載波聚合技術(shù)對(duì)LTE-Advanced空口協(xié)議帶來的挑戰(zhàn)

摘要

載波聚合技術(shù)是LTE-Advanced標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)重要特性，也是實(shí)現(xiàn)LTE-Advanced系統(tǒng)百兆帶寬運(yùn)行的最關(guān)鍵技術(shù)，但其也對(duì)LTE-Advanced空口協(xié)議帶來了諸多挑戰(zhàn)。為了支持載波聚合技術(shù)，LTE-Advanced需要對(duì)此前的LTE空口協(xié)議進(jìn)行多方面的增強(qiáng)。本文從成員載波分類、上行時(shí)鐘提前、系統(tǒng)信息處理、無線鏈路失敗處理等方面介紹了目前3GPP正在討論的針對(duì)載波聚合的空口協(xié)議增強(qiáng)方案，包括已經(jīng)形成的結(jié)論以及后續(xù)還需研究的問題。

1  引言
國際電信聯(lián)盟ITU-R在2008年1月向全球發(fā)出了征集IMT-Advanced技術(shù)的通函，正式啟動(dòng)了第4代移動(dòng)通信系統(tǒng)（4G）的工作計(jì)劃。為了滿足IMT-Advanced的要求，在2008年3月舉行的第39次RAN全會(huì)上，3GPP就通過了基于LTE的LTE-Advanced的標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)，并在2008年5月底的第40次RAN全會(huì)上，完成了LTE-Advanced需求文件TR 36.913的初稿。在2009年10月的ITU-R WP5D第6次會(huì)議上，3GPP以及日本和中國都正式向ITU提交了以LTE-Advanced技術(shù)為主體的IMT-Advanced候選技術(shù)提案。目前，各個(gè)評(píng)估組正在對(duì)IMT-Advanced候選技術(shù)提案（LTE-Advanced和802.16m）進(jìn)行互評(píng)估，此階段將與2010年6月的WP5D第8次會(huì)議上完成，之后將在2010年10月的WP5D第9次會(huì)議上確定IMT-Advanced系統(tǒng)的技術(shù)框架和關(guān)鍵特性，最終將在2011年2月的WP5D第10次會(huì)議上形成IMT-Advanced技術(shù)建議，從而全部完成IMT-Advanced的標(biāo)準(zhǔn)制定工作。

LTE-Advanced要求在100MHz的帶寬內(nèi)提供下行1Gbit/s，上行500Mbit/s的峰值速率。為了在如此寬的帶寬內(nèi)工作，LTE-Advanced引入了載波聚合技術(shù)。載波聚合可以通過整合若干個(gè)離散頻帶來共同為UE服務(wù)�？紤]到與LTE的后向兼容性，LTE-Advanced引入了成員載波的概念，每個(gè)成員載波的最大帶寬不超過20MHz，即110個(gè)RB。LTE-Advanced空口協(xié)議是基于LTE空口協(xié)議的。不像在LTE中，每個(gè)小區(qū)只有一個(gè)成員載波，每個(gè)UE也只有一個(gè)成員載波為其服務(wù)，在LTE-Advanced中，每個(gè)小區(qū)有多個(gè)成員載波，每個(gè)UE也可能有多個(gè)成員載波為其服務(wù)，因此LTE-Advanced需要在多方面對(duì)LTE空口協(xié)議進(jìn)行增強(qiáng)。本文主要就3GPP目前針對(duì)載波聚合技術(shù)進(jìn)行的空口協(xié)議增強(qiáng)所取得的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展進(jìn)行了簡要的介紹，主要涉及成員載波分類、上行時(shí)鐘提前、系統(tǒng)信息處理、無線鏈路失敗處理等方面。值得說明的是，載波聚合技術(shù)不僅要對(duì)本文所提及的一些空口協(xié)議方向進(jìn)行增強(qiáng)，而且還包括隨機(jī)接入、測量、切換、調(diào)度等方面。隨著3GPP討論的深入，還會(huì)出現(xiàn)更多的技術(shù)增強(qiáng)點(diǎn)。

2  成員載波分類

成員載波分類參見圖1。

圖1  成員載波分類

（1）配置/非配置成員載波

隨著載波聚合技術(shù)的引入，每個(gè)小區(qū)可能會(huì)被配置多個(gè)成員載波，UE也可能使用多個(gè)成員載波，但并不是所有UE都會(huì)使用所在小區(qū)的所有成員載波，那些被UE使用的成員載波稱之為配置成員載波，未被使用的成員載波稱之為非配置成員載波，配置/非配置是相對(duì)于每個(gè)UE來說的，即不同的UE可能具有不同的配置/非配置成員載波，通過RRC信令為UE增加額外的配置成員載波。

（2）激活/去激活成員載波

配置成員載波又進(jìn)一步被劃分為激活成員載波與去激活成員載波，UE在激活成員載波上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而在去激活成員載波上不進(jìn)行任何數(shù)據(jù)傳輸，也不支持CQI類似難度較大的測量，但其又不像非配置成員載波那樣不進(jìn)行任何測量，具體支持哪些測量，目前還在3GPP討論中。下行配置成員載波的激活/去激活由MAC層信令控制，但也支持下行配置成員載波的隱性去激活，如當(dāng)過了一定時(shí)間，UE在激活成員載波上沒有任何的數(shù)據(jù)傳送，其可以被隱性的去激活。不過，到底哪些情況可以隱性地去激活成員載波，還在3GPP的討論中，預(yù)計(jì)在RAN2 #69bis會(huì)議會(huì)有相關(guān)結(jié)論。另外，新增加的配置成員載波總是處于去激活的默認(rèn)狀態(tài)。而對(duì)于上行成員載波來說，不需要顯性的激活命令，eNB可以通過上行賦予等隨時(shí)讓UE在任何上行成員載波上進(jìn)行傳輸。

引入激活/非激活成員載波的好處是：

●可以將暫時(shí)不用的成員載波設(shè)置為非激活狀態(tài)，這樣可以更好地節(jié)省UE的電源。

●由于非激活成員載波可以通過MAC信令快速的轉(zhuǎn)換為激活狀態(tài)，且又不像非配置成員載波那樣不進(jìn)行任何測量，eNB可以利用非激活成員載波上的測量信息來進(jìn)行相關(guān)的參數(shù)設(shè)置，因此能更好地適應(yīng)突發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需要。

（3）特殊小區(qū)

在LTE中，只有一個(gè)成員載波服務(wù)于每個(gè)UE，且每個(gè)小區(qū)只有一個(gè)成員載波，服務(wù)于UE的成員載波對(duì)應(yīng)的小區(qū)即為此UE的服務(wù)小區(qū)，系統(tǒng)通過服務(wù)小區(qū)為UE提供一系列功能，包括安全輸入，NAS層移動(dòng)信息，無線鏈路檢測，尋呼等。在LTE-Advanced中，每個(gè)小區(qū)有多個(gè)成員載波，且每個(gè)UE可能被分配多個(gè)成員載波，這就牽扯到一個(gè)問題，系統(tǒng)為UE提供的各種功能以及對(duì)應(yīng)的流程是在哪些成員載波上執(zhí)行，是在所有成員載波上還是在一個(gè)或者多個(gè)成員載波上？根據(jù)系統(tǒng)提供的功能不同，上述問題的答案可能也有所不同。3GPP首先處理的是安全輸入功能與NAS層移動(dòng)信息功能，LTE-Advanced定義了一個(gè)特殊小區(qū)，每個(gè)UE只有一個(gè)特殊小區(qū)，不同UE的特殊小區(qū)可能是不同的。在此特殊小區(qū)上，系統(tǒng)為UE提供安全輸入功能與NAS層信息。注：從系統(tǒng)的角度看，每個(gè)成員載波相當(dāng)于一個(gè)小區(qū)，都會(huì)被分配一個(gè)全球惟一的小區(qū)標(biāo)示ECGI；從UE的角度看，即使被分配了多個(gè)成員載波，其也只能看到一個(gè)小區(qū)：特殊小區(qū)，其他的成員載波被當(dāng)作上、下行資源，每個(gè)UE與網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)RRC鏈接，每個(gè)UE也只被分配一個(gè)C-RNTI。

（4）主成員載波與輔成員載波

隨著討論的深入，3GPP為LTE-Advanced進(jìn)一步引入了主成員載波的概念。每個(gè)UE會(huì)被配置一個(gè)上行主成員載波和一個(gè)下行主成員載波。層1的上行控制信息如下行數(shù)據(jù)的ACK/NACK，調(diào)度請(qǐng)求以及周期性的CSI信息都是在上行主成員載波上傳輸?shù)摹Ｏ滦兄鞒蓡T載波不能被去激活，在下行主成員載波上產(chǎn)生的無線鏈路失敗會(huì)觸發(fā)RRC連接重建，但在其他下行成員載波上產(chǎn)生的無線鏈路失敗不會(huì)觸發(fā)RRC重建。既然每個(gè)UE有一個(gè)主成員載波，也有一個(gè)特殊小區(qū)，那么是否可將這兩者鏈接起來，即只有一個(gè)成員載波，此成員載波既是主成員載波，又是特殊小區(qū)呢? 由于此問題牽涉到是否可以在不進(jìn)行隨機(jī)接入以及安全Key改變的情況下改變主成員載波，對(duì)此問題不同公司有不同的觀點(diǎn)，3GPP目前還沒有明確的結(jié)論。對(duì)于除主成員載波以外的其他配置成員載波，統(tǒng)稱為輔成員載波。