載波聚合標(biāo)準(zhǔn)化工作緊鑼密鼓網(wǎng)速提升指日可待

中國信息通信研究院│焦慧穎

載波聚合標(biāo)準(zhǔn)化工作緊鑼密鼓網(wǎng)速提升指日可待

中國信息通信研究院│焦慧穎

為了實(shí)現(xiàn)與IEEE 802.11ac wave2相似的帶寬，LTE R13擴(kuò)展最多32個(gè)載波（包括授權(quán)載波和非授權(quán)載波）的聚合以實(shí)現(xiàn)最大640MHz帶寬。

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，用戶對數(shù)據(jù)流量的需求越來越大，移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)的容量也隨之?dāng)U大，而擴(kuò)大容量最有效的方式之一就是增大帶寬。4G LTE-A要求提供100MHz的1Gbit/s的峰值速率，由于無線頻譜已經(jīng)被2G/3G以及衛(wèi)星等通信系統(tǒng)大量占用，很難找到100MHz帶寬的整段頻帶，在此情況下，載波聚合技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

載波聚合不斷完善

LTE的基礎(chǔ)帶寬最大支持20MHz，LTE R10通過載波聚合最多5個(gè)上行或下行載波達(dá)到最大100MHz的傳輸帶寬，以此提升峰值速率和吞吐量。載波聚合的系統(tǒng)架構(gòu)中，每個(gè)無線承載只有一個(gè)PDCP（分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議）和RLC（無線通信系統(tǒng)中的無線鏈路控制層協(xié)議），MAC層支持多個(gè)載波間動態(tài)的數(shù)據(jù)包調(diào)度，各載波上有獨(dú)立的HARQ（混合自動重傳請求），各載波上的傳輸塊是相互獨(dú)立的。

根據(jù)聚合的載波所在頻帶的不同，可分為帶內(nèi)聚合和帶間聚合，由于帶間聚合涉及到維護(hù)多個(gè)上行時(shí)鐘提前等一系列問題，LTE R10中FDD LTE支持下行帶內(nèi)載波聚合和帶間載波聚合，上行僅支持帶內(nèi)載波聚合，不支持帶間載波聚合；而LTE R10中TD-LTE支持上下行的帶內(nèi)聚合，不支持帶間聚合，并且聚合的載波要求有相同的時(shí)隙配比。

LTE R11引入了多個(gè)上行定時(shí)提前，因此可以支持帶間聚合，并且支持不同時(shí)隙配比的TD-LTE載波聚合。考慮到未來LTE的部署中，F(xiàn)DD LTE和TD-LTE頻譜的有效利用和聯(lián)合使用變得越來越重要，LTE R12對FDD LTE和TD-LTE的聯(lián)合運(yùn)營方案進(jìn)行了研究，標(biāo)準(zhǔn)化了FDD LTE和TD-LTE載波聚合的方案。

LTE R13可聚合非授權(quán)頻段

LTE R13更為完善，LTE R13引入授權(quán)頻段輔助接入（LAA）技術(shù)，通過將LTE載波部署在非授權(quán)頻段，并與授權(quán)頻段的主載波進(jìn)行聚合，實(shí)現(xiàn)LTE系統(tǒng)在非授權(quán)頻段的運(yùn)營，使得載波聚合擴(kuò)展到5GHz等非授權(quán)頻段成為可能。除了現(xiàn)在LTE廣泛應(yīng)用的頻段外，也可以在如3.5GHz等頻段上聚合多個(gè)載波，所以擴(kuò)展載波聚合架構(gòu)支持更多載波聚合，可以讓運(yùn)營商有機(jī)會更有效地聚合可用的頻譜資源，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量。

為了能夠?qū)崿F(xiàn)與IEEE 802.11ac wave2相似的帶寬，LTE R13擴(kuò)展最多32個(gè)載波（包括授權(quán)載波和非授權(quán)載波）的聚合來實(shí)現(xiàn)最大640MHz帶寬。

上行控制信道受限問題需解決

由于LTE R10載波聚合中上行控制信道等信息只在主載波上發(fā)送，載波聚合數(shù)目增加會帶來單個(gè)載波聚合終端上行PUCCH（物理上行鏈路控制信道）負(fù)載大小的增加，而且隨著支持載波聚合終端數(shù)的增加，會進(jìn)一步給主小區(qū)帶來超高的上行負(fù)荷，從而極大影響終端的上行性能，對不具備載波聚合能力的終端影響尤為明顯。

以3GPP定義的載波聚合場景4為例，其主小區(qū)用作覆蓋，而輔小區(qū)提供熱點(diǎn)覆蓋，優(yōu)點(diǎn)是將所有與控制相關(guān)的信息放在主小區(qū)上，而數(shù)據(jù)流量可以卸載給Small Cell。雖然載波聚合的終端可以通過在宏小區(qū)和Small Cell之間變換主小區(qū)的方式，來解決上行控制信令過載的問題，但是無法體現(xiàn)用簡單射頻拉遠(yuǎn)方式部署Small Cell進(jìn)行熱點(diǎn)覆蓋的優(yōu)勢。

為了解決上述問題，可以大部分重用LTE R12雙連接的機(jī)制，也就是終端能夠在不同的小區(qū)組間同時(shí)發(fā)送上行控制信道，支持載波聚合下輔小區(qū)發(fā)送上行控制信道，從而緩解主小區(qū)上行控制信道的負(fù)擔(dān)。

除此以外，載波聚合擴(kuò)展到32個(gè)載波還要增強(qiáng)在單個(gè)上行載波的HARQ-ACK和信道狀態(tài)信息（CSI）反饋，來解決上行反饋量增加而帶來的上行控制信道受限問題。需要指出的是LTE R13的32個(gè)載波聚合是不區(qū)分頻帶的，任何與band相關(guān)的需求都可以根據(jù)市場需求在3GPP RAN4開展標(biāo)準(zhǔn)化工作。

LTE R13載波聚合標(biāo)準(zhǔn)化工作已經(jīng)完成

LTE R13的32個(gè)載波聚合標(biāo)準(zhǔn)化工作于2014年12月啟動，并于2015年12月完成，標(biāo)準(zhǔn)化工作同時(shí)考慮了FDD LTE聚合、TD-LTE聚合以及TD-LTE與FDD LTE聚合。物理層為支持上行載波聚合的終端定義了支持輔載波發(fā)送PUCCH的機(jī)制，在LTE R12的5載波聚合基礎(chǔ)上，定義新的支持32個(gè)載波聚合的上下行控制信令，包括增強(qiáng)下行控制信道來支持32個(gè)載波的本載波調(diào)度和跨載波調(diào)度，增強(qiáng)上行控制信道支持32個(gè)下行載波的上行控制信息反饋。

從終端類型角度來看，物理層標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)論至少要引入下行終端類型Cat.17來支持約25Gbit/s的下行峰值速率，以及上行終端類型Cat.14來支持約9.6Gbit/s的上行峰值速率，具體的終端等級還需要3GPP RAN4做最后的定義。

2016年TD-LTE下行三載波聚合將逐步商用

3GPP定義的Cat.4支持20MHz單載波或者2個(gè)10MHz的載波聚合，Cat.6/Cat.7支持2個(gè)20MHz的載波聚合，Cat.9/Cat.10支持3個(gè)20MHz的載波聚合，Cat.11/Cat.12支持4個(gè)載波聚合或3個(gè)載波聚合以及下行256-QAM，LTE R13定義的Cat.16支持5個(gè)載波聚合以及下行256-QAM。

上行載波聚合到LTE R12階段為止，3GPP僅定義了支持上行2載波聚合的終端能力，即Cat.7、Cat.10、Cat.12，并且重新定義了支持上行64-QAM的終端能力（Cat.6等)，LTE R13制定了終端支持上行64-QAM的射頻指標(biāo)。

預(yù)計(jì)2016年TD-LTE下行三載波聚合（包括Band內(nèi)和Band間）將逐步商用，系統(tǒng)設(shè)備將全面支持上行雙載波聚合，而上行載波聚合的商用進(jìn)展需與終端相配合，隨著高通等支持上行載波聚合的芯片日漸成熟，支持上行載波聚合的終端也將在2016年逐步推出。

編輯｜刁興玲 diaoxingling@bixintong.com.cn

記者觀察

載波聚合成運(yùn)營商“4G+”戰(zhàn)略制勝法寶

本刊記者│刁興玲

GSA最新報(bào)告顯示，目前全球已有97張LTE-A網(wǎng)絡(luò)投入商用，而Cat.6、Cat.9和Cat.11網(wǎng)絡(luò)共83張，占比86%。由此可見,商用LTE-A網(wǎng)絡(luò)已是大勢所趨。

載波聚合產(chǎn)業(yè)鏈已成熟

在我國，中國電信“天翼4G+”于2015年8月1日正式上市，首批17個(gè)城市正式商用基于載波聚合的“4G+”業(yè)務(wù)，下行峰值速率可達(dá)300Mbit/s、上行峰值速率可達(dá)50Mbit/s，中國電信表示2016年將實(shí)現(xiàn)“4G+”網(wǎng)絡(luò)的全國覆蓋。目前中國移動網(wǎng)絡(luò)最高下載速率可達(dá)220Mbit/s，2016年中國移動將建設(shè)10萬個(gè)4G載波聚合基站，將覆蓋國內(nèi)所有地級以上城市的核心城區(qū)、熱點(diǎn)區(qū)域，“4G+”用戶的下載速率將提升1倍。

中國聯(lián)通于2015年12月8日正式推出“沃4G+”，其峰值速率下行可達(dá)300Mbit/s，上行可達(dá)75Mbit/s。中國聯(lián)通表示將在2016年底實(shí)現(xiàn)載波聚合的全國商用。隨著中國聯(lián)通推出“4G+”品牌，我國三大運(yùn)營商已全面進(jìn)入“4G+”時(shí)代。載波聚合對于運(yùn)營商具有重要現(xiàn)實(shí)意義，也成為運(yùn)營商“4G+”時(shí)代的制勝法寶。

從芯片、終端層面來看，各大廠家的芯片或終端已全面支持載波聚合。例如目前華為、中興、酷派、三星、OPPO、小米、樂視等手機(jī)品牌已全面支持載波聚合，2016年中國將同時(shí)引領(lǐng)全球載波聚合終端的生產(chǎn)和銷售；高通驍龍、華為海思等手機(jī)芯片也全面支持載波聚合，例如高通驍龍820全面集成全新升級的X12 LTE調(diào)制解調(diào)器，下行支持Cat.12，最高傳輸速度高達(dá)600Mbit/s，上行支持Cat.13，最高傳輸速度高達(dá)150Mbit/s。值得一提的是，高通的上下行載波聚合方案不僅搭載于高端處理器，從驍龍200至驍龍800系列，目前均已支持下行載波聚合，而對于上行載波聚合的支持也從800系列擴(kuò)展至600系列相關(guān)平臺上。

上行載波聚合將成運(yùn)營商提升重點(diǎn)

從頻段來看，2015年11月諾基亞與德國電信推出世界首個(gè)LTE-A三載波聚合，使用了FDD LTE band 3以及TD-LTE band 42改善移動寬帶體驗(yàn)，展示了3.5GHz band 42 TD-LTE的可行性。相信隨著技術(shù)的成熟，預(yù)計(jì)2016年我國運(yùn)營商也會計(jì)劃逐漸采用3.5GHz頻段進(jìn)行載波聚合。

目前，隨著智能手機(jī)攝像功能的發(fā)展以及用戶內(nèi)容分享的需求不斷攀升，運(yùn)營商、用戶、應(yīng)用開發(fā)者及OEM廠商越來越重視上行鏈路速度的提升。2015年12月，中國移動攜手華為、高通在5個(gè)城市開展了TD-LTE上行載波聚合“4G+”規(guī)模外場測試，可見運(yùn)營商對上行載波聚合的需求逐漸顯現(xiàn)。2016年隨著多載波聚合技術(shù)的成熟，下行載波聚合的速度將再次攀升，上行載波聚合技術(shù)也將迎來規(guī)模商用。