LTE—Advance載波聚合技術(shù)的原理及應(yīng)用場(chǎng)景分析

唐萍　謝文佳

摘 要：目前移動(dòng)通信正朝著高速率、大帶寬的方向演進(jìn)， 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPPLTE/LTE-Advanced正積極推動(dòng)第四代移動(dòng)通信（4G）系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化。該文著重闡述載波聚合技術(shù)的基本原理和特點(diǎn)，從而針對(duì)LTE載波聚合技術(shù)的頻率部署及應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：LTE Advance 載波聚合技術(shù) 聚合方式 應(yīng)用場(chǎng)景 發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：TN911 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）11（a）-0018-02

為了提供數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足用戶的業(yè)務(wù)需求，3GPP組織啟動(dòng)了LTE后續(xù)發(fā)展技術(shù)LTE Advance（LTE-A）。在后續(xù)發(fā)展中，更寬的頻譜、更高的速率將成為技術(shù)發(fā)展的主要方向。當(dāng)前，LTE-A系統(tǒng)有6個(gè)候選頻點(diǎn)，如果使用當(dāng)前的頻譜使用分配方式，難以滿足LTE-A系統(tǒng)對(duì)百兆帶寬的連續(xù)頻譜的需求。因此，3GPP組織提出使用載波聚合技術(shù)來解決LTE-A系統(tǒng)對(duì)大帶寬和高速率的資源需求。

1 載波聚合技術(shù)概述

當(dāng)今，無線資源日益寶貴，頻譜中已經(jīng)很難找到一段完整的、超寬帶寬的頻譜來滿足無線寬帶互聯(lián)網(wǎng)的需求。于是，3GPP組織提出了載波聚合技術(shù)，載波聚合技術(shù)是將多個(gè)不同的頻段綜合統(tǒng)一利用，能夠方便、靈活地使用連續(xù)或非連續(xù)的頻譜將帶寬擴(kuò)展到LTE Advanced所需求的百兆帶寬。在載波聚合后，LTE 終端可以接入其中的一個(gè)載波單元，而LTE Advanced終端可以同時(shí)接入多個(gè)載波單元，這即滿足了LTE和 LTE-A對(duì)頻譜兼容性要求，還減小比特開銷，以達(dá)到LTE系統(tǒng)對(duì) 1 Gbps的峰值速率的要求。載波聚合技術(shù)不需要對(duì)LTE物理層進(jìn)行大的改動(dòng)，就能極大提高了對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的利用，對(duì)電信運(yùn)營(yíng)商而言，即減少了大量的投資，又大大縮短了LTE-A系統(tǒng)的建設(shè)、商用時(shí)間。

2 載波聚合方式

在載波聚合技術(shù)中，一個(gè)分量載波（Component Carriers，CC）被稱作一個(gè)被聚合的載波。分量載波的帶寬可以是1.4 M、3M、5M、10M、15M 或20M。由于3GPP協(xié)議中規(guī)定最多可以有5個(gè)分量載波進(jìn)行聚合，因此聚合帶寬最大是百兆。在FDD系統(tǒng)中，上/下行被聚合的分量載波數(shù)數(shù)量可以不同，同時(shí)每個(gè)被聚合的分量載波帶寬也是不同的，但是業(yè)務(wù)需求上/下行流量的不對(duì)稱，所以，要求聚合上行的分量載波數(shù)量總是等于或低于聚合下行的分量載波數(shù)量。

根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況，載波聚合方式可以分為三類：頻帶內(nèi)相鄰載波聚合（intra-band，contiguous）、頻帶內(nèi)不相鄰載波聚合（intra-band，non-contiguous）、頻帶間不相鄰載波聚合（inter-band，non-contiguous）。

一開始，載波聚合技術(shù)僅針對(duì)E-UTRA中工作頻段中的部分載波進(jìn)行聚合。隨著應(yīng)用場(chǎng)景的不斷增加，出現(xiàn)了更多的頻率聚合部署的情景，為簡(jiǎn)單、明晰有效的表述出不同頻率部署情景下的載波聚合，3GPP提出了聚合傳輸帶寬（Aggregated Transmission Bandwidth Configuration，ATBC）、聚合帶寬等級(jí)（CAbandwidth class）和載波聚合配置（CA configuration）三個(gè)概念。

ATBC標(biāo)識(shí)了被聚合物理資源塊的總數(shù)量；CA bandwidth class指示被聚合ATBC的最大數(shù)和分量載波的最大數(shù)。目前在3GPP定義確定了三個(gè)載波聚合帶寬等級(jí)。

等級(jí)A為ATBC≤100，分量載波最大數(shù)量=1；

等級(jí)B為ATBC≤100，分量載波最大數(shù)量=2；

等級(jí)C為100，載波聚合配置指示出聚合載波所在的E-UTRA工作頻段和聚合載波帶寬等級(jí)，從而表述出是在何種頻率部署場(chǎng)景下的載波聚合。

CA_1C表示E-UTRA工作頻段1中兩個(gè)連續(xù)子載波聚合，載波聚合帶寬等級(jí)為C的載波聚合；CA_25A_25A，表示頻段25中兩個(gè)不連續(xù)的分量載波聚合，分量載波帶寬等級(jí)為 A的載波聚合；CA_1A-5A表示頻段1和頻段5內(nèi)頻段間成份波帶聚合，分量載波帶寬等級(jí)為A的聚合載波聚合。

3 應(yīng)用場(chǎng)景

為了支持載波聚合，3GPP R10 中引入了主小區(qū)（Primary Serving Cell，PSC）和輔助小區(qū) （Secondary Serving Cells，SSC）的區(qū)別。主小區(qū)是UE與之通信的主要小區(qū)，完成RRC連接控制，一個(gè)主小區(qū)始終在RRC連接控制模式中處于活動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)可能有一個(gè)或多個(gè)輔助小區(qū)處于活動(dòng)狀態(tài)。其他的輔助小區(qū)僅可在連接建立后配置為連接模式，以提供額外的無線資源。所有主小區(qū)和輔助小區(qū)統(tǒng)稱為服務(wù)小區(qū)。為主小區(qū)提供覆蓋的分量載波被稱作主分量載波（Primary component carrier，PCC），為輔助小區(qū)提供覆蓋的分量載波被稱作輔助分量載波（Secondary component carriers，SCC）。

4 載波聚合技術(shù)未來發(fā)展

在LTE-A系統(tǒng)中應(yīng)用載波聚合技術(shù)，即可以增加大帶寬、新頻段的使用，又可以增加系統(tǒng)容量、滿足系統(tǒng)后向兼容的要求，縮短LTE-A系統(tǒng)的商用時(shí)間，減少運(yùn)營(yíng)成本和時(shí)間成本。隨著載波聚合技術(shù)的發(fā)展，逐步形成了載波聚合技術(shù)與其他關(guān)鍵技術(shù)相互結(jié)合的應(yīng)用，如異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)里的載波聚合技術(shù)與協(xié)同多點(diǎn)技術(shù)（CoMP）技術(shù)相結(jié)合，載波聚合技術(shù)與中繼技術(shù)相結(jié)合等。

在有著對(duì)高速率、大帶寬需求的LTE-A系統(tǒng)中，提高系統(tǒng)性能的重要辦法之一便是盡最大可能減少系統(tǒng)開銷。影響系統(tǒng)開銷的有幾個(gè)重要因素：跨頻段聚合技術(shù)、控制信道和信令設(shè)計(jì)、多載波調(diào)度。因此，研究載波聚合中的多載波調(diào)度方式、信令設(shè)計(jì)、控制信道及跨頻段聚合技術(shù)對(duì)提高LTE-A系統(tǒng)性能具有非常重要的作用。所以，LTE-A系統(tǒng)的發(fā)展方向大多都是高帶寬的通信和多業(yè)務(wù)的應(yīng)用，這客觀上對(duì)系統(tǒng)容量及信道容量提出更高的要求。

載波聚合技術(shù)同其他相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展是相互緊密聯(lián)系。一方面極大的提高了頻率利用效率；另一方面又減少切換次數(shù)，解決了一連串因頻繁切換所帶來的問題。所以，載波聚合技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)在幾個(gè)方面予以重視：多載波聯(lián)合使用，同時(shí)也能對(duì)多個(gè)載波進(jìn)行調(diào)度。提高系統(tǒng)性能的關(guān)鍵即多載波調(diào)度。在MAC層和RLC層設(shè)計(jì)中，還要解決不同載波間的協(xié)調(diào)機(jī)制、聯(lián)合隊(duì)列、單數(shù)據(jù)隊(duì)列、多數(shù)據(jù)隊(duì)列調(diào)度等諸多問題。合理使用聚合載波的控制信道和信令，降低開銷，這是控制信道設(shè)計(jì)中需要解決的重要問題。當(dāng)前需要解決的一個(gè)問題及難點(diǎn)還有跨頻段聚合。此外，LTE-A系統(tǒng)中用戶終端對(duì)空閑資源搜索和能耗等眾多問題仍需認(rèn)真研究。在物理層規(guī)劃中，LTE-A系統(tǒng)中載波間的時(shí)間同步、頻點(diǎn)分配和保護(hù)帶寬等問題應(yīng)予以解決。采用多載波聚合技術(shù)，LTE-A系統(tǒng)還需要考慮切換機(jī)制以及由于模糊的覆蓋所帶來的切換問題。

5 結(jié)語

一言以蔽之，該文對(duì)LTE-Advanced載波聚合技術(shù)的基本原理及應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行分析。近年來，移動(dòng)通信的傳輸速率的不斷提升，作為L(zhǎng)TE Advanced中提高無線傳輸速率的重要手段就是載波聚合技術(shù)，隨著載波聚合技術(shù)不斷完善，將進(jìn)入一個(gè)更加豐富多彩的無線寬帶互聯(lián)網(wǎng)世界。

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