LTE-Advanced載波聚合技術研究

陳飛 中國移動通信集團福建有限公司福州分公司

LTE-Advanced載波聚合技術研究

陳飛 中國移動通信集團福建有限公司福州分公司

由于移動通信的快速發(fā)展，市場不斷提出更高的需求和更多的應用，為滿足高峰值速率和長頻率帶寬的要求，文章通過引入載波聚合技術，在不對現有LTE網絡架構進行大改動的前提下，將離散的頻譜資源整合在一起，獲得類似連續(xù)帶寬所帶來的最大頻譜利用率，實現上下行峰值速率的極大提高，并確保用戶移動切換業(yè)務和原有網絡覆蓋不受影響。

LTE-Advanced 載波聚合

由于移動通信的快速發(fā)展，市場不斷提出更高的需求和更多的應用，為了滿足市場需求提出了LTE-Advanced，它是LTE的演進并保持對LTE較好的后向兼容性，因此可以對原有網絡進行升級支持LTE-Advanced，通過較低成本實現對用戶的服務升級。根據標準LTE-Advanced在低移動速率下，上下行峰值速率分別可達到 500Mbit/s 和1Gbit/s，為了支持這樣的峰值速率，需要具備較長的頻率帶寬。由于目前LTE在具有頻率靈活性的同時，也帶來了頻譜過于分散，整體頻譜利用率較低的問題。作為LTE-Advanced的關鍵技術之一，載波聚合能夠在不對現有LTE網絡架構進行大改動的前提下，將離散的頻譜資源整合在一起，通過將多個LTE載波聚合起來形成更大的帶寬，獲得類似連續(xù)帶寬所帶來的最大頻譜利用率，實現上下行峰值速率的極大提高，并確保用戶移動切換業(yè)務和原有網絡覆蓋不受影響。

1 LTE-Advanced關鍵技術

LTE-Advanced主要關鍵技術包括載波聚合、CoMP、增強型MIMO及中繼技術，其中載波聚合指在LTEAdvanced系統(tǒng)中，使用的頻率帶寬是由兩個或者兩個以上的載波單元組成，用以滿足LTE-Advanced技術規(guī)范所定義帶寬。CoMP即多點協(xié)作傳輸技術，它的主要目的是為了提升邊緣小區(qū)用戶吞吐量及小區(qū)平均吞吐量，并改善小區(qū)間的切換性能，提升終端接收功率。增強型MIMO，即LTEAdvanced針對LTE干擾嚴重的問題，在不降低頻譜利用率的條件下對上下行MIMO都進行了增強。中繼技術是指在基站和終端的傳輸鏈路之間增加一個或者多個節(jié)點，對接收到的信號進行放大轉發(fā)，無線信號經過多個中繼節(jié)點到達終端。本文利用載波聚合技術在有限的頻譜資源條件下，實現LTE-Advanced中的高速率指標要求。

2 載波聚合技術介紹

2.1 載波聚合小區(qū)類型

在載波聚合系統(tǒng)中，將同時為一個終端服務的多個載波單元分為主載波單元（PCC）和輔載波單元（SCC），主載波單元對應的小區(qū)稱為主小區(qū)，它繼承LTE服務小區(qū)的全部功能，輔載波對應的小區(qū)稱為輔小區(qū)，僅承擔數據傳輸功能。主小區(qū)和輔小區(qū)是從用戶終端的角度來說的，用戶終端接入的小區(qū)即為主小區(qū)。主小區(qū)包含上行載波單元和下行載波單元，輔小區(qū)只有下行載波單元。

2.2 載波聚合分類

載波聚合可以分為以下三類：頻段內連續(xù)載波聚合，即聚合的載波單元位于同一頻段并且是連續(xù)的；頻段內非連續(xù)載波聚合，即聚合的載波單元位于同一頻段，利用至少兩個在頻段上不連續(xù)的載波單元進行聚合，當在頻段內存在非連續(xù)頻譜資源時需要采用該方案；頻段間載波聚合，即聚合的載波單元位于不同頻段。該聚合方式要求終端具有多條射頻收發(fā)鏈路，并且該方案存在互調干擾問題。

2.3 載波聚合部署場景

下圖列出了主要的載波聚合部署場景，假設對兩個載波單元進行聚合。實際應用時會出現更多載波單元聚合的情況，可以將多種場景組合的方案。

圖1 載波聚合部署場景

在場景一下，每個基站的天線配置一致，每個載波單元功率和覆蓋方向相同，因此每個載波具有相同的覆蓋范圍；在場景二下，低頻段載波的覆蓋能力高于高頻段載波，或者相同頻段的載波單元分配的功率不同，導致每個載波的覆蓋范圍不同，兩者之間存在包含關系；在場景三下，將每個扇區(qū)分裂為多個扇區(qū)從而擴大小區(qū)容量，每個載波的覆蓋方向不同；在場景四下，宏基站的載波單元提供廣覆蓋，拉遠射頻單元的載波單元提供熱點區(qū)域的覆蓋，這種場景下需要確保宏站小區(qū)與拉遠射頻單元小區(qū)采用相同的載波聚合方式；在場景五下，它是場景二和場景四的結合，使用載波聚合也需要確保覆蓋范圍重疊區(qū)域的用戶獲得高吞吐量。

2.4 載波聚合設計原則

首先，載波聚合設計需要考慮后向兼容性，LTEAdvanced終端使用多個載波單元進行數據收發(fā)的同時，根據LTE-Advanced系統(tǒng)的有關配置，LTE終端可以在其中的某一個載波單元上收發(fā)信息，LTE-Advanced每個載波單元和LTE系統(tǒng)的相同。其次，載波聚合需要協(xié)議影響最小化，目前采用在MAC層聚合的方式，使用與LTE相同的物理層，每個載波單元都有獨立的HARQ進程，可以使用獨立的鏈路自適應技術。最后，載波聚合需要控制過程改動最小，目前載波聚合后的小區(qū)相關信令流程與LTE相似，改動不大。

3 載波聚合硬件改造及測試驗證

3.1 硬件改造方案

當前LTE宏基站的配置一般來說為S111，如果要開啟載波聚合功能，配置需要更改為S222，硬件上要做一定的改造。以大唐的主設備為例，其基帶板需要更改成雙BPOH配置，因此如果前期基站使用的基帶板是BPOG，需要在更換原有一塊BPOG為BPOH基帶板的基礎上再新增一塊BPOH。

在進行不同頻段的載波聚合時，由于D頻段和F頻段的覆蓋范圍不同，為了保證兩者小區(qū)的覆蓋范圍一致達到測試需求，D頻段三個小區(qū)的天線需要參考F頻段的天線方位角、電子下傾角、機械下傾角及天線掛高，進行一定的調整。此時還需要考慮到D頻段與F頻段的頻率偏置問題，在后臺網管將兩者設置相同。

3.2 性能測試驗證

首先進行載波聚合對速率的提升效果驗證，下圖分別是在覆蓋差點和好點下，關閉/開啟載波聚合平均下載吞吐量對比圖，可以看出，開啟載波聚合后在覆蓋好點和差點速率均有100%以上的提升。

圖2 關閉/打開CA平均下載吞吐量對比圖

其次，進行切換的驗證工作，結果如下圖，從測試結果來看，開啟載波聚合后主測小區(qū)與相鄰站點小區(qū)、主測小區(qū)D1與D2之間進行切換出切換入測試，切換正常。

圖3 切換測試結果

圖4 開啟/關閉CA測試結果

4 結束語

綜上所述，載波聚合技術能夠在不對現有網絡架構進行較大改動的基礎上，利用有限的頻譜資源實現速率的有效提升，并保持用戶移動切換業(yè)務能夠正常使用及原有網絡覆蓋不受影響，給用戶感知帶來極大的改善，將在未來的移動通信中發(fā)揮重要作用。

[1] 張麗娟，LTE-Advanced中機會載波聚合技術的研究。南京郵電大學，2013。

[2] 伉沛川，LTE-A載波聚合關鍵技術研究。北京郵電大學，2012。