非授權頻段上LTE和Wi-Fi共存技術的現狀與發展研究

潘 方

（三維通信股份有限公司，杭州 310053）

1 非授權頻段上LTE和Wi-Fi的共存方式分析

面對大眾對通信速率、通信容量、通信延時、和通信安全等提出的更高要求，工業界和學術界意圖利用非授權頻段緩解與日俱增的流量壓力。由于標準的LTE技術原是部署在授權頻譜上的，所以它不能直接部署在非授權頻段上。隨著技術的進一步發展和成熟，目前，可以將LTE流量分流到非授權頻段上的主要技術有免許可頻段中的長期演進技術（Long Term Evolution Unlicensed，LTE-U）以及LTE和Wi-Fi鏈路聚合技術（LTE and WLANAggregation，LWA）。其中，LTE-U技術又可以細分為基于載波偵聽自適應傳（CarrierSensingAdaptiveTransmission，CSAT）的占空比方式（Duty-cycleMechanism，DCM）和基于碰撞退避的載波監聽（Listen-Before-Talk，LBT）方式。

1.1 基于CSAT的占空比技術

LTE-U技術將LTE網絡擴展到非授權頻段，并在LTE的網絡基礎設施管理下，通過載波聚合技術將授權頻帶和非授權頻帶合并進行數據傳輸。作為第一版LTE-U，DCM技術基于CSAT方式間歇性地在非授權頻段上傳輸LTE流量。DCM技術將非授權頻段在時域上劃分為多個周期，每個周期又具體劃分為LTEON和LTEOFF兩個狀態。其中，LTE-U系統在LTEON期間進行數據傳輸，而周期內的其余時間將用于Wi-Fi系統傳輸。所以，兩個系統的傳輸在時間上互不干涉。此外，根據CSAT機制，LTE-U的小基站可以根據檢測到的非授權頻段的使用情況動態地對周期長度和LTE所占時隙比進行調節。在DCM技術中，由于LTE-U網絡主控非授權頻段資源和傳輸時間分配，所以它會對Wi-Fi網絡產生極強的干擾。這一技術用于美國、韓國、中國等非LBT地區。

1.2 基于碰撞退避的LBT技術

為了減輕LTE對Wi-Fi網絡的過度干擾，歐洲和日本等地區引入了LBT機制。LBT技術基于載波偵聽多路訪問/沖突避免技術，在進行數據傳輸之前，LTE-U系統中的小基站或者用戶會先偵聽并判斷目標信道的狀態。若監測到信道空閑，該小基站或者用戶就可接入此信道，進行數據傳輸；否則，將退避一段時間。根據退避時間和信道占用時間設置的不同，LBT設備又可細分為基于固定幀結構設備（Framebasedequipment，FBE）和基于業務負載設備（LoadBasedEquipment，LBE）。FBE的退避時間和信道占用時間不可調，為固定的一個幀長度。而LBE在接入信道之前，會監測信道的使用情況，若信道被占用，小基站會退避一個競爭窗口的長度而后，在下一個空閑信道評估時段再進行監測，如果信道仍被占用，則競爭窗口的大小保持不變，一旦監測到信道空閑，競爭窗口會減一，當它減至為零時，便可以接入信道。LBE與Wi-Fi中的分布式控制功能協議有諸多類似，這為減輕LTE對Wi-Fi網絡的干擾提供了條件。

1.3 LTE和Wi-Fi鏈路聚合技術

LWA是另一種受關注較高的非授權頻段上LTE和Wi-Fi共存技術，對于同時擁有LTE和Wi-Fi的運營商來說，LWA僅進行軟件升級，就可完成兩種網絡資源的聚合。LWA集中采用Wi-Fi接入點來擴大LTE無線接入網，在802.11MAC框架中傳送LTE。因此，雖然它正在傳送LTE數據，但是看起來卻像另一個網絡上的Wi-Fi。換句話說，LWA就是將LTE的數據流量借用WiFiAP作為載體，數據途經Wi-Fi進行傳輸，之后再在高層進行匯聚。所以LWA對WiFi網絡的干擾要比LTE-U小，但是傳輸速率要劣于LTE-U。

LWA系統由LWAeNB、LWA-awareWiFiAP和LWAUE構成。在此系統中，Wi-Fi直接連接到RAN接入節點，它的訪問選擇、流量控制和分流完全由LWAeNB控制。LWAeNB在分組數據匯聚協議層上進行PDCP包的調度，一部分PDCP包通過eNB進行傳輸，其余的PDCP包在Wi-Fi框架中進行封裝后，通過WiFiAP進行傳輸。當LWAUE接收到所有的PDCP包后，將在PDCP層進行聚合。

2 非授權頻段上LTE和Wi-Fi的共存方式的標準進展和發展趨勢

DCM技術寫入了3GPP標準Rel10-12，現在已經可以實施。LBT在2016年3月在3GPP標準Rel13中完成了相應的標準，但還有更多問題有待解決。以上兩種技術和LTE/LTE-A的差別只是工作所在的頻段不同，所以它們可以使用現有的LTE部署，不需要對LTE的網絡結構和網絡協議進行改動，但它們需要對小基站進行相應的硬件升級。在部署與發展LTE-U的道路上，既應該充分考慮并利用LTE的技術優勢，也要增加一些必要的抗干擾技術以減小對Wi-Fi網絡的干擾。

另一方面，3GPP標準Rel13中對LWA進行了標準化，3GPP標準Rel14對eLWA進行了對60GHz波段的支持、上行傳輸的聚合、移動性的提高等一系列改進。對于同時擁有LTE和WiFi的運營商來說，LWA僅進行軟件升級，就可完成兩種網絡資源的聚合。

3 結束語

綜上所述，非授權頻段上的LTE和Wi-Fi共存技術可有效緩解日益增長的無線需求與昂貴有限的授權頻譜之間的矛盾。從用戶角度看，此項技術會提供給用戶更完美的用戶體驗；從運營商的角度來看，核心網同時運行于授權和非授權頻段將十分便于網絡的運營管理與升級。