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摘 要：目前移动通信正朝着高速率、大带宽的方向演进， 国际标准化组织3GPPLTE/LTE-Advanced正积极推动第四代移动通信（4G）系统的标准化。该文着重阐述载波聚合技术的基本原理和特点，从而针对LTE载波聚合技术的频率部署及应用场景进行了分析。
关键词：LTE Advance 载波聚合技术 聚合方式 应用场景 发展趋势
中图分类号：TN911 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（a）-0018-02
为了提供数据传输速率，满足用户的业务需求，3GPP组织启动了LTE后续发展技术LTE Advance（LTE-A）。在后续发展中，更宽的频谱、更高的速率将成为技术发展的主要方向。当前，LTE-A系统有6个候选频点，如果使用当前的频谱使用分配方式，难以满足LTE-A系统对百兆带宽的连续频谱的需求。因此，3GPP组织提出使用载波聚合技术来解决LTE-A系统对大带宽和高速率的资源需求。
1 载波聚合技术概述
当今，无线资源日益宝贵，频谱中已经很难找到一段完整的、超宽带宽的频谱来满足无线宽带互联网的需求。于是，3GPP组织提出了载波聚合技术，载波聚合技术是将多个不同的频段综合统一利用，能够方便、灵活地使用连续或非连续的频谱将带宽扩展到LTE Advanced所需求的百兆带宽。在载波聚合后，LTE 终端可以接入其中的一个载波单元，而LTE Advanced终端可以同时接入多个载波单元，这即满足了LTE和 LTE-A对频谱兼容性要求，还减小比特开销，以达到LTE系统对 1 Gbps的峰值速率的要求。载波聚合技术不需要对LTE物理层进行大的改动，就能极大提高了对现有系统的利用，对电信运营商而言，即减少了大量的投资，又大大缩短了LTE-A系统的建设、商用时间。
2 载波聚合方式
在载波聚合技术中，一个分量载波（Component Carriers，CC）被称作一个被聚合的载波。分量载波的带宽可以是1.4 M、3M、5M、10M、15M 或20M。由于3GPP协议中规定最多可以有5个分量载波进行聚合，因此聚合带宽最大是百兆。在FDD系统中，上/下行被聚合的分量载波数数量可以不同，同时每个被聚合的分量载波带宽也是不同的，但是业务需求上/下行流量的不对称，所以，要求聚合上行的分量载波数量总是等于或低于聚合下行的分量载波数量。
根据现实情况，载波聚合方式可以分为三类：频带内相邻载波聚合（intra-band，contiguous）、频带内不相邻载波聚合（intra-band，non-contiguous）、频带间不相邻载波聚合（inter-band，non-contiguous）。
一开始，载波聚合技术仅针对E-UTRA中工作频段中的部分载波进行聚合。随着应用场景的不断增加，出现了更多的频率聚合部署的情景，为简单、明晰有效的表述出不同频率部署情景下的载波聚合，3GPP提出了聚合传输带宽（Aggregated Transmission Bandwidth Configuration，ATBC）、聚合带宽等级（CAbandwidth class）和载波聚合配置（CA configuration）三个概念。
ATBC标识了被聚合物理资源块的总数量；CA bandwidth class指示被聚合ATBC的最大数和分量载波的最大数。目前在3GPP定义确定了三个载波聚合带宽等级。
等级A为ATBC≤100，分量载波最大数量=1；
等级B为ATBC≤100，分量载波最大数量=2；
等级C为100，载波聚合配置指示出聚合载波所在的E-UTRA工作频段和聚合载波带宽等级，从而表述出是在何种频率部署场景下的载波聚合。
CA_1C表示E-UTRA工作频段1中两个连续子载波聚合，载波聚合带宽等级为C的载波聚合；CA_25A_25A，表示频段25中两个不连续的分量载波聚合，分量载波带宽等级为 A的载波聚合；CA_1A-5A表示频段1和频段5内频段间成份波带聚合，分量载波带宽等级为A的聚合载波聚合。
3 应用场景
为了支持载波聚合，3GPP R10 中引入了主小区（Primary Serving Cell，PSC）和辅助小区 （Secondary Serving Cells，SSC）的区别。主小区是UE与之通信的主要小区，完成RRC连接控制，一个主小区始终在RRC连接控制模式中处于活动状态，同时可能有一个或多个辅助小区处于活动状态。其他的辅助小区仅可在连接建立后配置为连接模式，以提供额外的无线资源。所有主小区和辅助小区统称为服务小区。为主小区提供覆盖的分量载波被称作主分量载波（Primary component carrier，PCC），为辅助小区提供覆盖的分量载波被称作辅助分量载波（Secondary component carriers，SCC）。
4 载波聚合技术未来发展
在LTE-A系统中应用载波聚合技术，即可以增加大带宽、新频段的使用，又可以增加系统容量、满足系统后向兼容的要求，缩短LTE-A系统的商用时间，减少运营成本和时间成本。随着载波聚合技术的发展，逐步形成了载波聚合技术与其他关键技术相互结合的应用，如异构网络里的载波聚合技术与协同多点技术（CoMP）技术相结合，载波聚合技术与中继技术相结合等。
在有着对高速率、大带宽需求的LTE-A系统中，提高系统性能的重要办法之一便是尽最大可能减少系统开销。影响系统开销的有几个重要因素：跨频段聚合技术、控制信道和信令设计、多载波调度。因此，研究载波聚合中的多载波调度方式、信令设计、控制信道及跨频段聚合技术对提高LTE-A系统性能具有非常重要的作用。所以，LTE-A系统的发展方向大多都是高带宽的通信和多业务的应用，这客观上对系统容量及信道容量提出更高的要求。
载波聚合技术同其他相关技术的应用发展是相互紧密联系。一方面极大的提高了频率利用效率；另一方面又减少切换次数，解决了一连串因频繁切换所带来的问题。所以，载波聚合技术的发展，应在几个方面予以重视：多载波联合使用，同时也能对多个载波进行调度。提高系统性能的关键即多载波调度。在MAC层和RLC层设计中，还要解决不同载波间的协调机制、联合队列、单数据队列、多数据队列调度等诸多问题。合理使用聚合载波的控制信道和信令，降低开销，这是控制信道设计中需要解决的重要问题。当前需要解决的一个问题及难点还有跨频段聚合。此外，LTE-A系统中用户终端对空闲资源搜索和能耗等众多问题仍需认真研究。在物理层规划中，LTE-A系统中载波间的时间同步、频点分配和保护带宽等问题应予以解决。采用多载波聚合技术，LTE-A系统还需要考虑切换机制以及由于模糊的覆盖所带来的切换问题。
5 结语
一言以蔽之，该文对LTE-Advanced载波聚合技术的基本原理及应用场景进行分析。近年来，移动通信的传输速率的不断提升，作为LTE Advanced中提高无线传输速率的重要手段就是载波聚合技术，随着载波聚合技术不断完善，将进入一个更加丰富多彩的无线宽带互联网世界。
参考文献
[1] D Astély，E Dahlman，A Furusk？r，et al.LTE：The Evolution of Mobile Broad-band[J].IEEE Communications Magazine，2009，47（4）：44-51.
[2] 林辉.LTE-Advanced的标准化情况[J].电信科学.2009，25（1）：14-16.
[3] 赵训威，林辉，张明.3GPP长期演进（LTE）系统架构与技术规范[J].北京：人民邮电出版社，2010.
关键词：LTE Advance 载波聚合技术 聚合方式 应用场景 发展趋势
中图分类号：TN911 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（a）-0018-02
为了提供数据传输速率，满足用户的业务需求，3GPP组织启动了LTE后续发展技术LTE Advance（LTE-A）。在后续发展中，更宽的频谱、更高的速率将成为技术发展的主要方向。当前，LTE-A系统有6个候选频点，如果使用当前的频谱使用分配方式，难以满足LTE-A系统对百兆带宽的连续频谱的需求。因此，3GPP组织提出使用载波聚合技术来解决LTE-A系统对大带宽和高速率的资源需求。
1 载波聚合技术概述
当今，无线资源日益宝贵，频谱中已经很难找到一段完整的、超宽带宽的频谱来满足无线宽带互联网的需求。于是，3GPP组织提出了载波聚合技术，载波聚合技术是将多个不同的频段综合统一利用，能够方便、灵活地使用连续或非连续的频谱将带宽扩展到LTE Advanced所需求的百兆带宽。在载波聚合后，LTE 终端可以接入其中的一个载波单元，而LTE Advanced终端可以同时接入多个载波单元，这即满足了LTE和 LTE-A对频谱兼容性要求，还减小比特开销，以达到LTE系统对 1 Gbps的峰值速率的要求。载波聚合技术不需要对LTE物理层进行大的改动，就能极大提高了对现有系统的利用，对电信运营商而言，即减少了大量的投资，又大大缩短了LTE-A系统的建设、商用时间。
2 载波聚合方式
在载波聚合技术中，一个分量载波（Component Carriers，CC）被称作一个被聚合的载波。分量载波的带宽可以是1.4 M、3M、5M、10M、15M 或20M。由于3GPP协议中规定最多可以有5个分量载波进行聚合，因此聚合带宽最大是百兆。在FDD系统中，上/下行被聚合的分量载波数数量可以不同，同时每个被聚合的分量载波带宽也是不同的，但是业务需求上/下行流量的不对称，所以，要求聚合上行的分量载波数量总是等于或低于聚合下行的分量载波数量。
根据现实情况，载波聚合方式可以分为三类：频带内相邻载波聚合（intra-band，contiguous）、频带内不相邻载波聚合（intra-band，non-contiguous）、频带间不相邻载波聚合（inter-band，non-contiguous）。
一开始，载波聚合技术仅针对E-UTRA中工作频段中的部分载波进行聚合。随着应用场景的不断增加，出现了更多的频率聚合部署的情景，为简单、明晰有效的表述出不同频率部署情景下的载波聚合，3GPP提出了聚合传输带宽（Aggregated Transmission Bandwidth Configuration，ATBC）、聚合带宽等级（CAbandwidth class）和载波聚合配置（CA configuration）三个概念。
ATBC标识了被聚合物理资源块的总数量；CA bandwidth class指示被聚合ATBC的最大数和分量载波的最大数。目前在3GPP定义确定了三个载波聚合带宽等级。
等级A为ATBC≤100，分量载波最大数量=1；
等级B为ATBC≤100，分量载波最大数量=2；
等级C为100，载波聚合配置指示出聚合载波所在的E-UTRA工作频段和聚合载波带宽等级，从而表述出是在何种频率部署场景下的载波聚合。
CA_1C表示E-UTRA工作频段1中两个连续子载波聚合，载波聚合带宽等级为C的载波聚合；CA_25A_25A，表示频段25中两个不连续的分量载波聚合，分量载波带宽等级为 A的载波聚合；CA_1A-5A表示频段1和频段5内频段间成份波带聚合，分量载波带宽等级为A的聚合载波聚合。
3 应用场景
为了支持载波聚合，3GPP R10 中引入了主小区（Primary Serving Cell，PSC）和辅助小区 （Secondary Serving Cells，SSC）的区别。主小区是UE与之通信的主要小区，完成RRC连接控制，一个主小区始终在RRC连接控制模式中处于活动状态，同时可能有一个或多个辅助小区处于活动状态。其他的辅助小区仅可在连接建立后配置为连接模式，以提供额外的无线资源。所有主小区和辅助小区统称为服务小区。为主小区提供覆盖的分量载波被称作主分量载波（Primary component carrier，PCC），为辅助小区提供覆盖的分量载波被称作辅助分量载波（Secondary component carriers，SCC）。
4 载波聚合技术未来发展
在LTE-A系统中应用载波聚合技术，即可以增加大带宽、新频段的使用，又可以增加系统容量、满足系统后向兼容的要求，缩短LTE-A系统的商用时间，减少运营成本和时间成本。随着载波聚合技术的发展，逐步形成了载波聚合技术与其他关键技术相互结合的应用，如异构网络里的载波聚合技术与协同多点技术（CoMP）技术相结合，载波聚合技术与中继技术相结合等。
在有着对高速率、大带宽需求的LTE-A系统中，提高系统性能的重要办法之一便是尽最大可能减少系统开销。影响系统开销的有几个重要因素：跨频段聚合技术、控制信道和信令设计、多载波调度。因此，研究载波聚合中的多载波调度方式、信令设计、控制信道及跨频段聚合技术对提高LTE-A系统性能具有非常重要的作用。所以，LTE-A系统的发展方向大多都是高带宽的通信和多业务的应用，这客观上对系统容量及信道容量提出更高的要求。
载波聚合技术同其他相关技术的应用发展是相互紧密联系。一方面极大的提高了频率利用效率；另一方面又减少切换次数，解决了一连串因频繁切换所带来的问题。所以，载波聚合技术的发展，应在几个方面予以重视：多载波联合使用，同时也能对多个载波进行调度。提高系统性能的关键即多载波调度。在MAC层和RLC层设计中，还要解决不同载波间的协调机制、联合队列、单数据队列、多数据队列调度等诸多问题。合理使用聚合载波的控制信道和信令，降低开销，这是控制信道设计中需要解决的重要问题。当前需要解决的一个问题及难点还有跨频段聚合。此外，LTE-A系统中用户终端对空闲资源搜索和能耗等众多问题仍需认真研究。在物理层规划中，LTE-A系统中载波间的时间同步、频点分配和保护带宽等问题应予以解决。采用多载波聚合技术，LTE-A系统还需要考虑切换机制以及由于模糊的覆盖所带来的切换问题。
5 结语
一言以蔽之，该文对LTE-Advanced载波聚合技术的基本原理及应用场景进行分析。近年来，移动通信的传输速率的不断提升，作为LTE Advanced中提高无线传输速率的重要手段就是载波聚合技术，随着载波聚合技术不断完善，将进入一个更加丰富多彩的无线宽带互联网世界。
参考文献
[1] D Astély，E Dahlman，A Furusk？r，et al.LTE：The Evolution of Mobile Broad-band[J].IEEE Communications Magazine，2009，47（4）：44-51.
[2] 林辉.LTE-Advanced的标准化情况[J].电信科学.2009，25（1）：14-16.
[3] 赵训威，林辉，张明.3GPP长期演进（LTE）系统架构与技术规范[J].北京：人民邮电出版社，2010.