终端支持多载波聚合问题分析及解决方案探讨

戴国华+黄思技+余骏华+赵子彬

【摘要】介绍了载波聚合技术的标准化现状和终端商用情况，对部署载波聚合时LTE终端可能遇到的问题进行研究分析，结合现状对解决方案进行探讨并给出建议。

【关键词】载波聚合双发双收三阶互调

中图分类号：TN929.53文献标识码：A文章编号：1006-1010(2014)-09-0009-03

1 引言

由于高速Internet、相对便宜的智能手机出现，和提供良好用户体验的多媒体应用程序不断更新换代，移动用户数据使用量大幅度提升，这对运营商高数据容量提供能力带来了新的挑战，而载波聚合（CA，Carrier Aggregation）技术就在这样的背景下应运而生。载波聚合技术，一方面可通过使用不同频段的容量，来最大化峰值速率和吞吐量，凭借跨频率的负载均衡向用户提供更好的QoS，通过优化的无线资源管理实现干扰管理，从而提供良好的用户体验；另一方面，通过对已使用的多个频率站点的简单软件升级，CA技术向运营商提供了一个提升目前网络数据吞吐量和容量的低成本解决方案。因此，充分利用并灵活配置现有频段组合来实现载波聚合，可满足LTE运营商的迫切市场需求。

本文从终端角度出发，介绍CA技术的标准化现状和终端商用情况，对部署CA时终端可能遇到的问题进行探讨并给出建议。

2 载波聚合技术标准化现状

载波聚合技术由国际标准化组织3GPP（3rd Generation Partnership Project）主推，目前已完成Rel 10/11的研究和标准化，Rel 12将在2014年6月完成。

LTE（Long Term Evolution）从Rel 10开始支持载波聚合，通过聚合多个分量载波（CC，Component Carrier）来有效提升系统带宽和数据速率。根据不同运营商的频谱状况，3GPP在Rel 10中定义了包括频段内连续、频段内和频段间不连续的三种类型载波聚合方式，可支持最多5个分量载波聚合和100MHz的系统带宽，被聚合的每个载波都保持对Rel 8/9的后向兼容。对于下行，各载波独立调度，并支持跨载波调度，以降低小区间干扰；对于上行，只有主载波可发送控制信息，其他辅助载波仅作数据传输之用[1]。另外，FDD系统支持下行频段内和频段间载波聚合，上行仅支持频段内载波聚合；TDD系统仅支持频段内上下行配比相同的载波聚合。

为实现更加灵活的载波聚合，3GPP在Rel 11中引入FDD系统的上行频段间载波聚合和TDD系统频段间不同上下行配比的载波聚合。为支持异构网（Het-Net，Heterogeneous Network）、提高频谱利用率和能源效率，3GPP在Rel 11中引入新载波类型，该新载波需聚合其他后向兼容载波方能使用。

Rel 12已完成频带内和频带间多频段组合载波聚合的标准化工作，而FDD和TDD联合载波聚合工作仍在进行中。另外，三频段（3个下行载波和1个上行载波）载波聚合的8个WI（Working Item）已确定。

由此可知，为满足运营商灵活利用多种频谱资源的需求，灵活配置多载波组合将是载波聚合技术的演进方向和趋势。

3 载波聚合商用情况

目前全球有超过40家运营商正在或已完成CA技术试验，其中有部分运营商已开展CA部署工作。全球载波聚合商用与部分支持CA终端情况如表1和表2所示：

表1全球载波聚合商用情况

运营商 商用时间点 商用CA频段 备注

韩国SKT 2013.6 10MHz B8/800MHz+

10MHz B3/1.8GHz 全球首次商用CA

韩国LG U+ 2013.7 10MHz B5/800MHz+

10MHz B1/2.1GHz

韩国KT 2013.9 10MHz B8/800MHz+

10MHz B3/1.8GHz 计划10MHz B8+20MHz B3

俄罗斯MegaFon 2014.2 B7（2.6GHz）频段内2×20MHz 全球首次支持下行300Mbps

美国AT&T 2014.3 10MHz B17/700 MHz+

5MHz B4/2.1GHz 目前仅在芝加哥

美国Sprint 2014.3 B41（2.5GHz）频段内2×20MHz 2015年底支持3×20MHz

表2部分支持CA终端情况

终端分类 LTE终端形态 语音承载 代表运营商

手机终端 CSFB

（单发单收） 回落GSM或WCDMA SKT、KT、AT&T

(e)1xCSFB

（单发单收） 回落

CDMA2000 1X Sprint

Single VoLTE

（单发单收） VoLTE LG U+

数据终端 仅LTE Data

（单发单收） 无 MegaFon

4 终端支持载波聚合问题分析及解决方

案建议

4.1终端成本增加问题

充分利用现有零散频谱资源，提升数据容量，是CA技术为全球多家运营商力推的重要原因。但支持CA的终端要求同时支持更多频段并发，这意味着终端需升级基带芯片能力和增加支持相应频段的射频芯片，从而导致终端实现成本增加。

经研究，在保证CA功能的前提下，采用优化CA终端前端和射频芯片组合功能的方案可降低终端成本。以支持两频段的载波聚合终端为例，其需要采用两个射频芯片A和射频前端，终端成本增加，如图1中左图所示。而在芯片优化方案中，终端射频芯片B和C共用一套位于芯片B上的多模接收机，这样处理辅助载波，芯片C的设计和实现复杂度可降低，芯片尺寸减小，芯片制造成本降低，如图1右图所示。因此通过采用芯片优化方案，终端成本在一定程度上可降低。

图1芯片优化方案示意图

4.2双发双收终端语音方案兼容问题

为解决LTE网络语音问题，实现LTE数据业务和语音并发，目前运营商可采用双发双收终端如SGLTE（Simultaneous GSM and LTE）和SVLTE（Simultaneous Voice and LTE）的过渡解决方案。双发双收终端已使用两个射频芯片，如需增加CA功能支持，则至少需三个射频芯片。但目前相关芯片厂商平台尚无法支持三个射频芯片同时工作。

目前双发双收终端支持CA可能的解决方案为：在支持CA能力的UE（User Equipment）与eNB建立主小区（PCell，Primary Cell）和辅助小区（SCell，Secondary Cell）后，当接收到语音寻呼时UE断掉SCell，只留有PCell，实现数据与语音并发；待UE语音结束后，eNB基于UE信道测量报告和无线资源管理策略重新激活SCell。流程如图2所示：

图2双发双收终端+CA方案流程示意图

根据TS 36.300[2]和TS 36.321[3]的描述，SCell的激活及去激活是由eNB完成的。因此UE在收到语音寻呼后，需增加额外的RRC信令告知eNB去激活SCell；而在语音结束后，eNB需根据UE上报的信道测量报告、终端业务流量情况和无线资源调度策略决定是否重激活SCell。而且，在SCell去激活后和重激活之前，UE数据性能会有明显下降。

目前韩国运营商SKT、LG U+和KT已于2013年在部分地区商用CA，采用的语音解决方案多数为VoLTE（Voice over LTE）；而AT&T、T-Mobile、Verizon、Rogers和Bell等运营商，支持CA的语音方案为eCSFB（enhanced Circuit Switch Fallback）或VoLTE，都未采用双发双收终端+CA方案。因此，运营商在规划与制定CA终端部署策略时需结合语音解决方案考虑，建议将来的CA终端不要求支持双发双收语音方案。

4.3多频段互调干扰问题

充分利用零散频谱资源和多频段并发工作，是CA技术的基本要求。目前载波聚合的频段组合包括两频段和三频段组合，数目多达十几种。不同频段同时工作，发射信号可能对接收信号产生互调干扰问题。下面以1.8G+2.1G载波聚合方案为例加以说明。

终端在B1和B3同时发送上行信号时，所产生的三阶互调产物（2 060—2 120MHz）部分落在终端B1频段接收范围内（2 110—2 130MHz），从而产生互扰；如果终端只在单个频段上（B1或B3）发送上行信号，则不会产生三阶交调问题，如表3和表4所示。

因此，建议CA部署初期对各频段应用场景进行评估分析，以避免产生互调干扰问题。

表3B1和B3上下行频段[4]

LTE CA频段 UL/MHz DL/MHz

B1 1 920—1 940 2 110—2 130

B3 1 760—1 780 1 855—1 875

表4上行载波三阶交调

上行载波/MHz f1_low f1_high f2_low f2_high

1 760 1 780 1 920 1 940

三阶交调

范围/MHz |2*f1_low-

f2_high| |2*f1_high-

f2_low| |2*f2_low-

f1_high| |2*f2_high-

f1_low|

1 580—1 640 2 060—2 120

5 结束语

载波聚合技术作为LTE-Advanced系统的关键技术之一，解决了零散频谱整合的问题，以其较高频谱利用率和传输速率受到各大运营商青睐。对于支持载波聚合技术终端的部署与应用，需重点考虑终端实现成本影响、与现有语音方案的兼容和多载波聚合应用场景下可能产生的互调干扰问题。另外，FDD和TDD联合操作的载波聚合问题也是下一步的研究方向。

参考文献：

[1] 杜滢. LTE/LTE-Advanced标准回顾与展望[J]. 现代电信科技, 2013,11(11).

[2] 3GPP R1-082448. Carrier aggregation in Advanced E-UTRA[S]. 2008.

[3] 3GPP TS 36.300. Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN); Overall description; Stage 2(V10.11.0)[S]. 2013.

[4] 3GPP TS 36.321. Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA); Medium Access Control(MAC) protocol specification(V10.10.0)[S]. 2013.

[5] 3GPP TS 36.101. Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA); User Equipment(UE) radio transmission and reception(V10.14.0)[S]. 2014.★

作者简介

戴国华：硕士毕业于华南理工大学，现任职于中国电信股份有限公司广州研究院，主要研究方向为移动通信行业应用开发、终端新技术研究等。

黄思技：硕士毕业于中山大学，现任职于中国电信股份有限公司广州研究院，主要研究方向为移动通信标准预研、终端新技术研究等。

余骏华：硕士，现任职于中国电信股份有限公司广州研究院，主要从事终端新技术研究、终端标准研究等相关工作。

目前韩国运营商SKT、LG U+和KT已于2013年在部分地区商用CA，采用的语音解决方案多数为VoLTE（Voice over LTE）；而AT&T、T-Mobile、Verizon、Rogers和Bell等运营商，支持CA的语音方案为eCSFB（enhanced Circuit Switch Fallback）或VoLTE，都未采用双发双收终端+CA方案。因此，运营商在规划与制定CA终端部署策略时需结合语音解决方案考虑，建议将来的CA终端不要求支持双发双收语音方案。

4.3多频段互调干扰问题

充分利用零散频谱资源和多频段并发工作，是CA技术的基本要求。目前载波聚合的频段组合包括两频段和三频段组合，数目多达十几种。不同频段同时工作，发射信号可能对接收信号产生互调干扰问题。下面以1.8G+2.1G载波聚合方案为例加以说明。

终端在B1和B3同时发送上行信号时，所产生的三阶互调产物（2 060—2 120MHz）部分落在终端B1频段接收范围内（2 110—2 130MHz），从而产生互扰；如果终端只在单个频段上（B1或B3）发送上行信号，则不会产生三阶交调问题，如表3和表4所示。

因此，建议CA部署初期对各频段应用场景进行评估分析，以避免产生互调干扰问题。

表3B1和B3上下行频段[4]

LTE CA频段 UL/MHz DL/MHz

B1 1 920—1 940 2 110—2 130

B3 1 760—1 780 1 855—1 875

表4上行载波三阶交调

上行载波/MHz f1_low f1_high f2_low f2_high

1 760 1 780 1 920 1 940

三阶交调

范围/MHz |2*f1_low-

f2_high| |2*f1_high-

f2_low| |2*f2_low-

f1_high| |2*f2_high-

f1_low|

1 580—1 640 2 060—2 120

5 结束语

载波聚合技术作为LTE-Advanced系统的关键技术之一，解决了零散频谱整合的问题，以其较高频谱利用率和传输速率受到各大运营商青睐。对于支持载波聚合技术终端的部署与应用，需重点考虑终端实现成本影响、与现有语音方案的兼容和多载波聚合应用场景下可能产生的互调干扰问题。另外，FDD和TDD联合操作的载波聚合问题也是下一步的研究方向。

参考文献：

[1] 杜滢. LTE/LTE-Advanced标准回顾与展望[J]. 现代电信科技, 2013,11(11).

[2] 3GPP R1-082448. Carrier aggregation in Advanced E-UTRA[S]. 2008.

[3] 3GPP TS 36.300. Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN); Overall description; Stage 2(V10.11.0)[S]. 2013.

[4] 3GPP TS 36.321. Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA); Medium Access Control(MAC) protocol specification(V10.10.0)[S]. 2013.

[5] 3GPP TS 36.101. Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA); User Equipment(UE) radio transmission and reception(V10.14.0)[S]. 2014.★

作者简介

戴国华：硕士毕业于华南理工大学，现任职于中国电信股份有限公司广州研究院，主要研究方向为移动通信行业应用开发、终端新技术研究等。

黄思技：硕士毕业于中山大学，现任职于中国电信股份有限公司广州研究院，主要研究方向为移动通信标准预研、终端新技术研究等。

余骏华：硕士，现任职于中国电信股份有限公司广州研究院，主要从事终端新技术研究、终端标准研究等相关工作。

目前韩国运营商SKT、LG U+和KT已于2013年在部分地区商用CA，采用的语音解决方案多数为VoLTE（Voice over LTE）；而AT&T、T-Mobile、Verizon、Rogers和Bell等运营商，支持CA的语音方案为eCSFB（enhanced Circuit Switch Fallback）或VoLTE，都未采用双发双收终端+CA方案。因此，运营商在规划与制定CA终端部署策略时需结合语音解决方案考虑，建议将来的CA终端不要求支持双发双收语音方案。

4.3多频段互调干扰问题

充分利用零散频谱资源和多频段并发工作，是CA技术的基本要求。目前载波聚合的频段组合包括两频段和三频段组合，数目多达十几种。不同频段同时工作，发射信号可能对接收信号产生互调干扰问题。下面以1.8G+2.1G载波聚合方案为例加以说明。

终端在B1和B3同时发送上行信号时，所产生的三阶互调产物（2 060—2 120MHz）部分落在终端B1频段接收范围内（2 110—2 130MHz），从而产生互扰；如果终端只在单个频段上（B1或B3）发送上行信号，则不会产生三阶交调问题，如表3和表4所示。

因此，建议CA部署初期对各频段应用场景进行评估分析，以避免产生互调干扰问题。

表3B1和B3上下行频段[4]

LTE CA频段 UL/MHz DL/MHz

B1 1 920—1 940 2 110—2 130

B3 1 760—1 780 1 855—1 875

表4上行载波三阶交调

上行载波/MHz f1_low f1_high f2_low f2_high

1 760 1 780 1 920 1 940

三阶交调

范围/MHz |2*f1_low-

f2_high| |2*f1_high-

f2_low| |2*f2_low-

f1_high| |2*f2_high-

f1_low|

1 580—1 640 2 060—2 120

5 结束语

载波聚合技术作为LTE-Advanced系统的关键技术之一，解决了零散频谱整合的问题，以其较高频谱利用率和传输速率受到各大运营商青睐。对于支持载波聚合技术终端的部署与应用，需重点考虑终端实现成本影响、与现有语音方案的兼容和多载波聚合应用场景下可能产生的互调干扰问题。另外，FDD和TDD联合操作的载波聚合问题也是下一步的研究方向。

参考文献：

[1] 杜滢. LTE/LTE-Advanced标准回顾与展望[J]. 现代电信科技, 2013,11(11).

[2] 3GPP R1-082448. Carrier aggregation in Advanced E-UTRA[S]. 2008.

[3] 3GPP TS 36.300. Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN); Overall description; Stage 2(V10.11.0)[S]. 2013.

[4] 3GPP TS 36.321. Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA); Medium Access Control(MAC) protocol specification(V10.10.0)[S]. 2013.

[5] 3GPP TS 36.101. Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA); User Equipment(UE) radio transmission and reception(V10.14.0)[S]. 2014.★

作者简介

戴国华：硕士毕业于华南理工大学，现任职于中国电信股份有限公司广州研究院，主要研究方向为移动通信行业应用开发、终端新技术研究等。

黄思技：硕士毕业于中山大学，现任职于中国电信股份有限公司广州研究院，主要研究方向为移动通信标准预研、终端新技术研究等。

余骏华：硕士，现任职于中国电信股份有限公司广州研究院，主要从事终端新技术研究、终端标准研究等相关工作。