頻帶聚合技術(shù)在LTE-Advanced系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要:為了滿足無線網(wǎng)絡(luò)日益增長的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，LTE-Advanced系統(tǒng)引入了頻帶聚合技術(shù)增加單個(gè)用戶的傳輸帶寬。在保持對(duì)現(xiàn)有協(xié)議修改不大和對(duì)LTE終端良好兼容性的前提下，頻帶聚合技術(shù)能夠大幅度提高LTE-Advanced終端的峰值速率。文章介紹了頻帶聚合的原理和主要技術(shù)方案，討論了使用頻帶聚合對(duì)系統(tǒng)控制信道設(shè)計(jì)、切換和頻譜效率的影響。

關(guān)鍵字:頻帶聚合；控制信道設(shè)計(jì)；頻譜分配

基金項(xiàng)目：國家重大專項(xiàng)課題(2011ZX03003-002-01)

在現(xiàn)有無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，頻譜效率不高，每個(gè)用戶所占帶寬有限，因此無法滿足高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸要求。隨著語音業(yè)務(wù)的日趨飽和，運(yùn)營商需要考慮在未來無線寬帶移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中為用戶提供更為可靠的高速數(shù)據(jù)服務(wù)。類似于高速分組接入(HSPA)系統(tǒng)與時(shí)分同步碼分多址接入(TD-SCDMA)系統(tǒng)的關(guān)系，LTE-Advanced系統(tǒng)是LTE系統(tǒng)的平滑演進(jìn)。因此如何在小幅度修改LTE協(xié)議的前提下，既完全兼容LTE遺留的終端，又能增加LTE-Advanced終端占用的帶寬并提高其頻譜效率，成為設(shè)備商和運(yùn)營商所面臨的共同問題。

3GPP RAN1 #53bis次會(huì)議在波蘭華沙通過了在LTE-Advanced系統(tǒng)中采用頻帶聚合(CA)技術(shù)的提案[1]。使用CA技術(shù)的用戶，可以根據(jù)自身能力同時(shí)接收一個(gè)或者多個(gè)頻率資源塊上的數(shù)據(jù)。其主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)包括：

基站可以在大約100 MHz的帶寬內(nèi)為一個(gè)終端傳輸數(shù)據(jù)，LTE-Advanced系統(tǒng)的下行峰值傳輸速率可以達(dá)到1 Gbit/s[2] 。

終端可以只采用一套射頻(RF)和快速傅里葉變換(FFT)設(shè)備，CA技術(shù)不會(huì)明顯增加終端的設(shè)備復(fù)雜度和成本。

通過合理的設(shè)計(jì)控制信道和導(dǎo)頻信道，減小保護(hù)帶寬，可以減少信令開銷，提高系統(tǒng)的頻譜效率。

文章首先介紹了CA的基本原理和主流技術(shù)方案，然后給出了CA技術(shù)的研究現(xiàn)狀，最后對(duì)CA存在的問題進(jìn)行了討論。

1 頻帶聚合技術(shù)原理及主流技術(shù)方案

頻帶聚合技術(shù)合理復(fù)用了多個(gè)頻帶，使LTE-Advanced的用戶能夠同時(shí)接收帶寬超過20 MHz的數(shù)據(jù)。現(xiàn)在一般認(rèn)為[3-4]：

為了支持更高的數(shù)據(jù)峰值速率，頻帶聚合后的用戶帶寬應(yīng)該超過20 MHz，每個(gè)載波段定義近似等于LTE release 8的最大傳輸帶寬。

為同一個(gè)用戶聚合在一起的不同載波段帶寬可以不同，但應(yīng)有基本限制：不同載波段的帶寬相差不能太大（一般認(rèn)為不能超過兩倍），否則就失去了載波聚合的意義，并會(huì)增加大量的信令開銷。例如，10 MHz和20 MHz的兩個(gè)載波段可以聚合，但是1.4 MHz和20 MHz的兩個(gè)載波段就不允許聚合。如將此類限制直接寫到RAN4的協(xié)議中，會(huì)對(duì)RAN1協(xié)議靈活性產(chǎn)生影響。

考慮到未來數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸特點(diǎn)，LTE release 8支持的非對(duì)稱上下行帶寬在CA中也應(yīng)該得到支持；上下行的載波段大小可以不同，聚合的載波段數(shù)目也可以不同。

在WRC07中提出的通用移動(dòng)通信系統(tǒng)(UMTS)中新增加的帶寬也應(yīng)被考慮，例如：450~470，698~862，790~862，2 300~2 400，3 400~4 200和4 400~4 990 MHz頻帶。

由于不同用戶的能力等級(jí)不同，且有些用戶有射頻限制，并不支持離散載波聚合，所以連續(xù)頻帶聚合和離散頻帶聚合都應(yīng)該在LTE-Advanced系統(tǒng)中被考慮。

在對(duì)小數(shù)據(jù)包的支持上，LTE-Advanced 使用頻帶聚合的用戶終端(UE)不應(yīng)該比LTE release 8的UE低。因?yàn)樵谙到y(tǒng)中會(huì)有很多很小的數(shù)據(jù)包，例如，傳輸控制協(xié)議(TCP)、ACKs和一些尋呼信令和隨機(jī)接入相應(yīng)等信令。CA需要重新設(shè)計(jì)如何傳輸這樣的小數(shù)據(jù)包，減少不必要的控制信令開銷。

使用CA技術(shù)的LTE-Advanced系統(tǒng)，需要完全兼容LTE系統(tǒng)遺留的UE。這就需要保留LTE release 8 規(guī)定的一些準(zhǔn)則，例如，子載波帶寬為15 kHz，上行和下行的載波段中心位于100 kHz的整數(shù)倍位置。

1.1 連續(xù)頻帶聚合

在現(xiàn)有的第三代合作伙伴計(jì)劃(3GPP)會(huì)議上，綜合考慮終端執(zhí)行能力和系統(tǒng)復(fù)雜度后，主要就連續(xù)頻帶聚合的提案進(jìn)行討論。如圖1所示，連續(xù)頻帶聚合是指聚合在一起為一個(gè)用戶服務(wù)的多個(gè)載波段在頻域上是連續(xù)的。

由于載波段頻譜連續(xù)，所以系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)頻帶聚合較為容易，信令開銷小，UE需要檢測(cè)的頻點(diǎn)也較少。相對(duì)于離散頻帶聚合，UE更容易使用一套R(shí)F和FFT設(shè)備完成多個(gè)頻帶數(shù)據(jù)的連續(xù)接收，節(jié)省終端的成本。針對(duì)最新的3GPP會(huì)議的討論結(jié)果，連續(xù)頻帶聚合的主流方案包括：

方案1：如圖2所示[3]，只有中間載波段的中心頻點(diǎn)為100 kHz的整數(shù)倍，其它載波段的中心頻點(diǎn)不在100 kHz的整數(shù)倍。每個(gè)載波段均是由100個(gè)資源塊共同組成，帶寬為18.015 MHz。LTE遺留的UE只能接入中間的載波段。

方案2：如圖3所示[3]，在載波段之間插入19個(gè)子載波(285 kHz)，以保證每個(gè)載波段的中心頻點(diǎn)都是100 kHz的整數(shù)倍，在頻帶聚合兩端的保護(hù)帶寬會(huì)相應(yīng)減少。

作者：張翔　王文博　彭木根 來源：中興通訊技術(shù)——2010年　第6期