測試LTE演進計劃（LTE-Advanced）網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的載波聚合 - 全文

對于LTE-Advanced，3GPP第10版引入幾項新的功能，加強現(xiàn)行的LTE標準，這些功能的目標是將下行峰值速率提高至1 Gbps以上，并縮短延遲時間及改善頻譜效率。目標是達到最高可能的小區(qū)邊緣用戶速率。

如果要達到高傳輸速率的目標，LTE-Advanced 將需要一個比LTE目前指定的20 MHz更寬的通道頻寬。多數(shù)業(yè)者可使用的有限頻譜帶只有單一載波，不可能達成此目標。因此，載波聚合 (即結(jié)合頻譜散射出的多載波能力) 將會是取得所需更寬有效頻寬的關(guān)鍵方式，通常高達100 MHz。這表示必須一并增加由連續(xù)或非連續(xù)頻譜組成的多載波，以促使這些通道頻寬更寬，傳輸速率更快。

在網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行載波聚合，意謂業(yè)者及基礎(chǔ)設(shè)施供貨商在真正的行動終端設(shè)備可使用之前，將需要一個配備載波聚合技術(shù)的測試手機。

LTE-Advanced的演變

LTE-Advanced之3GPP計劃的目標，是在國際電信聯(lián)盟旗下的無線電通訊部門（ITU-R）規(guī)定的時限內(nèi)達到或超出IMT-Advanced的要求。

IMT-Advanced的關(guān)鍵目標是：100 MHz頻寬、下行1 Gbps的傳輸速率及上行500 Mbps的傳輸速率、下行及上行分別為8x8 MIMO 及4x4 MIMO。C-plane延遲最大值為50 ms，而U-plane是低于或等于5 ms。表1比較LTE 第8版及LTE-Advanced規(guī)格的目標。

表1： 3GPP LTE-Advanced規(guī)格與LTE 第8版以及IMT-Advanced目標之比較

演進標準提供的平均頻譜效率及小區(qū)邊緣用戶速率，將比LTE 第8版更高，且因新分配的頻寬，頻譜的使用彈性更大。自組織的網(wǎng)絡(luò)及部署將是LTE-A重要的一部分，因為網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性將會使得手動最佳化變得不可行。LTE 第8版將可以低成本平滑過渡到至LTE-A。

此外，LTE-A將必須與LTE共存，且基礎(chǔ)設(shè)施會逐步發(fā)展，終端設(shè)備逐步升級。功能性也將必須具有擴展性。

頻寬

由于頻譜已經(jīng)很擁擠，因此主管機關(guān)很難分配具有100 MHz 頻寬的連續(xù)頻譜。同樣地，已分配給LTE的多數(shù)頻寬（參見表2(a)及(b)）本身并沒有寬到足以提供LTE-A所指定的100 MHz頻寬。延遲系統(tǒng)也有問題，系統(tǒng)內(nèi)的頻寬被早于LTE 第8版的標準占用。因此必須以指定的其中一種方式結(jié)合可用的頻譜頻寬，此即統(tǒng)稱為載波聚合的技術(shù)。

表2(a) LTE FDD的頻帶代號

表2(b) LTE TDD的頻帶代號

載波聚合是彈性分配頻譜的方式，用以達到更寬的頻寬傳輸。高達100 MHz的完整系統(tǒng)頻寬可包含兩個至五個稱為成員載波（CC）的基本頻率區(qū)塊。至少部份的成員載波與LTE 第8版后向兼容，而且聚合的頻寬可能是由相同頻帶的成員載波（頻帶內(nèi)載波聚合）或不同頻帶的成員載波（頻帶間載波聚合）組成。LTE-A支持頻帶內(nèi)載波聚合的連續(xù)及非連續(xù)頻譜。圖1列出幾個范例。

圖1：載波聚合的范例

圖1的第一個圖顯示連續(xù)頻帶內(nèi)載波聚合的例子，其中100 MHz 頻寬是聚合五個成員載波所取得。我們可以從鄰近的頻帶清楚看到頻寬呈碎形(非整塊頻段)。第二個圖顯示非連續(xù)頻帶內(nèi)載波聚合的例子。我們可在成員載波間清楚看到碎形的頻寬。最后一個圖顯示頻帶間載波聚合：頻帶間載波聚合很明顯是非連續(xù)的，因為在成員載波間有碎形的頻寬。

分頻雙工（FDD）可支持上行及下行的非對稱頻寬。對稱操作的定義是下行及上行有相等數(shù)量的成員載波，而非對稱操作使用的下行成員載波比上行成員載波數(shù)量更多。在分時雙工（TDD），上行及下行永遠對稱，因為他們共享相同的載波。要進一步考慮的是如圖2所示的頻帶內(nèi)對稱，其與聚合的載波是否在聚合頻寬形成鏡像相關(guān)。

圖2：頻帶內(nèi)對稱

如為LTE-A（3GPP Release 10版），除非有例外，否則會假設(shè)頻帶內(nèi)的載波聚合是對稱的。對稱的優(yōu)點是，對于零中頻接收器，它可以避免數(shù)據(jù)資源單位（RE）在DC點重迭。

3GPP 已為LTE-A的初步研究指定一系列的載波聚合情況，且結(jié)構(gòu)使用高達3個收發(fā)器鏈，其可在300 MHz – 6 GHz 的范圍操作。這引起eNodeBs 及使用者設(shè)備（UE）兩者的一些龐大的設(shè)計問題。所有五個成員載波在未來將被許可成為非連續(xù)載波，如圖3所示，其可進一步增加收發(fā)器鏈的數(shù)量。

圖3：五個非連續(xù)成員載波

應(yīng)用
　　　　一對成員載波稱為主要基地臺。其中一個主要基地臺稱為主要小區(qū)，其余稱為次要小區(qū)。主要小區(qū)最為重要，并且管理CA組態(tài)。次要小區(qū)不允許RACH接入。小區(qū)組成時會提供“服務(wù)小區(qū)指數(shù)”，該指數(shù)表示其相對的重要性，服務(wù)小區(qū)指數(shù)愈小，基地臺愈重要。主要小區(qū)的服務(wù)小區(qū)指數(shù)永遠等于零。

載波聚合的多功能性使網(wǎng)絡(luò)部署更容易，因為第二個成員載波可用于將傳輸率提高，用以排除小區(qū)邊緣微弱的覆蓋率，或做為熱點，當峰值速率相當重要的時候。圖4顯示這些應(yīng)用方式當中的每一個范例，是3GPP在可行性研究時會定義的。其它兩個應(yīng)用方式情況（未顯示）對非共站基地臺使用無線寬帶頭端設(shè)備（RRH），第11版將會支持此情況。

　圖4顯示三個 LTE-Advanced 載波聚合的應(yīng)用情況，其中頻率 f1 以灰色表示，f2 以藍色表示：(a) f1 可用來提高覆蓋率，f2 可用來推升傳輸速率 (f2 > f1)；(b) 兩個頻率皆可用來增加蜂巢式單元傳輸量；(c) f1 提供大范圍覆蓋率，而f2 可用來推升熱點區(qū)的傳輸量。

示范

Aeroflex TM500 測試手機（Test Mobile）是2011年世界移動通訊展的LTE載波聚合初期展示的重要構(gòu)成，其成功結(jié)合800 MHz 及2.6 GHz頻譜。這使得主要的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施供貨商可結(jié)合這兩個頻段的容量，同時充分利用較低頻段的卓越傳輸量的優(yōu)點提供巨大的LTE數(shù)據(jù)傳輸管道。

TM500已對3G提供一種載波聚合，并利用雙載波HSDPA（DC-HSDPA）的可用性。TM500 LTE測試手機的生產(chǎn)機型目前可使用此功能，即測試LTE基地臺或eNodeBs的實際產(chǎn)業(yè)標準。

結(jié)論

連續(xù)及非連續(xù)頻段的載波聚合已被視為LTE-Advanced發(fā)展最重要的一部份，并且也被視為對終端及eNodeBs的設(shè)計提出重大的挑戰(zhàn)。在使用真正的終端設(shè)備及手持電話之前，基站供應(yīng)商需要一臺可靠的測試手機測試其網(wǎng)絡(luò)，而且在此早期階段提供他們載波聚合能力，證明對于將被用于推出LTE-Advanced 的eNodeBs的發(fā)展是重要的。