LTE-A的載波聚合技術(shù)課件

LTE-A的載波聚合技術(shù)

LTE-A的背景介紹LTE-A是LTE-Advanced的簡(jiǎn)稱,是LTE技術(shù)的后續(xù)演進(jìn)。LTE俗稱3.9G，這說明LTE的技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)與4G非常接近了。LTE與4G相比較，除最大帶寬、上行峰值速率兩個(gè)指標(biāo)略低于4G要求外，其他技術(shù)指標(biāo)都已經(jīng)達(dá)到了4G標(biāo)準(zhǔn)的要求。而將LTE正式帶入4G的LTE-A的技術(shù)整體設(shè)計(jì)則遠(yuǎn)超過了4G的最小需求。在2008年6月，3GPP完成了LTE-A的技術(shù)需求報(bào)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，上下行峰值頻譜利用率分別達(dá)到15Mbps/Hz和30Mbps/Hz。這些參數(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)高于ITU的最小技術(shù)需求指標(biāo)，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。LTE-A的背景介紹LTE-A的演進(jìn)LTE-Advanced與4G進(jìn)程相互協(xié)同。2008年3月ITU-R發(fā)出通函，向各成員征集4G候選技術(shù)提案，正式啟動(dòng)了4G標(biāo)準(zhǔn)化工作。在去年7月初結(jié)束的ITU-RWP5D的迪拜會(huì)議上，ITU確定了4G最小需求，包括小區(qū)頻譜效率、峰值頻譜效率、頻譜帶寬等8個(gè)技術(shù)指標(biāo)，這將成為衡量一個(gè)候選技術(shù)是否能成為4G技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)。

而3GPP將以獨(dú)立成員的身份向ITU提交面向4G技術(shù)的LTE-Advanced(LTE-A)。從2008年3月開始，3GPP就展開了面向4G的研究工作，并制定了詳盡的時(shí)間表，與ITU的時(shí)間流程緊密契合。在ITU-RWP5D的時(shí)間表中有兩個(gè)關(guān)鍵的時(shí)間點(diǎn)：在2009年10月WP5D第6次會(huì)議結(jié)束4G候選技術(shù)方案的征集，2010年10月WP5D第9次會(huì)議確定4G技術(shù)框架和主要技術(shù)特性，確定4G技術(shù)方案。圍繞這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)，3GPP對(duì)其工作進(jìn)行了部署，已經(jīng)于2008年9月向ITU-RWP5D提交了LTE-A的最初版本，并計(jì)劃分別于2009年5月和2009年9月提交完整版和最終版。

10月14日至21日，國(guó)際電信聯(lián)盟在德國(guó)德累斯頓舉行ITU-RWP5D工作組第6次會(huì)議，LTE-Advanced入圍，包含TDD和FDD兩種制式。

國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)預(yù)計(jì)于2010年10月在中國(guó)舉行的會(huì)議上確定4G(IMT-Advanced)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。LTE-A的背景介紹LTE-Ais3GPP’scandidateforIMT-ALTE-AexpandsLTEtofulfillITUrequirementsforIMT-ALTE-A的背景介紹技術(shù)參數(shù)：帶寬：100MHz峰值速率：下行1Gbps，上行500Mbps峰值頻譜效率：下行30Mbps/Hz，上行15Mbps/Hz針對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化有效支持新頻段和大帶寬應(yīng)用峰值速率大幅提高，頻譜效率有限改進(jìn)LTE-A的背景介紹LTE-A主要技術(shù)特征為了滿足IMT-Advanced(4G)的各種需求指標(biāo)，3GPP針對(duì)LTE-Advanced(LTE-A)提出了幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，包括載波聚合、協(xié)作多點(diǎn)發(fā)送和接收、接力傳輸、多天線增強(qiáng)等。

多點(diǎn)協(xié)作

多點(diǎn)協(xié)作分為多點(diǎn)協(xié)調(diào)調(diào)度和多點(diǎn)聯(lián)合處理兩大類，分別適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，互相之間不能完全取代。多點(diǎn)協(xié)調(diào)調(diào)度的研究主要是集中在和多天線波束賦形相結(jié)合的解決方案上。

在3GPP最近針對(duì)ITU的初步評(píng)估中，多點(diǎn)協(xié)作技術(shù)是唯一能在基站四天線配置條件下滿足所有場(chǎng)景的需求指標(biāo)的技術(shù)，并同時(shí)明顯改進(jìn)上行和下行的系統(tǒng)性能，因此多點(diǎn)協(xié)調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)度成為3GPP提交的4G候選方案和面向ITU評(píng)估的重中之重。

LTE-A的背景介紹接力傳輸

未來移動(dòng)通信系統(tǒng)在傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)的基礎(chǔ)上需要對(duì)城市熱點(diǎn)地區(qū)容量?jī)?yōu)化，并且在需要擴(kuò)展盲區(qū)、地鐵及農(nóng)村的覆蓋。

目前在3GPP的標(biāo)準(zhǔn)化工作集中在低功率可以部署在電線桿或者外墻上的帶內(nèi)回程的接力傳輸上，其體積小重量輕，易于選址。一般來說，帶內(nèi)回程的接力傳輸相比傳統(tǒng)的微波回程的接力傳輸性能要低，但帶內(nèi)回程不需要LTE頻譜之外的回程頻段而進(jìn)一步節(jié)省費(fèi)用，因此二者各自有其市場(chǎng)需求和應(yīng)用場(chǎng)景。載波聚合技術(shù)概述載波聚合技術(shù)將多個(gè)LTE載波擴(kuò)展成LTE-A系統(tǒng)的傳輸載波。并且LTE系統(tǒng)的用戶終端和LTE-A系統(tǒng)的用戶終端均可以使用“LTE載波單元”進(jìn)行通信。LTE-A系統(tǒng)的潛在應(yīng)用頻段包括450MHz～470MHz、698MHz～862MHz、790MHz～862MHz、2.3GHz～2.4GHz、3.4GHz～3.6GHz。因此，頻譜聚合要求可以在多個(gè)頻點(diǎn)上跨頻帶進(jìn)行聚合?？梢钥闯觯琇TE-A系統(tǒng)部署大量頻段集中在3.4GHz以上的較高頻段，有可能是1個(gè)多頻段層疊無線接入系統(tǒng)?？罩薪涌诩夹g(shù)的框架就是由寬帶寬、非連續(xù)頻譜分布和靈活頻譜的使用決定的。載波聚合技術(shù)概述LTE系統(tǒng)和LTE-A系統(tǒng)支持不對(duì)稱業(yè)務(wù)（UL與DL數(shù)量不同）時(shí)的載波聚合為非對(duì)稱載波聚合。圖2示意了LTE-A系統(tǒng)的上行鏈路和下行鏈路要聚合不同帶寬“LTE載波單元”。例如：UE下行傳輸需要40MHz的帶寬，系統(tǒng)聚合兩個(gè)20MHz的載波；而上行傳輸只需要20MHz帶寬，這時(shí)可以采用一個(gè)20MHz的載波，因?yàn)榉逯邓俾矢?，峰均功率?PAPR)低，控制信道開銷小，分集增益更明顯。

圖2非對(duì)稱DL/UL載波聚合參考模型載波聚合技術(shù)概述CA研究的情況可分為：同頻帶：連續(xù)載波聚合(Intra-Band，Contiguous)，非連續(xù)載波聚合(Intra-Band，Non-contiguous)；異頻帶：非連續(xù)載波聚合(Inter-Band，Non-Contiguous)目前，載波聚合的研究重點(diǎn)包括連續(xù)載波的頻譜利用率，上下行非對(duì)稱的載波聚合的控制信道的設(shè)計(jì)等等載波聚合技術(shù)概述—CA關(guān)鍵技術(shù)

CA的典型應(yīng)用表1是CA的典型應(yīng)用。無論是inter-band或intra-band，Rel-10的信令需要支持最大下行5個(gè)載波，上行5個(gè)載波的配置。FDD下行，Rel10需要支持inter-band和intra-band的載波CA；Rel10需要支持應(yīng)用(表1)4和5，即不同頻帶的載波接收時(shí)可以不同。FDD上行，支持intra-band的CA，上行應(yīng)用4和5載波聚合在Rel11中支持。TDD，支持intra-band的CA，上行應(yīng)用4和5載波聚合在Rel11中支持。載波聚合技術(shù)概述—CA關(guān)鍵技術(shù)L2/3協(xié)議架構(gòu)CA不影響控制面L3協(xié)議的架構(gòu)，用戶面L2協(xié)議架構(gòu)，如圖1所示。載波聚合對(duì)RLC/PDCP透明，每個(gè)分量載波對(duì)應(yīng)一條傳輸信道，每個(gè)分量載波對(duì)應(yīng)一個(gè)專用和獨(dú)立的HARQ實(shí)體，

HARQ應(yīng)該保持Rel8兼容。HARQ（HybridAutomaticRepeatRequest）混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求RLC(RadioLinkControl)是GPRS/WCDMA/TD-SCDMA/LTE等無線通信系統(tǒng)中的無線鏈路控制層協(xié)議。在WCDMA系統(tǒng)中，RLC層位于MAC層之上，屬于L2的一部分，為用戶和控制數(shù)據(jù)提供分段和重傳業(yè)務(wù)PDCP(PacketDataConvergenceProtocol)分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議載波聚合技術(shù)概述—CA關(guān)鍵技術(shù)multiple

Tas在LTE系統(tǒng)中，為了保證UE上行信號(hào)之間的正交性，必須保證各UE發(fā)出的上行信號(hào)在基站側(cè)接收端的接收時(shí)鐘是一致的，LTE是通過控制不同的UE采用不同的上行時(shí)間調(diào)整來實(shí)現(xiàn)，即距離eNB較遠(yuǎn)的UE較早發(fā)送，距離eNB較近的UE較晚發(fā)送。LTE-A中，上行可以聚合多CC(Component

carrier，成分載波)?？紤]到UE同時(shí)維護(hù)多個(gè)TA的復(fù)雜情況，以及R10中的主要應(yīng)用(如圖2所示)，目前所有CC上只有一個(gè)TA。也就是不同CC接收主CC上發(fā)的TA調(diào)整命令，所有CC上的調(diào)整值相同。Rel11版本可以采用多套TA。載波聚合技術(shù)概述—CA關(guān)鍵技術(shù)eNB間切換源基站選擇一個(gè)目標(biāo)主載波，并通過X2/S1切換消息發(fā)送給目標(biāo)站。源基站同時(shí)提供當(dāng)前輔載波的所有配置給目標(biāo)基站，還提供當(dāng)前有效測(cè)量報(bào)告中的每個(gè)頻率的最優(yōu)小區(qū)給目標(biāo)基站，按照RSRP降序排列，并且可以包含小區(qū)的測(cè)量結(jié)果。目標(biāo)基站可以改變主載波。X2切換時(shí)，目標(biāo)主載波只能在提供的K*eNB的小區(qū)中選擇。目標(biāo)基站決定目標(biāo)輔載波，可以根據(jù)源基站提供的最優(yōu)小區(qū)決定目標(biāo)輔載波，也可以選擇源基站提供的最優(yōu)小區(qū)之外的小區(qū)作為輔載波。載波聚合技術(shù)概述載波聚合實(shí)現(xiàn)方案基于載波聚合的LTE-A系統(tǒng)在傳輸塊的映射以及控制信道的設(shè)計(jì)等方面與單載波系統(tǒng)有所區(qū)別。在LTE-A系統(tǒng)中，每個(gè)子載波對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)流，子載波之間數(shù)據(jù)流的聚合方式可以分為在MAC層聚合和在物理層聚合兩種。圖3所示為數(shù)據(jù)流的兩種聚合方式。

圖3數(shù)據(jù)流分別在MAC和物理層聚合載波聚合技術(shù)概述圖3中方案A為每個(gè)子載波分配一個(gè)獨(dú)立的傳輸塊，單一的數(shù)據(jù)流在某一些點(diǎn)上被分到不同的載波上，載波上數(shù)據(jù)流的聚合在MAC層完成。其中，每個(gè)載波為獨(dú)立設(shè)計(jì)，維持其原來的物理結(jié)構(gòu)，包括特殊載波的位置、鏈路自適應(yīng)和HARQ等。方案B為所有的載波共用一個(gè)傳輸塊，單一的數(shù)據(jù)流在某些點(diǎn)上被分到不同的載波上，載波上數(shù)據(jù)流的聚合在物理層上進(jìn)行。因此每個(gè)載波的物理層結(jié)構(gòu)需要重新設(shè)計(jì)，這樣可能會(huì)影響數(shù)據(jù)流到MAC的時(shí)間。載波聚合技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀通過對(duì)連續(xù)與非連續(xù)載波的擴(kuò)展，載波聚合技術(shù)一方面可以通過直接聚合多個(gè)LTE載波，滿足LTE-A需要的大帶寬需求，不需要重新設(shè)計(jì)物理信道和調(diào)制編碼方案；另一方面也可以通過復(fù)用已有的LTE系統(tǒng)資源，大大降低LTE-A系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度，以最小代價(jià)完成零散帶寬的聚合。載波聚合技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀就標(biāo)準(zhǔn)方面可以從以下6點(diǎn)來考慮LTE-A中的載波聚合技術(shù)，即應(yīng)用場(chǎng)景、非對(duì)稱載波聚合、物理層載波聚合應(yīng)用、載波聚合對(duì)于LTE的兼容考慮、在載波聚合方面頻譜效率的提高問題、載波聚合對(duì)于切換的一些轉(zhuǎn)化。目前研究現(xiàn)狀可參見表1所示。載波聚合技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀非對(duì)稱載波聚合非對(duì)稱載波聚合中的關(guān)鍵技術(shù)是控制信道和信令的設(shè)計(jì)以及接入過程等。其中控制信道和信令的設(shè)計(jì)可分為PDCCH、PUCCH、PHICH等方面。LG、Huawei、Motorola等公司對(duì)PDCCH的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)分析與設(shè)計(jì)。RAN1在56#會(huì)議上，就關(guān)于載波聚合中PDCCH設(shè)計(jì)原則方面作了討論，決定使用一個(gè)組成載波來傳輸PDCCH，F(xiàn)FS對(duì)于PDCCH信息的映射／編碼問題與各個(gè)CC上的PDSCH相關(guān)。LG公司就HARQ映射的后向兼容和靈活性等問題在56#會(huì)議和57#會(huì)議上分別作了詳細(xì)討論。Samsung和CATT公司在57#會(huì)議上分別就PHICH問題作了討論，提出當(dāng)上行鏈路組成載波比下行鏈路組成載波大時(shí)，每個(gè)PHICH分別對(duì)應(yīng)一個(gè)UL組成載波的映射方式。PUCCH的設(shè)計(jì)著重于控制信息和數(shù)據(jù)復(fù)用傳輸方式。其中，LGElectronics就提出：在同一個(gè)時(shí)間里，UE獨(dú)立傳輸PUCCH和PUSCH；當(dāng)要在同一個(gè)UL子載波上進(jìn)行傳輸時(shí)，PUCCH要給PUSCH捎帶回答信息。還分析了功率受限和非對(duì)稱載波聚合中的特殊考慮。載波聚合技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀在初始接入方面，重點(diǎn)在于解決接入時(shí)上行／下行的靈敏度和RACHmsg傳輸過程。Samsung公司在NTTDoCoMo公司研究的基礎(chǔ)上，就初始接入問題提出3點(diǎn)建議，即分別在每個(gè)DL組成載波上廣播PRACH參數(shù)-時(shí)間、頻率、編碼資源；RAR在所有下行組成載波對(duì)應(yīng)一個(gè)上行載波上傳輸；初始接入時(shí)使用僅僅一個(gè)DL載波，即對(duì)僅僅一個(gè)DL載波限制向后兼容，例如不通過其他載波傳輸PBCH/SCH。載波聚合技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀物理層應(yīng)用雖然在LTE-A系統(tǒng)中，子載波之間數(shù)據(jù)流的聚合方式為在MAC層聚合，而不在PHY中聚合，但載波聚合在物理層中如何應(yīng)用的問題仍然需要重點(diǎn)關(guān)注。目前在這方面的研究主要集中于物理小區(qū)標(biāo)識(shí)PCI（physicalcellID）的分配上。CATT公司指出：對(duì)于相同小區(qū)標(biāo)識(shí)的分配，下行信令的關(guān)鍵問題是有更高的CM/PAPR不能忽視。而對(duì)于不同小區(qū)標(biāo)識(shí)的分配，上行鏈路參考信號(hào)的正交性會(huì)很差。解決方法是在不同的組成載波中不廣播不同的物理小區(qū)標(biāo)識(shí)。在物理層設(shè)計(jì)中，LTE-A系統(tǒng)還需要解決載波間的時(shí)間同步、頻點(diǎn)分配和保護(hù)帶寬設(shè)計(jì)等問題。載波聚合技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀頻譜效率載波聚合技術(shù)在一定程度上提高了頻譜利用率。同時(shí)，由于LTE-A系統(tǒng)下行鏈路載波要求嚴(yán)格的時(shí)間同步，并且子載波之間滿足正交性。在聚合連續(xù)LTE載波的情況下，如果考慮減少載波間的保護(hù)帶寬，增加帶寬內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)的載波數(shù)量，可以提高LTE-A系統(tǒng)的頻帶利用率。目前可用的保護(hù)帶寬有子載波間的保護(hù)帶寬、頻帶的保護(hù)帶寬。由于頻帶間的保護(hù)帶寬有較大的利用空間，在不引進(jìn)額外干擾的前提下，3GPP討論了多種利用頻帶間的保護(hù)帶寬來傳輸數(shù)據(jù)的技術(shù)方案。載波聚合技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀載波聚合中的切換為了支持服務(wù)的連續(xù)性，在載波聚合的切換過程中，基站必須提供相對(duì)穩(wěn)定的服務(wù)速率。如果小區(qū)內(nèi)的用戶終端采用了載波聚合技術(shù)，基站在切換過程中也要支持載波聚合技術(shù)。相鄰小區(qū)要通過廣播或特定信號(hào)通知用戶終端本小區(qū)的剩余頻率資源和載波配置情況。只有在相鄰小區(qū)有足夠頻率資源的前提下，用戶終端才能進(jìn)行切換。因此，采用多載波聚合技術(shù)，LTE-A系統(tǒng)需要解決切換機(jī)制，以及由于覆蓋的模糊性所帶來的切換問題。目前只有跨頻段聚合方式的研究，還沒有真正考慮到切換這個(gè)問題。載波聚合技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀LTE-A系統(tǒng)中與載波聚合結(jié)合的熱門技術(shù)研究在LTE-A系統(tǒng)中使用載波聚合技術(shù)，可以有效支持新頻段和大帶寬的應(yīng)用，提高系統(tǒng)容量、滿足系統(tǒng)后向兼容性的要求，大大縮短了LTE-A系統(tǒng)的商用時(shí)間。這一工作的進(jìn)展，形成了LTE-A系統(tǒng)中載波聚合技術(shù)與其他關(guān)鍵技術(shù)結(jié)合應(yīng)用方式，如異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)里的載波聚合技術(shù)與協(xié)同多點(diǎn)技術(shù)（CoMP）技術(shù)結(jié)合研究、載波聚合技術(shù)與中繼技術(shù)結(jié)合研究等。載波聚合技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的研究工作具有大帶寬需求和高峰值速率的LTE-A系統(tǒng)盡可能地減少系統(tǒng)開銷是提高系統(tǒng)性能的重要措施之一。多載波調(diào)度、控制信道和信令設(shè)計(jì)、跨頻段聚合技術(shù)是影響系統(tǒng)開銷的幾個(gè)重要因素。因此，研究載波聚合中的多載波調(diào)度方式、控制信道和信令設(shè)計(jì)以及跨頻段聚合技術(shù)研究對(duì)提高系統(tǒng)性能具有重要的意義。此外，LTE-A系統(tǒng)發(fā)展的大多是多業(yè)務(wù)種類、高業(yè)務(wù)能力的通信，這在客觀上對(duì)系統(tǒng)提出系統(tǒng)容量及信道容量提出更高的要求。載波聚合技術(shù)進(jìn)一