载波聚合技术的研究

黄欣荣

（南京信息职业技术学院，江苏 南京 210046）

1引言。

从LTE到LTE-Advanced系统的演进过程中，更宽频谱的需求将确实是影响演进的最重要因素，为此3GPP中提出了载波聚合技术。它可以很好地将多个载波聚合成一个更宽的频谱，同时也可以把一些不连续的频谱碎片聚合到一起。载波聚合技术还能很好地满足LTE和LTE-Advanced系统频谱兼容性的要求，可以重复使用 LTE Rel-8的解决方案，这样不仅能加速标准化进程，而且能够最大限度的利用现有的LTE装置。

2载波聚合方式。多载波聚合分为连续载波聚合和非连续载波聚合。非连续载波聚合也叫频谱聚合。它很难用一个RF接收机和一次FFT就支持不同频带，所以UE有多个RF接收机和多次FFT。非连续载波聚合的可行性很大程度上依赖于频谱的位置和大小，建议的方法是在RANI中对连续和非连续聚合采用不可知结构，在RAN4中定义可能的非连续操作。连续载波聚合可以简化e-NedeB和UE的配置，UE有一个RF接收机和一次FFT。与不连续的载波聚合相比，连续的载波聚合可以提供很简单的后向兼容性和较小的标准化方面的改动。

3传输块映射。为了支持载波的聚合，传输块在聚合后在载波上的映射也将是载波聚合技术实现的关键。单一的数据流需要在一些节点上被分到不同的载波上，需要考虑载波聚合是在物理层还是MAC层进行。

（1）如果在MAC层聚合，则每个参与聚合的载波都传输独立的传输块，这样每个载波需要独立的进行各种物理过程，如调度、链路自适应、MIMO秩自适应和HARQ操作。单一的数据流在某些点上被分到不同的载波上，载波上数据流的聚合是在MAC层完成的。其中，每个载波都是独立设计的，对MAC层和RLC层的改动也小，每个载波的处理复杂度较低。

（2）如果在物理层聚合，则可以将多个载波都包括在一个大的传输块中，并可以对多个载波进行统一的物理过程，如调度、MIMO秩自适应。链路自适应和HARQ操作。每个载波的物理层结构需要进行一些重新设计，这样可能会影响数据流到MAC层的时间，对MAC层和RLC层也有一定的影响，需要考虑对兼容性的影响。

4控制信道设计

控制信道的设计是LTE-Advanced系统的一个重要部分。在设计过程中，需要考虑到系统实现的复杂度以及与系统的前后向兼容等因素，它的设计模式优劣会直接影响到载波聚合技术在LTE-Advanced系统中的应用。在相关文献中，爱立信和摩托罗拉提出了几种可选的控制信道设计模式：

（1）独立控制信道设计模式，每个控制信道跟对应的数据信道在同一个载波上，图中不同的颜色代表不同载波的控制信道，信道中控制信息采用独立编码的方式，只能控制对应载波上的数据流的传输。

（2）控制信道横跨聚合后的全部带宽，通过联合编码的方式对所有载波的信息进行统一联合编码，联合编码后的信息分布在所有的载波上传输。

5调度结构

载波聚合技术可以将多个载波联合起来使用，同时也能将用户在多个载波上进行调度。好的调度算法可以有效地提高系统吞吐量，减少传输时延。多载波调度问题既是载波聚合技术在LTE-Advanced系统应用的一个挑战也是提高系统性能的关键。本文主要介绍载波聚合在LTE平台中实现的调度器的设计。在单个载波的情况下，系统的调度器使用原平台中传统的OFDMA系统的多载波调度。在聚合后两个载波的情况下，我们可以根据在调度器输入端用户队列的情况分为两类：联合队列调度和独立队列调度。

（1）联合队列联合调度。在联合队列调度结构中，由于业务可以在多个载波上同时进行传输，因此只需要一个调度器。一级调度器的功能：把收到的所有用户的IP包根据用户包的队列长度和所处的信道状态映射到组合载波中的资源块RB。在联合队列调度中，用户信息在多个载波间是相互联系的，调度器对各个频带上的无线资源进行统一的管理和优化，提高了资源的利用率。同时还可以带来更大多用户间的分集增益，更好地提高载波间的频率选择性增益，从而提高系统的吞吐量，保证了用户间的公平性和系统的稳定性。

（2）独立队列独立调度。独立队列调度器包括两级调度器，一级调度器和二级调度器。其中一级调度器功能：当去往移动台的业务包到达基站时，调度器为该业务包选择传输的频带。一级调度器以用户在不同载波上的数据队列长度为业务包的分配准则。二级调度器功能：把收到的不同用户待传输的数据映射到资源块RB上。二级调度器根据用户瞬时队列长度和所处的瞬时信道状况来分配RB。与单频带系统相比，增加了一个业务包调度器。

6载波聚合技术待解决的问题

与物理层/MAC层/RLC层的飞速进展相比，LTE-Advanced系统在载波聚合控制信道的研究工作进展较慢，合理的设计聚合载波的控制信道和信令，特别是聚合后多载波CQI反馈问题，同时降低开销是控制信道设计中需要解决的重要问题。相邻小区要通过广播或者特定信号通知用户终端本小区的剩余频率资源和载波配置情况，只有在相邻小区有足够频率资源的前提下，用户终端才进行切换，因此，采用多载波聚合技术，LTEAdvanced系统需要解决切换机制及相应的资源分配等问题。

为了保证小区覆盖和良好的系统性能，LTE-Advanced系统需要聚合不同频段的载波。如果聚合高频载波和低频载波，LTE-A系统需要考虑到不同频段的无线电波的传播特性和覆盖能力以及跨频段载波调度和相关的功率控制等问题，除此之外，LTE-Advanced系统还需要解决用户终端的空闲资源搜索和耗电等问题。

[1]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

[2]曹亘，张欣，郑瑞明.LTE-Advanced系统中的多载波聚合技术 [J].现代电信科技，2009,2(39):48～51

[3]沈嘉.LTE-Advanced关键技术演进趋势[J].移动通信，2009,8:56～58