LTE-A系統(tǒng)中的載波聚合方案設(shè)計(jì)

西安外事學(xué)院 李美艷

1.引言

LTE-A（Long-Term Evolution-Advanced，高級(jí)長(zhǎng)期演進(jìn)）是3GPP(3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計(jì)劃)為了滿足IMT-Advanced(International Mobile Telecommunications Advanced，高級(jí)國(guó)際移動(dòng)通信)的需求而在LTE技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的技術(shù)演進(jìn)，為了滿足IMT-A和未來(lái)通信對(duì)更大峰值速率的要求，LTE-A支持的峰值速率為下行1Gbps，上行500Mbps，上下行峰值頻譜利用率分別達(dá)到15bps/Hz和30bps/Hz。為了滿足如此大的峰值速率要求，需要LTE-A支持最大100MHz帶寬。然而在現(xiàn)有的可用頻譜資源中很難找到如此大的帶寬，而且大帶寬對(duì)于基站和終端的硬件設(shè)計(jì)帶來(lái)很大困難。此外，對(duì)于分散在多個(gè)頻段上的頻譜資源，亟需一種技術(shù)把他們充分利用起來(lái)?；谏鲜隹紤]，LTE-A引入CA（Carrier Aggregation，載波聚合）這一關(guān)鍵技術(shù)。CA可以通過(guò)聚合若干個(gè)連續(xù)或不連續(xù)的頻帶來(lái)共同為終端服務(wù)。

2.載波聚合技術(shù)原理

CA技術(shù)通過(guò)在頻域上進(jìn)行擴(kuò)展，以滿足系統(tǒng)對(duì)大帶寬的需求。CA是指基站將多個(gè)成分載波（Composition Carrier，CC；最多5個(gè)；每個(gè)最多20MHz；頻率上可以連續(xù)也可以分散）聚集起來(lái)一起為UE提供服務(wù)。載波聚合的場(chǎng)景可以分為3種：帶內(nèi)連續(xù)載波聚合(Intra-Band，Contiguous)、帶內(nèi)非連續(xù)載波聚合(Intra-Band，Non-contiguous)、帶外非連續(xù)載波聚合(Inter-Band，Non-Contiguous)。

與UE維持RRC連接的載波稱之為PCC（Primary Composition Carrier，主成分載波）或者為PCell（Primary serving cell，主服務(wù)小區(qū)），除主載波之外的載波稱之為SCC（Secondary Composition Carrier，輔成分載波）或者為SCell（Secondary serving cell，輔小區(qū)）。PCC總是激活的，SCC可通過(guò)PCC或已激活的SCC來(lái)激活。SCC可通過(guò)PCC或已激活的SCC來(lái)去激活（Release；包括自己），SCC還可以通過(guò)DRX（Discontinuous reception，非連續(xù)接收）和deactivation timer來(lái)去激活。

在運(yùn)營(yíng)商具有多個(gè)頻譜資源可用的條件下，可以使用CA技術(shù)來(lái)高效地利用運(yùn)營(yíng)商可獲取的頻譜資源。特別注意的是，由于載波聚合只能發(fā)生在多個(gè)頻段都能覆蓋到的區(qū)域中，因此本文主要針對(duì)運(yùn)營(yíng)商具有多個(gè)頻譜資源可用的場(chǎng)景。

3.載波聚合方案設(shè)計(jì)

當(dāng)具有載波聚合能力的UE（User Equipment，用戶設(shè)備）初始接入到一具有載波聚合能力的小區(qū)中（PCell）后，eNB（evolved Node B，演進(jìn)型基站）根據(jù)PCell（即UE接入的小區(qū)）的以下鄰區(qū)關(guān)系列表中的一個(gè)或幾個(gè)為該UE構(gòu)建SCell候選小區(qū)列表：同頻鄰區(qū)關(guān)系列表、異頻鄰區(qū)關(guān)系列表、同覆蓋鄰區(qū)關(guān)系列表、包含關(guān)系鄰區(qū)列表，將上述若干個(gè)鄰區(qū)關(guān)系列表的并集作為該UE的SCell候選小區(qū)列表。eNB根據(jù)UE能力結(jié)合UE所支持的頻點(diǎn)、候選小區(qū)的服務(wù)質(zhì)量從SCell候選小區(qū)列表中選出小區(qū)，將選出的小區(qū)作為該UE的Scell。

根據(jù)候選SCell的服務(wù)質(zhì)量決策采取以下操作中的一種或幾種：刪除SCell，添加SCell。根據(jù)UE的緩沖大小、SCell的信道質(zhì)量和負(fù)荷決策是否激活輔小區(qū)，根據(jù)UE的緩沖大小和SCell的信道質(zhì)量決策是否去激活輔小區(qū)。當(dāng)UE當(dāng)前某個(gè)SCell的服務(wù)質(zhì)量變差即低于預(yù)設(shè)的服務(wù)質(zhì)量門限（例如UE的移動(dòng)導(dǎo)致），則網(wǎng)絡(luò)側(cè)可以刪除該SCell；當(dāng)某個(gè)SCell候選小區(qū)的服務(wù)質(zhì)量較好，即超過(guò)預(yù)定的服務(wù)質(zhì)量閾值()且UE當(dāng)前的SCell數(shù)未達(dá)到上限()，則網(wǎng)絡(luò)側(cè)添加該SCell候選小區(qū)為該UE的SCell；

當(dāng)UE的BSR(Buffer Status Report，緩沖狀態(tài)報(bào)告)達(dá)到BSR閾值、SCell上的CQI(Channel Quality Indicator，信道質(zhì)量指示)高于預(yù)設(shè)的CQI閾值且待激活的SCell的負(fù)荷小于預(yù)設(shè)的負(fù)荷閾值時(shí)，則激活該SCell，激活流程示意圖如圖1所示。

4.載波聚合研究現(xiàn)狀

LTE-A載波聚合的工作項(xiàng)目源自3GPP LTE-A研究項(xiàng)目，LTE-A研究項(xiàng)目是在LTE Rel8的基礎(chǔ)上的后續(xù)演進(jìn)，主要目的是為滿足IMT-A 4G技術(shù)要求的標(biāo)準(zhǔn)。LTE-A研究項(xiàng)目開(kāi)始于2008年3月，在2010年3月完成可行性研究。在LTE-A研究項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，3GPP于2009年12月啟動(dòng)了4個(gè)Rel-10的工作項(xiàng)目，LTE-A的載波聚合技術(shù)為其中之一。目前分成了兩個(gè)部分：載波聚合核心工作項(xiàng)目LTE_CA-Core和載波聚合性能工作項(xiàng)目LTE_CA-Perf。前者主要是載波聚合的協(xié)議制定，后者是特定載波聚合的射頻要求。載波聚合核心工作項(xiàng)目已在RAN#50次全會(huì)完成Rel-10工作。載波聚合性能工作項(xiàng)目定在RAN#52次全會(huì)(2011年6月)前完成Rel-10工作。

中國(guó)移動(dòng)極為關(guān)注LTE TDD頻譜，對(duì)FDD的非對(duì)稱頻譜聚合非常敏感。因?yàn)樵谀撤N程度上它關(guān)系到TDD雙工模式的優(yōu)勢(shì)。歐洲運(yùn)營(yíng)商的頻譜范圍廣，因此對(duì)頻帶間的中小帶寬聚合最感興趣。而設(shè)備提供商則對(duì)CA課題表現(xiàn)出很大的興趣，投入大量的人力和物力研究和開(kāi)發(fā)。

圖1 激活輔載波流程示意圖

5.結(jié)束語(yǔ)

載波聚合技術(shù)作為L(zhǎng)TE-A系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)解決了高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸問(wèn)題，并對(duì)LTE系統(tǒng)的UE有很強(qiáng)的后向兼容性。不連續(xù)的載波聚合技術(shù)更適合運(yùn)營(yíng)商在未來(lái)實(shí)際系統(tǒng)中使用，但同時(shí)載波聚合技術(shù)也面臨諸多的技術(shù)挑戰(zhàn)，仍然需要進(jìn)一步的研究和分析，以保證數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的高速、有效和準(zhǔn)確的無(wú)線傳輸。

[1]3GPP R 1-091809.Component carrier structures,San Francisco.May 2009.

[2]3GPP TR 36.913.Requirements for further advancements for E-UTRA (LTE-Advanced),V9.0.0,2009(12).

[3]沈嘉,索士強(qiáng),全海洋.3GPP長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:人民郵電出版社,2008.

[4]陳繼勛,李美艷.LTE系統(tǒng)中的載波聚合技術(shù)[J].通信管理與技術(shù),2011,3:22-24.