談無線載波聚合系統(tǒng)性能分析與優(yōu)化

潘影

[摘 要]隨著我國城市化進程的腳步不斷推進，人們的生活水平不斷提高，手機也從當年的“稀罕玩應”變成了如今的人手一個，而隨著手機的普及，人們對無線業(yè)務質量的要求也不斷提高。為了應對人們不斷增長的無線業(yè)務需求，國際電信組織于2008年啟用了第四代無線移動通信系統(tǒng)，第四代通信系統(tǒng)采用載波聚合技術，可以為通信系統(tǒng)提供最大的下行峰值速率，幫助通信系統(tǒng)以非常靈活的方式實現(xiàn)大系統(tǒng)寬帶，還能使系統(tǒng)保持良好的后向兼容性，是現(xiàn)如今通信系統(tǒng)最為重要的技術之一。

[關鍵詞]無線通信；載波聚合技術；系統(tǒng)性能

中圖分類號：TG333.2 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）19-0026-01

前言：自從4G網絡開始普及后，手機上網速度就成為了通信行業(yè)用戶最為關心的重點部分，一個新的名詞開始進入大眾的視野，也就是“無線載波聚合技術”。載波聚合技術相比較于傳統(tǒng)的連續(xù)寬帶頻譜的系統(tǒng)帶寬擴展方式和基于單載波頻譜聚合的系統(tǒng)帶寬擴展方式，不僅可以幫助系統(tǒng)寬帶進行靈活的拓展，而且兼容性也十分的完美。本文主要對無線載波系統(tǒng)的性能進行簡要分析，并對其中相關的問題做出一些優(yōu)化措施。

1.無線載波聚合系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀

1.1 無線載波聚合系統(tǒng)的概念

對于整個通信產業(yè)來說，客戶的需求都在向著大容量、高速率、低成本、高可靠性和業(yè)務的多樣化發(fā)展。為了使無線通信系統(tǒng)可以提供更高的傳輸速率，就必須提供更大的系統(tǒng)帶寬。

但是由仙農定理可以了解到，在一定的系統(tǒng)帶寬下，系統(tǒng)所能達到的傳輸速率是有瓶頸的，并不能無限的上升。但是對系統(tǒng)帶寬進行拓展是必然的，而載波聚合技術就是解決無線通信系統(tǒng)的系統(tǒng)帶寬拓展問題的最佳解決方案。以載波聚合技術為基礎的無線通信系統(tǒng)也就是無線載波聚合系統(tǒng)的最大特征就是應用了載波聚合技術，所謂載波聚合（Carrier？Aggregation，？CA）是將2個或更多的載波單元（Component？Carrier，？CC）聚合在一起以支持更大的傳輸帶寬（最大為100MHz）。？所以系統(tǒng)運行時就存在著多個載波，而每一個載波都具有自己獨立的中心載頻和制定好的帶寬，然后每一個載波按一定的方式聚合成一個更為龐大的系統(tǒng)進行傳輸帶寬。

1.2 載波聚合系統(tǒng)的基本模型

雖然無線載波聚合系統(tǒng)應用了載波聚合技術，但是系統(tǒng)運行的大部分流程和機制還是和傳統(tǒng)的單載波通信系統(tǒng)相差不多。本文就以LTE-Advanced系統(tǒng)為代表的4G寬帶無線移動通信系統(tǒng)進行介紹，這種系統(tǒng)已經不存在電路交換的方法，全都是基于因特網協(xié)議的數據包分組交換。所以系統(tǒng)中的業(yè)務進行都是以數據突發(fā)為單位完成的，可以進行單流運轉或者多流運轉兩個形態(tài)。以載波聚合系統(tǒng)的上行系統(tǒng)的發(fā)射端作為用戶終端，發(fā)射的功率十分有限，而且射頻端的硬件不能過于復雜，否則的話就會提升用戶終端的成本，降低用戶的使用體驗。所以一般上行系統(tǒng)的設計都會采用相對簡單的方法。LTE-Advanced系統(tǒng)則提供了一種新型的連續(xù)成員載波的方法，系統(tǒng)中的每個載波成員都可以單獨的為用戶提供他們所需要的服務，而同時的每個用戶終端都擁有多個成員載波同時進行數據接收的能力，而且高頻帶或者低頻帶對其并沒有影響。

1.3 載波聚合技術的研究方向

前文中已經說明了，無線通信系統(tǒng)之所以引用載波聚合技術的目的是為了幫助無線通信系統(tǒng)實現(xiàn)大帶寬的高速率的數據傳輸速率。但是現(xiàn)在的應用還不是很完善，仍有許多可以改進的地方，這是現(xiàn)如今載波聚合技術的研究方向。目前對于無線載波聚合系統(tǒng)的研究，主要集中于如何進行系統(tǒng)資源的調度以及功率的合理分配兩個方面，因為這兩個方面對系統(tǒng)的運行性能影響最大。研究的同時要考慮成員載波的配置、業(yè)務到達的模式、以及用戶終端能力和網絡拓撲等等因素。

2.無線載波聚合系統(tǒng)的性能和優(yōu)化策略

2.1 頻帶內聚合單流業(yè)務到達時的系統(tǒng)性能以及優(yōu)化方案

當系統(tǒng)中的所有成員載波的聚合方式為頻帶內聚合時，系統(tǒng)中的所有成員載波都會處于相同的頻帶下，也就是說對同一個用戶來說，所表現(xiàn)出來的無線傳輸特性都是相同近似的，所以在這種單流業(yè)務到達的狀態(tài)下，系統(tǒng)的資源利用會出現(xiàn)閑置，即系統(tǒng)處于非滿負荷的工作狀態(tài)。為了有效的解決這種情況，我們在此提出聯(lián)合載波調度方案，載波調度方案是根據系統(tǒng)中的成員載波完全聯(lián)合進行協(xié)作的情況為基礎設計出的。所以，在采用聯(lián)合載波調度方案時，系統(tǒng)中只需要配置一個資源調度器，由這一個資源調度器負責統(tǒng)一管理系統(tǒng)中所有的成員載波，因為只有一個可用的資源調度器，所以不需要分級的進行資源調度。在聯(lián)合載波調度方案中，系統(tǒng)的每一個用戶都必須始終和其他所有的成員載波時時保持連接，就算系統(tǒng)的數據可能只在一個成員載波上運行。所以說聯(lián)合載波調度方案的缺點就在于系統(tǒng)整體的復雜度被提高，運行起來就不是很流暢，這種不流暢主要體現(xiàn)在為用戶提供不同載波成員運行時對系統(tǒng)資源調度的結果顯示。

2.2 頻帶內聚合多流業(yè)務到達時的系統(tǒng)性能以及優(yōu)化方案

多流業(yè)務相比于單流業(yè)務不單單是業(yè)務到達的模式不同，而且可以讓用戶的數據的突發(fā)到達增大到持續(xù)到達的狀態(tài)，從而使系統(tǒng)處于一種類似于滿負荷工作狀態(tài)的運行模式。對于多流業(yè)務到達模式的資源調度方案設計，可以以單流業(yè)務到達模式的資源調度方案作為參考，但是最大的區(qū)別在于，多流業(yè)務到達模式下，在選擇分級資源調度的雨霧分配額度時，有用戶級和數據突發(fā)級兩種選擇，所以在選擇時，需要結合所采用的成員載波協(xié)作方式進行綜合考慮。對于多流業(yè)務到達模式的情況，我們采用獨立隨機用戶調度方案。在隨機用戶調度方案中，對于分級資源調度處理，會限制系統(tǒng)中的每一個用戶只能介入系統(tǒng)中的某一個成員載波，而且一旦介入后，除非是用戶主動的離開系統(tǒng)，否則的話不可以在介入其他成員載波。其實這種限制就是以用戶作為主體，進行合理的資源調度，從而保證通信系統(tǒng)的運行性能。

2.3 頻帶間聚合系統(tǒng)的運行性能以及優(yōu)化方案

前文所講的都是在頻帶內聚合場景下的無線聚合系統(tǒng)的性能研究和優(yōu)化，但是根據研究表明，在實際應用時系統(tǒng)潛在的部署頻段會呈現(xiàn)出高低頻段分化的現(xiàn)象，也就意味著系統(tǒng)中的成員載波將不會分布在同一個頻帶內，而對于同一個用戶來說所表現(xiàn)的無線傳輸特性也是不同的。在頻帶間聚合的場景下，尤其是當系統(tǒng)中的成員載波位于相距較遠的頻帶時，讓用戶同時在多個成員載波上進行傳輸，或者在傳輸時用戶進行接入成員載波的切換時，對用戶終端能力的挑戰(zhàn)和生產成本的影響將是非常嚴峻的。因此，在頻帶間聚合多流業(yè)務到達場景下，隨機用戶調度方案可用于多流業(yè)務到達模式，在無線載波聚合系統(tǒng)資源調度的方案中，實際系統(tǒng)可應用性最好的一種。

3.結語

載波聚合技術是如今4G無線通信系統(tǒng)中的關鍵技術之一，它不僅能夠幫助4G無線通信系統(tǒng)以非常靈活的方式實現(xiàn)系統(tǒng)帶寬的擴展，從而實現(xiàn)系統(tǒng)最高可達1 Gbps的下行峰值速率，還能夠使4G無線通信系統(tǒng)保持良好的后向兼容性，加快4G無線通信系統(tǒng)的商用進程。本論文以基于載波聚合技術的無線通信系統(tǒng)，即無線載波聚合系統(tǒng)為研究對象，簡單的介紹了其系統(tǒng)運行的性能以及優(yōu)化方案。

參考文獻：

[1] 陳捷. TD-LTE網絡載波聚合技術應用研究[J]. 電信工程技術與標準化，2016，01：20-25.

[2] 陳達偉，常亮，韓冰. TD-LTE與LTEFDD載波聚合技術應用的研究[J]. 移動通信，2016，01：45-48+53.

[3] 張益祥，簡浩. LTE-A的載波聚合技術[J]. 信息通信，2016，02：259-260.