频带聚合技术原理及主流技术方案研究讨论

在现有无线蜂窝网络中，频谱效率不高，每个用户所占带宽有限，因此无法满足高速数据业务的传输要求。随着语音业务的日趋饱和，运营商需要考虑在未来无线宽带移动网络中为用户提供更为可靠的高速数据服务。类似于高速分组接入（HSPA） 系统与时分同步码分多址接入（TD-SCDMA）系统的关系，LTE-Advanced系统是LTE系统的平滑演进。因此如何在小幅度修改LTE协议的前提下，既完全兼容LTE遗留的终端，又能增加LTE-Advanced终端占用的带宽并提高其频谱效率，成为设备商和运营商所面临的共同问题。

3GPP RAN1 #53bis次会议在波兰华沙通过了在LTE-Advanced系统中采用频带聚合（CA）技术的提案［1］。使用CA技术的用户，可以根据自身能力同时接收一个或者多个频率资源块上的数据。其主要技术优势包括：

1. 基站可以在大约100 MHz的带宽内为一个终端传输数据，LTE-Advanced系统的下行峰值传输速率可以达到1 Gbit/s［2］ 。
2. 终端可以只采用一套射频（RF）和快速傅里叶变换（FFT）设备，CA技术不会明显增加终端的设备复杂度和成本。
3. 通过合理的设计控制信道和导频信道，减小保护带宽，可以减少信令开销，提高系统的频谱效率。

文章首先介绍了CA的基本原理和主流技术方案，然后给出了CA技术的研究现状，最后对CA存在的问题进行了讨论。

1 频带聚合技术原理及主流技术方案

频带聚合技术合理复用了多个频带，使LTE-Advanced的用户能够同时接收带宽超过20 MHz的数据。现在一般认为［3-4］：

为了支持更高的数据峰值速率，频带聚合后的用户带宽应该超过20 MHz，每个载波段定义近似等于LTE release 8的最大传输带宽。

为同一个用户聚合在一起的不同载波段带宽可以不同，但应有基本限制：不同载波段的带宽相差不能太大（一般认为不能超过两倍），否则就失去了载波聚合的意义，并会增加大量的信令开销。例如，10 MHz和20 MHz的两个载波段可以聚合，但是1.4 MHz和20 MHz的两个载波段就不允许聚合。如将此类限制直接写到RAN4的协议中，会对RAN1协议灵活性产生影响。

考虑到未来数据业务的传输特点，LTE release 8支持的非对称上下行带宽在CA中也应该得到支持；上下行的载波段大小可以不同，聚合的载波段数目也可以不同。

在WRC07中提出的通用移动通信系统（UMTS）中新增加的带宽也应被考虑，例如：450~470，698~862，790~862，2 300~2 400，3 400~4 200和4 400~4 990 MHz频带。

由于不同用户的能力等级不同，且有些用户有射频限制，并不支持离散载波聚合，所以连续频带聚合和离散频带聚合都应该在LTE-Advanced系统中被考虑。

在对小数据包的支持上，LTE-Advanced 使用频带聚合的用户终端（UE）不应该比LTE release 8的UE低。因为在系统中会有很多很小的数据包，例如，传输控制协议（TCP）、ACKs和一些寻呼信令和随机接入相应等信令。CA需要重新设计如何传输这样的小数据包，减少不必要的控制信令开销。

使用CA技术的LTE-Advanced系统，需要完全兼容LTE系统遗留的UE。这就需要保留LTE release 8 规定的一些准则，例如，子载波带宽为15 kHz，上行和下行的载波段中心位于100 kHz的整数倍位置。

1.1 连续频带聚合

在现有的第三代合作伙伴计划（3GPP）会议上，综合考虑终端执行能力和系统复杂度后，主要就连续频带聚合的提案进行讨论。如图1所示，连续频带聚合是指聚合在一起为一个用户服务的多个载波段在频域上是连续的。

由于载波段频谱连续，所以系统实现频带聚合较为容易，信令开销小，UE需要检测的频点也较少。相对于离散频带聚合，UE更容易使用一套RF和FFT设备完成多个频带数据的连续接收，节省终端的成本。针对最新的3GPP会议的讨论结果，连续频带聚合的主流方案包括：

方案1：如图2所示［3］，只有中间载波段的中心频点为100 kHz的整数倍，其它载波段的中心频点不在100 kHz的整数倍。每个载波段均是由100个资源块共同组成，带宽为18.015 MHz。LTE遗留的UE只能接入中间的载波段。

方案2：如图3所示［3］，在载波段之间插入19个子载波（285 kHz），以保证每个载波段的中心频点都是100 kHz的整数倍，在频带聚合两端的保护带宽会相应减少。