载波聚合标准化工作紧锣密鼓网速提升指日可待

中国信息通信研究院│焦慧颖

载波聚合标准化工作紧锣密鼓网速提升指日可待

中国信息通信研究院│焦慧颖

为了实现与IEEE 802.11ac wave2相似的带宽，LTE R13扩展最多32个载波（包括授权载波和非授权载波）的聚合以实现最大640MHz带宽。

随着移动互联网的发展，用户对数据流量的需求越来越大，移动蜂窝网络的容量也随之扩大，而扩大容量最有效的方式之一就是增大带宽。4G LTE-A要求提供100MHz的1Gbit/s的峰值速率，由于无线频谱已经被2G/3G以及卫星等通信系统大量占用，很难找到100MHz带宽的整段频带，在此情况下，载波聚合技术应运而生。

载波聚合不断完善

LTE的基础带宽最大支持20MHz，LTE R10通过载波聚合最多5个上行或下行载波达到最大100MHz的传输带宽，以此提升峰值速率和吞吐量。载波聚合的系统架构中，每个无线承载只有一个PDCP（分组数据汇聚协议）和RLC（无线通信系统中的无线链路控制层协议），MAC层支持多个载波间动态的数据包调度，各载波上有独立的HARQ（混合自动重传请求），各载波上的传输块是相互独立的。

根据聚合的载波所在频带的不同，可分为带内聚合和带间聚合，由于带间聚合涉及到维护多个上行时钟提前等一系列问题，LTE R10中FDD LTE支持下行带内载波聚合和带间载波聚合，上行仅支持带内载波聚合，不支持带间载波聚合；而LTE R10中TD-LTE支持上下行的带内聚合，不支持带间聚合，并且聚合的载波要求有相同的时隙配比。

LTE R11引入了多个上行定时提前，因此可以支持带间聚合，并且支持不同时隙配比的TD-LTE载波聚合。考虑到未来LTE的部署中，FDD LTE和TD-LTE频谱的有效利用和联合使用变得越来越重要，LTE R12对FDD LTE和TD-LTE的联合运营方案进行了研究，标准化了FDD LTE和TD-LTE载波聚合的方案。

LTE R13可聚合非授权频段

LTE R13更为完善，LTE R13引入授权频段辅助接入（LAA）技术，通过将LTE载波部署在非授权频段，并与授权频段的主载波进行聚合，实现LTE系统在非授权频段的运营，使得载波聚合扩展到5GHz等非授权频段成为可能。除了现在LTE广泛应用的频段外，也可以在如3.5GHz等频段上聚合多个载波，所以扩展载波聚合架构支持更多载波聚合，可以让运营商有机会更有效地聚合可用的频谱资源，扩大网络容量。

为了能够实现与IEEE 802.11ac wave2相似的带宽，LTE R13扩展最多32个载波（包括授权载波和非授权载波）的聚合来实现最大640MHz带宽。

上行控制信道受限问题需解决

由于LTE R10载波聚合中上行控制信道等信息只在主载波上发送，载波聚合数目增加会带来单个载波聚合终端上行PUCCH（物理上行链路控制信道）负载大小的增加，而且随着支持载波聚合终端数的增加，会进一步给主小区带来超高的上行负荷，从而极大影响终端的上行性能，对不具备载波聚合能力的终端影响尤为明显。

以3GPP定义的载波聚合场景4为例，其主小区用作覆盖，而辅小区提供热点覆盖，优点是将所有与控制相关的信息放在主小区上，而数据流量可以卸载给Small Cell。虽然载波聚合的终端可以通过在宏小区和Small Cell之间变换主小区的方式，来解决上行控制信令过载的问题，但是无法体现用简单射频拉远方式部署Small Cell进行热点覆盖的优势。

为了解决上述问题，可以大部分重用LTE R12双连接的机制，也就是终端能够在不同的小区组间同时发送上行控制信道，支持载波聚合下辅小区发送上行控制信道，从而缓解主小区上行控制信道的负担。

除此以外，载波聚合扩展到32个载波还要增强在单个上行载波的HARQ-ACK和信道状态信息（CSI）反馈，来解决上行反馈量增加而带来的上行控制信道受限问题。需要指出的是LTE R13的32个载波聚合是不区分频带的，任何与band相关的需求都可以根据市场需求在3GPP RAN4开展标准化工作。

LTE R13载波聚合标准化工作已经完成

LTE R13的32个载波聚合标准化工作于2014年12月启动，并于2015年12月完成，标准化工作同时考虑了FDD LTE聚合、TD-LTE聚合以及TD-LTE与FDD LTE聚合。物理层为支持上行载波聚合的终端定义了支持辅载波发送PUCCH的机制，在LTE R12的5载波聚合基础上，定义新的支持32个载波聚合的上下行控制信令，包括增强下行控制信道来支持32个载波的本载波调度和跨载波调度，增强上行控制信道支持32个下行载波的上行控制信息反馈。

从终端类型角度来看，物理层标准化结论至少要引入下行终端类型Cat.17来支持约25Gbit/s的下行峰值速率，以及上行终端类型Cat.14来支持约9.6Gbit/s的上行峰值速率，具体的终端等级还需要3GPP RAN4做最后的定义。

2016年TD-LTE下行三载波聚合将逐步商用

3GPP定义的Cat.4支持20MHz单载波或者2个10MHz的载波聚合，Cat.6/Cat.7支持2个20MHz的载波聚合，Cat.9/Cat.10支持3个20MHz的载波聚合，Cat.11/Cat.12支持4个载波聚合或3个载波聚合以及下行256-QAM，LTE R13定义的Cat.16支持5个载波聚合以及下行256-QAM。

上行载波聚合到LTE R12阶段为止，3GPP仅定义了支持上行2载波聚合的终端能力，即Cat.7、Cat.10、Cat.12，并且重新定义了支持上行64-QAM的终端能力（Cat.6等)，LTE R13制定了终端支持上行64-QAM的射频指标。

预计2016年TD-LTE下行三载波聚合（包括Band内和Band间）将逐步商用，系统设备将全面支持上行双载波聚合，而上行载波聚合的商用进展需与终端相配合，随着高通等支持上行载波聚合的芯片日渐成熟，支持上行载波聚合的终端也将在2016年逐步推出。

编辑｜刁兴玲 diaoxingling@bixintong.com.cn

记者观察

载波聚合成运营商“4G+”战略制胜法宝

本刊记者│刁兴玲

GSA最新报告显示，目前全球已有97张LTE-A网络投入商用，而Cat.6、Cat.9和Cat.11网络共83张，占比86%。由此可见,商用LTE-A网络已是大势所趋。

载波聚合产业链已成熟

在我国，中国电信“天翼4G+”于2015年8月1日正式上市，首批17个城市正式商用基于载波聚合的“4G+”业务，下行峰值速率可达300Mbit/s、上行峰值速率可达50Mbit/s，中国电信表示2016年将实现“4G+”网络的全国覆盖。目前中国移动网络最高下载速率可达220Mbit/s，2016年中国移动将建设10万个4G载波聚合基站，将覆盖国内所有地级以上城市的核心城区、热点区域，“4G+”用户的下载速率将提升1倍。

中国联通于2015年12月8日正式推出“沃4G+”，其峰值速率下行可达300Mbit/s，上行可达75Mbit/s。中国联通表示将在2016年底实现载波聚合的全国商用。随着中国联通推出“4G+”品牌，我国三大运营商已全面进入“4G+”时代。载波聚合对于运营商具有重要现实意义，也成为运营商“4G+”时代的制胜法宝。

从芯片、终端层面来看，各大厂家的芯片或终端已全面支持载波聚合。例如目前华为、中兴、酷派、三星、OPPO、小米、乐视等手机品牌已全面支持载波聚合，2016年中国将同时引领全球载波聚合终端的生产和销售；高通骁龙、华为海思等手机芯片也全面支持载波聚合，例如高通骁龙820全面集成全新升级的X12 LTE调制解调器，下行支持Cat.12，最高传输速度高达600Mbit/s，上行支持Cat.13，最高传输速度高达150Mbit/s。值得一提的是，高通的上下行载波聚合方案不仅搭载于高端处理器，从骁龙200至骁龙800系列，目前均已支持下行载波聚合，而对于上行载波聚合的支持也从800系列扩展至600系列相关平台上。

上行载波聚合将成运营商提升重点

从频段来看，2015年11月诺基亚与德国电信推出世界首个LTE-A三载波聚合，使用了FDD LTE band 3以及TD-LTE band 42改善移动宽带体验，展示了3.5GHz band 42 TD-LTE的可行性。相信随着技术的成熟，预计2016年我国运营商也会计划逐渐采用3.5GHz频段进行载波聚合。

目前，随着智能手机摄像功能的发展以及用户内容分享的需求不断攀升，运营商、用户、应用开发者及OEM厂商越来越重视上行链路速度的提升。2015年12月，中国移动携手华为、高通在5个城市开展了TD-LTE上行载波聚合“4G+”规模外场测试，可见运营商对上行载波聚合的需求逐渐显现。2016年随着多载波聚合技术的成熟，下行载波聚合的速度将再次攀升，上行载波聚合技术也将迎来规模商用。