LTE-A系统中的载波聚合方案设计

西安外事学院 李美艳

1.引言

LTE-A（Long-Term Evolution-Advanced，高级长期演进）是3GPP(3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划)为了满足IMT-Advanced(International Mobile Telecommunications Advanced，高级国际移动通信)的需求而在LTE技术的基础上进行的技术演进，为了满足IMT-A和未来通信对更大峰值速率的要求，LTE-A支持的峰值速率为下行1Gbps，上行500Mbps，上下行峰值频谱利用率分别达到15bps/Hz和30bps/Hz。为了满足如此大的峰值速率要求，需要LTE-A支持最大100MHz带宽。然而在现有的可用频谱资源中很难找到如此大的带宽，而且大带宽对于基站和终端的硬件设计带来很大困难。此外，对于分散在多个频段上的频谱资源，亟需一种技术把他们充分利用起来。基于上述考虑，LTE-A引入CA（Carrier Aggregation，载波聚合）这一关键技术。CA可以通过聚合若干个连续或不连续的频带来共同为终端服务。

2.载波聚合技术原理

CA技术通过在频域上进行扩展，以满足系统对大带宽的需求。CA是指基站将多个成分载波（Composition Carrier，CC；最多5个；每个最多20MHz；频率上可以连续也可以分散）聚集起来一起为UE提供服务。载波聚合的场景可以分为3种：带内连续载波聚合(Intra-Band，Contiguous)、带内非连续载波聚合(Intra-Band，Non-contiguous)、带外非连续载波聚合(Inter-Band，Non-Contiguous)。

与UE维持RRC连接的载波称之为PCC（Primary Composition Carrier，主成分载波）或者为PCell（Primary serving cell，主服务小区），除主载波之外的载波称之为SCC（Secondary Composition Carrier，辅成分载波）或者为SCell（Secondary serving cell，辅小区）。PCC总是激活的，SCC可通过PCC或已激活的SCC来激活。SCC可通过PCC或已激活的SCC来去激活（Release；包括自己），SCC还可以通过DRX（Discontinuous reception，非连续接收）和deactivation timer来去激活。

在运营商具有多个频谱资源可用的条件下，可以使用CA技术来高效地利用运营商可获取的频谱资源。特别注意的是，由于载波聚合只能发生在多个频段都能覆盖到的区域中，因此本文主要针对运营商具有多个频谱资源可用的场景。

3.载波聚合方案设计

当具有载波聚合能力的UE（User Equipment，用户设备）初始接入到一具有载波聚合能力的小区中（PCell）后，eNB（evolved Node B，演进型基站）根据PCell（即UE接入的小区）的以下邻区关系列表中的一个或几个为该UE构建SCell候选小区列表：同频邻区关系列表、异频邻区关系列表、同覆盖邻区关系列表、包含关系邻区列表，将上述若干个邻区关系列表的并集作为该UE的SCell候选小区列表。eNB根据UE能力结合UE所支持的频点、候选小区的服务质量从SCell候选小区列表中选出小区，将选出的小区作为该UE的Scell。

根据候选SCell的服务质量决策采取以下操作中的一种或几种：删除SCell，添加SCell。根据UE的缓冲大小、SCell的信道质量和负荷决策是否激活辅小区，根据UE的缓冲大小和SCell的信道质量决策是否去激活辅小区。当UE当前某个SCell的服务质量变差即低于预设的服务质量门限（例如UE的移动导致），则网络侧可以删除该SCell；当某个SCell候选小区的服务质量较好，即超过预定的服务质量阈值()且UE当前的SCell数未达到上限()，则网络侧添加该SCell候选小区为该UE的SCell；

当UE的BSR(Buffer Status Report，缓冲状态报告)达到BSR阈值、SCell上的CQI(Channel Quality Indicator，信道质量指示)高于预设的CQI阈值且待激活的SCell的负荷小于预设的负荷阈值时，则激活该SCell，激活流程示意图如图1所示。

4.载波聚合研究现状

LTE-A载波聚合的工作项目源自3GPP LTE-A研究项目，LTE-A研究项目是在LTE Rel8的基础上的后续演进，主要目的是为满足IMT-A 4G技术要求的标准。LTE-A研究项目开始于2008年3月，在2010年3月完成可行性研究。在LTE-A研究项目的基础上，3GPP于2009年12月启动了4个Rel-10的工作项目，LTE-A的载波聚合技术为其中之一。目前分成了两个部分：载波聚合核心工作项目LTE_CA-Core和载波聚合性能工作项目LTE_CA-Perf。前者主要是载波聚合的协议制定，后者是特定载波聚合的射频要求。载波聚合核心工作项目已在RAN#50次全会完成Rel-10工作。载波聚合性能工作项目定在RAN#52次全会(2011年6月)前完成Rel-10工作。

中国移动极为关注LTE TDD频谱，对FDD的非对称频谱聚合非常敏感。因为在某种程度上它关系到TDD双工模式的优势。欧洲运营商的频谱范围广，因此对频带间的中小带宽聚合最感兴趣。而设备提供商则对CA课题表现出很大的兴趣，投入大量的人力和物力研究和开发。

图1 激活辅载波流程示意图

5.结束语

载波聚合技术作为LTE-A系统的一项关键技术，重点解决了高速数据业务的传输问题，并对LTE系统的UE有很强的后向兼容性。不连续的载波聚合技术更适合运营商在未来实际系统中使用，但同时载波聚合技术也面临诸多的技术挑战，仍然需要进一步的研究和分析，以保证数据业务的高速、有效和准确的无线传输。

[1]3GPP R 1-091809.Component carrier structures,San Francisco.May 2009.

[2]3GPP TR 36.913.Requirements for further advancements for E-UTRA (LTE-Advanced),V9.0.0,2009(12).

[3]沈嘉,索士强,全海洋.3GPP长期演进(LTE)技术原理与系统设计[M].北京:人民邮电出版社,2008.

[4]陈继勋,李美艳.LTE系统中的载波聚合技术[J].通信管理与技术,2011,3:22-24.