非授权频段上LTE和Wi-Fi共存技术的现状与发展研究

潘 方

（三维通信股份有限公司，杭州 310053）

1 非授权频段上LTE和Wi-Fi的共存方式分析

面对大众对通信速率、通信容量、通信延时、和通信安全等提出的更高要求，工业界和学术界意图利用非授权频段缓解与日俱增的流量压力。由于标准的LTE技术原是部署在授权频谱上的，所以它不能直接部署在非授权频段上。随着技术的进一步发展和成熟，目前，可以将LTE流量分流到非授权频段上的主要技术有免许可频段中的长期演进技术（Long Term Evolution Unlicensed，LTE-U）以及LTE和Wi-Fi链路聚合技术（LTE and WLANAggregation，LWA）。其中，LTE-U技术又可以细分为基于载波侦听自适应传（CarrierSensingAdaptiveTransmission，CSAT）的占空比方式（Duty-cycleMechanism，DCM）和基于碰撞退避的载波监听（Listen-Before-Talk，LBT）方式。

1.1 基于CSAT的占空比技术

LTE-U技术将LTE网络扩展到非授权频段，并在LTE的网络基础设施管理下，通过载波聚合技术将授权频带和非授权频带合并进行数据传输。作为第一版LTE-U，DCM技术基于CSAT方式间歇性地在非授权频段上传输LTE流量。DCM技术将非授权频段在时域上划分为多个周期，每个周期又具体划分为LTEON和LTEOFF两个状态。其中，LTE-U系统在LTEON期间进行数据传输，而周期内的其余时间将用于Wi-Fi系统传输。所以，两个系统的传输在时间上互不干涉。此外，根据CSAT机制，LTE-U的小基站可以根据检测到的非授权频段的使用情况动态地对周期长度和LTE所占时隙比进行调节。在DCM技术中，由于LTE-U网络主控非授权频段资源和传输时间分配，所以它会对Wi-Fi网络产生极强的干扰。这一技术用于美国、韩国、中国等非LBT地区。

1.2 基于碰撞退避的LBT技术

为了减轻LTE对Wi-Fi网络的过度干扰，欧洲和日本等地区引入了LBT机制。LBT技术基于载波侦听多路访问/冲突避免技术，在进行数据传输之前，LTE-U系统中的小基站或者用户会先侦听并判断目标信道的状态。若监测到信道空闲，该小基站或者用户就可接入此信道，进行数据传输；否则，将退避一段时间。根据退避时间和信道占用时间设置的不同，LBT设备又可细分为基于固定帧结构设备（Framebasedequipment，FBE）和基于业务负载设备（LoadBasedEquipment，LBE）。FBE的退避时间和信道占用时间不可调，为固定的一个帧长度。而LBE在接入信道之前，会监测信道的使用情况，若信道被占用，小基站会退避一个竞争窗口的长度而后，在下一个空闲信道评估时段再进行监测，如果信道仍被占用，则竞争窗口的大小保持不变，一旦监测到信道空闲，竞争窗口会减一，当它减至为零时，便可以接入信道。LBE与Wi-Fi中的分布式控制功能协议有诸多类似，这为减轻LTE对Wi-Fi网络的干扰提供了条件。

1.3 LTE和Wi-Fi链路聚合技术

LWA是另一种受关注较高的非授权频段上LTE和Wi-Fi共存技术，对于同时拥有LTE和Wi-Fi的运营商来说，LWA仅进行软件升级，就可完成两种网络资源的聚合。LWA集中采用Wi-Fi接入点来扩大LTE无线接入网，在802.11MAC框架中传送LTE。因此，虽然它正在传送LTE数据，但是看起来却像另一个网络上的Wi-Fi。换句话说，LWA就是将LTE的数据流量借用WiFiAP作为载体，数据途经Wi-Fi进行传输，之后再在高层进行汇聚。所以LWA对WiFi网络的干扰要比LTE-U小，但是传输速率要劣于LTE-U。

LWA系统由LWAeNB、LWA-awareWiFiAP和LWAUE构成。在此系统中，Wi-Fi直接连接到RAN接入节点，它的访问选择、流量控制和分流完全由LWAeNB控制。LWAeNB在分组数据汇聚协议层上进行PDCP包的调度，一部分PDCP包通过eNB进行传输，其余的PDCP包在Wi-Fi框架中进行封装后，通过WiFiAP进行传输。当LWAUE接收到所有的PDCP包后，将在PDCP层进行聚合。

2 非授权频段上LTE和Wi-Fi的共存方式的标准进展和发展趋势

DCM技术写入了3GPP标准Rel10-12，现在已经可以实施。LBT在2016年3月在3GPP标准Rel13中完成了相应的标准，但还有更多问题有待解决。以上两种技术和LTE/LTE-A的差别只是工作所在的频段不同，所以它们可以使用现有的LTE部署，不需要对LTE的网络结构和网络协议进行改动，但它们需要对小基站进行相应的硬件升级。在部署与发展LTE-U的道路上，既应该充分考虑并利用LTE的技术优势，也要增加一些必要的抗干扰技术以减小对Wi-Fi网络的干扰。

另一方面，3GPP标准Rel13中对LWA进行了标准化，3GPP标准Rel14对eLWA进行了对60GHz波段的支持、上行传输的聚合、移动性的提高等一系列改进。对于同时拥有LTE和WiFi的运营商来说，LWA仅进行软件升级，就可完成两种网络资源的聚合。

3 结束语

综上所述，非授权频段上的LTE和Wi-Fi共存技术可有效缓解日益增长的无线需求与昂贵有限的授权频谱之间的矛盾。从用户角度看，此项技术会提供给用户更完美的用户体验；从运营商的角度来看，核心网同时运行于授权和非授权频段将十分便于网络的运营管理与升级。