載波聚合專利技術(shù)綜述

劉英杰 張晶 李巧艷 李杰 季靜敏 黑嘯吉

摘要：載波聚合技術(shù)可以大幅度地提升用戶的峰值速率和系統(tǒng)容量，因此，其是近幾年來(lái)通信領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本文介紹了載波聚合技術(shù)的主要技術(shù)分支，并從專利申請(qǐng)量，申請(qǐng)人分布，申請(qǐng)量地域分布這幾個(gè)方面對(duì)載波聚合的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并基于重點(diǎn)申請(qǐng)人對(duì)各個(gè)技術(shù)分支的重點(diǎn)專利進(jìn)行了分析和梳理。

關(guān)鍵詞：載波聚合 無(wú)線資源管理 干擾 節(jié)能 切換

Abstract： As carrier aggregation technology can greatly improve user's peak rate and system capacity， it is a hot topic in the field of communication in recent years. This paper introduces the main technical branches of carrier aggregation technology， and analyzes the research status of carrier aggregation from the aspects of application volume， applicant distribution and geographical distribution of application quantity， and Analysis and combing the patents based on key applicants' key patents for each branch.

Keywords： carrier aggregation， Wireless resource management， interference， energy saving， handover

一、 載波聚合（Carrier Aggregation，CA）概述

載波聚合是LTE-A中的關(guān)鍵技術(shù)，其是將多個(gè)分量載波（Component Carrier，CC）聚合在一起形成更大的系統(tǒng)帶寬，以滿足用戶的峰值速率和系統(tǒng)容量提升的需求，幫助運(yùn)營(yíng)商更高效地利用頻譜資源并為用戶提供增強(qiáng)的移動(dòng)寬帶體驗(yàn)。載波聚合有3種典型的形式，分別是同一頻段內(nèi)連續(xù)載波聚合、同一頻段內(nèi)非連續(xù)載波聚合以及頻段間的載波聚合?？梢詫⒔K端連接的多個(gè)分量載波分為主小區(qū)載波和輔小區(qū)載波，每個(gè)分量載波對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的小區(qū)；主小區(qū)是指工作在主頻帶上的小區(qū)，是用戶終端初始接入時(shí)的小區(qū)，負(fù)責(zé)與用戶終端之間的無(wú)線資源控制（Radio Resource Control，RRC）通信，它是在連接建立時(shí)確定的，主小區(qū)總是處于激活態(tài)；輔小區(qū)是指工作在輔頻帶上的小區(qū)，是在RRC重配置時(shí)添加的，用于提供額外的無(wú)線資源，輔小區(qū)支持激活/去激活功能[1]。

影響載波聚合網(wǎng)絡(luò)效能的因素包括無(wú)線資源管理、干擾控制、節(jié)能和切換等[2-6]。因此，本文主要對(duì)該四個(gè)主要的技術(shù)分支的專利文獻(xiàn)進(jìn)行梳理、分析和總結(jié)。

二、 載波聚合技術(shù)專利申請(qǐng)現(xiàn)狀分析

本節(jié)分別從載波聚合技術(shù)專利申請(qǐng)量年度變化趨勢(shì)，專利申請(qǐng)主要申請(qǐng)人分布，專利申請(qǐng)地域分布，以及載波聚合主要技術(shù)分支分布四個(gè)方面出發(fā)，對(duì)載波聚合技術(shù)的專利申請(qǐng)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析和梳理。

圖1所示是在華及全球?qū)＠暾?qǐng)量變化趨勢(shì)對(duì)比圖，從該圖中可知，關(guān)于載波聚合的專利申請(qǐng)最早出現(xiàn)在2006年，為國(guó)外專利，在華的專利申請(qǐng)最早出現(xiàn)在2008年，2006-2008年只有少量的專利申請(qǐng)，2009年呈現(xiàn)爆炸式的增長(zhǎng)，全球和在華申請(qǐng)量分別在2015年和2011年達(dá)到頂峰，2017-2019年的專利申請(qǐng)量明顯減少，這與2017-2019年的部分專利還沒(méi)有公開(kāi)有關(guān)。但是，從目前公開(kāi)的申請(qǐng)量來(lái)看，近兩年的專利申請(qǐng)量依然非?？捎^?？梢?jiàn)，載波聚合技術(shù)仍然是當(dāng)前通信技術(shù)發(fā)展中的熱點(diǎn)及重點(diǎn)。

圖2為專利申請(qǐng)量排前10的申請(qǐng)人及其申請(qǐng)量，從圖2可以看出，韓國(guó)的LG和三星公司申請(qǐng)量排前兩名，排名第三和第四的分別為美國(guó)的高通公司和日本的NTT公司，中國(guó)的華為和中興分別位列第五和第六位，這表明中國(guó)公司在載波聚合領(lǐng)域具有一定的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。從該圖中可知，國(guó)外公司在載波聚合領(lǐng)域更為活躍，排名前10的國(guó)內(nèi)公司只有華為和中興兩家。而載波聚合因其可以大幅度地提高通信性能，將很可能成為5G的核心技術(shù)，因此，為了避免未來(lái)5G無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)被國(guó)外公司壟斷，中國(guó)公司應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)載波聚合技術(shù)的研究。

圖3所示為載波聚合專利申請(qǐng)?jiān)谥小⒚?、歐、日、韓五大局的分布情況。從該圖可知，美國(guó)的專利申請(qǐng)量占比為33%，處于首位，其所占比例幾乎為日韓兩國(guó)的總和，中國(guó)的申請(qǐng)量占比27%，僅次于美國(guó)，這反映了國(guó)內(nèi)外公司對(duì)在美國(guó)和中國(guó)進(jìn)行專利布局的重視程度。此外，日韓的專利申請(qǐng)量差別不大，歐洲居中。為了提高載波聚合通信方面的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，國(guó)內(nèi)的企業(yè)，例如中興、華為等也應(yīng)該積極布局載波聚合的國(guó)際申請(qǐng)，向歐、美、日、韓等國(guó)積極申請(qǐng)相關(guān)專利。

由圖4可知，在四個(gè)主要技術(shù)分支中，無(wú)線資源管理占比51%，比其它技術(shù)的總和還多，這是因?yàn)檩d波聚合的關(guān)鍵就是對(duì)無(wú)線資源的聚合，是一種資源的管理方式；因此，無(wú)線資源管理，比如如何分配載波，是該技術(shù)研究的重點(diǎn)；載波聚合場(chǎng)景下，終端占據(jù)多個(gè)載波，其切換方式不同于現(xiàn)有的單載波場(chǎng)景，因此，切換技術(shù)也是研究的熱點(diǎn)；此外，對(duì)于通信終端，節(jié)能和干擾問(wèn)題一直都是其研究的熱點(diǎn)。

三、 重點(diǎn)申請(qǐng)人/重點(diǎn)專利申請(qǐng)

基于專利申請(qǐng)量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，本節(jié)以國(guó)內(nèi)的華為和中興公司，國(guó)外以韓國(guó)的LG公司、日本的NTT公司和美國(guó)的高通公司為例，基于無(wú)線資源管理、干擾控制、節(jié)能和切換這四個(gè)主要的技術(shù)分支，介紹本領(lǐng)域的重點(diǎn)專利。

（一）國(guó)內(nèi)公司

華為公司和中興公司在這四個(gè)技術(shù)分支都有涉及，以下對(duì)這兩個(gè)公司的重點(diǎn)申請(qǐng)進(jìn)行梳理。

對(duì)于無(wú)線資源管理，華為公開(kāi)號(hào)為CN102006664A的專利申請(qǐng)?zhí)岢隽溯d波聚合場(chǎng)景下的成員載波配置方法、設(shè)備及系統(tǒng)，獲取用戶設(shè)備支持的成員載波的負(fù)載信息，根據(jù)各成員載波的負(fù)載為用戶選擇候選成員載波。中興公開(kāi)號(hào)為CN101984721A的專利申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N載波聚合中組成載波的控制方法，通過(guò)將所有候選組成載波分為單獨(dú)使用類型與載波組使用類型，當(dāng)組成載波選擇中支持載波組使用類型時(shí)，組成載波使用指示字段分為單獨(dú)使用類型子字段和載波組使用類型子字段，分別用于指示兩種類型載波，載波組的使用進(jìn)一步減少了需要指示的載波組合數(shù)目，基站對(duì)載波組作為一個(gè)整體統(tǒng)一調(diào)度，有效降低了調(diào)度復(fù)雜度。

對(duì)于干擾，華為公開(kāi)號(hào)為CN102118843A的專利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N載波聚合功率控制方法及功率控制裝置，獲取載波聚合中每個(gè)載波的上行最優(yōu)發(fā)射功率；控制所述各載波的上行實(shí)際發(fā)射功率，使所述各載波的上行實(shí)際發(fā)射功率小于等于所述上行最優(yōu)發(fā)射功率，以減小了小區(qū)之間的干擾。中興公開(kāi)號(hào)為CN101867967 A的專利申請(qǐng)中，目標(biāo)基站確定對(duì)其造成干擾的第一干擾基站；目標(biāo)基站確定對(duì)用戶終端造成干擾的第二干擾基站；目標(biāo)基站根據(jù)第一干擾基站和第二干擾基站確定參考基站；目標(biāo)基站根據(jù)用戶終端的能力對(duì)除參考基站之外的基站的載波資源進(jìn)行聚合，以達(dá)到在載波聚合滿足用戶終端帶寬需求的情況下，有效地降低了小區(qū)間干擾。

對(duì)于節(jié)能，華為公開(kāi)號(hào)為CN102036347A的專利申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N不連續(xù)接收DRX配置的實(shí)現(xiàn)方法，根據(jù)用戶的至少兩個(gè)成員載波的配置信息將該至少兩個(gè)分量載波劃分為至少一個(gè)載波組，為每個(gè)載波組配置DRX參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了各個(gè)成員載波根據(jù)業(yè)務(wù)傳輸需要的獨(dú)立控制，從而降低終端耗電量。中興公開(kāi)號(hào)為CN105472634A的專利申請(qǐng)?zhí)岢隹梢愿鶕?jù)終端的電量信息，執(zhí)行載波的激活/去激活操作，以節(jié)省終端的電量。

對(duì)于切換，華為公開(kāi)號(hào)為CN102026176A的專利申請(qǐng)針對(duì)載波聚合場(chǎng)景下，無(wú)法保證UE與基站之間使用安全密鑰的一致性的問(wèn)題，提出了一種多載波聚合場(chǎng)景下的切換方法， 源基站向目標(biāo)基站發(fā)送推薦使用的目標(biāo)載波和推薦使用目標(biāo)載波的加密參數(shù)、所述推薦使用目標(biāo)載波對(duì)應(yīng)的新加密密鑰KeNB*；源基站將所述加密載波指示及加密載波的加密參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)給UE，以保證UE與基站之間使用安全密鑰的一致性。中興公開(kāi)號(hào)為CN101932045A的專利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N載波聚合中測(cè)量結(jié)果的上報(bào)方法及用戶設(shè)備，通過(guò)測(cè)量上報(bào)同一載波聚合小區(qū)中多個(gè)或所有分量載波的測(cè)量結(jié)果的測(cè)量報(bào)告，以綜合的評(píng)估載波聚合小區(qū)的信道質(zhì)量，從而保證UE在載波聚合的小區(qū)之間切換時(shí)的服務(wù)質(zhì)量。

（二）國(guó)外公司

高通公司的專利申請(qǐng)?jiān)谶@四個(gè)技術(shù)分支中都有涉及，LG公司的專利申請(qǐng)主要集中在無(wú)線資源管理和切換；NTT公司的專利申請(qǐng)主要集中在無(wú)線資源管理、干擾和節(jié)能，以下對(duì)該三個(gè)公司的重點(diǎn)專利申請(qǐng)進(jìn)行梳理。

對(duì)于無(wú)線資源管理，LG公司的公開(kāi)號(hào)為US2012076126A1的專利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N在載波聚合移動(dòng)通信系統(tǒng)中用戶設(shè)備執(zhí)行隨機(jī)接入的方法，用戶設(shè)備對(duì)于每個(gè)CC單獨(dú)地管理退避操作，并且即使當(dāng)退避時(shí)段正在應(yīng)用于特定的CC時(shí)，如果存在另一個(gè)可使用的CC，則使用相關(guān)的CC來(lái)執(zhí)行隨機(jī)接入前導(dǎo)傳輸，以在載波聚合移動(dòng)通信系統(tǒng)中以有效方式執(zhí)行隨機(jī)接入過(guò)程。NTT公司的公開(kāi)號(hào)為JP2011239393A的專利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N載波聚合系統(tǒng)中的聯(lián)合調(diào)度的方法及其裝置，通過(guò)在調(diào)度器之間傳遞調(diào)度結(jié)果，使得一個(gè)調(diào)度器進(jìn)行調(diào)度時(shí)，綜合考慮其它調(diào)度器的調(diào)度結(jié)果，進(jìn)而使得用戶更為可能地在該用戶更為適合的頻帶/頻帶上被調(diào)度到，以充分利用用戶在各個(gè)頻帶/頻率上的不同性能，能夠獲得更高的系統(tǒng)吞吐量。高通公司公開(kāi)號(hào)為US2015296413A1的專利申請(qǐng)?zhí)岢鲈O(shè)備可以針對(duì)包括該潛在載波的載波組合，確定自干擾消除復(fù)雜度，并且可以基于自干擾消除復(fù)雜度來(lái)選擇一個(gè)或多個(gè)載波進(jìn)行聚合。

對(duì)于干擾，NTT公開(kāi)號(hào)為JP2015156625A的專利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N干擾降低方法，用戶裝置基于從與其連接的基站接收控制信息進(jìn)行聚合載波的干擾降低，所述控制信息是為了降低針對(duì)所述載波聚合中的某個(gè)分量載波的來(lái)自干擾基站的干擾信號(hào)而利用的信息。高通公開(kāi)號(hào)為US2015215078A1的專利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N使至少一個(gè)CC能夠使用針對(duì)業(yè)務(wù)自適應(yīng)的增強(qiáng)型干擾管理（eIMTA），基于該eIMTA中的變化和配置適應(yīng)UE通信的混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（HARQ）時(shí)序，以解決使分量載波（CC）能夠使用針對(duì)業(yè)務(wù)自適應(yīng)的演進(jìn)型干擾管理（eIMTA）時(shí)，干擾潛在可能性上升的問(wèn)題。

對(duì)于節(jié)能，NTT公開(kāi)號(hào)為JP2011193444A的專利申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N載波聚合系統(tǒng)中擴(kuò)展載波的處理方法、基站及用戶設(shè)備，包括：基站從第一時(shí)刻開(kāi)始在主分量載波上加載并發(fā)送控制信息與第一數(shù)據(jù)信息；在需要在擴(kuò)展載波上加載數(shù)據(jù)時(shí)，基站從第二時(shí)刻開(kāi)始在擴(kuò)展載波上加載并發(fā)送第二數(shù)據(jù)信息，基站通知用戶設(shè)備第二時(shí)刻與第一時(shí)刻的時(shí)間差值，從而降低了用戶設(shè)備的在擴(kuò)展載波上沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的功率消耗。高通公開(kāi)號(hào)為US2014274030A1的專利申請(qǐng)?zhí)岢隽嗽谑褂幂d波聚合的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)用戶裝置UE檢測(cè)到輔小區(qū)的下行鏈路的故障事件時(shí)，UE宣告關(guān)于輔小區(qū)的故障狀態(tài)，且響應(yīng)于該故障狀態(tài)， UE可以調(diào)整與輔分量載波有關(guān)的操作，包括禁用與所述輔小區(qū)相關(guān)聯(lián)的RF接收機(jī)，或禁用與所述輔小區(qū)相關(guān)聯(lián)的解調(diào)或調(diào)制路徑，或降低所述移動(dòng)設(shè)備處的功率，以節(jié)省功率。

對(duì)于切換，LG公開(kāi)號(hào)為KR20130069797 A提出了一種提高觸發(fā)切換有效性的方法，經(jīng)由通過(guò)服務(wù)基站廣播的第一廣播消息獲取鄰近基站的系統(tǒng)信息和應(yīng)用于所述載波聚合模式的觸發(fā)功能信息；利用獲取的所述系統(tǒng)信息掃描關(guān)于可支持多個(gè)載波的所述鄰近基站的至少一個(gè)載波的信道狀態(tài)；以及當(dāng)所述掃描步驟的結(jié)果滿足根據(jù)所述觸發(fā)功能信息的條件時(shí)，向所述服務(wù)基站發(fā)送切換請(qǐng)求消息。高通公開(kāi)號(hào)為US2017332370A1的專利申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N處理因載波切換引起的中斷的方法，UE在第一CC和第二CC之間進(jìn)行切換時(shí)，中斷第一分量載波CC上的通信，并通過(guò)調(diào)整第一分量載波上的上行鏈路傳輸?shù)囊粋€(gè)或多個(gè)參數(shù)或者參數(shù)值以補(bǔ)償該中斷。

四、總結(jié)

隨著4G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模商用，5G的商用即將到來(lái)，載波聚合因其優(yōu)異地性能優(yōu)勢(shì)，必然是未來(lái)研究的熱點(diǎn)。由上述專利分析可知，在載波聚合領(lǐng)域的專利申請(qǐng)主要集中在國(guó)內(nèi)的華為、中興和國(guó)外的LG、NTT、高通等公司，研究的熱點(diǎn)主要為無(wú)線資源管理、干擾、節(jié)能和切換這四個(gè)技術(shù)分支，目前關(guān)于無(wú)線資源管理的研究較多。此外，面對(duì)未來(lái)通信標(biāo)準(zhǔn)主導(dǎo)權(quán)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，載波聚合的專利申請(qǐng)量依然會(huì)有一定的增長(zhǎng)，而雖然國(guó)內(nèi)的華為和中興公司在載波聚合領(lǐng)域的各個(gè)技術(shù)分支都申請(qǐng)了大量的專利，并進(jìn)行了深入的研究，并做出了很大的貢獻(xiàn)，但是，占據(jù)申請(qǐng)量前四的均是國(guó)外的公司，因此，為了避免5G通信技術(shù)被國(guó)外壟斷，國(guó)內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)載波聚合相關(guān)技術(shù)的研究，并做好專利布局，以在該領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。（第二作者對(duì)本文貢獻(xiàn)等同于第一作者）

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（作者單位：國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心）

注：1劉英杰和張晶為本文做出同等貢獻(xiàn)，為共同第一作者。