關鍵技術六：LTE-A LAA 及 LWA 聯合互操作 | 帶你讀《5G UDN（超密集網絡）技術詳解》之十五

第 2 章 LTE 微蜂窩和小小區技術

2.3.6　LTE-A DC 雙連接配接

2.3.7　LTE-A LAA 及 LWA 聯合互操作

LTE Rel-8/9 和 LTE-A Rel-10/11/12 這些早中期版本，都聚焦在 LTE 系統自身技術的演進。但随着 3GPP 技術市場陣營和 IEEE 技術市場陣營各自 勢力的此消彼長（注：IEEE 陣營曾寄予厚望的 WiMAX 系統逐漸被蜂窩移動市 場所淘汰），在 LTE-A Rel-13，3GPP 利益集團開始動手搶占原本屬于 IEEE 利益集團的市場和應用優勢地盤，如利用非授權載波通信、區域網路 WLAN 熱點 部署等。為了減小風險，順應蜂窩發展的趨勢潮流，IEEE 利益集團的廠家也開 始積極地向 3GPP 靠近和主動融合，以重謀未來的生存發展空間。

随着 LTE-A 系統在載波聚合技術方面的持續發展，3GPP 協定層面，截 止到 Rel-13，可以支援最多 32 個最大 20Mbit/s 工作帶寬的分量載波之間的 聚合，即最大聚合帶寬為 640Mbit/s，這些分量載波可以屬于同頻段内或異頻 段内，也可能是不連續配置的。在 CA 操作下，所有分量載波之間需要保持良 好的上下行時間同步關系，是以通常都配置在同一個 eNB 基站内，由同一個 MAC 實體進行統一的排程管理。由于異構微蜂窩部署的需要，各個分量載波的 無線覆寫和小區形狀也可以不同，但通常輔服務小區的無線覆寫都要比主服務 小區要小。

盡管 Rel-13 eCA 已為營運商提供了非常靈活的載波聯合配置的手段，但 由于傳統營運商的授權載波資源非常受限（營運商需要花費大量金錢，去競标 購買授權專有頻譜資源，特别是優質的低頻段載波資源），是以授權分量載波 之間的聚合通常個數很有限，且總聚合的工作帶寬很有限，高端營運商們還是 不能達到它們所期望的 UE 峰值速率和系統容量拓展。是以從 Rel-13 開始， LTE-A 系統逐漸能支援以授權載波上配置的 Pcell 為錨點，控制輔助非授權載 波 U-Scell 聚合的技術，即 LTE-A LAA 技術，這可極大地擴充 CA 操作的工 作帶寬（注：5G NR 系統必然也需要支援對應的 NR LAA 技術，且總聚合工 作帶寬會更大）。

LTE-A LAA 技術先經曆了 SID 評估研究階段，主要分析與目前非授權載 波上其他 RAT 系統間的公平性資源競争和共存問題，是否會導緻其他 RAT 系統節點，如 WLAN AP 的服務性能受損。具體場景如：在 5GHz 非授權頻段内 的某非授權載波上，過去可能隻有 WLAN AP 在獨自地部署使用，當 LAA 能 力的 eNB 被部署引入後，必定需要和同載波上的 AP 節點進行無線資源的搶奪 競争，這可能危害 AP 節點的資料傳輸性能，是以 WLAN 廠商陣營和 LAA 廠 商陣營，彼此之間針對産品商業利益的競争一直非常激烈。從某種意義上講， WLAN 類産品的市場地位受到極大沖擊，因為基于 TTI 級精細排程的 LAA 系 統的無線譜效和資料傳輸性能，要比技術上更簡約的 WLAN 系統更好一些；其 次，如果“後來者”LAA 基站節點以某種貪婪惡意的方式，更加“積極地、高 機率地”搶占到非授權載波資源，進而相鄰的 WLAN AP 節點将很難再搶占到 非授權載波資源，那麼它們很難再正常工作。

3GPP 技術陣營和 IEEE 技術陣營經過長期拉鋸式的競争妥協，大家逐漸 達成的公平性競争原則共識為：假設把任何某個 WLAN AP 替換成擁有 LAA 能力 eNB 節點或 UE 之後，它周邊原本其他正常工作的 WLAN AP 節點對無 線載波資源的擷取機率，和無線鍊路資料傳輸性能不能變得更差，不能受到任 何惡意的影響；即，LAA 能力節點要嚴格地遵守 3GPP 規範的空閑信道評估 （CCA，Clear Channel Assessment）資源競争機制，不得非法惡性地去搶占 非授權載波資源，使得其他相鄰 AP 節點性能受影響，甚至無法正常工作。盡 管如此，由于下行 CCA 操作是 eNB 基站内部實作的行為，是以現實中無法排 除上述公平性競争原則被破壞。

LTE-A Rel-13 LAA WID 先進行了 LAA 下行資料傳輸操作的标準化， 隻有 LAA 能力的 eNB 能執行 CCA 操作，搶占和利用非授權載波資源的一段 時隙，進行下行資料的分流傳輸。Rel-14 進一步進行了 LAA 上行資料傳輸操 作的标準化，UE 也需要執行上行的 CCA 操作，并且在 eNB 的傳統方式排程下， 去搶占和利用非授權載波資源的一段時隙，進行上行資料的分流傳輸。Rel-15 又進一步對 LAA 進行了實體層方面的增強，以希望進一步提升對非授權載波 資源的使用率。沿用 CA 操作架構的 LAA 下非授權載波類型，是不同于傳統 FDD 和 TDD 類型的載波，因為它沒有絕對的上下行子幀配置，在任何時間段 内的完整或部分子幀符号，都可能用于下行或者上行的資料排程傳輸。

根據“重用性原則”，LTE-A LAA 技術沿用了 CA 的網絡部署方式和空口 控制面和使用者面架構，非授權載波上配置的 LAA 輔服務小區，總是和授權載 波上部署配置的主服務小區共 eNB 基站（具備 LAA 能力的），或者通過有理想 回程性能的 X2 接口相連。LAA 部署和上下行空口使用者面架構如圖 2-15 所示， 特定的分量載波 CC 可以配置在非授權載波上，它對應着獨立的 U-HARQ 實體， 其具體參數配置可和授權分量載波對應的 HARQ 實體不同。

LAA 技術能使營運商免費地聚合使用更加廣闊充裕的非授權頻段内的載波 資源，但必須嚴格遵守 LBT（Listen before Talk）下 CCA 的公平競争擷取使 用原則，即不能破壞其他同頻工作的無線 RAT 系統，如 WLAN、微波系統、 雷達對相同的非授權載波的正常使用。LAA 是一種相對低成本擴充異構微蜂窩 網絡容量的手段，它不需要在空間域增加新的基站站址和節點，隻需在原 eNB 基站平台之上，增添和非授權載波配套的硬軟體，配置更多的基于非授權載波 的輔服務小區。能聚合的非授權載波資源越多，獲得的潛在系統容量增益就越 大，同時 LAA 也可增強 UE 的峰值速率和平均資料吞吐率。比如，如果在某個 特定實體區域内，某特定非授權載波上的競争節點很少，有 LAA 能力的 eNB 在該非授權載波上配置的輔服務小區，可提供和授權載波 Scell 近乎相似的 CA 操作增益；但反之，若某非授權載波上的競争節點很多，在該非授權載波上配 置的輔服務小區，由于彼此競争将會顯得很擁塞，相應的無線資源難以被搶占 捕獲到，進而無法提供和授權載波 Scell 相似的 CA 操作增益。

LAA 可以和 LTE-A DC 結合在一起聯合使用，但 MeNB 上主服務小區和 SeNB 上主輔服務小區都必須是部署配置在授權載波上的，因為隻有授權載波， 才能提供有品質保證的實體控制信道 PDCCH 和回報傳輸。LAA 技術雖然能低 成本擴容，但并不适合所有的蜂窩移動業務。對于一些 QoS 方面（如傳輸時延、 GBR、健壯性）有特殊要求的蜂窩業務，擁有 LAA 能力的 eNB，需要更加合 理地利用非授權載波資源，以避免業務資料流 QoS 下降，但對于像網頁浏覽、 檔案下載下傳、雲盤備份等盡力服務（Best Effort）類業務，利用非授權載波資源 去傳輸這類業務的資料很适合。

同樣由于營運商授權載波資源有限的緣故，或者出于節省網絡 CAPEX/ OPEX 的需要，除了上述 LAA 擴容技術之外，營運商還希望把網絡内某些資料 業務更合理地分流解除安裝到廣泛部署且成本相對低廉的 WLAN AP 節點上。在過 去和今日，已大規模部署應用的企業級或家庭級的 WLAN 無線寬帶熱點，已顯 示出其強大的市場需求和技術生命力，這正是 IEEE 産業陣營能夠繼續生存發展的重要市場支撐力量，是以即使在後 4G 或 5G 時代，WLAN 系統并不會像 WiMAX 系統那樣被蜂窩市場所輕易淘汰，基于下一代技術的 WLAN AP 節點 仍然是 5G 系統中的重要組成部分，也是構成 5G UDN 的關鍵節點。

由于 WLAN AP 節點的 PHY/MAC 有自己的 RAT 特性和獨特的工作機制， 完全不同于 3GPP 系統基于子幀時序排程的，是以它們無法和 LTE 授權載波之 間，通過 LAA 的方式進行類似的載波聚合（不适合異系統之間），但卻可以通 過 LTE-A DC 的方式，進行跨 RAT 制式的無線資源聚合。這種市場需求催生 了 LTE-A Rel-13 的 LTE/WLAN 異系統緊耦合聚合（LWA，LTE WLAN Aggregation）技術，它是以授權載波上部署的 MeNB 為錨點控制的 WLAN AP 節點聚合技術，采取了類似 LTE-A Rel-12 DC 的雙連接配接架構。

基于 LTE-A DC 架構和工作原理，LWA 技術能使營運商低成本地聚合 使用 WLAN AP 資源，将相當一部分資料流量，在 MeNB 基站的強控制之 下，更合理地分流解除安裝到 WLAN AP 側，于是可以避免過去某些情況下，出現 的 UE 選網不合理、WLAN 資料分流不合理、使用者業務體驗下降等種種弊端。 WLAN AP 節點自然地遵守着“先聽後說”（LBT，Listen before Talk）的 公平競争擷取使用原則，是以不需要像 LAA 系統那樣，專門再去設計 CCA， WLAN AP 側也完全獨立地排程傳輸從 MeNB 側分流來去的 PDCP PDU 數 據包。LWA 也是一種相對低成本擴充異構微蜂窩網絡容量的手段，能聚合的 WLAN AP 節點越多，所獲得的系統容量增益也就越大，同時 LWA 也可以增 強 UE 的峰值速率和平均資料吞吐率。

對于單個 UE，和 LAA 能同時聚合多個非授權載波上配置的輔服務小區不 同，目前 LTE-A LWA 隻能最大同時聚合單個 AP 節點，為了屏蔽掉 WLAN 域内具體的部署和不同 AP 能力配置間的差異，3GPP 用 WLAN 系統側終結 節點（WT，WLAN Termination）來抽象表示被聚合的 WLAN 側節點單元， WT 内部可以有多個 AP，但某時某刻單個 UE 隻能和其中某一個 AP 相連接配接， 進行資料分流傳輸。如果同時使用該 AP 的競争者很少，UE 就能獲得較大的 LWA 操作增益；但反之，如果該 AP 上關聯接入的 UE 競争者很多，将會出現 資源擁塞，進而無法提供充分的 LWA 操作增益。對于一些 QoS 方面（如傳輸 時延、GBR）有特殊要求的蜂窩業務，MeNB 需要更合理地利用 WLAN AP 側 無線資源，以避免業務資料流 QoS 下降，但對于如網頁浏覽、檔案下載下傳、雲盤 備份等盡力服務（Best Effort）類業務，利用 WLAN AP 側資源去傳輸這類數 據也很适合。

LTE-A LWA 沿用了 LTE-A DC 網絡部署方式和空口使用者面架構，具 備 LWA 功能的 WT 子系統，既可以和授權載波上部署的主要錨點 MeNB 同基站内內建實作，也可以通過标準化的 Xw 邏輯接口直連，進行 LWA，通過 這種途徑，WT/AP 廠商便有機會切入到 3GPP 蜂窩移動市場，和 3GPP 傳統 廠商進行裝置的互操作對接，這能為未來商業層面的進一步拓展做準備。如圖 2-16 左邊所示，WT 節點被內建在 eNB 之内（這是 3GPP 系統傳統廠商更喜 歡的方式）；如圖 2-16 右邊所示，WT 和 eNB 之間通過 Xw 邏輯接口直連（這 是 IEEE 廠商更喜歡的方式）。Rel-13 LWA 操作隻能支援對 AM 模式 DRB 進行下行資料分流，eNB 和 UE 可支援兩種新 DRB 類型：Split LWA 承載和 Switched LWA 承載，Split LWA 承載類似于 DC 下的 MCG Split 承載，而 Switched LWA 承載對應着 2C 使用者面分流架構。圖 2-17 描述了 LWA 同站和 異站部署下的空口下行使用者面架構。

其實在 Rel-13 LWA WID 立項之前，Rel-12 先進行了 LTE-A 系統和 WLAN 系統之間以“松耦合方式”進行互操作相關的标準化工作。LWI 的特 征是 LTE 基站可通過空口控制面參數，去間接地控制和影響 UE 對 WLAN AP 目标節點選網的資料分流操作，比如，eNB 可以配置門限參數，決定 UE 在何種無線條件下，才開啟資料分流 / 回流的操作，這樣可避免 UE 盲目和不 合理地進行 WLAN 選網和分流操作。由于 WLAN 廠商陣營并不希望 UE 内 的 WLAN 操作行為，受到 eNB 的直接或間接控制，是以 WLAN 廠商陣營和 LTE 廠商陣營彼此之間沖突凸現，一直延續到後來的 LWA 立項。

在全會達成妥協之後，LTE-A Rel-13 直接進行了 LWA 下行資料分流操作的 WID 标準化，eNB 能夠利用 WT 側資源進行下行資料分流傳輸，同時 引入了 UE 對 WLAN 側節點的 RRM 測量和上報模型，以輔助對 WT 的管控。 Rel-14 又進一步進行了 eLWA 上行資料分流操作的标準化，UE 也能夠利用 WT 側的資源進行上行資料分流傳輸。此外由于 LWA 方案不是基于安全隧道 IPSec 方式的，且需要 WT 中的 AC/AP 節點進行軟體更新，異站部署下還要 支援新的 Xw 邏輯接口，是以 LWA 操作不能支援現網中的遺留 AP。為了滿足 部分營運商也希望聚合利用衆多遺留 AP 的訴求，Rel-14 也同時進行了 LWIP 和 eLWIP 的立項标準化工作。目前基于 5G NR 相關的 LWA 新立項和标準化 工作被低優先級，但未來可能會被引入和标準化。

第十六節：Pre5G概念簡介