頻帶聚合技術在LTE-Advanced系統中的應用

在現有無線蜂窩網絡中，頻譜效率不高，每個用戶所占帶寬有限，因此無法滿足高速數據業務的傳輸要求。隨著語音業務的日趨飽和，運營商需要考慮在未來無線寬帶移動網絡中為用戶提供更為可靠的高速數據服務。類似于高速分組接入(HSPA) 系統與時分同步碼分多址接入(TD-SCDMA)系統的關系，LTE-Advanced系統是LTE系統的平滑演進。因此如何在小幅度修改LTE協議的前提下，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，成為設備商和運營商所面臨的共同問題。

　　3GPP RAN1 #53bis次會議在波蘭華沙通過了在LTE-Advanced系統中采用頻帶聚合(CA)技術的提案[1]。使用CA技術的用戶，可以根據自身能力同時接收一個或者多個頻率資源塊上的數據。其主要技術優勢包括：

　　基站可以在大約100 MHz的帶寬內為一個終端傳輸數據，LTE-Advanced系統的下行峰值傳輸速率可以達到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)設備，CA技術不會明顯增加終端的設備復雜度和成本。

　　通過合理的設計控制信道和導頻信道，減小保護帶寬，可以減少信令開銷，提高系統的頻譜效率。

　　文章首先介紹了CA的基本原理和主流技術方案，然后給出了CA技術的研究現狀，最后對CA存在的問題進行了討論。

　　1 頻帶聚合技術原理及主流技術方案

　　頻帶聚合技術合理復用了多個頻帶，使LTE-Advanced的用戶能夠同時接收帶寬超過20 MHz的數據。現在一般認為[3-4]：

　　為了支持更高的數據峰值速率，頻帶聚合后的用戶帶寬應該超過20 MHz，每個載波段定義近似等于LTE release 8的最大傳輸帶寬。

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

　　考慮到未來數據業務的傳輸特點，LTE release 8支持的非對稱上下行帶寬在CA中也應該得到支持;上下行的載波段大小可以不同，聚合的載波段數目也可以不同。

　　在WRC07中提出的通用移動通信系統(UMTS)中新增加的帶寬也應被考慮，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，所以連續頻帶聚合和離散頻帶聚合都應該在LTE-Advanced系統中被考慮。

　　在對小數據包的支持上，LTE-Advanced 使用頻帶聚合的用戶終端(UE)不應該比LTE release 8的UE低。因為在系統中會有很多很小的數據包，例如，傳輸控制協議(TCP)、ACKs和一些尋呼信令和隨機接入相應等信令。CA需要重新設計如何傳輸這樣的小數據包，減少不必要的控制信令開銷。

　　使用CA技術的LTE-Advanced系統，需要完全兼容LTE系統遺留的UE。這就需要保留LTE release 8 規定的一些準則，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的整數倍位置。

　　1.1 連續頻帶聚合

　　在現有的第三代合作伙伴計劃(3GPP)會議上，綜合考慮終端執行能力和系統復雜度后，主要就連續頻帶聚合的提案進行討論。如圖1所示，連續頻帶聚合是指聚合在一起為一個用戶服務的多個載波段在頻域上是連續的。

　　由于載波段頻譜連續，所以系統實現頻帶聚合較為容易，信令開銷小，UE需要檢測的頻點也較少。相對于離散頻帶聚合，UE更容易使用一套RF和FFT設備完成多個頻帶數據的連續接收，節省終端的成本。針對最新的3GPP會議的討論結果，連續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為100 kHz的整數倍，其它載波段的中心頻點不在100 kHz的整數倍。每個載波段均是由100個資源塊共同組成，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個子載波(285 kHz)，以保證每個載波段的中心頻點都是100 kHz的整數倍，在頻帶聚合兩端的保護帶寬會相應減少。

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