LTE后續(xù)演進(jìn)中基于頻譜聚合的協(xié)同通信研究

【摘要】隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，人們對寬帶網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量要求越來越高，要求有大寬帶無線傳輸。而實現(xiàn)這一目標(biāo)的方法有兩個，一個是設(shè)計出頻帶更寬的網(wǎng)絡(luò)單一系統(tǒng)，另一個是進(jìn)行多個系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計。這兩個方法都要使用到頻譜聚合技術(shù)。本文從LTE系統(tǒng)的建設(shè)背景以及建設(shè)現(xiàn)狀說起，探討如何利用頻譜聚合技術(shù)實現(xiàn)協(xié)同通信，以最低成本創(chuàng)造最高商業(yè)效益。

【關(guān)鍵詞】LTE；頻譜聚合；協(xié)同通信；TDD；FDD

隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對寬帶服務(wù)質(zhì)量要求提高了，要求有跟高速率的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，要能實現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的組合。打個比方來說，人們在接受視頻點(diǎn)播服務(wù)時，既能享受在線現(xiàn)場直播功能，同時還能將視頻資料下載到本地觀看。

1.LTE系統(tǒng)建設(shè)背景和建設(shè)現(xiàn)狀

LTE是3G網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，而不是人們誤解的4G網(wǎng)絡(luò)，是3G到4G之間的過渡階段。LTE，Long Term Evolution，長期演進(jìn)，于2004年3GPP多倫多TSG RAN#26會議上正式立項并啟動。該系統(tǒng)運(yùn)用OFDM、MIMO等技術(shù)增加了頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速率，支持多種帶寬分配。支持2G/3G頻段和一些新增頻段，頻譜分配非常靈活，系統(tǒng)容量和覆蓋面也得到顯著提升。LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)扁平化結(jié)構(gòu)簡單，減少了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)復(fù)雜程度降低，這樣也減小了系統(tǒng)時延，降低了系統(tǒng)維護(hù)成本。

作為3GPP近年來最大新技術(shù)研發(fā)項目之一的LTE系統(tǒng)，具有100Mb/s的數(shù)據(jù)下載能力，是3G走向4G的核心技術(shù)。目前，全球移動通信產(chǎn)業(yè)都對LTE系統(tǒng)建設(shè)寄予厚望，以期通過這一技術(shù)增強(qiáng)全球移動通信的持續(xù)發(fā)展力。許多國家重要電信運(yùn)營商已經(jīng)開始利用LTE技術(shù)，比如說：美國的ATT、日本的NTT DoCoMo、英國的沃達(dá)豐等電信運(yùn)營商已經(jīng)決定使用LTE技術(shù)，LTE技術(shù)無疑成為未來全球移動通信業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。在LTE技術(shù)快速發(fā)展的形勢下，中國移動也宣布加入LTE技術(shù)營運(yùn)行列，這是縮短我國通信產(chǎn)業(yè)與國際通信產(chǎn)業(yè)差距的機(jī)會。

2.頻譜聚合與協(xié)同通信

2.1 頻譜聚合現(xiàn)狀

在LTE標(biāo)準(zhǔn)研究啟動之前，移動通信系統(tǒng)就在協(xié)議層中完成了載波聚合，如：TD-SCDMA多載捆綁、GSM-EDGE多載捆綁。TDD連續(xù)頻譜的聚合（TD-SCDMA多載捆綁）有助于提高數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸速率，有助于產(chǎn)生新業(yè)務(wù)模式。在第2代移動通信系統(tǒng)中的FDD連續(xù)頻譜聚合則可以有效提高數(shù)據(jù)傳輸速率。在LTE標(biāo)準(zhǔn)啟動中的移動通信系統(tǒng)頻譜聚合主要有：連續(xù)FDD頻譜聚合、非連續(xù)FDD頻譜聚合、連續(xù)TDD頻譜聚合、非連續(xù)TDD頻譜聚合等。總的來說，這些頻譜聚合都是通過載波聚合方式實現(xiàn)的，其頻譜聚合的目標(biāo)是提高帶寬，提高傳輸速率。

2.2 頻譜聚合發(fā)展趨勢

在未來，頻譜聚合的目標(biāo)依然是提高帶寬和傳輸速率，運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)整合系統(tǒng)內(nèi)的載波，提高傳輸帶寬，或是將連續(xù)載波頻譜與非連續(xù)載波頻譜協(xié)同起來提高傳輸帶寬。

另外一個重要發(fā)展方向就是如何充分利用頻譜資源。為實現(xiàn)大寬帶無線傳輸，設(shè)計基于頻譜聚合的協(xié)同通信方案，提高頻譜利用率，催生新業(yè)務(wù)，擴(kuò)展高端頻譜的適用場景。

2.3 基于頻譜聚合的協(xié)同通信

協(xié)同通信的目的是使得一組具有通信功能的實體通過相互之間的協(xié)調(diào)配合獲得單個實體所不具備的通信功能。而基于頻譜聚合的協(xié)同通信則是指系統(tǒng)之間的協(xié)同通信，在這里，一組具有通信功能的實體指的是具備在單個載波上發(fā)射、接收無線電信號的實體，當(dāng)這些實體來自于不同系統(tǒng)時，協(xié)同通信就是系統(tǒng)之間的協(xié)同通信。

現(xiàn)有無線接入網(wǎng)正處于基站和傳輸部門逐漸融合階段，其中的空中接口終端無法融合，進(jìn)而導(dǎo)致無線接入網(wǎng)空中接口類型多，非常復(fù)雜。而基于頻譜的協(xié)同通信則能充分利用空中接口，實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)、資源共享。實現(xiàn)頻譜聚合的協(xié)同通信又可以分成集中管理/控制和分布式管理/控制。無論是哪種實現(xiàn)方式，首先都必須有無線環(huán)境這一基礎(chǔ)條件。

在處理FDD系統(tǒng)與TDD系統(tǒng)載波聚合上，在TDD頻譜上部署其系統(tǒng)空口，在FDD系統(tǒng)上部署其系統(tǒng)空口，然后在將這兩個系統(tǒng)的空口組合起來進(jìn)行載波聚合，實現(xiàn)協(xié)同通訊。

在空中接口終端處理上，基于頻譜聚合的協(xié)同通信步驟是：在FDD頻譜上部署其空中接口——在TDD頻譜上部署其空中接口——根據(jù)該區(qū)域特定時刻上下行業(yè)務(wù)非對稱比例調(diào)節(jié)TDD系統(tǒng)的無線幀上下行時隙比例——利用TDD空中端口與FDD空中端口并行傳輸方式實現(xiàn)系統(tǒng)與特定裝置的通信。這種協(xié)同通信方案不需要考慮頻譜規(guī)劃問題，也無需對FDD頻譜和TDD頻譜重新規(guī)劃、整治，實施起來非常簡單，能達(dá)到良好效果。既可以靈活選擇合適的方式支持非對稱業(yè)務(wù)和各種突發(fā)業(yè)務(wù)，也能隨著時間空間的變化適應(yīng)非對稱業(yè)務(wù)，還能有效提高頻譜的使用效率和系統(tǒng)容量。

這種基于頻譜聚合的協(xié)同通信有效利用了TDD上下行業(yè)務(wù)能力，提高了其對非對稱業(yè)務(wù)的支持能力，同時規(guī)避了非對稱業(yè)務(wù)估測這一問題，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。而且，該方案還有效利用了TDD系統(tǒng)和FDD系統(tǒng)的優(yōu)勢，規(guī)避了其劣勢，將其空中接口終端多的劣勢轉(zhuǎn)化成優(yōu)勢，實現(xiàn)優(yōu)勢整合、資源共享，兩個系統(tǒng)緊密結(jié)合起來。另外，協(xié)同通信與運(yùn)營商的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)合起來，推動FDD與TDD的共同發(fā)展和TDD產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。在共享資源上，運(yùn)營商往往會盡最大能力降低投資成本，提高網(wǎng)絡(luò)資源共享率，比如說，不同系統(tǒng)共享頻譜、天線、站址等。

3.結(jié)語

在LTE后續(xù)演進(jìn)快速發(fā)展的形勢下，基于頻譜聚合的協(xié)同通信也被提上日程。運(yùn)營商則要正確看待LTE技術(shù)的重要作用，學(xué)會利用先進(jìn)技術(shù)、先進(jìn)設(shè)備實現(xiàn)基于頻譜的協(xié)同通信，有效節(jié)約資源，提高資源利用率，提高系統(tǒng)傳輸速率，催生新的業(yè)務(wù)模式，推動整個通信業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

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