载波聚合——用户、网络双受益

1、序言

2013下半年以来，载波聚合成为为先行LTE运营商网络演进的重点方向。进入2014年，随着爱立信与澳洲电讯宣布完成20MHz + 20MHz载波聚合演示，韩国SK电信宣布年内商用20MHz + 10MHz + 10MHz三频段载波聚合，可以期待LTE商用网络的下行速率极值在2014年内将会达到300Mbps.同时，国内LTE网络建设在如火如荼的进行。可以预见，大多数中国用户今年都将被LTE信号覆盖。此时，有必要了解成熟网络中开启载波聚合对用户和网络的影响，以对中国LTE网络的演进提供参考。本文将分享载波聚合在现网中的优异表现，并从用户感知的角度探讨载波聚合对网络效率的提升。

2、载波聚合的现网表现

载波聚合作为LTE-Advanced的一个重要功能，是在LTE基础上的技术演进，使更宽频谱为用户所用，提供更高的数据速率。载波聚合最早在韩国进入商用，爱立信支持了全部三家运营商的载波聚合网络，并在第一时间在现网中测试了两个不同频段，各2*10MHz频谱载波聚合的效果。对支持载波聚合的终端，和不支持载波聚合的终端测试得到的样点，在不同SINR的下行速率进行归一化处理，得到了下图中的曲线。我们可以看出，无论无线环境好坏，载波聚合都能带来一倍左右的下行速率增益。对于使用支持载波聚合终端的用户，无论在小区中心还是边缘，都能获得相同位置两倍左右于使用单载波的用户感知。

图1载波聚合的现网路测表现

2014年初，韩国科学资讯通信技术和未来规划部(Ministry of Science，ICT and Future Planning)发布了"2013年度电信服务质量报告"，对三家韩国运营商建设的10MHz+10MHz载波聚合LTE-A网络进行了测试。载波聚合测试得到的下行速率在43.1Mbps到56.2Mbps之间。对比在载波聚合未开启测试点测得的27.4Mbps到34.Mbps下行速率，同样可以看到载波聚合大幅度地提升高负载网络中的用户感知。

3、载波聚合-网络同样受益

从运营商的角度，相对部署两个独立的LTE载波，将两个载波聚合起来使用的好处是什么呢?首先，我们来理解用户感知(用户下行速率)与小区负载(连接用户数)的关系。图2中的粗线来自亚洲某运营密集城区2×10MHz LTE FDD网络，这条曲线反映了此网络中用户下行速率与小区连接用户数的关系–随着小区承载连接用户数的增加，用户下行速率下降，感知变差。在这个网络中，当小区有15个连接用户时，这个小区服务的用户可以得到平均下行速率约为15Mbps的用户感知;而当小区有30个连接用户时，下行速率降为11Mbps.而15个，30个连接用户，就分别是这个网络提供15Mpbs，11Mbps用户感知的小区"容量"，即基于用户感知的网络容量。

图2二载波，载波聚合与用户感知

随着网络承载的业务量的增长，运营商会部署第二个LTE载波。通过图2中的2和3，我们来分析第二载波，以及载波聚合对用户感知的提升：2假设运营部署第二载波，二载波的能力与一载波相同，且网络整体负载不变，相对与之前一个载波承载30个连接用户，此时每个载波承载的连接用户数将减半到15个，在每个载波上为15个连接用户提供的用户感知约为15Mbps.虽然载波的负载降低提升了用户感知，但基于用户感知的网络容量并没有变化，增加第二载波前后，服务15个连接用户的小区对应的下行速率均是15Mbps.3如果运营商在部署二载波同时开启载波聚合功能，对于使用支持载波聚合功能终端的用户来说，用户感知直接翻倍。即当小区服务30个连接用户数时，用户感知达到22Mbps，基于用户感知的网络容量的容量大大增加。

由此我们可以看出，部署二载波并不影响每个载波在同等负载下提供用户感知的能力，用户感知的提升是通过载波间的负载分流实现。但是，运营商投入了两倍的频谱资源，用户感知的提升的幅度确远远小于100%(在刚才的例子中，用户感知从11Mbps进步到15Mbps，提升约36%)。而开启载波聚合功能，可以将用户感知的提升锁定在100%，对应的下行速率vs.小区连接用户数曲线将上移至图2中细线的位置。从用户感知的角度看，当运营商部署多载波LTE网络时，如果不开启载波聚合，将是对频谱资源的一种浪费。

4、总结与展望

为了满足数据业务的爆炸式增长及用户使用新型业务时的用户感知需求，移动宽带网络需要不断演进。载波聚合对用户感知和基于用户感知的网络容量的提升已经过成熟LTE网络验证，而几乎所有LTE领先运营商都在积极的部署载波聚合，尽可能的把手中的频谱资源聚合使用。载波聚合也不仅仅限于在对称频谱之间进行：美国的AT 29)之间的载波聚合，而中国移动则走在TDD载波聚合的前列;同时，TDD与FDD之间的载波聚合也进入了3GPP R12标准制定。