lte-a的载波聚合技术
LTE-A的载波聚合技术LTE-A的背景介绍 LTE-A是LTE-Advanced的简称,是LTE技术的后续演进。 LTE俗称3.9G，这说明LTE的技术指标已经与4G非常接近 了。LTE与4G相比较，除最大带宽、上行峰值速率两个指 标略低于4G要求外，其他技术指标都已经达到了4G标准的 要求。而将LTE正式带入4G的LTE-A的技术整体设计则远超 过了4G的最小需求。在2008年6月，3GPP完成了LTE-A的技 术需求报告，提出了LTE-A的最小需求：下行峰值速率 1Gbps，上行峰值速率500Mbps，上下行峰值频谱利用率 分别达到15Mbps/Hz和30Mbps/Hz。这些参数已经远高于 ITU的最小技术需求指标，具有明显的优势。LTE-A的背景介绍LTE-A的演进 LTE-Advanced与4G进程相互协同。2008年3月ITU-R发出通函，向各成 员征集4G候选技术提案，正式启动了4G标准化工作。在去年7月初结 束的ITU-RWP5D的迪拜会议上，ITU确定了4G最小需求，包括小区频谱 效率、峰值频谱效率、频谱带宽等8个技术指标，这将成为衡量一个 候选技术是否能成为4G技术的关键指标。而3GPP将以独立成员的身份向ITU提交面向4G技术的LTE- Advanced(LTE-A)。从2008年3月开始，3GPP就展开了面向4G的研究工 作，并制定了详尽的时间表，与ITU的时间流程紧密契合。在ITU- RWP5D的时间表中有两个关键的时间点：在2009年10月WP5D第6次会 议结束4G候选技术方案的征集，2010年10月WP5D第9次会议确定4G 技术框架和主要技术特性，确定4G技术方案。围绕这两个时间点， 3GPP对其工作进行了部署，已经于2008年9月向ITU-RWP5D提交了LTE- A的最初版本，并计划分别于2009年5月和2009年9月提交完整版和最 终版。10月14日至21日，国际电信联盟在德国德累斯顿举行ITU-R WP5D 工作组第6次会议，LTE-Advanced入围，包含TDD和FDD两种制式。国际电信联盟(ITU)预计于2010年10月在中国举行的会议上确定 4G(IMT-Advanced)国际标准。LTE-A的背景介绍 3GPP Long Term Evolution is 3GPPs answer to WIMAX on the evolution path to 4GWiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access),即全球微波互联接 入。WiMAX也叫802·16无线城域网或802.16。WiMAX是一项新兴的宽带无 线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达 50km。LTE-A的背景介绍 LTE-A is 3GPPs candidate for IMT-A LTE-A expands LTE to fulfill ITU requirements for IMT-ALTE-A的背景介绍 技术参数： 带宽：100MHz 峰值速率：下行1Gbps，上行500Mbps 峰值频谱效率：下行30Mbps/Hz，上行15Mbps/Hz 针对室内环境进行优化 有效支持新频段和大带宽应用 峰值速率大幅提高，频谱效率有限改进LTE-A的背景介绍 LTE-A主要技术特征 为了满足IMT-Advanced(4G)的各种需求指标，3GPP针对LTE- Advanced(LTE-A)提出了几个关键技术，包括载波聚合、协作多点发送 和接收、接力传输、多天线增强等。 多点协作多点协作分为多点协调调度和多点联合处理两大类，分别 适用于不同的应用场景，互相之间不能完全取代。多点协调调 度的研究主要是集中在和多天线波束赋形相结合的解决方案 上。在3GPP最近针对ITU的初步评估中，多点协作技术是唯一能 在基站四天线配置条件下满足所有场景的需求指标的技术，并 同时明显改进上行和下行的系统性能，因此多点协调的标准化 进度成为3GPP提交的4G候选方案和面向ITU评估的重中之重。LTE-A的背景介绍接力传输未来移动通信系统在传统的蜂窝网的基础上需要对城市热点地区 容量优化，并且在需要扩展盲区、地铁及农村的覆盖。目前在3GPP的标准化工作集中在低功率可以部署在电线杆或者外 墙上的带内回程的接力传输上，其体积小重量轻，易于选址。一般来 说，带内回程的接力传输相比传统的微波回程的接力传输性能要低， 但带内回程不需要LTE频谱之外的回程频段而进一步节省费用，因此 二者各自有其市场需求和应用场景。LTE-A的背景介绍多天线增强鉴于日益珍贵的频率资源，多天线技术由于通过扩展空间的传输 维度而成倍地提高信道容量而被多种标准广泛采纳。受限于发射天线高度对信道的影响，LTE-A系统上行和下行多天线 增强的重点有所区别。在LTE系统的多种下行多天线模式基础上，LTE- A要求支持的下行最高多天线配置规格为8x8，同时多用户空分复用的 增强被认为是标准化的重点。LTE-A相对于LTE系统的上行增强主要集 中在如何利用终端的多个功率放大器，利用上行发射分集来增强覆盖 ，上行空间复用来提高上行峰值速率等。载波聚合技术概述载波聚合技术将多个LTE载波扩展成LTE- A系统的传输载波。并且LTE系统 的用户终端和LTE- A系统的用户终端均可以使用“LTE载波单元”进行通 信。 LTE- A系统的潜在应用频段包括450MHz470MHz、698MHz862MHz、 790MHz862MHz、2.3GHz2.4GHz、3.4GHz3.6GHz。因此，频谱聚合 要求可以在多个频点上跨频带进行聚合。可以看出，LTE- A系统部署大量 频段集中在3.4GHz以上的较高频段，有可能是1个多频段层叠无线接入系 统。空中接口技术的框架就是由宽带宽、非连续频谱分布和灵活频谱 的使用决定的。载波聚合技术概述载波聚合方式 按照频谱的连续性，载波聚合可以分为连续载波聚合与非连续载波聚 合。按照系统支持业务的对称关系，分为对称载波聚合与非对称载波聚 合。图1示意了连续载波聚合方式与非连续载波聚合方式。5个连续的 20MHz频带聚合成一个100MHz带宽，两个不连续的20MHz频带聚合成一 个40MHz的带宽。图1 连续载波聚合与非连续载波聚合示意图载波聚合技术概述LTE系统和LTE- A系统支持不对称业务（UL与DL数量不同）时的载波聚合 为非对称载波聚合。图2示意了LTE- A系统的上行链路和下行链路要聚合 不同带宽“LTE载波单元”。例如：UE下行传输需要40 MHz的带宽，系统 聚合两个20 MHz的载波；而上行传输只需要20 MHz带宽，这时可以采用 一个20 MHz的载波，因为峰值速率高，峰均功率比(PAPR)低，控制信道 开销小，分集增益更明显。图2 非对称DL/UL载波聚合参考模型载波聚合技术概述CA（Carrier Aggregation）的技术原理 LTE-A(Rel10版本及其以后版本)支持连续载波聚合和频带内的非连续载波 聚合，以及频带间的非连续载波聚合，可以支持最大100MHz带宽的载波 聚合。为了在LTE-A商用初期能够有效地利用系统和终端，同时为了保证 LTE后向兼容的必备技术，LTE-A通过聚合多个LTE后向兼容的载波，最大 可以支持到100MHz的带宽。LTE系统的终端，可以正常的接入其中的一 个载波，而支持LTE-A系统的终端，既可以接收多个载波的服务，也可以 正常地接入LTE系统。 CA基站可以将多个数量的载波成分(CC；最多5个；每个最多20MHz；频 率可以连续，也可以不连续) 聚集起来，为终端提供服务。与终端维持 RRC连接的载波，称之为主载波(PCC)，或者称之为主小区(Pcell)；除主载 波之外的载波，称之为辅载波(SCC)或者辅小区(Scell)。载波聚合技术概述CA研究的情况可分为： 同频带：连续载波聚合(Intra-Band，Contiguous)，非连 续载波聚合(Intra-Band，Non-contiguous)； 异频带：非连续载波聚合(Inter-Band，Non-Contiguous)目前，载波聚合的研究重点包括连续载波的频谱利用率，上下行非对称 的载波聚合的控制信道的设计等等载波聚合技术概述CA关键技术CA的典型应用 表1是CA的典型应用。 无论是inter-band或intra-band，Rel-10 的信令需要支持最大下行5个载波， 上行5个载波的配置。 FDD下行，Rel10需要支持inter-band和 intra-band的载波CA；Rel10需要支持 应用(表1)4和5，即不同频带的载波接收时可以不同。 FDD上行，支持intra-band的CA，上行应用4和5载波聚合在Rel11中支持。 TDD，支持intra-band的CA，上行应用4和5载波聚合在Rel11中支持。载波聚合技术概述CA关键技术L2/3协议架构 CA不影响控制面L3协议的架构，用户面L2协议架构，如图1所示。载波聚 合对RLC/PDCP透明，每个分量载波对应一条传输信道，每个分量载波对 应一个专用和独立的HARQ实体， HARQ应该保持Rel8兼容。HARQ（Hybrid Automatic Repeat Request ） 混合自动重传请求 RLC(Radio Link Control)是GPRS/WCDMA/TD-SCDMA/LTE 等无线通信系统中的无线链路控制层协议。在 WCDMA系统中，RLC层位于MAC层之上，属于L2的一部分，为用户和控制数据提供分段和重传业务 PDCP(Packet Data Convergence Protocol)分组数据汇聚协议载波聚合技术概述CA关键技术multiple Tas 在LTE系统中，为了保证UE上行信号之间的正交性，必须保证各UE发出的 上行信号在基站侧接收端的接收时钟是一致的，LTE是通过控制不同的UE 采用不同的上行时间调整来实现，即距离eNB较远的UE较早发送，距离 eNB较近的UE较晚发送。LTE-A中，上行可以聚合多CC(Component carrier ，成分载波)。考虑到UE同时维护多个TA的复杂情况，以及R10中的主要 应用(如图2所示)，目前所有CC上只有一个TA。也就是不同CC接收主CC上 发的TA调整命令，所有CC上的调整值相同。Rel11版本可以采用多套TA。载波聚合技术概述CA关键技术eNB间切换 源基站选择一个目标主载波，并通过X2/S1切换消息发送给目标 站。源基站同时提供当前辅载波的所有配置给目标基站，还提供 当前有效测量报告中的每个频率的最优小区给目标基站，按照 RSRP降序排列，并且可以包含小区的测量结果。目标基站可以改 变主载波。X2切换时，目标主载波只能在提供的K*eNB的小区中选 择。目标基站决定目标辅载波，可以根据源基站提供的最优小区 决定目标辅载波，也可以选择源基站提供的最优小区之外的小区 作为辅载波。载波聚合技术概述CA关键技术跨载波调度 DL CC上的PDCCH(物理下行控制信道）引入3比特的载波标识域(CIF)可以 调度其他DL CC上的PDSCH（物理下行共享信道）或非对应UL CC上的 PUSCH（物理上行共享信道） ，如图3所示。此时，需要在Rel8版本的 DCI格式中引入3比特的 CIF，eNB采用UE级半静态配置的方式来确定是 否在DCI信息中使用CIF。Rel8版本的PDCCH结构包括编码和基于CCE（通 信控制设备）的资源映射可 以重用。载波聚合技术概述载波聚合实现方案 基于载波聚合的LTE- A系统在传输块的映射以及控制信道的设计等方面与 单载波系统有所区别。在LTE- A系统中，每个子载波对应一个独立的数据 流，子载波之间数据流的聚合方式可以分为在MAC层聚合和在物理层聚 合两种。图3所示为数据流的两种聚合方式。图3 数据流分别在M
