載波聚合標準化工作緊鑼密鼓網速提升指日可待

中國信息通信研究院│焦慧穎

載波聚合標準化工作緊鑼密鼓網速提升指日可待

中國信息通信研究院│焦慧穎

為了實現與IEEE 802.11ac wave2相似的帶寬，LTE R13擴展最多32個載波（包括授權載波和非授權載波）的聚合以實現最大640MHz帶寬。

隨著移動互聯網的發展，用戶對數據流量的需求越來越大，移動蜂窩網絡的容量也隨之擴大，而擴大容量最有效的方式之一就是增大帶寬。4G LTE-A要求提供100MHz的1Gbit/s的峰值速率，由于無線頻譜已經被2G/3G以及衛星等通信系統大量占用，很難找到100MHz帶寬的整段頻帶，在此情況下，載波聚合技術應運而生。

載波聚合不斷完善

LTE的基礎帶寬最大支持20MHz，LTE R10通過載波聚合最多5個上行或下行載波達到最大100MHz的傳輸帶寬，以此提升峰值速率和吞吐量。載波聚合的系統架構中，每個無線承載只有一個PDCP（分組數據匯聚協議）和RLC（無線通信系統中的無線鏈路控制層協議），MAC層支持多個載波間動態的數據包調度，各載波上有獨立的HARQ（混合自動重傳請求），各載波上的傳輸塊是相互獨立的。

根據聚合的載波所在頻帶的不同，可分為帶內聚合和帶間聚合，由于帶間聚合涉及到維護多個上行時鐘提前等一系列問題，LTE R10中FDD LTE支持下行帶內載波聚合和帶間載波聚合，上行僅支持帶內載波聚合，不支持帶間載波聚合；而LTE R10中TD-LTE支持上下行的帶內聚合，不支持帶間聚合，并且聚合的載波要求有相同的時隙配比。

LTE R11引入了多個上行定時提前，因此可以支持帶間聚合，并且支持不同時隙配比的TD-LTE載波聚合。考慮到未來LTE的部署中，FDD LTE和TD-LTE頻譜的有效利用和聯合使用變得越來越重要，LTE R12對FDD LTE和TD-LTE的聯合運營方案進行了研究，標準化了FDD LTE和TD-LTE載波聚合的方案。

LTE R13可聚合非授權頻段

LTE R13更為完善，LTE R13引入授權頻段輔助接入（LAA）技術，通過將LTE載波部署在非授權頻段，并與授權頻段的主載波進行聚合，實現LTE系統在非授權頻段的運營，使得載波聚合擴展到5GHz等非授權頻段成為可能。除了現在LTE廣泛應用的頻段外，也可以在如3.5GHz等頻段上聚合多個載波，所以擴展載波聚合架構支持更多載波聚合，可以讓運營商有機會更有效地聚合可用的頻譜資源，擴大網絡容量。

為了能夠實現與IEEE 802.11ac wave2相似的帶寬，LTE R13擴展最多32個載波（包括授權載波和非授權載波）的聚合來實現最大640MHz帶寬。

上行控制信道受限問題需解決

由于LTE R10載波聚合中上行控制信道等信息只在主載波上發送，載波聚合數目增加會帶來單個載波聚合終端上行PUCCH（物理上行鏈路控制信道）負載大小的增加，而且隨著支持載波聚合終端數的增加，會進一步給主小區帶來超高的上行負荷，從而極大影響終端的上行性能，對不具備載波聚合能力的終端影響尤為明顯。

以3GPP定義的載波聚合場景4為例，其主小區用作覆蓋，而輔小區提供熱點覆蓋，優點是將所有與控制相關的信息放在主小區上，而數據流量可以卸載給Small Cell。雖然載波聚合的終端可以通過在宏小區和Small Cell之間變換主小區的方式，來解決上行控制信令過載的問題，但是無法體現用簡單射頻拉遠方式部署Small Cell進行熱點覆蓋的優勢。

為了解決上述問題，可以大部分重用LTE R12雙連接的機制，也就是終端能夠在不同的小區組間同時發送上行控制信道，支持載波聚合下輔小區發送上行控制信道，從而緩解主小區上行控制信道的負擔。

除此以外，載波聚合擴展到32個載波還要增強在單個上行載波的HARQ-ACK和信道狀態信息（CSI）反饋，來解決上行反饋量增加而帶來的上行控制信道受限問題。需要指出的是LTE R13的32個載波聚合是不區分頻帶的，任何與band相關的需求都可以根據市場需求在3GPP RAN4開展標準化工作。

LTE R13載波聚合標準化工作已經完成

LTE R13的32個載波聚合標準化工作于2014年12月啟動，并于2015年12月完成，標準化工作同時考慮了FDD LTE聚合、TD-LTE聚合以及TD-LTE與FDD LTE聚合。物理層為支持上行載波聚合的終端定義了支持輔載波發送PUCCH的機制，在LTE R12的5載波聚合基礎上，定義新的支持32個載波聚合的上下行控制信令，包括增強下行控制信道來支持32個載波的本載波調度和跨載波調度，增強上行控制信道支持32個下行載波的上行控制信息反饋。

從終端類型角度來看，物理層標準化結論至少要引入下行終端類型Cat.17來支持約25Gbit/s的下行峰值速率，以及上行終端類型Cat.14來支持約9.6Gbit/s的上行峰值速率，具體的終端等級還需要3GPP RAN4做最后的定義。

2016年TD-LTE下行三載波聚合將逐步商用

3GPP定義的Cat.4支持20MHz單載波或者2個10MHz的載波聚合，Cat.6/Cat.7支持2個20MHz的載波聚合，Cat.9/Cat.10支持3個20MHz的載波聚合，Cat.11/Cat.12支持4個載波聚合或3個載波聚合以及下行256-QAM，LTE R13定義的Cat.16支持5個載波聚合以及下行256-QAM。

上行載波聚合到LTE R12階段為止，3GPP僅定義了支持上行2載波聚合的終端能力，即Cat.7、Cat.10、Cat.12，并且重新定義了支持上行64-QAM的終端能力（Cat.6等)，LTE R13制定了終端支持上行64-QAM的射頻指標。

預計2016年TD-LTE下行三載波聚合（包括Band內和Band間）將逐步商用，系統設備將全面支持上行雙載波聚合，而上行載波聚合的商用進展需與終端相配合，隨著高通等支持上行載波聚合的芯片日漸成熟，支持上行載波聚合的終端也將在2016年逐步推出。

編輯｜刁興玲 diaoxingling@bixintong.com.cn

記者觀察

載波聚合成運營商“4G+”戰略制勝法寶

本刊記者│刁興玲

GSA最新報告顯示，目前全球已有97張LTE-A網絡投入商用，而Cat.6、Cat.9和Cat.11網絡共83張，占比86%。由此可見,商用LTE-A網絡已是大勢所趨。

載波聚合產業鏈已成熟

在我國，中國電信“天翼4G+”于2015年8月1日正式上市，首批17個城市正式商用基于載波聚合的“4G+”業務，下行峰值速率可達300Mbit/s、上行峰值速率可達50Mbit/s，中國電信表示2016年將實現“4G+”網絡的全國覆蓋。目前中國移動網絡最高下載速率可達220Mbit/s，2016年中國移動將建設10萬個4G載波聚合基站，將覆蓋國內所有地級以上城市的核心城區、熱點區域，“4G+”用戶的下載速率將提升1倍。

中國聯通于2015年12月8日正式推出“沃4G+”，其峰值速率下行可達300Mbit/s，上行可達75Mbit/s。中國聯通表示將在2016年底實現載波聚合的全國商用。隨著中國聯通推出“4G+”品牌，我國三大運營商已全面進入“4G+”時代。載波聚合對于運營商具有重要現實意義，也成為運營商“4G+”時代的制勝法寶。

從芯片、終端層面來看，各大廠家的芯片或終端已全面支持載波聚合。例如目前華為、中興、酷派、三星、OPPO、小米、樂視等手機品牌已全面支持載波聚合，2016年中國將同時引領全球載波聚合終端的生產和銷售；高通驍龍、華為海思等手機芯片也全面支持載波聚合，例如高通驍龍820全面集成全新升級的X12 LTE調制解調器，下行支持Cat.12，最高傳輸速度高達600Mbit/s，上行支持Cat.13，最高傳輸速度高達150Mbit/s。值得一提的是，高通的上下行載波聚合方案不僅搭載于高端處理器，從驍龍200至驍龍800系列，目前均已支持下行載波聚合，而對于上行載波聚合的支持也從800系列擴展至600系列相關平臺上。

上行載波聚合將成運營商提升重點

從頻段來看，2015年11月諾基亞與德國電信推出世界首個LTE-A三載波聚合，使用了FDD LTE band 3以及TD-LTE band 42改善移動寬帶體驗，展示了3.5GHz band 42 TD-LTE的可行性。相信隨著技術的成熟，預計2016年我國運營商也會計劃逐漸采用3.5GHz頻段進行載波聚合。

目前，隨著智能手機攝像功能的發展以及用戶內容分享的需求不斷攀升，運營商、用戶、應用開發者及OEM廠商越來越重視上行鏈路速度的提升。2015年12月，中國移動攜手華為、高通在5個城市開展了TD-LTE上行載波聚合“4G+”規模外場測試，可見運營商對上行載波聚合的需求逐漸顯現。2016年隨著多載波聚合技術的成熟，下行載波聚合的速度將再次攀升，上行載波聚合技術也將迎來規模商用。