上行64QAM技术在LTE现网中的应用研究

——————————收稿日期：2018-03-220引言LTE 中上行物理层流程会经过加扰、调制、传输预编码、RE 映射、SC-FDMA 信号产生等过程，其中调制是处理中的一项重要环节。

为了缓解上行容量受限的问题，3GPP R12版本在调制方面启用上行64QAM 调制技术作为LTE 上行链路增强方案。

上行64QAM 高阶调制技术，能够将速率最高提升50%，解决新业务对更高速率要求所致的瓶颈问题，保持在无线蜂窝网络中的高质量服务。

下文针对上行64QAM 相关技术进行了详细的研究与分析。

1上行64QAM 技术研究1.1上行64QAM 基本原理调制与解调是通信系统中非常重要的模块，QAM 调制实际上是幅度调制和相位调制的组合。

相位和幅度状态定义了一个数字或数字组合。

对于MQAM 调制，比特流经过信道编码，信号会被分为I 和Q 两路，且I 和Q 两路信号正交。

当M 取值不同时，I 路和Q 路各承载M 比特的数据。

a ）当M =16时，I 路和Q 路各2bit 数据，这2bit 数据一共有4种不同幅度的电平，I 和Q 一共有共16种组上行64QAM 技术在LTE 现网中的应用研究Research on Application of Uplink64QAM Technology in LTE Network关键词：LTE；64QAM；终端能力；上行速率；移动性能doi ：10.12045/j.issn.1007-3043.2018.05.008中图分类号：TN929.5文献标识码：A文章编号：1007-3043（2018）05-0030-04摘要：作为一项LTE 上行链路增强方案，3GPP R12版本启用了上行64QAM 技术。

相比于上行16QAM 技术，上行64QAM 技术理论上能够使LTE 上行速率提高50%。

针对上行64QAM 技术，首先从上行64QAM 基本原理、网络及终端能力指示、上行64QAM 开启条件等方面进行了相关研究。

随后对上行64QAM 技术在LTE 网络中的定点速率、移动性能和覆盖性能做了详细的分析。

最后给出了相关研究和分析结论。

Abstract ：As an LTE uplink enhanced scheme，3GPP release 12enables uplink 64QAM pared with uplink 16QAM tech-nology，uplink 64QAM technology can increase the uplink rate of LTE by 50%theoretically.In view of uplink 64QAM technolo-gy，it first studies the basic principles of uplink 64QAM，the indication of network and terminal capability，and the threshold of uplink 64QAM.Then it analyzes uplink rate，mobile and coverage performance of uplink 64QAM in LTE in detail.At last，it gives the related research and analysis conclusions .Keywords ：LTE；64QAM；UE capability；Uplink rate；Mobility performance高谦，许珺，李佳俊，李轶群（中国联通网络技术研究院，北京100048）Gao Qian ，Xu Jun ，Li Jiajun ，Li Yiqun （China Unicom Network Technology Research Institute ，Beijing 100048，China ）引用格式：高谦，许珺，李佳俊，等.上行64QAM 技术在LTE 现网中的应用研究［J］.邮电设计技术，2018（5）：30-33.合状态，因此可以形成16QAM的星座图。

b）当M=64时，I路和Q路各3bit数据，这3bit数据一共有8种不同幅度的电平，I和Q一共有共64种组合状态，因此可以形成64QAM的星座图。

因此，上行64QAM相比上行16QAM理论上最高可以提升50%的速率。

1.2上行64QAM能力指示上行64QAM调试方式是对上行调制方式的增强。

该特性可以在信道质量较好的前提下进一步提升上行的传输频谱效率，提高上行小区吞吐量、提升用户感知。

但是开启上行64QAM的前提就是，网络和终端的能力支持上行64QAM。

1.2.1网络上行64QAM能力指示当需要网络设备支持上行64QAM功能时，往往仅需在网络侧根据不同厂家设备配置相关参数开启该项功能即可。

当开启上行64QAM功能后，网络会下发信令提示终端网络对于64QAM的支持情况。

上行64QAM网络支持情况主要存在SIB2信令中，SIB2信令中包含公共无线资源配置信息，如上行RACH、PUCCH、PUSCH、SRS资源分配与调度，上行功率控制信息等。

在PUSCH配置信息中存在一个en⁃able64QAM消息，其表示上行PUSCH是否使用64QAM 调制方式。

若当前参数设置为TRUE，表示网络侧上行支持64QAM功能。

1.2.2终端上行64QAM能力指示根据3GPP的规定，支持64QAM调制方式的终端目前有Category5/8/13/14，当现网中的终端支持上行64QAM功能时，终端会向网络上报自己的能力。

如图1所示，UE在初始网络注册时，核心网控制节点MME会查找终端能力，若网络没有存储该UE能力，则会通过eNB通知UE查询相应UE能力信息；UE 通过RRC信令上报UE能力，eNB在接收到UE Capa⁃bility Info后，将相应信息转发至核心网侧，由核心网进行存储；eNB侧则会在UE释放连接的同时，释放UE Capability Info。

1.3上行64QAM开启条件LTE系统上行链路采用自适应的编码方式，也就是根据无线环境因素、传输块大小等由调度算法来选择合适的调制方式。

上行64QAM技术，从星座图上可以看到有64种不同的幅度与相位组合，因此其判决条件相对苛刻要求判决门限相对精准，对无线环境提出更高的要求。

LTE网络中与调制方式选取直接相关的参数为MCS，MCS取值与调制方式的选择如表1所示。

如果LTE网络支持上行64QAM时，当MCS的值大于等于21时，网络才可能采用64QAM进行调度。

因此，MCS≥21是上行64QAM启动的必要条件。

LTE调度算法是在每个TTI内，根据无线环境质量、传输块大小、终端能力等为UE分配无线资源，而MCS可以直接映射无线环境的好坏。

因此，当网络覆盖MCS处于［21，28］的比例越高，上行64QAM带来的增益就越大。

LTE现网中测试时，通常采取更易于测量的RSRP 和SINR作为参考指标对相关性能进行了研究。

测量点与RSRP和SINR对应关系如表2所示。

2上行64QAM性能为了评估上行64QAM技术在LTE现网中的性能，本文从定点速率、移动性能和覆盖性能3个方面进行研究。

测试场景为开启上行64QAM功能的中国联通LTE FDD现网，频段为Band3，带宽为20MHz，基站侧功率2×20W，Pa/Pb=0/1。

表1MCS取值与调制方式选择表2测量点与RSRP和SINR对应关系图1支持上行64QAM的UE能力上报内容2.1定点速率定点速率场景主要有宏站和室分。

外场测试中将支持上行64QAM 终端功能打开，然后满载上传文件测试上行速率2min ，并求平均值。

随后关闭上行64QAM 功能，进行同样的操作。

开启和关闭上行64QAM 的吞吐率如图2所示，开启上行64QAM 功能相对关闭时的增益如表3所示。

从图2和表3可以发现，宏站和室分测试的上行为了研究相对理论值下降的原因，这里对现网宏站和室分测试场景的RSRP 值、SINR 、调制方式激活比和RB 利用率进行了统计分析，如表4所示。

从RSRP 和SINR 来看，信号点都是极好点；从调制方式激活比来看，开启或者关闭64QAM 时，64QAM 和16QAM 的激活比能达到99%以上。

因此从RSRP 和调制方式激活比来看，这2个因素对速率影响不大。

从RB 利用率来看，不管是否开启64QAM ，RB 利用率都只有93%左右，相对不高，因此这是影响速率的主要因素。

影响RB 利用率的因素有很多，如现网上行用户、厂家调度算法等。

上行用户都会和测试终端争夺资源、厂家调度算法会预留一定资源给其他信道。

总体来看，定点速率虽然相对理论值有一定的下降，但是增益效果还是比较明显的。

2.2移动性能移动场景主要有宏站和室分2个场景。

宏站下选取了4个开启64QAM 功能的小区，测试过程中行车速度大概为40km/h ，在4个小区线路上行驶测量；室分场景下选取了1个开启上行64QAM 功能的小区，步行移动测量。

移动场景下，测试过程采用了共天线的设置，这样2部终端会共享资源从而保证测试环境的一致性。

移动场景下开启和关闭上行64QAM 吞吐率如图3所示，开启上行64QAM 相对关闭时的增益如表5所示。

从速率来看，由于采用共天线，资源被分享导致速率都不是很高；从速率增益来看，室分46.74%的增益相对于宏站的23.6%增益要好很多。

为了分析宏站场景相对室分场景效果差的原因，这里分析了RSRP 、SINR 和调制方式激活比、RB 利用率等内容，如表6所示。

从宏站移动性来看，测试过程中由于存在小区切换，从调制方式的激活比来看，开启64QAM 时64QAM 的激活比能达到96%以上，同时也会存在一定量QPSK 和16QAM 的激活比，这是在移动过程中，在小区边缘时信号相对较差调制方式会随之改变。

且SINR图2上行定点场景开启与关闭64QAM 吞吐率图3移动场景上行64QAM 与16QAM 速率表3上行定点场景下开启64QAM 相对关闭时的增益表5移动场景下上行64QAM 相对16QAM 增益表4开启/关闭64QAM 参数统计表6开启/关闭64QAM 参数统计均值为18左右，相对不高，所以增益会有所下降，只有23.6%。

从室分移动性能来看，由于只有一个基站，而且室内空间不是很大，一般不会进入小区边缘导致信号不好，64QAM的激活比也能达到99%以上。

所以从RSRP和SINR来看基本都是极好点，所以测试的增益相比宏站要好很多。

2.3覆盖性能为了研究上行64QAM何时能够启动，本节对覆盖性能进行了研究。

在宏站移动场景的研究过程中，当测量终端从近点移动到小区边缘和从小区边缘移动到近点时由于信号的不稳定肯定会发生调制方式的切换。