終端支持多載波聚合問題分析及解決方案探討

戴國華+黃思技+余駿華+趙子彬

【摘要】介紹了載波聚合技術(shù)的標準化現(xiàn)狀和終端商用情況，對部署載波聚合時LTE終端可能遇到的問題進行研究分析，結(jié)合現(xiàn)狀對解決方案進行探討并給出建議。

【關(guān)鍵詞】載波聚合雙發(fā)雙收三階互調(diào)

中圖分類號：TN929.53文獻標識碼：A文章編號：1006-1010(2014)-09-0009-03

1 引言

由于高速Internet、相對便宜的智能手機出現(xiàn)，和提供良好用戶體驗的多媒體應(yīng)用程序不斷更新?lián)Q代，移動用戶數(shù)據(jù)使用量大幅度提升，這對運營商高數(shù)據(jù)容量提供能力帶來了新的挑戰(zhàn)，而載波聚合（CA，Carrier Aggregation）技術(shù)就在這樣的背景下應(yīng)運而生。載波聚合技術(shù)，一方面可通過使用不同頻段的容量，來最大化峰值速率和吞吐量，憑借跨頻率的負載均衡向用戶提供更好的QoS，通過優(yōu)化的無線資源管理實現(xiàn)干擾管理，從而提供良好的用戶體驗；另一方面，通過對已使用的多個頻率站點的簡單軟件升級，CA技術(shù)向運營商提供了一個提升目前網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)吞吐量和容量的低成本解決方案。因此，充分利用并靈活配置現(xiàn)有頻段組合來實現(xiàn)載波聚合，可滿足LTE運營商的迫切市場需求。

本文從終端角度出發(fā)，介紹CA技術(shù)的標準化現(xiàn)狀和終端商用情況，對部署CA時終端可能遇到的問題進行探討并給出建議。

2 載波聚合技術(shù)標準化現(xiàn)狀

載波聚合技術(shù)由國際標準化組織3GPP（3rd Generation Partnership Project）主推，目前已完成Rel 10/11的研究和標準化，Rel 12將在2014年6月完成。

LTE（Long Term Evolution）從Rel 10開始支持載波聚合，通過聚合多個分量載波（CC，Component Carrier）來有效提升系統(tǒng)帶寬和數(shù)據(jù)速率。根據(jù)不同運營商的頻譜狀況，3GPP在Rel 10中定義了包括頻段內(nèi)連續(xù)、頻段內(nèi)和頻段間不連續(xù)的三種類型載波聚合方式，可支持最多5個分量載波聚合和100MHz的系統(tǒng)帶寬，被聚合的每個載波都保持對Rel 8/9的后向兼容。對于下行，各載波獨立調(diào)度，并支持跨載波調(diào)度，以降低小區(qū)間干擾；對于上行，只有主載波可發(fā)送控制信息，其他輔助載波僅作數(shù)據(jù)傳輸之用[1]。另外，F(xiàn)DD系統(tǒng)支持下行頻段內(nèi)和頻段間載波聚合，上行僅支持頻段內(nèi)載波聚合；TDD系統(tǒng)僅支持頻段內(nèi)上下行配比相同的載波聚合。

為實現(xiàn)更加靈活的載波聚合，3GPP在Rel 11中引入FDD系統(tǒng)的上行頻段間載波聚合和TDD系統(tǒng)頻段間不同上下行配比的載波聚合。為支持異構(gòu)網(wǎng)（Het-Net，Heterogeneous Network）、提高頻譜利用率和能源效率，3GPP在Rel 11中引入新載波類型，該新載波需聚合其他后向兼容載波方能使用。

Rel 12已完成頻帶內(nèi)和頻帶間多頻段組合載波聚合的標準化工作，而FDD和TDD聯(lián)合載波聚合工作仍在進行中。另外，三頻段（3個下行載波和1個上行載波）載波聚合的8個WI（Working Item）已確定。

由此可知，為滿足運營商靈活利用多種頻譜資源的需求，靈活配置多載波組合將是載波聚合技術(shù)的演進方向和趨勢。

3 載波聚合商用情況

目前全球有超過40家運營商正在或已完成CA技術(shù)試驗，其中有部分運營商已開展CA部署工作。全球載波聚合商用與部分支持CA終端情況如表1和表2所示：

表1全球載波聚合商用情況

運營商 商用時間點 商用CA頻段 備注

韓國SKT 2013.6 10MHz B8/800MHz+

10MHz B3/1.8GHz 全球首次商用CA

韓國LG U+ 2013.7 10MHz B5/800MHz+

10MHz B1/2.1GHz

韓國KT 2013.9 10MHz B8/800MHz+

10MHz B3/1.8GHz 計劃10MHz B8+20MHz B3

俄羅斯MegaFon 2014.2 B7（2.6GHz）頻段內(nèi)2×20MHz 全球首次支持下行300Mbps

美國AT&T 2014.3 10MHz B17/700 MHz+

5MHz B4/2.1GHz 目前僅在芝加哥

美國Sprint 2014.3 B41（2.5GHz）頻段內(nèi)2×20MHz 2015年底支持3×20MHz

表2部分支持CA終端情況

終端分類 LTE終端形態(tài) 語音承載 代表運營商

手機終端 CSFB

（單發(fā)單收） 回落GSM或WCDMA SKT、KT、AT&T

(e)1xCSFB

（單發(fā)單收） 回落

CDMA2000 1X Sprint

Single VoLTE

（單發(fā)單收） VoLTE LG U+

數(shù)據(jù)終端 僅LTE Data

（單發(fā)單收） 無 MegaFon

4 終端支持載波聚合問題分析及解決方

案建議

4.1終端成本增加問題

充分利用現(xiàn)有零散頻譜資源，提升數(shù)據(jù)容量，是CA技術(shù)為全球多家運營商力推的重要原因。但支持CA的終端要求同時支持更多頻段并發(fā)，這意味著終端需升級基帶芯片能力和增加支持相應(yīng)頻段的射頻芯片，從而導(dǎo)致終端實現(xiàn)成本增加。

經(jīng)研究，在保證CA功能的前提下，采用優(yōu)化CA終端前端和射頻芯片組合功能的方案可降低終端成本。以支持兩頻段的載波聚合終端為例，其需要采用兩個射頻芯片A和射頻前端，終端成本增加，如圖1中左圖所示。而在芯片優(yōu)化方案中，終端射頻芯片B和C共用一套位于芯片B上的多模接收機，這樣處理輔助載波，芯片C的設(shè)計和實現(xiàn)復(fù)雜度可降低，芯片尺寸減小，芯片制造成本降低，如圖1右圖所示。因此通過采用芯片優(yōu)化方案，終端成本在一定程度上可降低。

圖1芯片優(yōu)化方案示意圖

4.2雙發(fā)雙收終端語音方案兼容問題

為解決LTE網(wǎng)絡(luò)語音問題，實現(xiàn)LTE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語音并發(fā)，目前運營商可采用雙發(fā)雙收終端如SGLTE（Simultaneous GSM and LTE）和SVLTE（Simultaneous Voice and LTE）的過渡解決方案。雙發(fā)雙收終端已使用兩個射頻芯片，如需增加CA功能支持，則至少需三個射頻芯片。但目前相關(guān)芯片廠商平臺尚無法支持三個射頻芯片同時工作。

目前雙發(fā)雙收終端支持CA可能的解決方案為：在支持CA能力的UE（User Equipment）與eNB建立主小區(qū)（PCell，Primary Cell）和輔助小區(qū)（SCell，Secondary Cell）后，當(dāng)接收到語音尋呼時UE斷掉SCell，只留有PCell，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與語音并發(fā)；待UE語音結(jié)束后，eNB基于UE信道測量報告和無線資源管理策略重新激活SCell。流程如圖2所示：

圖2雙發(fā)雙收終端+CA方案流程示意圖

根據(jù)TS 36.300[2]和TS 36.321[3]的描述，SCell的激活及去激活是由eNB完成的。因此UE在收到語音尋呼后，需增加額外的RRC信令告知eNB去激活SCell；而在語音結(jié)束后，eNB需根據(jù)UE上報的信道測量報告、終端業(yè)務(wù)流量情況和無線資源調(diào)度策略決定是否重激活SCell。而且，在SCell去激活后和重激活之前，UE數(shù)據(jù)性能會有明顯下降。

目前韓國運營商SKT、LG U+和KT已于2013年在部分地區(qū)商用CA，采用的語音解決方案多數(shù)為VoLTE（Voice over LTE）；而AT&T、T-Mobile、Verizon、Rogers和Bell等運營商，支持CA的語音方案為eCSFB（enhanced Circuit Switch Fallback）或VoLTE，都未采用雙發(fā)雙收終端+CA方案。因此，運營商在規(guī)劃與制定CA終端部署策略時需結(jié)合語音解決方案考慮，建議將來的CA終端不要求支持雙發(fā)雙收語音方案。

4.3多頻段互調(diào)干擾問題

充分利用零散頻譜資源和多頻段并發(fā)工作，是CA技術(shù)的基本要求。目前載波聚合的頻段組合包括兩頻段和三頻段組合，數(shù)目多達十幾種。不同頻段同時工作，發(fā)射信號可能對接收信號產(chǎn)生互調(diào)干擾問題。下面以1.8G+2.1G載波聚合方案為例加以說明。

終端在B1和B3同時發(fā)送上行信號時，所產(chǎn)生的三階互調(diào)產(chǎn)物（2 060—2 120MHz）部分落在終端B1頻段接收范圍內(nèi)（2 110—2 130MHz），從而產(chǎn)生互擾；如果終端只在單個頻段上（B1或B3）發(fā)送上行信號，則不會產(chǎn)生三階交調(diào)問題，如表3和表4所示。

因此，建議CA部署初期對各頻段應(yīng)用場景進行評估分析，以避免產(chǎn)生互調(diào)干擾問題。

表3B1和B3上下行頻段[4]

LTE CA頻段 UL/MHz DL/MHz

B1 1 920—1 940 2 110—2 130

B3 1 760—1 780 1 855—1 875

表4上行載波三階交調(diào)

上行載波/MHz f1_low f1_high f2_low f2_high

1 760 1 780 1 920 1 940

三階交調(diào)

范圍/MHz |2*f1_low-

f2_high| |2*f1_high-

f2_low| |2*f2_low-

f1_high| |2*f2_high-

f1_low|

1 580—1 640 2 060—2 120

5 結(jié)束語

載波聚合技術(shù)作為LTE-Advanced系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，解決了零散頻譜整合的問題，以其較高頻譜利用率和傳輸速率受到各大運營商青睞。對于支持載波聚合技術(shù)終端的部署與應(yīng)用，需重點考慮終端實現(xiàn)成本影響、與現(xiàn)有語音方案的兼容和多載波聚合應(yīng)用場景下可能產(chǎn)生的互調(diào)干擾問題。另外，F(xiàn)DD和TDD聯(lián)合操作的載波聚合問題也是下一步的研究方向。

參考文獻：

[1] 杜瀅. LTE/LTE-Advanced標準回顧與展望[J]. 現(xiàn)代電信科技, 2013,11(11).

[2] 3GPP R1-082448. Carrier aggregation in Advanced E-UTRA[S]. 2008.

[3] 3GPP TS 36.300. Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN); Overall description; Stage 2(V10.11.0)[S]. 2013.

[4] 3GPP TS 36.321. Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA); Medium Access Control(MAC) protocol specification(V10.10.0)[S]. 2013.

[5] 3GPP TS 36.101. Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA); User Equipment(UE) radio transmission and reception(V10.14.0)[S]. 2014.★

作者簡介

戴國華：碩士畢業(yè)于華南理工大學(xué)，現(xiàn)任職于中國電信股份有限公司廣州研究院，主要研究方向為移動通信行業(yè)應(yīng)用開發(fā)、終端新技術(shù)研究等。

黃思技：碩士畢業(yè)于中山大學(xué)，現(xiàn)任職于中國電信股份有限公司廣州研究院，主要研究方向為移動通信標準預(yù)研、終端新技術(shù)研究等。

余駿華：碩士，現(xiàn)任職于中國電信股份有限公司廣州研究院，主要從事終端新技術(shù)研究、終端標準研究等相關(guān)工作。

目前韓國運營商SKT、LG U+和KT已于2013年在部分地區(qū)商用CA，采用的語音解決方案多數(shù)為VoLTE（Voice over LTE）；而AT&T、T-Mobile、Verizon、Rogers和Bell等運營商，支持CA的語音方案為eCSFB（enhanced Circuit Switch Fallback）或VoLTE，都未采用雙發(fā)雙收終端+CA方案。因此，運營商在規(guī)劃與制定CA終端部署策略時需結(jié)合語音解決方案考慮，建議將來的CA終端不要求支持雙發(fā)雙收語音方案。

4.3多頻段互調(diào)干擾問題

充分利用零散頻譜資源和多頻段并發(fā)工作，是CA技術(shù)的基本要求。目前載波聚合的頻段組合包括兩頻段和三頻段組合，數(shù)目多達十幾種。不同頻段同時工作，發(fā)射信號可能對接收信號產(chǎn)生互調(diào)干擾問題。下面以1.8G+2.1G載波聚合方案為例加以說明。

終端在B1和B3同時發(fā)送上行信號時，所產(chǎn)生的三階互調(diào)產(chǎn)物（2 060—2 120MHz）部分落在終端B1頻段接收范圍內(nèi)（2 110—2 130MHz），從而產(chǎn)生互擾；如果終端只在單個頻段上（B1或B3）發(fā)送上行信號，則不會產(chǎn)生三階交調(diào)問題，如表3和表4所示。

因此，建議CA部署初期對各頻段應(yīng)用場景進行評估分析，以避免產(chǎn)生互調(diào)干擾問題。

表3B1和B3上下行頻段[4]

LTE CA頻段 UL/MHz DL/MHz

B1 1 920—1 940 2 110—2 130

B3 1 760—1 780 1 855—1 875

表4上行載波三階交調(diào)

上行載波/MHz f1_low f1_high f2_low f2_high

1 760 1 780 1 920 1 940

三階交調(diào)

范圍/MHz |2*f1_low-

f2_high| |2*f1_high-

f2_low| |2*f2_low-

f1_high| |2*f2_high-

f1_low|

1 580—1 640 2 060—2 120

5 結(jié)束語

載波聚合技術(shù)作為LTE-Advanced系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，解決了零散頻譜整合的問題，以其較高頻譜利用率和傳輸速率受到各大運營商青睞。對于支持載波聚合技術(shù)終端的部署與應(yīng)用，需重點考慮終端實現(xiàn)成本影響、與現(xiàn)有語音方案的兼容和多載波聚合應(yīng)用場景下可能產(chǎn)生的互調(diào)干擾問題。另外，F(xiàn)DD和TDD聯(lián)合操作的載波聚合問題也是下一步的研究方向。

參考文獻：

[1] 杜瀅. LTE/LTE-Advanced標準回顧與展望[J]. 現(xiàn)代電信科技, 2013,11(11).

[2] 3GPP R1-082448. Carrier aggregation in Advanced E-UTRA[S]. 2008.

[3] 3GPP TS 36.300. Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN); Overall description; Stage 2(V10.11.0)[S]. 2013.

[4] 3GPP TS 36.321. Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA); Medium Access Control(MAC) protocol specification(V10.10.0)[S]. 2013.

[5] 3GPP TS 36.101. Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA); User Equipment(UE) radio transmission and reception(V10.14.0)[S]. 2014.★

作者簡介

戴國華：碩士畢業(yè)于華南理工大學(xué)，現(xiàn)任職于中國電信股份有限公司廣州研究院，主要研究方向為移動通信行業(yè)應(yīng)用開發(fā)、終端新技術(shù)研究等。

黃思技：碩士畢業(yè)于中山大學(xué)，現(xiàn)任職于中國電信股份有限公司廣州研究院，主要研究方向為移動通信標準預(yù)研、終端新技術(shù)研究等。

余駿華：碩士，現(xiàn)任職于中國電信股份有限公司廣州研究院，主要從事終端新技術(shù)研究、終端標準研究等相關(guān)工作。

目前韓國運營商SKT、LG U+和KT已于2013年在部分地區(qū)商用CA，采用的語音解決方案多數(shù)為VoLTE（Voice over LTE）；而AT&T、T-Mobile、Verizon、Rogers和Bell等運營商，支持CA的語音方案為eCSFB（enhanced Circuit Switch Fallback）或VoLTE，都未采用雙發(fā)雙收終端+CA方案。因此，運營商在規(guī)劃與制定CA終端部署策略時需結(jié)合語音解決方案考慮，建議將來的CA終端不要求支持雙發(fā)雙收語音方案。

4.3多頻段互調(diào)干擾問題

充分利用零散頻譜資源和多頻段并發(fā)工作，是CA技術(shù)的基本要求。目前載波聚合的頻段組合包括兩頻段和三頻段組合，數(shù)目多達十幾種。不同頻段同時工作，發(fā)射信號可能對接收信號產(chǎn)生互調(diào)干擾問題。下面以1.8G+2.1G載波聚合方案為例加以說明。

終端在B1和B3同時發(fā)送上行信號時，所產(chǎn)生的三階互調(diào)產(chǎn)物（2 060—2 120MHz）部分落在終端B1頻段接收范圍內(nèi)（2 110—2 130MHz），從而產(chǎn)生互擾；如果終端只在單個頻段上（B1或B3）發(fā)送上行信號，則不會產(chǎn)生三階交調(diào)問題，如表3和表4所示。

因此，建議CA部署初期對各頻段應(yīng)用場景進行評估分析，以避免產(chǎn)生互調(diào)干擾問題。

表3B1和B3上下行頻段[4]

LTE CA頻段 UL/MHz DL/MHz

B1 1 920—1 940 2 110—2 130

B3 1 760—1 780 1 855—1 875

表4上行載波三階交調(diào)

上行載波/MHz f1_low f1_high f2_low f2_high

1 760 1 780 1 920 1 940

三階交調(diào)

范圍/MHz |2*f1_low-

f2_high| |2*f1_high-

f2_low| |2*f2_low-

f1_high| |2*f2_high-

f1_low|

1 580—1 640 2 060—2 120

5 結(jié)束語

載波聚合技術(shù)作為LTE-Advanced系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，解決了零散頻譜整合的問題，以其較高頻譜利用率和傳輸速率受到各大運營商青睞。對于支持載波聚合技術(shù)終端的部署與應(yīng)用，需重點考慮終端實現(xiàn)成本影響、與現(xiàn)有語音方案的兼容和多載波聚合應(yīng)用場景下可能產(chǎn)生的互調(diào)干擾問題。另外，F(xiàn)DD和TDD聯(lián)合操作的載波聚合問題也是下一步的研究方向。

參考文獻：

[1] 杜瀅. LTE/LTE-Advanced標準回顧與展望[J]. 現(xiàn)代電信科技, 2013,11(11).

[2] 3GPP R1-082448. Carrier aggregation in Advanced E-UTRA[S]. 2008.

[3] 3GPP TS 36.300. Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN); Overall description; Stage 2(V10.11.0)[S]. 2013.

[4] 3GPP TS 36.321. Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA); Medium Access Control(MAC) protocol specification(V10.10.0)[S]. 2013.

[5] 3GPP TS 36.101. Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA); User Equipment(UE) radio transmission and reception(V10.14.0)[S]. 2014.★

作者簡介

戴國華：碩士畢業(yè)于華南理工大學(xué)，現(xiàn)任職于中國電信股份有限公司廣州研究院，主要研究方向為移動通信行業(yè)應(yīng)用開發(fā)、終端新技術(shù)研究等。

黃思技：碩士畢業(yè)于中山大學(xué)，現(xiàn)任職于中國電信股份有限公司廣州研究院，主要研究方向為移動通信標準預(yù)研、終端新技術(shù)研究等。

余駿華：碩士，現(xiàn)任職于中國電信股份有限公司廣州研究院，主要從事終端新技術(shù)研究、終端標準研究等相關(guān)工作。