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载波聚合:保障LTE-A速率的有力武器

新客网 XKER.COM 时间:2015-03-13 22:06:04来源:朱红梅 通信世界周刊  评论:

随着移动互联网的发展,数据流量与日俱增,运营商需不断扩容升级网络以满足用户需求。LTE因具有产业开放性、更高的频谱效率、更好的用户体验、更高的带宽、更广的覆盖以及更低的OPEX/CAPEX而受到全球关注,目前全球已有近400张LTE网络。但是不论怎样发展,用户需求仍在不断提高,LTE仍需要不断演进。种种原因导致一家运营商很难单独拥有某个频段的全部带宽,授权频谱资源的稀缺制约了上网速度的不断提升。在此背景下,载波聚合逐渐走入运营商的视野,并成为LTE-A关键技术之一。

载波聚合:保障LTE-A速率的有力武器

LTE参考WiMAX定义的目标20MHz支持100Mbit/s的速率已不能满足需求,为了提供更高的峰值速率和每小区的平均吞吐量,LTE-A提出了100MHz支持1Gbit/s的目标。然而,事实上全球基本没有运营商(除中国中移动的2.3GHz频段外)拥有单一的100MHz的带宽,而是拥有零零散散的原用于2G/3G/4G的频率。如果只是单一地使用这些频率,难以保证在一个band内找到大于20MHz的连续带宽,此外,考虑到后向兼容性,需要终端支持更宽的频段,同时更宽的带宽带来更复杂的模块。因此如何把这些频率进行有效的聚合,使得单一的零散频率成为一个整体且峰值速率更高,成为3GPP的R10阶段的当务之急。

载波聚合形式多样

运营商需要将零散的频率聚合使用,实现更高的峰值速率。R10版本的载波聚合应运而生,它能使多个载波同时为一个终端提供数据传输,目前最多聚合5个载波,支持100MHz带宽,兼容R8/R9。

载波聚合有3种典型的形式,分别是同一频段内连续载波聚合、同一频段内非连续载波聚合以及频段间的载波聚合。

通过这三种方式的载波聚合可将实现运营商所有零散载波的联合使用,实现下行峰值速率1Gbit/s,上行峰值速率500Mbit/s。

五种应用场景

当前3GPP定义了载波聚合的5种应用场景,如图1所示。

场景1:F1和F2共站,两个频点属同一频段(或相近,如1.8G+2.1G);两个频点覆盖基本相同;该场景可用于密集城区解决覆盖/容量的双重需求问题。

场景2:F1和F2共站,但两频点距离较远的情况(如800M+1.8/2.1G);两个频点覆盖有明显差异;该场景用于解决覆盖,同时针对性解决热点容量问题。

场景3:F1和F2共站但覆盖方向错开;该场景提升重叠区的峰值速率,同时一定程度上降低两频点间的干扰。

场景4:F1提供宏站全覆盖,F2用于RRH提供热点容量。

场景5:在场景2的基础上增加低功率节点。

场景较多,供运营商根据自身需求灵活运用。通过图示可以看到,场景1~3是通过不同的频率聚合获得更高的速率;场景4~5属于典型的异构网,这里就需特别关注频率间的干扰问题。因此3GPP又衍生出ICIC(Inter-Cell Interference Coordination 小区干扰协调)技术,即保障LTE系统业务信道可以同频复用的重要手段。R8/R9 ICIC技术,主要是针对Macro基站组网的同构网设计,通过频域的RB交错以实现PDSCH干扰协调,可以有效地应用在Macro基站的同构组网。但不适用于异构网场景,特别是大CRE配置的异构场景,于是又出现了R10、R11的ABS(时域准空子帧)技术,以及ABS的增强技术,相对较为复杂。

具体载波聚合频段已确定

如前所述,载波聚合主要是3GPP R10的工作,基本信令流程在R10已经比较完善。主要内容包括:能够最多聚合5个成员载波;支持PDCCH跨载波资源调度PDSCH和PUSCH资源;主载波的选择在终端建立RRC连接时确定,并根据情况对辅助载波进行增加或删除;载波聚合只对处于RRC连接态的UE有意义,且只对单个RRC连接,对空闲态没影响。

R11定义了载波聚合的增强,能更好地支持异构网场景下的载波聚合(场景4~5),如上行发送提前的调整:允许不同成员载波上行的发送提前有不同值;频段段间TD-LTE聚合能力支持:允许不同频段的不同时隙配比的TD-LTE成员载波的聚合;上行控制信令增强:允许不同成员载波的周期CSI和HARQ复用发送。

同时由于LTE频率众多,为避免载波间的干扰,3GPP RAN4制定具体频段的载波聚合。R11在R10的基础上进一步丰富,基本对可能聚合的载波进行了一个全排列。

商用进展快速

LTE-A的内容较多,如CoMP多点协作传输 (Coordinated Multi-point Tx/Rx),eICIC增强型小区干扰消除(enhanced Inter-cell interference Coordination )以及多用户MIMO等。韩国由于竞争宣传推动,运营商已经开展载波聚合商用,具体的频段如表1所示。

此外韩国SK Telecom还宣称已经实现20MHz+20MHz+20MHz的三频载波聚合,使得峰值高达450Mbit/s,当然该事件升级到法庭诉讼,韩国电信认为SK电信的三频载波聚合宣传具有欺诈性。

随着LTE的规模发展,可以预见中国不同的运营商会有不同的聚合需求,同时都在3GPP定义的范畴。载波聚合不影响原有的信令流程,因此网络设备载波聚合的实现较为简单。以中国电信为例,对于800M(B5)+1.8G/2.1G,1.8G+2.1G载波聚合,主要厂商当前已经能提供商用设备。

载波聚合终端实现比网络设备要复杂,需要考虑终端处理能力、频段间干扰、功耗待机时间等因素。目前受限于终端能力,一期载波聚合实现基于2下行/1上行,最高支持10M+10M:高通芯片早已实现Cat4,并在2014年Q3基于Cat6支持20MHz+20MHz下行聚合,又于2014年Q4实现共60MHz的三载波聚合。

相对众多优化技术,载波聚合更为实际,同时也能给运营商带来显著的效益和市场竞争力。因此载波聚合不仅是第一个商用的LTE-A技术,也将是后期大规模应用的技术。


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