WiMAX系統(tǒng)的載波聚合技術(shù)

許元斌

摘要：采用正交頻分復(fù)用技術(shù)的WiMAX系統(tǒng)，能夠顯著提高頻譜利用率。為了支持更高的數(shù)據(jù)速率，需要擴(kuò)展傳輸帶寬。載波聚合技術(shù)通過(guò)將多個(gè)成員載波連接在一起，能夠提供更大的傳輸帶寬。本文針對(duì)230 MHz的WiMAX系統(tǒng)，在對(duì)頻譜使用情況進(jìn)行測(cè)試的基礎(chǔ)上，采用連續(xù)載波聚合方法，擴(kuò)展傳輸帶寬。相比離散載波聚合方法，連續(xù)載波聚合方法具有更低的系統(tǒng)復(fù)雜度，便于實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：WiMAX ?正交頻分復(fù)用 ?載波聚合

中圖分類號(hào)：TN929.5 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2014）09-0021-03

Abstract： Spectrum efficiency can be significantly improved by using orthogonal frequency division multiplexing technology in WiMAX system. In order to support a higher data rate， transmission bandwidth needs to be extended. Multiple component carriers are connected together by adopting carrier aggregation technology， which can provide wider transmission bandwidth. In this paper， on the basis of testing result on spectrum utilization， continuous carrier aggregation method is used to broaden the transmission bandwidth in 230 MHz WiMAX system. Compared with discrete carrier aggregation method， continuous carrier aggregation method has a lower systematic complexity， which is convenient for application.

Key Words： WiMAX ?orthogonal frequency division multiplexing ?carrier aggregation

1 引言

全球微波接入互操作性（Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX）寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)采用了一系列關(guān)鍵技術(shù)，如正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）、混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（Hybrid Automatic Repeat Request，HARQ）、自適應(yīng)調(diào)制編碼（Adaptive Modulation and Coding，AMC）、多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）、服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）機(jī)制、睡眠模式、切換技術(shù)等等[1]，能夠有效保證通信系統(tǒng)的可靠性。

OFDM技術(shù)抗衰落性能好，且具有頻譜利用率高、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單以及子載波調(diào)度靈活等優(yōu)點(diǎn)[2]。在大傳輸帶寬下使用OFDM技術(shù)，需要引入載波聚合技術(shù)。載波聚合技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方案包括連續(xù)載波聚合、離散載波聚合、對(duì)稱載波聚合和不對(duì)稱載波聚合等方式[3]。相對(duì)于離散載波聚合，連續(xù)載波聚合實(shí)現(xiàn)較為容易，信令開(kāi)銷小，用戶設(shè)備需要檢測(cè)的頻點(diǎn)也較少[4]。因此，本文重點(diǎn)對(duì)230 MHz WiMAX系統(tǒng)的連續(xù)載波聚合進(jìn)行探討。

2 移動(dòng)通信的發(fā)展

移動(dòng)通信是指通信雙方或至少一方處于運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行信息交換的通信方式。用戶可以在任何時(shí)間和地點(diǎn)，快速而可靠地進(jìn)行多種信息交換。隨著用戶對(duì)業(yè)務(wù)多樣性的需求，移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商除了提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)以外，數(shù)據(jù)、視頻等非語(yǔ)音業(yè)務(wù)，同樣也被納入到其服務(wù)范圍。從移動(dòng)通信的發(fā)展歷程，可以體現(xiàn)出業(yè)務(wù)變化的特點(diǎn)。

第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)是模擬蜂窩通信系統(tǒng)，在20世紀(jì)70年代末開(kāi)始進(jìn)入商用化，采用頻分多址（Frequency Division Multiple Access，F(xiàn)DMA）接入方式。由于早期的大區(qū)制的通信系統(tǒng)很快達(dá)到飽和，無(wú)法滿足要求。因此，采用小區(qū)制蜂窩式的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和頻率規(guī)劃，可以擴(kuò)大覆蓋范圍，提升系統(tǒng)容量。在這個(gè)階段，使用最為廣泛的是美國(guó)的先進(jìn)移動(dòng)電話系統(tǒng)（Advanced Mobile Phone System，AMPS）和歐洲的全接入通信系統(tǒng)（Total Access Communication System，TACS）。

第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)是數(shù)字通信系統(tǒng)，在20世紀(jì)90年代開(kāi)始走向商用，具有更大的系統(tǒng)容量和更高的服務(wù)質(zhì)量。這個(gè)階段具有代表性的系統(tǒng)有很多，例如歐洲的全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM（Global System for Mobile Communications）和美國(guó)的IS-95等。GSM和IS-95分別采用時(shí)分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）和碼分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）方式區(qū)分用戶。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)為語(yǔ)音服務(wù)，雙工模式為頻分雙工（Frequency Division Duplexing，F(xiàn)DD）。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)投入運(yùn)營(yíng)之前，出現(xiàn)一些中間過(guò)渡系統(tǒng)，如通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service，GPRS）系統(tǒng)。

第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)具有更高的數(shù)據(jù)速率。國(guó)際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）于2000年確定寬帶碼分多址（Wideband Code Division Multiple Access，W-CDMA）、CDMA2000和時(shí)分同步碼分多址（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，TD-SCDMA）為第三代（The 3rd Generation，3G）移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，三種標(biāo)準(zhǔn)都以 CDMA技術(shù)為多址技術(shù)。在2007年，又增補(bǔ)WiMAX為3G標(biāo)準(zhǔn)。

第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)由3G系統(tǒng)演進(jìn)而來(lái)。針對(duì)W-CDMA和TD-SCDMA系統(tǒng)，第三代合作伙伴計(jì)劃（The 3rd Generation Partnership Project，3GPP）在2004年啟動(dòng)長(zhǎng)期演進(jìn)（Long Term Evolution，LTE）項(xiàng)目。針對(duì)CDMA2000系統(tǒng)，第三代合作伙伴計(jì)劃2（The 3rd Generation Partnership Project 2，3GPP2）于2005年啟動(dòng)空中接口演進(jìn)項(xiàng)目。電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）在2006年啟動(dòng)802.16m研究項(xiàng)目，是對(duì)WiMAX系統(tǒng)的演進(jìn)。在2012年，ITU確定LTE-Advanced和802.16m為第四代（The 4th Generation，4G）移動(dòng)通信國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。OFDM技術(shù)是LTE系統(tǒng)和4G系統(tǒng)物理層的重要技術(shù)，能夠顯著提高新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能。

3 OFDM的基本原理

3.1 OFDM技術(shù)概述

OFDM是一種多載波調(diào)制方式，它的基本原理是將高速數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)串并轉(zhuǎn)換，調(diào)制到傳輸速率比較低的若干個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。由于信道的相干帶寬大于每一個(gè)子信道的信號(hào)帶寬，將每個(gè)子信道看成平坦性衰落。通過(guò)在OFDM符號(hào)之間加入保護(hù)間隔，只要保證無(wú)線信道的最大時(shí)延擴(kuò)展小于保護(hù)間隔，就可以最大限度地消除符號(hào)間干擾（Inter Symbol Interference，ISI）。為了避免插入的空閑保護(hù)間隔在多徑效應(yīng)下造成子載波間干擾（Inter Carrier Interference，ICI），將每個(gè)OFDM符號(hào)尾部的信號(hào)復(fù)制到頭部，形成循環(huán)前綴（Cyclic Prefix，CP）。此外，OFDM系統(tǒng)中各個(gè)子載波是相互正交的，不僅避免子載波之間的相互干擾，而且由于相鄰子載波的頻譜相互重疊，可以大幅度提高頻譜利用率。

3.2 OFDM的參數(shù)選擇

在OFDM系統(tǒng)中，需要確定保護(hù)間隔、符號(hào)周期和子載波的數(shù)量等參數(shù)。對(duì)于這些參數(shù)的選擇，取決于給定信道的帶寬、時(shí)延擴(kuò)展以及所要求的信息傳輸速率，通常按照以下標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定OFDM系統(tǒng)的各參數(shù)：

確定保護(hù)間隔。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，保護(hù)間隔的時(shí)間長(zhǎng)度一般為時(shí)延擴(kuò)展均方根的2到4倍。

選擇符號(hào)周期?？紤]到保護(hù)間隔所帶來(lái)的信息傳輸效率的損失、系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和系統(tǒng)的峰值平均功率比等因素，在實(shí)際系統(tǒng)中通常符號(hào)周期長(zhǎng)度至少是保護(hù)間隔長(zhǎng)度的5倍。

確定子載波的數(shù)量。子載波的數(shù)量可以直接利用-3dB帶寬除以子載波間隔，即通過(guò)去掉保護(hù)間隔之后的符號(hào)周期的倒數(shù)來(lái)得到。另外，利用所要求的比特速率除以每個(gè)子載波上的比特速率也可以確定在子載波的數(shù)量。每個(gè)子載波上傳輸?shù)谋忍芈视烧{(diào)制方式、編碼速率和符號(hào)速率來(lái)確定。

3.3 OFDM的關(guān)鍵技術(shù)

在實(shí)際應(yīng)用中，OFDM系統(tǒng)需要解決同步、峰均比、信道估計(jì)和信道時(shí)變性影響等關(guān)鍵問(wèn)題，具體技術(shù)介紹如下：

同步技術(shù)。同步性能的好壞極大影響OFDM系統(tǒng)性能，OFDM系統(tǒng)的同步包括載波同步、樣值同步與符號(hào)同步三個(gè)方面。與單載波系統(tǒng)相比，OFDM系統(tǒng)對(duì)同步精確度的要求更高，同步偏差會(huì)在OFDM系統(tǒng)中引起ISI和ICI。

峰均比。在時(shí)域中，N路正交子載波信號(hào)的疊加組成OFDM信號(hào)，當(dāng)這N路信號(hào)按相同極性同時(shí)取得最大值時(shí)，將產(chǎn)生最大的峰值。將該峰值信號(hào)的功率與信號(hào)的平均功率之比，稱為峰值平均功率比，簡(jiǎn)稱峰均比（Peak-to-Average Ratio，PAR）。在OFDM系統(tǒng)中，N越大，PAR的值越大。較高的PAR對(duì)發(fā)射機(jī)功率放大器的線性度要求更高，如何降低PAR，對(duì)OFDM系統(tǒng)的性能和成本都有很大影響。

信道估計(jì)。對(duì)于加入循環(huán)前綴的OFDM系統(tǒng)，可以將其等效為若干個(gè)獨(dú)立的并行子信道。在不考慮信道噪聲的情況下，各個(gè)子信道上的發(fā)送信號(hào)與信道頻譜特性的乘積等于每個(gè)子信道上的接收信號(hào)。通過(guò)信道估計(jì)可以得到信道狀態(tài)信息，信道估計(jì)包括導(dǎo)頻輔助信道估計(jì)、盲信道估計(jì)和半盲信道估計(jì)三種類型。

信道時(shí)變性的影響。信道的時(shí)變性能夠引起接收信號(hào)的多普勒擴(kuò)展，使得OFDM信號(hào)的正交性遭到破壞，從而引起子載波之間的干擾，造成系統(tǒng)性能下降。為了抵抗信道性能的下降，傳統(tǒng)方法是采用信道編碼加交織技術(shù)。此外，較新的方法是利用多普勒分集技術(shù)將多普勒擴(kuò)展變害為利，從而提高系統(tǒng)性能。

3.4 OFDM的優(yōu)點(diǎn)

與單載波調(diào)制系統(tǒng)相比，OFDM系統(tǒng)具有頻譜效率高、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、子載波調(diào)度靈活、抗多徑衰落性能好以及均衡簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)：

頻譜效率高。在OFDM系統(tǒng)中，由于各個(gè)子載波之間存在正交性質(zhì)，允許子載波的頻譜相互重疊，可以最大程度地利用頻譜資源。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。OFDM系統(tǒng)可以通過(guò)快速傅里葉逆變換/快速傅里葉變換（Inverse Fast Fourier Transform/Fast Fourier Transform，IFFT/FFT）來(lái)實(shí)現(xiàn)子載波的調(diào)制和解調(diào)，大幅度簡(jiǎn)化了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

子載波調(diào)度靈活。OFDM系統(tǒng)通過(guò)子載波化可以實(shí)現(xiàn)頻域資源的靈活分配，這種分配的靈活性可以帶來(lái)很多好處。OFDM系統(tǒng)通過(guò)調(diào)整子載波的數(shù)量，可以擴(kuò)展帶寬，這是傳統(tǒng)單載波技術(shù)無(wú)法比擬的;終端也可以根據(jù)自身業(yè)務(wù)情況，調(diào)整子載波分配，以便使用小功率功放;基站還可以根據(jù)不同用戶的信道情況，調(diào)整子載波位置，避免頻率選擇性衰落和窄帶干擾。

抗多徑衰落性能好。多徑效應(yīng)產(chǎn)生的衰落嚴(yán)重影響無(wú)線通信系統(tǒng)性能，加入循環(huán)前綴的OFDM系統(tǒng)具有很好的抗多徑衰落性能。

均衡簡(jiǎn)單。串并轉(zhuǎn)換使得高速數(shù)據(jù)流中的符號(hào)持續(xù)周期增加，每個(gè)子載波信道被看作平坦衰落信道，可以簡(jiǎn)化均衡操作。

4 WiMAX系統(tǒng)的載波聚合方法

4.1 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)與頻率復(fù)用

230 MHz WiMAX系統(tǒng)工作在點(diǎn)到多點(diǎn)（Point to Multipoint，PMP）模式，其組網(wǎng)結(jié)構(gòu)為蜂窩結(jié)構(gòu)，可在不同區(qū)域內(nèi)采用頻率復(fù)用來(lái)提高頻譜利用率。為了方便安排頻率的復(fù)用，引入小區(qū)簇的概念。小區(qū)簇是可以使用全部可用頻率的最小小區(qū)集合，在該集合內(nèi)的小區(qū)使用不同的頻率，而在該集合之外的小區(qū)可以使用對(duì)應(yīng)的相同頻率。小區(qū)簇中小區(qū)的個(gè)數(shù)為頻率復(fù)用系數(shù)。如圖1所示，由于頻率資源有限，系統(tǒng)可采用頻率復(fù)用系數(shù)3進(jìn)行組網(wǎng)。

4.2 頻譜使用情況

目前國(guó)內(nèi)可使用的230MHz頻段的范圍為223-235MHz，為了更好的掌握230MHz頻段的頻譜使用情況，在某大型城市進(jìn)行頻譜測(cè)試。在某棟建筑物六層進(jìn)行測(cè)試，采用八木天線，進(jìn)行一系列下行發(fā)射測(cè)試。

第一種測(cè)設(shè)。參數(shù)配置如下，中心頻點(diǎn)設(shè)置為224.1MHz，掃描帶寬1MHz，RBW 5.1KHz。測(cè)試結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯鲈趻呙鑾拑?nèi)有若干25KHz的窄帶干擾存在。這些窄帶干擾不是以常發(fā)的方式存在，而是以一定的時(shí)間間隔出現(xiàn)。

第二種測(cè)試。分別采用平均能量方法和MaxHold方法，測(cè)試223-235MHz頻帶范圍內(nèi)的平均功率，測(cè)試結(jié)果如圖3和圖4所示?？梢园l(fā)現(xiàn)干擾的平均功率較低，某些干擾為持續(xù)1-2秒的短暫信號(hào)。當(dāng)干擾信號(hào)存在時(shí)，如果干擾信號(hào)的頻段與230 MHz WiMAX通信系統(tǒng)工作頻段相同時(shí)，這些干擾信號(hào)的功率雖然較低，但還是會(huì)影響本系統(tǒng)的通信性能。

4.3 載波聚合方法

230MHz WiMAX無(wú)線寬帶通信系統(tǒng)工作在223.025-235.000MHz頻段，連續(xù)帶寬12 MHz。為有效發(fā)揮OFDM技術(shù)優(yōu)勢(shì)，采用載波聚合方法提高傳輸速率及帶寬的利用率[5]。

載波聚合的基本原理：利用OFDM系統(tǒng)的帶寬易擴(kuò)展性，在聚合后的大帶寬上使用較大的IFFT/FFT發(fā)射和接收，但此聚合方式只適合在同一個(gè)頻帶里的載波聚合，因?yàn)镮FFT的大小不能太大;在每個(gè)聚合基本載波上分別進(jìn)行IFFT/FFT，最后在射頻上進(jìn)行聚合，該方案有較大的靈活性[6， 7]。載波聚合需要考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制信道設(shè)計(jì)和資源調(diào)度分配等因素。

230MHz WiMAX的無(wú)線寬帶通信系統(tǒng)采用連續(xù)頻帶聚合方案。通過(guò)綜合考慮傳輸執(zhí)行能力和系統(tǒng)復(fù)雜度，決定采用連續(xù)頻帶聚合，這是因?yàn)檩d波段頻譜連續(xù)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)頻帶聚合相對(duì)容易，并且信令開(kāi)銷與用戶終端需要檢測(cè)的頻點(diǎn)也相對(duì)較小[8，9]。對(duì)比于離散頻帶聚合而言，用戶終端更容易使用一套射頻設(shè)備和FFT設(shè)備去完成多個(gè)頻帶數(shù)據(jù)的連續(xù)接收，從而可以節(jié)省傳輸設(shè)備成本。230MHz WiMAX采用12MHz有效帶寬傳輸數(shù)據(jù)，如圖5所示。此方案將8個(gè) ?1.4MHz的成員載波進(jìn)行聚合，每個(gè)成員載波包含128個(gè)子載波，成員載波和成員載波之間留出100KHz的保護(hù)間隔。

5 結(jié)語(yǔ)

為了支持大帶寬傳輸，WiMAX系統(tǒng)引入載波聚合技術(shù)增加傳輸帶寬。本文介紹了載波聚合技術(shù)的基本原理，在對(duì)230MHz WiMAX系統(tǒng)頻譜使用情況進(jìn)行實(shí)際測(cè)試的基礎(chǔ)上，采用一種連續(xù)載波聚合技術(shù)，擴(kuò)展單個(gè)用戶的傳輸帶寬，可以大幅度提高WiMAX終端的峰值速率。與另一種離散載波聚合技術(shù)相比，連續(xù)載波聚合技術(shù)具有復(fù)雜度低、易于實(shí)際應(yīng)用的突出優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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子載波調(diào)度靈活。OFDM系統(tǒng)通過(guò)子載波化可以實(shí)現(xiàn)頻域資源的靈活分配，這種分配的靈活性可以帶來(lái)很多好處。OFDM系統(tǒng)通過(guò)調(diào)整子載波的數(shù)量，可以擴(kuò)展帶寬，這是傳統(tǒng)單載波技術(shù)無(wú)法比擬的;終端也可以根據(jù)自身業(yè)務(wù)情況，調(diào)整子載波分配，以便使用小功率功放;基站還可以根據(jù)不同用戶的信道情況，調(diào)整子載波位置，避免頻率選擇性衰落和窄帶干擾。

抗多徑衰落性能好。多徑效應(yīng)產(chǎn)生的衰落嚴(yán)重影響無(wú)線通信系統(tǒng)性能，加入循環(huán)前綴的OFDM系統(tǒng)具有很好的抗多徑衰落性能。

均衡簡(jiǎn)單。串并轉(zhuǎn)換使得高速數(shù)據(jù)流中的符號(hào)持續(xù)周期增加，每個(gè)子載波信道被看作平坦衰落信道，可以簡(jiǎn)化均衡操作。

4 WiMAX系統(tǒng)的載波聚合方法

4.1 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)與頻率復(fù)用

230 MHz WiMAX系統(tǒng)工作在點(diǎn)到多點(diǎn)（Point to Multipoint，PMP）模式，其組網(wǎng)結(jié)構(gòu)為蜂窩結(jié)構(gòu)，可在不同區(qū)域內(nèi)采用頻率復(fù)用來(lái)提高頻譜利用率。為了方便安排頻率的復(fù)用，引入小區(qū)簇的概念。小區(qū)簇是可以使用全部可用頻率的最小小區(qū)集合，在該集合內(nèi)的小區(qū)使用不同的頻率，而在該集合之外的小區(qū)可以使用對(duì)應(yīng)的相同頻率。小區(qū)簇中小區(qū)的個(gè)數(shù)為頻率復(fù)用系數(shù)。如圖1所示，由于頻率資源有限，系統(tǒng)可采用頻率復(fù)用系數(shù)3進(jìn)行組網(wǎng)。

4.2 頻譜使用情況

目前國(guó)內(nèi)可使用的230MHz頻段的范圍為223-235MHz，為了更好的掌握230MHz頻段的頻譜使用情況，在某大型城市進(jìn)行頻譜測(cè)試。在某棟建筑物六層進(jìn)行測(cè)試，采用八木天線，進(jìn)行一系列下行發(fā)射測(cè)試。

第一種測(cè)設(shè)。參數(shù)配置如下，中心頻點(diǎn)設(shè)置為224.1MHz，掃描帶寬1MHz，RBW 5.1KHz。測(cè)試結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯鲈趻呙鑾拑?nèi)有若干25KHz的窄帶干擾存在。這些窄帶干擾不是以常發(fā)的方式存在，而是以一定的時(shí)間間隔出現(xiàn)。

第二種測(cè)試。分別采用平均能量方法和MaxHold方法，測(cè)試223-235MHz頻帶范圍內(nèi)的平均功率，測(cè)試結(jié)果如圖3和圖4所示?？梢园l(fā)現(xiàn)干擾的平均功率較低，某些干擾為持續(xù)1-2秒的短暫信號(hào)。當(dāng)干擾信號(hào)存在時(shí)，如果干擾信號(hào)的頻段與230 MHz WiMAX通信系統(tǒng)工作頻段相同時(shí)，這些干擾信號(hào)的功率雖然較低，但還是會(huì)影響本系統(tǒng)的通信性能。

4.3 載波聚合方法

230MHz WiMAX無(wú)線寬帶通信系統(tǒng)工作在223.025-235.000MHz頻段，連續(xù)帶寬12 MHz。為有效發(fā)揮OFDM技術(shù)優(yōu)勢(shì)，采用載波聚合方法提高傳輸速率及帶寬的利用率[5]。

載波聚合的基本原理：利用OFDM系統(tǒng)的帶寬易擴(kuò)展性，在聚合后的大帶寬上使用較大的IFFT/FFT發(fā)射和接收，但此聚合方式只適合在同一個(gè)頻帶里的載波聚合，因?yàn)镮FFT的大小不能太大;在每個(gè)聚合基本載波上分別進(jìn)行IFFT/FFT，最后在射頻上進(jìn)行聚合，該方案有較大的靈活性[6， 7]。載波聚合需要考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制信道設(shè)計(jì)和資源調(diào)度分配等因素。

230MHz WiMAX的無(wú)線寬帶通信系統(tǒng)采用連續(xù)頻帶聚合方案。通過(guò)綜合考慮傳輸執(zhí)行能力和系統(tǒng)復(fù)雜度，決定采用連續(xù)頻帶聚合，這是因?yàn)檩d波段頻譜連續(xù)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)頻帶聚合相對(duì)容易，并且信令開(kāi)銷與用戶終端需要檢測(cè)的頻點(diǎn)也相對(duì)較小[8，9]。對(duì)比于離散頻帶聚合而言，用戶終端更容易使用一套射頻設(shè)備和FFT設(shè)備去完成多個(gè)頻帶數(shù)據(jù)的連續(xù)接收，從而可以節(jié)省傳輸設(shè)備成本。230MHz WiMAX采用12MHz有效帶寬傳輸數(shù)據(jù)，如圖5所示。此方案將8個(gè) ?1.4MHz的成員載波進(jìn)行聚合，每個(gè)成員載波包含128個(gè)子載波，成員載波和成員載波之間留出100KHz的保護(hù)間隔。

5 結(jié)語(yǔ)

為了支持大帶寬傳輸，WiMAX系統(tǒng)引入載波聚合技術(shù)增加傳輸帶寬。本文介紹了載波聚合技術(shù)的基本原理，在對(duì)230MHz WiMAX系統(tǒng)頻譜使用情況進(jìn)行實(shí)際測(cè)試的基礎(chǔ)上，采用一種連續(xù)載波聚合技術(shù)，擴(kuò)展單個(gè)用戶的傳輸帶寬，可以大幅度提高WiMAX終端的峰值速率。與另一種離散載波聚合技術(shù)相比，連續(xù)載波聚合技術(shù)具有復(fù)雜度低、易于實(shí)際應(yīng)用的突出優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]尹長(zhǎng)川，羅濤，樂(lè)光新.多載波寬帶無(wú)線通信技術(shù)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2004.

[2]楊大成.移動(dòng)傳播環(huán)境理論基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[3]龔凌，曹華孝.LTE-A中載波聚合技術(shù)研究進(jìn)展[J].數(shù)據(jù)通信，2010，29-32.

[4]張翔，王文博，彭木根.頻帶聚合技術(shù)在LTE-Advanced系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中興通訊技術(shù)，2010，16（6）：44-48.

[5]R1-082468，“Carrier Aggregation in LTE-Advanced”，Ericsson， 2008.

[6]R1-083678，“Update Views on Support of Wider Bandwidth in LTE-Advanced”，NTT DoCoMo，2008.

[7]R1-083193，“Carrier Aggregation Operation in LTE-A”， Qualcomm Europe，2008.

[8]R1-082575，“Requirements for Further Advancements for E-UTRA，NTT DoCoMo，2008.

[9]R1-082448，“Carrier aggregation in Advanced E-UTRA，” Huawei，2008.

子載波調(diào)度靈活。OFDM系統(tǒng)通過(guò)子載波化可以實(shí)現(xiàn)頻域資源的靈活分配，這種分配的靈活性可以帶來(lái)很多好處。OFDM系統(tǒng)通過(guò)調(diào)整子載波的數(shù)量，可以擴(kuò)展帶寬，這是傳統(tǒng)單載波技術(shù)無(wú)法比擬的;終端也可以根據(jù)自身業(yè)務(wù)情況，調(diào)整子載波分配，以便使用小功率功放;基站還可以根據(jù)不同用戶的信道情況，調(diào)整子載波位置，避免頻率選擇性衰落和窄帶干擾。

抗多徑衰落性能好。多徑效應(yīng)產(chǎn)生的衰落嚴(yán)重影響無(wú)線通信系統(tǒng)性能，加入循環(huán)前綴的OFDM系統(tǒng)具有很好的抗多徑衰落性能。

均衡簡(jiǎn)單。串并轉(zhuǎn)換使得高速數(shù)據(jù)流中的符號(hào)持續(xù)周期增加，每個(gè)子載波信道被看作平坦衰落信道，可以簡(jiǎn)化均衡操作。

4 WiMAX系統(tǒng)的載波聚合方法

4.1 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)與頻率復(fù)用

230 MHz WiMAX系統(tǒng)工作在點(diǎn)到多點(diǎn)（Point to Multipoint，PMP）模式，其組網(wǎng)結(jié)構(gòu)為蜂窩結(jié)構(gòu)，可在不同區(qū)域內(nèi)采用頻率復(fù)用來(lái)提高頻譜利用率。為了方便安排頻率的復(fù)用，引入小區(qū)簇的概念。小區(qū)簇是可以使用全部可用頻率的最小小區(qū)集合，在該集合內(nèi)的小區(qū)使用不同的頻率，而在該集合之外的小區(qū)可以使用對(duì)應(yīng)的相同頻率。小區(qū)簇中小區(qū)的個(gè)數(shù)為頻率復(fù)用系數(shù)。如圖1所示，由于頻率資源有限，系統(tǒng)可采用頻率復(fù)用系數(shù)3進(jìn)行組網(wǎng)。

4.2 頻譜使用情況

目前國(guó)內(nèi)可使用的230MHz頻段的范圍為223-235MHz，為了更好的掌握230MHz頻段的頻譜使用情況，在某大型城市進(jìn)行頻譜測(cè)試。在某棟建筑物六層進(jìn)行測(cè)試，采用八木天線，進(jìn)行一系列下行發(fā)射測(cè)試。

第一種測(cè)設(shè)。參數(shù)配置如下，中心頻點(diǎn)設(shè)置為224.1MHz，掃描帶寬1MHz，RBW 5.1KHz。測(cè)試結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯鲈趻呙鑾拑?nèi)有若干25KHz的窄帶干擾存在。這些窄帶干擾不是以常發(fā)的方式存在，而是以一定的時(shí)間間隔出現(xiàn)。

第二種測(cè)試。分別采用平均能量方法和MaxHold方法，測(cè)試223-235MHz頻帶范圍內(nèi)的平均功率，測(cè)試結(jié)果如圖3和圖4所示?？梢园l(fā)現(xiàn)干擾的平均功率較低，某些干擾為持續(xù)1-2秒的短暫信號(hào)。當(dāng)干擾信號(hào)存在時(shí)，如果干擾信號(hào)的頻段與230 MHz WiMAX通信系統(tǒng)工作頻段相同時(shí)，這些干擾信號(hào)的功率雖然較低，但還是會(huì)影響本系統(tǒng)的通信性能。

4.3 載波聚合方法

230MHz WiMAX無(wú)線寬帶通信系統(tǒng)工作在223.025-235.000MHz頻段，連續(xù)帶寬12 MHz。為有效發(fā)揮OFDM技術(shù)優(yōu)勢(shì)，采用載波聚合方法提高傳輸速率及帶寬的利用率[5]。

載波聚合的基本原理：利用OFDM系統(tǒng)的帶寬易擴(kuò)展性，在聚合后的大帶寬上使用較大的IFFT/FFT發(fā)射和接收，但此聚合方式只適合在同一個(gè)頻帶里的載波聚合，因?yàn)镮FFT的大小不能太大;在每個(gè)聚合基本載波上分別進(jìn)行IFFT/FFT，最后在射頻上進(jìn)行聚合，該方案有較大的靈活性[6， 7]。載波聚合需要考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制信道設(shè)計(jì)和資源調(diào)度分配等因素。

230MHz WiMAX的無(wú)線寬帶通信系統(tǒng)采用連續(xù)頻帶聚合方案。通過(guò)綜合考慮傳輸執(zhí)行能力和系統(tǒng)復(fù)雜度，決定采用連續(xù)頻帶聚合，這是因?yàn)檩d波段頻譜連續(xù)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)頻帶聚合相對(duì)容易，并且信令開(kāi)銷與用戶終端需要檢測(cè)的頻點(diǎn)也相對(duì)較小[8，9]。對(duì)比于離散頻帶聚合而言，用戶終端更容易使用一套射頻設(shè)備和FFT設(shè)備去完成多個(gè)頻帶數(shù)據(jù)的連續(xù)接收，從而可以節(jié)省傳輸設(shè)備成本。230MHz WiMAX采用12MHz有效帶寬傳輸數(shù)據(jù)，如圖5所示。此方案將8個(gè) ?1.4MHz的成員載波進(jìn)行聚合，每個(gè)成員載波包含128個(gè)子載波，成員載波和成員載波之間留出100KHz的保護(hù)間隔。

5 結(jié)語(yǔ)

為了支持大帶寬傳輸，WiMAX系統(tǒng)引入載波聚合技術(shù)增加傳輸帶寬。本文介紹了載波聚合技術(shù)的基本原理，在對(duì)230MHz WiMAX系統(tǒng)頻譜使用情況進(jìn)行實(shí)際測(cè)試的基礎(chǔ)上，采用一種連續(xù)載波聚合技術(shù)，擴(kuò)展單個(gè)用戶的傳輸帶寬，可以大幅度提高WiMAX終端的峰值速率。與另一種離散載波聚合技術(shù)相比，連續(xù)載波聚合技術(shù)具有復(fù)雜度低、易于實(shí)際應(yīng)用的突出優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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[5]R1-082468，“Carrier Aggregation in LTE-Advanced”，Ericsson， 2008.

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[7]R1-083193，“Carrier Aggregation Operation in LTE-A”， Qualcomm Europe，2008.

[8]R1-082575，“Requirements for Further Advancements for E-UTRA，NTT DoCoMo，2008.

[9]R1-082448，“Carrier aggregation in Advanced E-UTRA，” Huawei，2008.