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LTE-Advanced是LTE的演进版本,是3GPP为了满足IMT-Advanced的要求而推出的标准。

LTE-Advanced要求下行峰值速率达到1Gbit/s,上行峰值速率达到500Mbit/s。为了支持这样的峰值速率,根据香农极限定理,需要提供最大100 MHz的传输带宽。然而在实际中很少有连续这么大的可用频谱资源,LTE-A提出了载波聚合(Carrier Aggregation, CA)的解决方案。

一. 基本原理

所谓载波聚合,简单来说就是将两个或更多的分量载波(Component Carrier, CC)聚合在一起以产生较宽的传输频带资源。

打个比方:原本只能在一条大道(频谱)上运输的某批货物(某UE的数据),由于货物太多或者时间很紧,没有合适的一条很宽的通道。现在通过载波聚合能够在多条道路(CCs)上同时运输这批货物。这样,某个时段可以运输的货物量(throughputs)就得到了明显提升。每条道路的路况可能不同(频点、带宽等),路况好的就多运点,路况差的就少运点,最终完成了整体的运输任务。

除了提高系统传输速率,载波聚合带来的好处还有,有效利用离散的频谱资源,并可通过跨载波调度支持异构网络的部署,而异构网络则是下一代无线网络架构的核心之一。

在LTE系统中,每个分量载波(CC)的最大带宽为20MHz,而LTE-A支持最大带宽100MHz的传输。

考虑到系统下行和上行有不同的峰值速率要求,以及数据业务的传输特点,上下行的载波段的大小可以不同,聚合的载波段的数目也可以不同。

二. 分类

为了高效地利用零碎的频谱资源,载波聚合支持不同CC之间的聚合,如下图所示,分别为:

  • 同一频带内,连续的分量载波;
  • 同一频带内,非连续的分量载波;
  • 不同频带内的分量载波。

其中,第一种又称为连续载波聚合,后两者成为离散载波聚合。从基带(baseband)实现角度来看,这几种情况没有区别,其主要影响RF实现的复杂性。相比于离散CA技术,连续CA更容易实施资源分配和管理算法。

三. 典型场景

1.

在分量载波(CC)是相同或者不同的频段,但是频率间隔很小的情况下,eNodeB如图分布,对于所有分量载波波束方向和模式是相同的。

2.

根据载波扇区数目部署的不同或者为了提高边缘吞吐量,对于不同的分量载波,eNodeB的天线波束方向和部署不同。

3.

一个固定的eNodeB提供宏覆盖,离基站较远的地方放置热点(提供另一个载频),热点小区通过光纤跟基站相连。宏小区与热点小区的载波聚合。实际上就是一个典型的异构网络。

四. 实现方案

1.连续载波聚合:

对于连续载波聚合来说,系统实现较为容易,信令开销小,UE需要检测的频点也较少,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。目前主要有下面三种方案:

方案1:

如图所示,只有中间载波段的中心频点为100kHz的整数倍,其它载波段的中心频点不在100kHz的整数倍。每个载波段由100个资源块组成,带宽18.015MHz。LTE遗留的UE只能接入中间的载波段。

方案2:

在载波段之间插入19个子载波(285 kHz),保证每个载波段的中心频点都是100kHz的整数倍,在频带聚合的两端的保护带宽会相应减少。

方案3:

适当减少每个载波段的带宽,减少其中子载波数目,并保证每个载波的中心频点是100kHz的整数倍。新的带宽需要在协议中定义,UE的复杂度和兼容性都需要被重新考虑。

2.离散载波聚合:

实际中很少有连续这么大(100MHz)的可用频谱资源,很多的可用频带资源都是离散的,因此,离散载波聚合更加实用。但其实现难度也较连续载波聚合增加很多,一些新的资源分配和调度算法需要重新设计。

一种可行的指导方案是:各个子载波可以根据各自不同的配置选择不同的传送等级,使用独立的链路自适应技术,并根据实际链路情况采用不同的调制编码方案。

五. 其他问题

  1. 不同频带相差的传播损耗不同频率高的路径损耗大;

  2. 不同频带多普勒频移和相干时间相差很大;

  3. 切换以及功率控制;

  4. 终端复杂度的问题;

  5. 小区边缘接收问题。

六. 参考链接

(完)