行频段由1个低频段和1个中高频构成，借助低频段覆盖优势补足中高频上行覆盖的不足，以拓展中高频下行使能，其中的低频段和中高频段的使用范围均限于同一系统内。

（三）双连接

双连接是UE使用2个非理想回传链路连接的网络节点，包括主节点和辅节点。无线接入技术双连接是系列双连接配置选项的统称，其与载波聚合和补充上行等技术相比，最大的优势在于既支持相同系统间的协同，也支持不同系统间的协同。

将5G通信双连接网络抽象处理后，对移动基站通信链路实施分布式控制，并提供切换基站列表。具体而言，先将5G通信网络抽象为基站、网关、用户、中继节点，借助用户终端所连接的辅助基站实现切换管理，实现基站间接口和相邻基站的交互；
通过RTTM机制完成业务度量，获取基站负载信息。

（一）载波聚合

（1）不共用基带板

终端PUCCH仅在PCell上传输，考虑到辅载波下行数据确认信息必须通过主载波发送，两载波基带单元间存在较高的传输时延，进而引起性能增益损失。在进行共站部署的过程中，若X2为零时延，DL峰值可达到39.65Mbit/s；
若X2时延为8ms，则DL峰值为27.91Mbit/s，性能增益降幅为30%，存在较为严重的损失，网络频谱效率不高。

针对以上性能增益损失，可采取两种方式缓解或规避。一是通过CRAN部署，即将数个通过光纤直接连接的BBU放置于同一机房，5G基站之间采用类似4G的X2接口连接，以降低BBU之间传输时延，缓解性能增益损失。但CRAN边界处的性能增益损失缓解效果较差。二是通过多套PUCCH降低跨BBU载波聚合对Xn时延的要求，即无须经过Xn，仅通过辅载波PUCCH实现对HARQ确认信息的反馈，进而放松对Xn时延的相关要求。

（2）不共用天面

在RRU射频单元或AAU射频天线一体化载波单元不共用的情况下，终端到达不同小区天面的时间必定存在差异。对于n41+n28UL CA而言，因覆盖性能较高，故终端至700MHz基站的距离远大于终端至2.6GHz基站的距离，终端至700MHz基站的时间提前量显然大于终端至2.6GHz基站的时间。这种上行数据到达基站时刻不同的情况下，必然存在上行符号干扰，载波聚合终端主要通过在不同服务小区设置独立TA值，以避免因上行数据到达基站时刻不同而引发的符号干扰。

（二）补充上行

该传输技术也适合理想回传场景部署。在NUL和SUL载波不共用RRU/AAU的情况下，终端至载波天面存在时间差，但3GPP仅定义了1个SUL载波共用NUL的TA值。故对于载波间隔15kHz的n83频段，normal CP长度设定为4.6μs；
在LOS场景下覆盖距离偏差范围达到4.6μs×（3×108 m/s）；
而在NLOS场景下，覆盖距离大大缩短，站间距不大的城区场景TA同步易于实现，但站间距较大的郊区场景仍面临时间差。

（三）双连接

该技术对于非理想回传场景下速率提升较为适用。因为载波下行数据HARQ均通过本载波上行进行反馈，对于两载波BBU时延的要求较为宽松；
此外，PDCP层可实现数据流量分流，两载波采用独立调度器，可进行异厂商双连接，这种不依赖供应商频段绑定技术的处理，对多频段联合传输下5G速率性能提升十分有利。但网络维护和优化方面存在较大的协调难度。

当前，较为常见的产业应用场景为Option 3系列，对应的双连接架构为EN-DC，控制面则直接通过LTE e NB接入EPC。在该场景中，承载信令传输主要通过4G基站和4G核心网，承载业务传输则通过4G基站和5G基站，包括注册、鉴权等在内的NAS信令则通过4G基站传递，因5G基站和核心网无法独立传输，故属于非独立组网。

（一）边缘速率

中单载波上行边缘终端功率受限，单发效率较高，UL CA和SUL均在n83或n28上单发，边缘速率可以达到3.5Mbit/s。下行链路因R15和R16具有相同的载波聚合性能，但载波边缘位置不同，故无法直接相加。

（二）峰值速率

根据对单载波峰值速率的量化分析可知，上行链路中，R15的UL CA上行峰值为300Mbit/s；
R15 SUL允许在两个上行载波中优选载波传输，最大上行峰值为250Mbit/s。R16 UL CA或SUL具备相同的上行峰值，且上行峰值可达到385Mbit/s，与R15的UL CA和SUL相比，增益效率可提升28%和54%。下行链路中，R15的DL CA和R16具有相同的峰值速率性能，均为2050Mbit/s；
而R15 SUL和R16具备相同的下行性能，下行n41单载波峰值均为1700Mbit/s，将n28添加进SUL下行辅载波中，则载波峰值速率可提升至与DL CA相同水平。

综上所述，为加强多频段协同，提升单用户峰值5G速率性能，采用载波聚合、补充上行和双连接技术是可行方案，但不同传输技术适用场景不同。随着毫米波高频段频谱在现网中的引入，因其与中低频段存在较大的覆盖差异，高低频协同技术将更多应用于非理想回传场景，非理想回传场景中载波聚合和补充上行等多频段协同技术应用的可行性及性能可靠性也将得到进一步测试验证。

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