李治　張宇

[摘要]LTE作為當(dāng)前移動通信網(wǎng)絡(luò)的主流技術(shù)之一，隨著LTE到LTE-A系統(tǒng)的演進過程中，更寬頻譜的需求成為影響演進的重要因素，因此3GPP提出使用載波聚合技術(shù)解決LTE-A系統(tǒng)對頻帶資源的需求，本文對載波聚合技術(shù)研究與應(yīng)用進行了介紹與探討。

[關(guān)鍵詞]LTE LTE-A 載波聚合

一、引言

隨著LTE系統(tǒng)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，3GPP已經(jīng)開展了LTE-Advanced（LTE-A）系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)研究工作，3GPP提出了LTE-A系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。目前，LTE-A系統(tǒng)潛在部署頻段包括：450-470MHz，698-862MHz，790-862MHz，2.3-2.4GHz，3.4-4.2GHz，4.4-4.99GHz等。除了2.3-2.4GHz位于傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)常用的頻段外，新的頻段呈現(xiàn)高、低分化的趨勢。尤其有大量的潛在頻段集中在3.4GHz以上的較高頻譜。與LTE系統(tǒng)相比，LTE-A系統(tǒng)在關(guān)鍵技術(shù)方面有了很大的增強，引入了載波聚合技術(shù)、中繼（relay）技術(shù)、增強型多天線技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)、和無線網(wǎng)絡(luò)MIMO技術(shù)等。

LTE-A系統(tǒng)在低移動性下峰值速率達(dá)到1Gbit/s，高移動性下峰值速率達(dá)到100Mbit/s，那么為了支持這樣的峰值速率，我們需要更寬的頻譜，更寬頻譜的需求將成為影響演進的重要因素。當(dāng)前LTE-A系統(tǒng)有6個候選頻點，如果考慮到現(xiàn)有的頻譜分配方式和規(guī)劃，很難找到足夠的承載LTE-A系統(tǒng)100MHz帶寬的整段頻帶。因此，3GPP提出了使用載波聚合（Carrier Aggregation）技術(shù)來解決LTE-A系統(tǒng)對頻帶資源的需求。

二、載波聚合的實現(xiàn)方案

基于載波聚合的LTE-A系統(tǒng)在傳輸模塊的映射與單載波系統(tǒng)有所區(qū)別，在LTE-A系統(tǒng)中，每個子載波對應(yīng)一個獨立的數(shù)據(jù)流，子載波之間數(shù)據(jù)流的聚合方式可以分為在MAC層聚合和在物理層聚合兩種。

MAC層聚合：每個子載波分配一個獨立的傳輸塊，單一的數(shù)據(jù)流在某一些點上被分到不同的載波上，載波上數(shù)據(jù)流的聚合在MAC層完成。在空間復(fù)用的情況下，每個載波分配兩個獨立的傳輸塊。因為每個子載波占用一個獨立的傳輸塊，所以各個子載波都能使用獨立的鏈路自適應(yīng)技術(shù)，聚合子載波可以根據(jù)實際鏈路狀況使用不同的調(diào)制編碼方案。每個子載波都有獨立的HARQ進程和相應(yīng)的ACK/NAK反饋，并且每個RLC實體可以使用LTE系統(tǒng)中定義的PDU。如下圖1所示。

物理層聚合：所有子載波共用一個傳輸塊，單一的數(shù)據(jù)流在某些點上被分到不同的載波上，載波上數(shù)據(jù)流的聚合在物理層上進行。在空間復(fù)用的情況下，由于所有子載波使用同一個傳輸快，需要重新設(shè)計RLC層中PDU的大小。所有子載波要進行統(tǒng)一的調(diào)制編碼，并且共用一個HARQ進程和相應(yīng)的ACK/NAK反饋。這樣就會與LTE系統(tǒng)原有的物理層/MAC層/RLC層結(jié)構(gòu)沖突。因此每個載波的物理層結(jié)構(gòu)需要重新設(shè)計，這樣可能會影響數(shù)據(jù)流到MAC的時間。如下圖2所示：

經(jīng)過比較，MAC層聚合更容易實現(xiàn)LTE向LTE-A的平滑過度。

三、載波聚合的應(yīng)用

3.1載波聚合的部署場景

在成分載波是相同或不同的頻段，但是頻率間隔很小的情況下，eNB如下圖3所示分布，對于所有成分載波波束方向和模式是相同的。

根據(jù)載波扇區(qū)數(shù)目部署的不同或者為了提高邊緣吞吐量，對于不同的成分載波，eNB的天線波束方向和部署不同。如下圖4所示。

一個固定的基站提供宏覆蓋，離基站較遠(yuǎn)的地方放置熱點（提供另一個載頻），熱點小區(qū)通過光纖跟基站相連。宏小區(qū)與熱點小區(qū)的載波聚合。此方法運營商可節(jié)省成本，因為熱點放置成本低。如下圖5所示：

在小區(qū)邊緣或接壤處添加射頻拉遠(yuǎn)設(shè)備RRH/RRU。射頻拉遠(yuǎn)設(shè)備RRH/RRU可以單獨進行遠(yuǎn)程設(shè)定，可以有效解決小區(qū)邊緣接收問題，進而在靈活構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的同時降低運營商的資本支出和運營成本。使用射頻拉遠(yuǎn)設(shè)備RRH/RRU可以靈活、有效地根據(jù)不同環(huán)境，構(gòu)建星形、樹形、鏈形、環(huán)形等構(gòu)造的各種網(wǎng)絡(luò)。如下圖6所示：

在室內(nèi)場景的應(yīng)用。有統(tǒng)計表明，未來80%～90%的系統(tǒng)吞吐量將發(fā)生在和熱點游牧場景。室內(nèi)、低速、熱點可能將成為移動互聯(lián)網(wǎng)時代更重要的應(yīng)用場景。下面介紹一個實際商用案例：某市移動營業(yè)廳在LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)上加第二載波，增加基帶版和載波聚合License。經(jīng)過測試后表明，載波聚合技術(shù)在應(yīng)用中優(yōu)勢明顯，測試結(jié)果見表1：

四、載波聚合需要考慮的問題

載波聚合技術(shù)在實際應(yīng)用和部署中仍存在很多需要考慮和注意的問題，簡單歸納如下：

異頻段間切換增多。由于新部署載波與原部署的LTE系統(tǒng)載波屬于不同頻段，在實際部署中需要注意兩個載波邊界異頻段切換增多問題，可通過駐留參數(shù)控制等手段解決用戶駐留問題，以減少異頻切換。

同頻部署引入干擾問題。室外新部署載波與原室內(nèi)載波屬于同一頻段，使室內(nèi)外分割區(qū)域成為強干擾區(qū)。在實際部署中，優(yōu)先RE優(yōu)化，根據(jù)需求部署ASFN功能和小區(qū)間的ICIC特性，確保室內(nèi)外容量不損失情況下解決和控制干擾問題。

不同頻帶相差的傳播損耗不同，頻率高的路徑損耗大。在實際中，分給運營商的頻段都是不同的，跨度很大。由于高頻率的路徑損耗大，造成高頻段的成分載波比低頻段的覆蓋小，在實際部署中，尤其在高頻部署的場景下，在系統(tǒng)偏移大或基站間距較大的情形下，應(yīng)加以注意系統(tǒng)間隔離度避免對LTE系統(tǒng)中的邊緣用戶造成干擾。

終端問題。支持載波聚合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)致終端成本增加。此外還需要解決終端的空閑資源搜索和耗電等問題。

小區(qū)邊緣接收問題。在載波聚合的實際應(yīng)用和部署中，要充分考慮小區(qū)邊緣接收問題，在小區(qū)邊緣增加射頻拉遠(yuǎn)設(shè)備對網(wǎng)絡(luò)加以完善。

五、載波聚合的優(yōu)勢

5.3技術(shù)優(yōu)勢

通過載波聚合技術(shù)可以提升用戶峰值速率，形成競爭力跨越；可以提升邊緣用戶速率，從而改善用戶體驗；可大大縮短業(yè)務(wù)響應(yīng)時延，提升瞬時容量，突發(fā)業(yè)務(wù)感受提升；可頻選調(diào)度增益，提升小區(qū)平均速率和邊緣速率；可天然實現(xiàn)了TTI級的負(fù)載均衡，效率更高，節(jié)省信令。

5.2網(wǎng)絡(luò)的成熟度

載波聚合技術(shù)已在全球廣泛成熟商用。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，目前全球已部署了49個商用和58個預(yù)商用載波聚合網(wǎng)絡(luò)。國內(nèi)運營商中國移動已經(jīng)部署，中國電信已在省會城市和重點城市部署載波聚合，并開始全國范圍內(nèi)鋪開部署。

5.3運營商市場價值拓展

通過載波聚合技術(shù)對峰值速率和用戶體驗的提升，有利于運營商的品牌宣傳和營銷，例如某運營商提出的“4G+”宣傳口號?？蓱?yīng)對運營商間的競爭，有利于吸引高端用戶。

六、總結(jié)

載波聚合作為LTE-A系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，能夠有效解決LTE-A系統(tǒng)對頻帶的需求。載波聚合技術(shù)在整合頻帶資源，提高帶寬利用率方面有其他技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢。