載波聚合技術(shù)的研究

黃欣榮

（南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210046）

1引言。

從LTE到LTE-Advanced系統(tǒng)的演進(jìn)過(guò)程中，更寬頻譜的需求將確實(shí)是影響演進(jìn)的最重要因素，為此3GPP中提出了載波聚合技術(shù)。它可以很好地將多個(gè)載波聚合成一個(gè)更寬的頻譜，同時(shí)也可以把一些不連續(xù)的頻譜碎片聚合到一起。載波聚合技術(shù)還能很好地滿(mǎn)足LTE和LTE-Advanced系統(tǒng)頻譜兼容性的要求，可以重復(fù)使用 LTE Rel-8的解決方案，這樣不僅能加速標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，而且能夠最大限度的利用現(xiàn)有的LTE裝置。

2載波聚合方式。多載波聚合分為連續(xù)載波聚合和非連續(xù)載波聚合。非連續(xù)載波聚合也叫頻譜聚合。它很難用一個(gè)RF接收機(jī)和一次FFT就支持不同頻帶，所以UE有多個(gè)RF接收機(jī)和多次FFT。非連續(xù)載波聚合的可行性很大程度上依賴(lài)于頻譜的位置和大小，建議的方法是在RANI中對(duì)連續(xù)和非連續(xù)聚合采用不可知結(jié)構(gòu)，在RAN4中定義可能的非連續(xù)操作。連續(xù)載波聚合可以簡(jiǎn)化e-NedeB和UE的配置，UE有一個(gè)RF接收機(jī)和一次FFT。與不連續(xù)的載波聚合相比，連續(xù)的載波聚合可以提供很簡(jiǎn)單的后向兼容性和較小的標(biāo)準(zhǔn)化方面的改動(dòng)。

3傳輸塊映射。為了支持載波的聚合，傳輸塊在聚合后在載波上的映射也將是載波聚合技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。單一的數(shù)據(jù)流需要在一些節(jié)點(diǎn)上被分到不同的載波上，需要考慮載波聚合是在物理層還是MAC層進(jìn)行。

（1）如果在MAC層聚合，則每個(gè)參與聚合的載波都傳輸獨(dú)立的傳輸塊，這樣每個(gè)載波需要獨(dú)立的進(jìn)行各種物理過(guò)程，如調(diào)度、鏈路自適應(yīng)、MIMO秩自適應(yīng)和HARQ操作。單一的數(shù)據(jù)流在某些點(diǎn)上被分到不同的載波上，載波上數(shù)據(jù)流的聚合是在MAC層完成的。其中，每個(gè)載波都是獨(dú)立設(shè)計(jì)的，對(duì)MAC層和RLC層的改動(dòng)也小，每個(gè)載波的處理復(fù)雜度較低。

（2）如果在物理層聚合，則可以將多個(gè)載波都包括在一個(gè)大的傳輸塊中，并可以對(duì)多個(gè)載波進(jìn)行統(tǒng)一的物理過(guò)程，如調(diào)度、MIMO秩自適應(yīng)。鏈路自適應(yīng)和HARQ操作。每個(gè)載波的物理層結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行一些重新設(shè)計(jì)，這樣可能會(huì)影響數(shù)據(jù)流到MAC層的時(shí)間，對(duì)MAC層和RLC層也有一定的影響，需要考慮對(duì)兼容性的影響。

4控制信道設(shè)計(jì)

控制信道的設(shè)計(jì)是LTE-Advanced系統(tǒng)的一個(gè)重要部分。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要考慮到系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度以及與系統(tǒng)的前后向兼容等因素，它的設(shè)計(jì)模式優(yōu)劣會(huì)直接影響到載波聚合技術(shù)在LTE-Advanced系統(tǒng)中的應(yīng)用。在相關(guān)文獻(xiàn)中，愛(ài)立信和摩托羅拉提出了幾種可選的控制信道設(shè)計(jì)模式：

（1）獨(dú)立控制信道設(shè)計(jì)模式，每個(gè)控制信道跟對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信道在同一個(gè)載波上，圖中不同的顏色代表不同載波的控制信道，信道中控制信息采用獨(dú)立編碼的方式，只能控制對(duì)應(yīng)載波上的數(shù)據(jù)流的傳輸。

（2）控制信道橫跨聚合后的全部帶寬，通過(guò)聯(lián)合編碼的方式對(duì)所有載波的信息進(jìn)行統(tǒng)一聯(lián)合編碼，聯(lián)合編碼后的信息分布在所有的載波上傳輸。

5調(diào)度結(jié)構(gòu)

載波聚合技術(shù)可以將多個(gè)載波聯(lián)合起來(lái)使用，同時(shí)也能將用戶(hù)在多個(gè)載波上進(jìn)行調(diào)度。好的調(diào)度算法可以有效地提高系統(tǒng)吞吐量，減少傳輸時(shí)延。多載波調(diào)度問(wèn)題既是載波聚合技術(shù)在LTE-Advanced系統(tǒng)應(yīng)用的一個(gè)挑戰(zhàn)也是提高系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。本文主要介紹載波聚合在LTE平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)的調(diào)度器的設(shè)計(jì)。在單個(gè)載波的情況下，系統(tǒng)的調(diào)度器使用原平臺(tái)中傳統(tǒng)的OFDMA系統(tǒng)的多載波調(diào)度。在聚合后兩個(gè)載波的情況下，我們可以根據(jù)在調(diào)度器輸入端用戶(hù)隊(duì)列的情況分為兩類(lèi)：聯(lián)合隊(duì)列調(diào)度和獨(dú)立隊(duì)列調(diào)度。

（1）聯(lián)合隊(duì)列聯(lián)合調(diào)度。在聯(lián)合隊(duì)列調(diào)度結(jié)構(gòu)中，由于業(yè)務(wù)可以在多個(gè)載波上同時(shí)進(jìn)行傳輸，因此只需要一個(gè)調(diào)度器。一級(jí)調(diào)度器的功能：把收到的所有用戶(hù)的IP包根據(jù)用戶(hù)包的隊(duì)列長(zhǎng)度和所處的信道狀態(tài)映射到組合載波中的資源塊RB。在聯(lián)合隊(duì)列調(diào)度中，用戶(hù)信息在多個(gè)載波間是相互聯(lián)系的，調(diào)度器對(duì)各個(gè)頻帶上的無(wú)線資源進(jìn)行統(tǒng)一的管理和優(yōu)化，提高了資源的利用率。同時(shí)還可以帶來(lái)更大多用戶(hù)間的分集增益，更好地提高載波間的頻率選擇性增益，從而提高系統(tǒng)的吞吐量，保證了用戶(hù)間的公平性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（2）獨(dú)立隊(duì)列獨(dú)立調(diào)度。獨(dú)立隊(duì)列調(diào)度器包括兩級(jí)調(diào)度器，一級(jí)調(diào)度器和二級(jí)調(diào)度器。其中一級(jí)調(diào)度器功能：當(dāng)去往移動(dòng)臺(tái)的業(yè)務(wù)包到達(dá)基站時(shí)，調(diào)度器為該業(yè)務(wù)包選擇傳輸?shù)念l帶。一級(jí)調(diào)度器以用戶(hù)在不同載波上的數(shù)據(jù)隊(duì)列長(zhǎng)度為業(yè)務(wù)包的分配準(zhǔn)則。二級(jí)調(diào)度器功能：把收到的不同用戶(hù)待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)映射到資源塊RB上。二級(jí)調(diào)度器根據(jù)用戶(hù)瞬時(shí)隊(duì)列長(zhǎng)度和所處的瞬時(shí)信道狀況來(lái)分配RB。與單頻帶系統(tǒng)相比，增加了一個(gè)業(yè)務(wù)包調(diào)度器。

6載波聚合技術(shù)待解決的問(wèn)題

與物理層/MAC層/RLC層的飛速進(jìn)展相比，LTE-Advanced系統(tǒng)在載波聚合控制信道的研究工作進(jìn)展較慢，合理的設(shè)計(jì)聚合載波的控制信道和信令，特別是聚合后多載波CQI反饋問(wèn)題，同時(shí)降低開(kāi)銷(xiāo)是控制信道設(shè)計(jì)中需要解決的重要問(wèn)題。相鄰小區(qū)要通過(guò)廣播或者特定信號(hào)通知用戶(hù)終端本小區(qū)的剩余頻率資源和載波配置情況，只有在相鄰小區(qū)有足夠頻率資源的前提下，用戶(hù)終端才進(jìn)行切換，因此，采用多載波聚合技術(shù)，LTEAdvanced系統(tǒng)需要解決切換機(jī)制及相應(yīng)的資源分配等問(wèn)題。

為了保證小區(qū)覆蓋和良好的系統(tǒng)性能，LTE-Advanced系統(tǒng)需要聚合不同頻段的載波。如果聚合高頻載波和低頻載波，LTE-A系統(tǒng)需要考慮到不同頻段的無(wú)線電波的傳播特性和覆蓋能力以及跨頻段載波調(diào)度和相關(guān)的功率控制等問(wèn)題，除此之外，LTE-Advanced系統(tǒng)還需要解決用戶(hù)終端的空閑資源搜索和耗電等問(wèn)題。

[1]沈嘉，索士強(qiáng)，全海洋.3GPP長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2008

[2]曹亙，張欣，鄭瑞明.LTE-Advanced系統(tǒng)中的多載波聚合技術(shù) [J].現(xiàn)代電信科技，2009,2(39):48～51

[3]沈嘉.LTE-Advanced關(guān)鍵技術(shù)演進(jìn)趨勢(shì)[J].移動(dòng)通信，2009,8:56～58