1、載波聚合技術研究王淑坤(中創信測科技股份有限公司,北京100081摘要:隨著無線技術的發展和普及,移動用戶數目和寬帶移動用戶數目增長迅速。為此,在LTE的基礎上,LTE-A對寬帶寬,高速率提出了更高的要求。于是LTE-A演進過程中引入了載波聚合技術來滿足未來通信對寬帶寬,高速率的需求。本文從載波聚合技術的分類,應用場景及其關鍵技術,例如跨載波調度,上行控制信道設計,載波管理,載波測量和移動性管理等方面進行闡述。關鍵詞:載波聚合;主載波;輔載波;1 引言隨著無線技術的發展和普及,移動用戶數目的增長突飛猛進,同時寬帶用戶數目也飛速增長。為此,在LTE的基礎上,LTE-A對寬帶寬,高速率提出了更高的

2、要求1。由于無線頻譜資源短缺,很多運營商擁有的頻譜資源都是不連續的,然而單一頻帶很難滿足LTE-A對寬帶寬的需求。于是LTE-A演進過程中引入了載波聚合技術來滿足未來通信對寬帶寬,高速率的需求。2 載波聚合分類和應用場景按照聚合載波所在的頻帶之間的關系,分為intra-band載波聚合和inter-band載波聚合兩種。按照聚合載波在頻譜上是否相鄰分為連續載波聚合和非連續載波聚合。按照聚合載波的上下行是否對稱,分為對稱載波聚合和非對稱載波聚合。非對稱載波聚合主要考慮到上下行對峰值速率有不同的要求。 作者聯系方式:王淑坤E-mail: wangshukun0330圖1 載波聚合分類3GPP在討論

3、載波聚合技術過程中將載波聚合分為5個場景,定義如下: 場景#1:F1和F2同位置部署,提供相同覆蓋,每一層都有足夠的覆蓋并能獨立滿足移動性需求。可能的應用場景是頻帶內聚合,例如2GH z和 場景#2:F1和F2同位置部署,F1提供廣覆蓋滿足移動性需求,F2提供較小覆蓋用于提高吞吐量。可能的應用場景是頻帶間聚合,例如F1=80 場景#3:F1和F2同位置部署,F1提供廣覆蓋滿足移動性需求,F2提供較小覆蓋并且天線定位在F1的小區邊緣,用于提高F1小區邊緣吞吐量。可能的應用場景是頻帶間聚合,例如F1=800M Hz,2GHz,F2=3.5GHz。F2在F1覆蓋內,作為RRHs來提高熱點覆蓋的吞吐量

4、。可能的應用場景是頻帶間聚合,例如F1=80 0MHz,2GHz,F2=3.5GHz。場景#5:與場景#2類似,用頻率選擇中繼來擴展F2覆蓋。3載波聚合后向兼容性考慮和方案選擇載波聚合后,高層數據映射到各個載波的方案有兩種,一個是物理層映射方案,另一個是M AC層映射方案。為了保證LTE-A系統對LTE系統的后向兼容性,每個載波應該是一個獨立的載波,LTE UE能夠接入任何一個載波,所以保持了原來單載波物理層的獨立設計,采用了MAC 層映射方案,即每個載波有自己獨立的HARQ實體和獨立的鏈路自適應技術。MAC層映射方案的好處就是滿足LTE-A的后向兼容性以及LTE向L TE-A的平滑過渡,對物

5、理層改動小,實現簡單。但是在信令開銷方面和UE的實現復雜度、電量開銷方面需要考慮。4 載波聚合技術中的關鍵技術點相對于LTE,在載波聚合中提出了幾個不同的概念。PCC(Primary Cell Component稱為主載波,PCC有且只有一個,PCC提供RRC信令連接,NAS功能,安全等。PUCCH在PCC上且只在PCC上存在。SCC(Secondary Cell Compon ent稱為輔載波,SCC只提供額外的無線資源。PCC和SCC同稱為服務小區。標準上還規定聚合的載波最多支持5個,即聚合后的最大帶寬為100MHZ,并且聚合載波屬于同一個基站。所有的聚合載波使用相同的C-RNTI,基站實

6、現保證C-RNTI在每個載波所在的小區不發生沖突。4.1 跨載波調度在載波聚合中關于每個載波的調度按照調度使用的PDCCH資源所在的載波分為同載波調度,跨載波調度。圖2 同載波調度和跨載波調度圖(a中給出的是同載波調度,即每個載波的調度信息放在自己載波的PDCCH中調度。圖(b中給出的是跨載波調度,三個載波的調度信息都放在一個載波上進行調度。跨載波調度的引入是基于異構網絡的干擾規避。在跨載波調度中,不同載波間的調度信息通過DCI中CIF(Carrier Indicator Field字段來區分,CIF用于指示載波的編號。存在PDCCH信道的載波可能有多個,但是PCC一定有自己的PDC CH信道

7、。高層配置當前SCC使用哪個載波的PD CCH信道進行調度。同時標準上關于不同載波的對于PDCCH信道使用有如下規則:-如果當前載波存在自己的PDCCH信道,則該載波上的PDSCH,PUSCH對應的調度信息在自己的PDCCH進行傳輸。-如果當前載波不存在自己的PDCCH信道,則該載波上的PDSCH,PUSCH對應的調度信息在存在PDCCH信道的載波上進行傳輸,且只在一個載波上。高層信令配置使用哪個載波的PDCCH信道。在跨載波調度中,支持跨載波調度的載波,即提供PDCCH資源調度其他載波的載波,高層信令指示該載波的調度信息是否含有CIF字段。對于不支持跨載波調度的載波,DCI中不用包含CIF。

8、跨載波調度的引入是基于異構網絡的干擾規避。對PCFICH同樣存在與PDCCH類似的干擾問題。原則上每個載波通過讀取各自載波的PCFIC H信息來確認PDSCH資源的起始位置,為了PCFI CH的干擾規避,被其他載波調度的載波的PDSC H起始位置通過專用信令通知UE,對于存在PDC CH信道載波的PCFICH信息通過讀取自己的PCFI CH信道獲取。4.2 上行控制信息上報在載波聚合中只有PCC上有PUCCH信道,上行控制信令需要最多支持5個載波的信息。SR用于資源調度請求,沿用R8的傳輸方案。ACK/NACK反饋采用兩種方案,一個是基于PUCCH格式1b信道選擇,另一個是定義新的PUCCH格

9、式3。通過高層信令配置采用哪種方案。-基于PUCCH格式1b的信道選擇:借鑒LTE中TDD系統HARQ-ACK比特反饋的思想,最多可以反饋4個HARQ-ACK比特。-PUCCH格式3:多可以反饋11比特(10比特HARQ-ACK信號和1比特調度請求信息,足以滿足FDD系統最多支持5個載波聚合的場景。CSI上報分為周期性觸發上報和非周期觸發上報。周期性觸發的CSI上報可以在PUCCH上發送,也可以在PUSCH上傳輸,只要此時存在數據在PUSCH上發送,非周期觸發CSI上報,只能在PUSCH上傳輸。在一個子幀內,CSI只能在一個載波的PUSCH上傳輸,所以存在一個載波選擇問題,原則如下:-在上行調

10、度請求中,有2bit來觸發CSI上報,同時也會只是對應在那個載波上上報CSI,此時選擇指示的載波上上報CSI。-如果PCC上有PUSCH數據傳輸,同時沒有非周期CSI被觸發,則CSI在PCC的PUSCH上傳輸。-如果PCC的PUSCH上沒有數據傳輸,也沒有非周期的CSI被觸發,則選擇SCC中有PUSCH數據傳輸的carrier-index最小的載波來傳輸CSI。對于周期的CSI上報,在一個子幀中只能上報一個載波的CSI信息。每個載波的CSI周期上報的配置信息是獨立配置的,不同的上報模式之間存在不同的優先級,在一個子幀中優先上報優先級高的上報模式對應的CSI信息,如果兩個載波具有相同優先級的上報

11、模式時,則上報carrier-index最小的載波的CSI信息。4.3 上行功率控制在LTE中,為了保證上行信號的低PAPR特性,終端不會同時發送PUSCH和PUCCH。在載波聚合中,允許同一UE在同一子幀同時發送PUCCH和PUSCH,通過高層信令配置來指示,通常只有在UE有足夠的功率且不影響覆蓋的情況下才會配置。由于LTE中,PHR的計算是基于單載波的,而且PHR在PUSCH上傳輸,UE允許最大上行功率與使用的PUSCH功率之差即為PHR,稱為Type 1 PHR。為了滿足載波聚合中PUCCH和PUSCH同時傳輸的特性,載波聚合中定義了新PHR類型,即載波的最大發射功率減去PUCCH使用的

12、功率和PUSCH使用的功率,即Type 2 PHR。在載波聚合中,調度是基于每個載波獨立進行的,而且每個載波的帶寬和信道條件會有所不同,所以上行的功率分配每個載波獨立進行的。同時標準還規定在上報PHR,同時上報PHR對應載波的最大發射功率。由于上行發射功率有限制,當多個載波的發射功率之和超過上行最大發射功率時,需要對各個載波的發射功率進行壓縮,載波間功率壓縮原則如下:-當多個載波PUSCH同時發送且發射功率超過上行最大發射功率時,則對這些載波按照等比例進行功率壓縮,確保上行發射功率不會超過上行最大發射功率。-當多個載波PUSCH同時發送且發射功率超過上行最大發射功率,而且其中有某一個載波攜帶有

13、上行控制信息時,則確保攜帶有上行控制信息的PUSCH的發射功率,然后對多個沒有攜帶上行控制信息的載波按照等比例進行功率壓縮,確保上行發射功率不會超過上行最大發射功率。-當多個載波PUSCH與PUCCH同時發送且發射功率超過上行最大發射功率時,則確保PUCCH的發射功率,然后對這些載波PUSCH按照等比例進行功率壓縮,確保上行發射功率不會超過上行最大發射功率。-當多個載波的測量導頻信號(SRS同時傳輸且發射功率超過上行最大發射功率時,則對這些載波的SRS按照等比例進行功率壓縮,確保上行發射功率不會超過上行最大發射功率。4.4 載波管理為了達到載波聚合UE節能的目的,引入了載波的激活,去激活機制。

14、當通過RRC連接重配置小區添加新的SCC時,所有的SCC處于去激活狀態。在切換過程中,當UE接收到切換命令,此時所有的SCC處于去激活狀態。去激活狀態的載波具有如下特征:-不需要接收PDSCH數據;-不需要發送PUSCH數據;-不需要監聽PDCCH;-不需要發送SRS;-不需要測量CSI和上報CSI。去激活的載波需要作測量,只是測量周期相對較長,通過高層信令配置去激活載波的測量周期。載波的激活/去激活機制是基于MAC CE和去激活定時器來實現。注意PCC不能被激活和去激活。MAC CE激活/去激活方式是由eNB來控制的。去激活定時器是由UE來控制的。圖1 載波激活去激活MAC控制單元MAC C

15、E的格式如上圖所示,Bit設置為1,表示對應的載波被激活,Bit設置為0,表示對應的載波被去激活。去激活定時器的時長由高層信令配置,每個載波都啟動各自的去激活定時器,如果在定時器超時前,UE沒有在該載波上收到數據或者PDCCH,則去激活該載波。為了保證UE和eNB的一致性,對激活去激活的時序進行了定義。如果UE在第n個子幀接收到該載波的激活命令,則在n+8子幀之后該載波就需要準備就緒,即開始監聽PDCCH,SRS發送,CSI測量與上報,PHR上報等。如果UE在第n個子幀接收到該載波去激活命令,則在n+8子幀開始停止CSI上報。4.5 載波聚合測量和移動性管理在載波聚合中PCC和SCC同為UE的

16、服務小區,為此在載波聚合中定義同頻測量為,與服務小區頻點相同的測量為同頻測量,否則為異頻測量。也就是當測量的頻點和服務小區相同的測量不是配置測量Gap。針對現有的測量事件,事件A1和事件A2擴展到SCC,而事件A3,事件A5,事件B2只用于P CC。同時為了SCC引入新的測量事件A6,意思是同頻鄰區信號質量好于SCC信號質量指定門限。對于A3事件,此時的服務小區指PCC,鄰區包括SCC。在載波聚合切換過程中,規定源基站總是選擇一個目標的PCC,但是目標eNB可以改變目標PCC。源基站推薦候選的SCC,目標基站決定最后配置的SCC。在切換過程中所有的SCC都處于去激活狀態。UE自己不能釋放SCC

17、的配置信息,該過程由網絡測控制。切換的流程和基本原則遵循R8。4.5 其他在載波聚合中提出了很多L2/3的規定。隨機接入過程只支持PCC的隨機接入過程,其他SCC通過RRC連接重配置添加,刪除和修改。對于RLM,只需要監聽PCC,SCC上沒有R LF,沒有RRC連接重建,重建過程中UE回到非載波聚合狀態。每個載波擁有獨立的廣播信息,PCC的廣播信息通過讀取系統廣播信息來獲取,SCC的系統廣播信息通過高層信令來配置。對于SCC的系統廣播變更,通過“刪除+添加”的方式來更新。同時尋呼小區的監聽也只在PCC上進行。對于DRX配置信息,規定所有載波采用相同的DRX配置信息。載波聚合中引入的新的BSR表格,通過高層信令配置使用新的BSR表格。在R10載波聚合中,采用同一個TA,即PCC 隨機接入過程中網絡測