5GHz频段宽带无线接入系统对话前侦听（LBT）技术研究.pdf

版权声明 本 研究报告 版权属于中国通信标准化协会，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本 研究报告 文字或者观点的，应注明“来源：中国通信标准化协会”。违反上述声明者，本协会将追究其相关法律责任。 I 研 究 报 告 要 点 目前， 5GHz 频段主要部署的为 WLAN 系统。 LTE 作为一种典型的无线接入系统，若满足要求亦可使用。但是，从两种系统的工作机制来看，若 LTE 和 WLAN同时部署该频段，会带来系统间干扰，造成 WLAN 系统或者 LTE 系统吞 吐量的下降。为了解决该问题， 3GPP 已在 Release 13 阶段对 LAA(licensed assistant access)立项并开展研究。 LAA 是通过载波聚合将 WLAN 等使用的免执照频段，例如 5GHz 频段，与现有的授权频段相组合，以便提高容量。设计运行于非授权频段的 LTE 网络的关键点之一是确保其能够在公平友好的基础上和现有的接入技术（比如 WiFi）共存，LBT（ listen before talk）是公认的可以让 LAA 与 WiFi 共存的技术之一，在欧洲以及日本政府都对此有明确的要求。 随着 4G 网络部署的 日益深入，在热点地区使用微站的场景将日益普遍， 5GHz作为 LAA 技术的候选频段之一， LTE 系统与 WLAN 系统的共存问题也将日益凸显，我国也需要提前 考虑并深入 研究两者的 共存问题，以避免部署时可能存在的潜在干扰情况 。 通过研究，本 报告 给出建议，建议 WLAN 和 LAA 在同一频段部署时强制要求开启 LBT 功能，这样才可以保证两者的共存。具体指标要求见研究报告正文。 无线通信 技术工作委员会（ TC5） 频率工作组 （ WG8） 研究单位： 中国移动通信集团公司、国家无线电监测中心、南京爱立信熊猫通信有限公司、华为技术有限公司 、高通无线通信技术 (中国 )有限公司、中兴通讯股份有限公司、大唐电信科技产业集团、诺基亚通信（上海）有限公司、上海贝尔股份有限公司、深圳酷派技术有限公司、中国联合网络通信集团有限公司、中国电信集团公司、中国信息通信研究院（工业和信息化部电信研究院） 项目负责人： 刘婧迪 项目参加人： 方箭、王卫、尹丽艳、高路、周栋、王晓鹿、张力、聂昌、芒戈、郎保真 完成日期： 2017 年 10 月 II 目录 1. 研究背景及意义 . 1 2. 国际上对 LBT 技术指标和管理政策的规定 . 1 2.1. 欧洲 . 1 2.2. 日本 . 3 3. 5GHz 频段宽带无线接入系统引入 LBT 的共存分析 . 3 4. 中国国内引入 LBT 技术的指标建议 . 4 4.1. LAA 设备 . 4 4.2. RLAN 设备 . 4 5. 结论及建议 . 5 6. 附录 . 6 6.1. 附录 1： LAA 系统的部署场景及应用情况 . 6 6.2. 附录 2 . 8 6.3. 附录 3 . 10 7. 参考文献 . 14 1 5GHz 频段宽带无线接入系统对话前侦听（ LBT）技术研究 1. 研究背景 及意义 2012 年 12 月 31 日，工业和信息化部印发了工业和信息化部关于发布5150-5350 兆赫兹频段无线接入系统频率使用相关事宜的通知 (工信部无函 2012 620 号 )，规划将 5150MHz 5350MHz 频率用于无线接入系统，同时发布了工作在该频段的无线接入系统设备的具体技术指标和台站管理规定。 2013年 9 月，工业和信息化部发布了 工业和信息化部关于无线电台站规范化管理若干问题的通知 (工信部无函 2013 157 号 )的通知，规定了 5725 MHz 5850 MHz频段作为宽带无线接入系统使用的要求。 目前， 5GHz 频段主要部署的为 WLAN/RLAN 系统。 LTE 作为一种典型的无线接入系统，若满足要求亦可使用。但是，从两种系统的工作机制来看，若 LTE和 WLAN/RLAN 同时部署该频段，会带来系统间干扰，造成 WLAN/RLAN 系统或者 LTE 系统吞吐量的下降。 为了解决该问题， 3GPP 已在 Release 13 阶 段对 LAA(licensed assistant access)立项并开展研究。 LAA 是通过载波聚合将 WLAN/RLAN 等使用的免执照频段，例如 5GHz 频段，与现有的授权频段相组合，以便提高容量。设计运行于非授权频段的 LTE网络的关键点之一是确保其能够在公平友好的基础上和现有的接入技术（比如WiFi）共存， LBT（ listen before talk）是公认的可以让 LAA 与 WiFi 共存的技术之一，在欧洲以及日本政府都对此有明确的要求。 随着 4G 网络部署的日益深入，在热点地区使用微站的场景将日益普遍，5GHz 作为 LAA 技术的候选频段之一， WAS 系统 间 的共存问题也将日益凸显，提前研究 WAS 系统间的共存问题显得尤为重要。 2. 国际上对 LBT 技术指标和管理政策的规定 2.1. 欧洲 欧洲 5GHz 频段业务现状如图 2.1-1 所示，其相关管理规定可以参见欧盟委员会的决议 6, 7以及 ECC 的决议 8。 2 5150MHz5350MHz5725MHz5470MHz5875MHz5855MHz5925MHzW A S/ R LAN W A S/ R LAN F W A200 MH z 255MHz 150MHzI TS70MHz图 2.1-1: 欧洲 5 GHz频谱业务现状 欧洲管理政策中对 LBT 的具体要求参见表 2.1-1 和表 2.1-2。 表 2.1-1: 欧洲对基于帧设备的 LBT 的指标要求 指标 要求 备注 空闲信道评估 (CCA) 时间 最小 20s 信道占用时间 最小 1 ms, 最大 10 ms 空闲时间 至少为信道占用时间的 5% 固定帧周期 等于信道占用时间 +空闲时间 短的控制信令传输时间 最大占空比为观察时间 50ms 内的 5% 信道占用时间的一部分 CCA 能量检测门限 假设接收机天线增益为 G=0dBi: 如果发射机的 EIRP=23dBm 检测门限 -73 dBm/MHz 其他情况下 (不同发射功率等级 , PH) 检测门限 = -73(dBm/MHz) + 23(dBm) PH(dBm) 适用于 WAS/RLAN 表 2.1-2: 欧洲对基于负载的设备的 LBT 的指标要求 指标 要求 备注 空闲信道评估 (CCA) 时间 最小 20s 扩展 CCA 中的空闲时隙数N N 从 1 到 q 随机选择 , q=432 信道占用时间 = (13/32) q ms 空闲时间 至少是 CCA 时间的 N 倍 短的控制信令传输时间 最大占空比为观察时间 50ms 内的 5% 信道占用时间的一部分 CCA 能量检测门限 假设接收机天线增益为 G=0dBi: 如果发射机的 EIRP=23dBm 检测门限 -73 dBm/MHz 其他情况下 (不同发射功率等级 , PH) 检测门限 = -73(dBm/MHz) + 23(dBm) PH(dBm) 适用于 WAS/RLAN 3 2.2. 日本 日本政府将如下 5GHz 频段的频谱用于 RLAN： - 5150 MHz 5250 MHz; - 5250 MHz 5350 MHz; - 5470 MHz 5725 MHz. 下表总结了日本在 5GHz 频段上管理政策的要求，其中需要强调的是，日本对于 RLAN 设备的最大信道占用时间的要求是小于 4 ms。 表 2.2-1:日本 5GHz 频段管理 政策要求 频段 5.15 GHz 5.25 GHz 5.25 GHz 5.35 GHz 5.47 GHz 5.725 GHz 室内 /室外 室内 室内和室外 信道带宽 20/40/80/160 MHz 调制方式 20/40/80/160 MHz OFDM 最大输出功率 20/40/80/160 MHz 10/5/2.5/1.25 mW/MHz 最大天线增益 无要求 最大 e.i.r.p 20/40/80/160 MHz 10/5/2.5/1.25 mW/MHz 50/25/12.5/6.25 mW/MHz 载波侦听 20/40/80/160 MHz 要求 最大信道占用时间 4 ms DFS, TPC (注 1) 不要求 要求 (只对控制类型的终端有要求 ) 注 1: DFS（ Dynamic Frequency Selection，动态频率选择 ） , TPC（ Transmitter Power Control，发射功率控制 ） 3. 5GHz 频段宽带无线接入系统引入 LBT的共存分析 LBT 过程作为一种 设备工作之前对信道 是否 被占用 的一种评估手段 ，被认为 是在非授权频谱合理 、 友好 地 进行 共存 操作 的 一个重要 的特性 。欧洲和日本的管理规定在非授权频段要强制采用 LBT 的使用。 3GPP 也对在非授权频段上的系统引入 LBT 的必要性做了相关评估工作，详情可参见 1。通过评估， 3GPP 认为 使用 对话前侦听 Listen-Before-Talk (LBT) 过程对于在非授权频段 工作的诸如 WLAN、 LAA 等无线宽带系统， 与其他运营者和技术的共存是非常重要的。 4 4. 中国国内引入 LBT 技术的指标建议 4.1. LAA 设备 考虑到 3GPP 已经对在非授权频段引入 LBT 做过了详实的分析，也被各个区域组织和国家广泛认可。同时考虑到我国在 5GHz 频段上的 系统也具有国际化的特点，因此建议我国延续 3GPP 对非授权频段 LBT 指标的要求，具体如下： 工作在 5GHz 频段的 LAA 基站侧 设备需具有至少 90%检测正确概率的检测能力，且满足如下射频指标要求 3： 表 4.1-1: BS LBT 指 标 建 议 指 标 单 位 值 LBT 测量带宽 MHz 10, 20 能量 检测门 限 dBm/20MHz dBm/10MHz -72 -75 最大信道占用 时间 ms 8 工作在 5GHz 频段的 LAA UE 侧设备， 需具有至少 90%检测正确概率的检测能力，且满足如下射频指标要求 9： 表 4.1-2: UE LBT 指 标 建 议 指 标 单 位 值 LBT 测量带宽 MHz 20 10 能量 检测门 限 dBm/BW -72 -75 最大信道占用 时间 微秒 25 4.2. RLAN 设备 对于 RLAN 设备，建议满足 ETSI5对其检测过程的规定，对于检测门限详细建议如下： 对于基于帧结构的设备，能量检测门限如下，其中， PH 为最大发射功率： For PH 13 dBm: TL = -75 dBm/MHz For 13 dBm PH 23 dBm: TL = -85 dBm/MHz + (23 dBm - PH) (4-1) For PH 23 dBm; TL = -85 dBm/MHz 对于基于负载的设备，能量检测门限如下： 1） :对 于遵从 IEEE 802.11-2016 10的 17、 19 或者 和 21 条款的 工作在 5GHz5 频段上的 RLAN 设备， 其能量检测门限如下 : TL = -75 dBm/MHz (4-2) 2） :对于至少有一种模式不符合 1）的设备，其能量检测门限如下，其中，PH 为 最大发射功率： For PH 13 dBm: TL = -75 dBm/MHz For 13 dBm PH 23 dBm: TL = -85 dBm/MHz + (23 dBm - PH) (4-3) For PH 23 dBm; TL = -85 dBm/MHz 5. 结论及建议 建议我国借鉴 3GPP 和 ETSI 对 LAA LBT 和 RLAN 指标的要求，具体如下： 工作在 5GHz 频段的 LAA 基站侧 设备需具有至少 90%检测正确概率的检测能力，且满足如下射频指标要求 3： 表 5-1: BS LBT 指 标 建 议 指 标 单 位 值 LBT 测量带宽 MHz 10, 20 能量 检测门 限 dBm/20MHz dBm/10MHz -72 -75 最大信道占用 时间 ms 8 工作在 5GHz 频段的 LAA UE 侧设备， 需具有至少 90%检测正确概率的检测能力，且满足如下射频指标要求 9： 表 5-2: UE LBT 指 标 建 议 指 标 单 位 值 LBT 测量带宽 MHz 20 10 能量 检测门 限 dBm/BW -72 -75 最大信道占用 时间 microseconds 25 对于 RLAN 设 备，建议满足 ETSI5对其检测过程的规定，对于检测门限详细建议如下： 对于基于帧结构的设备，能量检测门限如下，其中， PH 为最大发射功率： For PH 13 dBm: TL = -75 dBm/MHz For 13 dBm PH 23 dBm: TL = -85 dBm/MHz + (23 dBm - PH) (5-1) For PH 23 dBm; TL = -85 dBm/MHz 6 对于基于负载的设备，能量检测门限如下： 1） :对 于遵从 IEEE 802.11-2016 10的 17、 19 或者 和 21 条款的 工作在 5GHz频段上的 RLAN 设备， 其能量检测门限如下，其中， PH 为最大发射功率 : TL = -75 dBm/MHz (5-2) 2） :对于至少有一种模式不符合 1）的设备，其能量检测门限如下，其中，PH 为最大发射功率： For PH 13 dBm: TL = -75 dBm/MHz For 13 dBm PH 23 dBm: TL = -85 dBm/MHz + (23 dBm - PH) (5-3) For PH 23 dBm; TL = -85 dBm/MHz 上述研究和正在 ITU-R WRC-19 框架下进行的 1.16 和 9.1.5 议题相关，可能会修订 WRC-12 229 决议，从而影响我国的相关管理规定。 6. 附录 6.1. 附录 1： LAA 系统的部署场景及应用情况 LAA 系统的部署场景 3GPP 对 LAA下行 操作的规范是在 2015 年底完成，性能要求的设置在 3GPP正在进行。 LAA 标准的下行版包括 至少一个授权频段的 载波的和 最多 4 个被聚合的 非授权频段的 载波的聚合。未来将 会根据无线运营商的不同需求考虑更多的组合。 2016 年， LAA 的增强工作主要开展在非授权频谱的上行操作上。相应的规范在 2016 年 9 月完成，特性要求的增强将在 2017 年 3 月完成 LAA 目标在载波聚合工作上， 其中 1 个或多个低功率 Scell 工作在非授权频谱上。 LAA 的部署场景包括有或没有的宏覆盖 ， 既有室外又有室内的 Small cell部署，而且包括在授权频谱和非授权载波间的共站和非共站（有理想的回传）。附 图 1-1 表示 LAA 的部署场景，在这个场景下， 授权频谱 载波和多个非授权 频谱 载波可以为 1个或多个。 尽管 Small cell间的回传可以是理想的或者非理想的，非授权 SMALL CELL 的运营商通过理想回传与许可小区载波聚合。在 SAMLL CELL 授权与非授权频段上的载波聚合场景下，宏小区与 SMALL CELL 的回传可以使理想的或非理想的。