載波聚合專利技術綜述

劉英杰 張晶 李巧艷 李杰 季靜敏 黑嘯吉

摘要：載波聚合技術可以大幅度地提升用戶的峰值速率和系統容量，因此，其是近幾年來通信領域研究的熱點。本文介紹了載波聚合技術的主要技術分支，并從專利申請量，申請人分布，申請量地域分布這幾個方面對載波聚合的研究現狀進行了分析，并基于重點申請人對各個技術分支的重點專利進行了分析和梳理。

關鍵詞：載波聚合 無線資源管理 干擾 節能 切換

Abstract： As carrier aggregation technology can greatly improve user's peak rate and system capacity， it is a hot topic in the field of communication in recent years. This paper introduces the main technical branches of carrier aggregation technology， and analyzes the research status of carrier aggregation from the aspects of application volume， applicant distribution and geographical distribution of application quantity， and Analysis and combing the patents based on key applicants' key patents for each branch.

Keywords： carrier aggregation， Wireless resource management， interference， energy saving， handover

一、 載波聚合（Carrier Aggregation，CA）概述

載波聚合是LTE-A中的關鍵技術，其是將多個分量載波（Component Carrier，CC）聚合在一起形成更大的系統帶寬，以滿足用戶的峰值速率和系統容量提升的需求，幫助運營商更高效地利用頻譜資源并為用戶提供增強的移動寬帶體驗。載波聚合有3種典型的形式，分別是同一頻段內連續載波聚合、同一頻段內非連續載波聚合以及頻段間的載波聚合。可以將終端連接的多個分量載波分為主小區載波和輔小區載波，每個分量載波對應一個獨立的小區；主小區是指工作在主頻帶上的小區，是用戶終端初始接入時的小區，負責與用戶終端之間的無線資源控制（Radio Resource Control，RRC）通信，它是在連接建立時確定的，主小區總是處于激活態；輔小區是指工作在輔頻帶上的小區，是在RRC重配置時添加的，用于提供額外的無線資源，輔小區支持激活/去激活功能[1]。

影響載波聚合網絡效能的因素包括無線資源管理、干擾控制、節能和切換等[2-6]。因此，本文主要對該四個主要的技術分支的專利文獻進行梳理、分析和總結。

二、 載波聚合技術專利申請現狀分析

本節分別從載波聚合技術專利申請量年度變化趨勢，專利申請主要申請人分布，專利申請地域分布，以及載波聚合主要技術分支分布四個方面出發，對載波聚合技術的專利申請現狀進行了分析和梳理。

圖1所示是在華及全球專利申請量變化趨勢對比圖，從該圖中可知，關于載波聚合的專利申請最早出現在2006年，為國外專利，在華的專利申請最早出現在2008年，2006-2008年只有少量的專利申請，2009年呈現爆炸式的增長，全球和在華申請量分別在2015年和2011年達到頂峰，2017-2019年的專利申請量明顯減少，這與2017-2019年的部分專利還沒有公開有關。但是，從目前公開的申請量來看，近兩年的專利申請量依然非常可觀。可見，載波聚合技術仍然是當前通信技術發展中的熱點及重點。

圖2為專利申請量排前10的申請人及其申請量，從圖2可以看出，韓國的LG和三星公司申請量排前兩名，排名第三和第四的分別為美國的高通公司和日本的NTT公司，中國的華為和中興分別位列第五和第六位，這表明中國公司在載波聚合領域具有一定的競爭實力。從該圖中可知，國外公司在載波聚合領域更為活躍，排名前10的國內公司只有華為和中興兩家。而載波聚合因其可以大幅度地提高通信性能，將很可能成為5G的核心技術，因此，為了避免未來5G無線通信標準被國外公司壟斷，中國公司應該加強對載波聚合技術的研究。

圖3所示為載波聚合專利申請在中、美、歐、日、韓五大局的分布情況。從該圖可知，美國的專利申請量占比為33%，處于首位，其所占比例幾乎為日韓兩國的總和，中國的申請量占比27%，僅次于美國，這反映了國內外公司對在美國和中國進行專利布局的重視程度。此外，日韓的專利申請量差別不大，歐洲居中。為了提高載波聚合通信方面的國際競爭力，國內的企業，例如中興、華為等也應該積極布局載波聚合的國際申請，向歐、美、日、韓等國積極申請相關專利。

由圖4可知，在四個主要技術分支中，無線資源管理占比51%，比其它技術的總和還多，這是因為載波聚合的關鍵就是對無線資源的聚合，是一種資源的管理方式；因此，無線資源管理，比如如何分配載波，是該技術研究的重點；載波聚合場景下，終端占據多個載波，其切換方式不同于現有的單載波場景，因此，切換技術也是研究的熱點；此外，對于通信終端，節能和干擾問題一直都是其研究的熱點。

三、 重點申請人/重點專利申請

基于專利申請量的統計數據，本節以國內的華為和中興公司，國外以韓國的LG公司、日本的NTT公司和美國的高通公司為例，基于無線資源管理、干擾控制、節能和切換這四個主要的技術分支，介紹本領域的重點專利。

（一）國內公司

華為公司和中興公司在這四個技術分支都有涉及，以下對這兩個公司的重點申請進行梳理。

對于無線資源管理，華為公開號為CN102006664A的專利申請提出了載波聚合場景下的成員載波配置方法、設備及系統，獲取用戶設備支持的成員載波的負載信息，根據各成員載波的負載為用戶選擇候選成員載波。中興公開號為CN101984721A的專利申請提出一種載波聚合中組成載波的控制方法，通過將所有候選組成載波分為單獨使用類型與載波組使用類型，當組成載波選擇中支持載波組使用類型時，組成載波使用指示字段分為單獨使用類型子字段和載波組使用類型子字段，分別用于指示兩種類型載波，載波組的使用進一步減少了需要指示的載波組合數目，基站對載波組作為一個整體統一調度，有效降低了調度復雜度。

對于干擾，華為公開號為CN102118843A的專利申請提出了一種載波聚合功率控制方法及功率控制裝置，獲取載波聚合中每個載波的上行最優發射功率；控制所述各載波的上行實際發射功率，使所述各載波的上行實際發射功率小于等于所述上行最優發射功率，以減小了小區之間的干擾。中興公開號為CN101867967 A的專利申請中，目標基站確定對其造成干擾的第一干擾基站；目標基站確定對用戶終端造成干擾的第二干擾基站；目標基站根據第一干擾基站和第二干擾基站確定參考基站；目標基站根據用戶終端的能力對除參考基站之外的基站的載波資源進行聚合，以達到在載波聚合滿足用戶終端帶寬需求的情況下，有效地降低了小區間干擾。

對于節能，華為公開號為CN102036347A的專利申請提出一種不連續接收DRX配置的實現方法，根據用戶的至少兩個成員載波的配置信息將該至少兩個分量載波劃分為至少一個載波組，為每個載波組配置DRX參數，從而實現了各個成員載波根據業務傳輸需要的獨立控制，從而降低終端耗電量。中興公開號為CN105472634A的專利申請提出可以根據終端的電量信息，執行載波的激活/去激活操作，以節省終端的電量。

對于切換，華為公開號為CN102026176A的專利申請針對載波聚合場景下，無法保證UE與基站之間使用安全密鑰的一致性的問題，提出了一種多載波聚合場景下的切換方法， 源基站向目標基站發送推薦使用的目標載波和推薦使用目標載波的加密參數、所述推薦使用目標載波對應的新加密密鑰KeNB*；源基站將所述加密載波指示及加密載波的加密參數轉發給UE，以保證UE與基站之間使用安全密鑰的一致性。中興公開號為CN101932045A的專利申請提出了一種載波聚合中測量結果的上報方法及用戶設備，通過測量上報同一載波聚合小區中多個或所有分量載波的測量結果的測量報告，以綜合的評估載波聚合小區的信道質量，從而保證UE在載波聚合的小區之間切換時的服務質量。

（二）國外公司

高通公司的專利申請在這四個技術分支中都有涉及，LG公司的專利申請主要集中在無線資源管理和切換；NTT公司的專利申請主要集中在無線資源管理、干擾和節能，以下對該三個公司的重點專利申請進行梳理。

對于無線資源管理，LG公司的公開號為US2012076126A1的專利申請提出了一種在載波聚合移動通信系統中用戶設備執行隨機接入的方法，用戶設備對于每個CC單獨地管理退避操作，并且即使當退避時段正在應用于特定的CC時，如果存在另一個可使用的CC，則使用相關的CC來執行隨機接入前導傳輸，以在載波聚合移動通信系統中以有效方式執行隨機接入過程。NTT公司的公開號為JP2011239393A的專利申請提出了一種載波聚合系統中的聯合調度的方法及其裝置，通過在調度器之間傳遞調度結果，使得一個調度器進行調度時，綜合考慮其它調度器的調度結果，進而使得用戶更為可能地在該用戶更為適合的頻帶/頻帶上被調度到，以充分利用用戶在各個頻帶/頻率上的不同性能，能夠獲得更高的系統吞吐量。高通公司公開號為US2015296413A1的專利申請提出設備可以針對包括該潛在載波的載波組合，確定自干擾消除復雜度，并且可以基于自干擾消除復雜度來選擇一個或多個載波進行聚合。

對于干擾，NTT公開號為JP2015156625A的專利申請提出了一種干擾降低方法，用戶裝置基于從與其連接的基站接收控制信息進行聚合載波的干擾降低，所述控制信息是為了降低針對所述載波聚合中的某個分量載波的來自干擾基站的干擾信號而利用的信息。高通公開號為US2015215078A1的專利申請提出了一種使至少一個CC能夠使用針對業務自適應的增強型干擾管理（eIMTA），基于該eIMTA中的變化和配置適應UE通信的混合自動重傳請求（HARQ）時序，以解決使分量載波（CC）能夠使用針對業務自適應的演進型干擾管理（eIMTA）時，干擾潛在可能性上升的問題。

對于節能，NTT公開號為JP2011193444A的專利申請提出一種載波聚合系統中擴展載波的處理方法、基站及用戶設備，包括：基站從第一時刻開始在主分量載波上加載并發送控制信息與第一數據信息；在需要在擴展載波上加載數據時，基站從第二時刻開始在擴展載波上加載并發送第二數據信息，基站通知用戶設備第二時刻與第一時刻的時間差值，從而降低了用戶設備的在擴展載波上沒有數據傳輸時的功率消耗。高通公開號為US2014274030A1的專利申請提出了在使用載波聚合的無線通信網絡中，當用戶裝置UE檢測到輔小區的下行鏈路的故障事件時，UE宣告關于輔小區的故障狀態，且響應于該故障狀態， UE可以調整與輔分量載波有關的操作，包括禁用與所述輔小區相關聯的RF接收機，或禁用與所述輔小區相關聯的解調或調制路徑，或降低所述移動設備處的功率，以節省功率。

對于切換，LG公開號為KR20130069797 A提出了一種提高觸發切換有效性的方法，經由通過服務基站廣播的第一廣播消息獲取鄰近基站的系統信息和應用于所述載波聚合模式的觸發功能信息；利用獲取的所述系統信息掃描關于可支持多個載波的所述鄰近基站的至少一個載波的信道狀態；以及當所述掃描步驟的結果滿足根據所述觸發功能信息的條件時，向所述服務基站發送切換請求消息。高通公開號為US2017332370A1的專利申請提出一種處理因載波切換引起的中斷的方法，UE在第一CC和第二CC之間進行切換時，中斷第一分量載波CC上的通信，并通過調整第一分量載波上的上行鏈路傳輸的一個或多個參數或者參數值以補償該中斷。

四、總結

隨著4G網絡的大規模商用，5G的商用即將到來，載波聚合因其優異地性能優勢，必然是未來研究的熱點。由上述專利分析可知，在載波聚合領域的專利申請主要集中在國內的華為、中興和國外的LG、NTT、高通等公司，研究的熱點主要為無線資源管理、干擾、節能和切換這四個技術分支，目前關于無線資源管理的研究較多。此外，面對未來通信標準主導權的激烈競爭，載波聚合的專利申請量依然會有一定的增長，而雖然國內的華為和中興公司在載波聚合領域的各個技術分支都申請了大量的專利，并進行了深入的研究，并做出了很大的貢獻，但是，占據申請量前四的均是國外的公司，因此，為了避免5G通信技術被國外壟斷，國內應加強對載波聚合相關技術的研究，并做好專利布局，以在該領域占據主導地位。（第二作者對本文貢獻等同于第一作者）

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（作者單位：國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心）

注：1劉英杰和張晶為本文做出同等貢獻，為共同第一作者。