LTE-Advanced中的载波聚合技术研究

   为了提供更高的数据速率，支持更多的用户业务和新的服务类型，3GPP LTE-Advanced在LTE基础上又提出了新的需求[1]。其中，如何满足更大带宽需求成为LTE向LTE-Advanced演进的最重要考虑因素之一。这是因为：受限于通信发展历史及无线频谱资源紧缺等因素，很多运营商拥有的频谱资源往往都是非连续的，每个单一频段都难以满足LTE-Advanced对带宽的需求。因此，3GPP组织提出了载波聚合(CA)[2]，CA技术的核心思路是：将多个连续或离散载波聚合在一起，形成一个更宽频谱。这种技术的应用既满足了LTE-Advanced在带宽方面的需求，又可以提高频谱碎片的利用率。

1 LTE-Advanced中载波聚合技术的设计原则
    在LTE-Advanced(LTE Release-10)系统关于载波聚合的设计过程中，主要遵循了如下原则：

    (1)聚合的每个分量载波(也称为服务小区，为表述一致方便，这里统一用分量载波)所采用的帧结构参数与LTE(LTE Release-8)中的相同。

    (2)具有载波聚合能力的LTE-Advanced终端最多可以同时发送/接收5个分量载波(每个分量载波最多支持100个资源块)。

    (3)允许把所有载波配置成与LTE标准兼容的载波，即使若干载波被某些具有载波聚合能力的LTE-Advanced终端聚合使用，LTE终端仍可以在其中一个载波上发送/接收数据。

    (4)连续和离散载波聚合这两种聚合形式都支持，从物理层标准的角度来看，这两种载波聚合方式将采用相同的解决方案。

    (5)具有载波聚合能力的LTE-Advanced 终端可以支持非对称载波聚合，即下行链路和上行链路聚合的分量载波数目可以不同。

    采用上述设计原则，不仅能满足LTE-Advanced系统在聚合带宽上的需求，而且可以很好地保持对LTE系统的后向兼容性，便于支持各种带宽能力的终端，非常有利于LTE系统到LTE-Advanced系统的平滑过渡。
目前，LTE终端带宽能力通常是20 MHz，LTE-A通过聚合多个对LTE后向兼容的载波可以支持到最大100 MHz带宽。

2 LTE-Advanced中载波聚合关键技术

 

2.1 主从分量载波机制
    在终端聚合的多个分量载波中，高层会配置其中一对上行/下行分量载波为主上行/下行分量载波，其他分量载波称为辅分量载波。与主分量载波必须同时配置上下行分量载波不同，辅分量载波可以只有一个下行分量载波。图1给出了主/辅分量载波的示意图。

 

 

    主分量载波除了要求同时配置有上行/下行分量载波外，还具有一些辅分量载波所不具有的一些性质，比如：

 

• 一些非接入层的移动性信息、安全参数等等只会在主分量载波上发送。
• 终端只会在主分量载波上发起随机接入过程。
• 主分量载波始终处于激活状态，而辅分量载波则可以通过信令来激活或去激活。

 

2.2 下行控制信道设计
    LTE-Advanced下行控制信道设计的一个重要目的是支持跨载波调度。在进行载波聚合时，系统支持半静态地配置是否进行跨载波调度。当未配置跨载波调度时，每个分量载波上拥有独立的下行控制信道，各信道工作方式与LTE系统中类似。当配置跨载波调度时，在下行控制信息(DCI)中新增载波指示位(CIF)来指示物理下行控制信道(PDCCH)与分量载波之间的对应关系。CIF长度固定，其位置在不同格式的DCI中也是固定的。需要说明的是：在LTE中，终端通过盲检测来确定增强基站(eNB)发给自己的PDCCH。如果允许任意的跨载波调度，这虽然增强了eNB调度的灵活性，但是盲检测搜索空间的个数将随跨载波调度的分量载波数量的增加而增加，将导致终端检测PDCCH的复杂度呈指数增加。为了解决这个问题，LTE-Advanced标准规定：在确定某个分量载波上是否有自己的物理下行共享信道(PDSCH)/物理上行共享信道(PUSCH)时，终端只会在一个分量载波上检测与此相关的PDCCH。为便于理解，图2给出了LTE-Advanced的跨载波调度示意图。LTE-Advanced不支持图2(a)所示的跨载波调度，但是支持图2(b)所示的跨载波调度。在LTE中，终端需要在小区公有搜索空间和终端专有搜索空间两个搜索空间检测是否有自己的PDCCH。在引入载波聚合后，为了进一步降低PDCCH盲检测复杂度，终端仅在主分量载波上检测小区公有搜索空间。

 

    在异构网络中，不同分量载波的干扰情况是不同的。在这样的情况下，如何有效地进行干扰规避或干扰管理非常重要。而上述的跨载波调度则提供了一个高效的控制信道干扰规避机制。跨载波调度在异构网络中的应用如图3所示[3]。图3中UE1、UE2、UE3都是具有载波聚合能力的终端，UE1附属于宏基站Macro，UE2、UE3则分别附属于家庭基站HeNB1和HeNB2，Macro通过分量载波1(CC1)的PDCCH来调度CC1和CC2；而HeNB1和HeNB2则通过CC2的PDCCH来调度CC1和CC2。由于频率差异，Macro小区和HeNB的控制信道干扰通过跨载波调度的方式得到了有效规避。