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技術規范所定義帶寬。CoMP即多點協作傳輸技術，它的主要目的是為了提升邊緣小區用戶吞吐量及小區平均吞吐量，并改善小區間的切換性能，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點，對接收到的信號進行放大轉發，無線信號經過多個中繼節點到達終端。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 載波聚合小區類型

在載波聚合系統中，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稱為主小區，它繼承LTE服務小區的全部功能，輔載波對應的小區稱為輔小區，僅承擔數據傳輸功能。主小區和輔小區是從用戶終端的角度來說的，用戶終端接入的小區即為主小區。主小區包含上行載波單元和下行載波單元，輔小區只有下行載波單元。

2.2 載波聚合分類

載波聚合可以分為以下三類：頻段內連續載波聚合，即聚合的載波單元位于同一頻段并且是連續的；頻段內非連續載波聚合，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的載波單元進行聚合，當在頻段內存在非連續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，將每個扇區分裂為多個扇區從而擴大小區容量，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域的覆蓋，這種場景下需要確保宏站小區與拉遠射頻單元小區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的同時，根據LTE-Advanced系統的有關配置，LTE終端可以在其中的某一個載波單元上收發信息，LTE-Advanced每個載波單元和LTE系統的相同。其次，載波聚合需要協議影響最小化，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，為了保證兩者小區的覆蓋范圍一致達到測試需求，D頻段三個小區的天線需要參考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與相鄰站點小區、主測小區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。