１引言

 随着移动通信技术的发展，用户业务量和数据吞吐量不断增加，第三代移动通信系统（3G）已不能完全满足用户的需求。因此，3GPP致力于研究3GPP LTE （Long Term Evolution）作为3G系统的演进。

 LTE-Advanced是3GPP为了满足IMT-Advanced的需求在LTE基础上的技术演进，其支持与LTE系统的后向兼容性。在2007年招开的WRC-07会议上，LTE-Advanced已成为一个共享的概念。为了提供更高的数据速率，支持更多的用户业务和新的服务，LTE-Advanced在频点、带宽、峰值速率及兼容性等方面都有新的需求。在从LTE到LTE-Advanced系统的演进过程中，更宽频谱的需求将会成为影响演进的重要因素。为此，3GPP提出载波聚合技术作为LTE-Advanced系统的关键技术之一。

２载波聚合技术

 ITU IMT-Advanced要求系统的最大带宽不小于40MHz。考虑到现有的频谱分配方式和规划，很难找到足以承载IMT-Advanced系统带宽的整段频带。基于以上考虑，LTE-Advanced提出了载波聚合的概念。

 该概念的基本原理如图1所示。其根本目的是将多个相对窄带的载波聚合成一个更宽的频谱，从而满足LTE-Advanced的要求。

 图1   LTE-Advanced载波聚合

 载波聚合可以分为连续载波聚合以及频带内和频带间的非连续载波聚合，最大聚合带宽为100MHz。连续载波聚合可以简化基站和终端的配置，并可应用于如3.4GHz~3.8GHz频段的频率分配。非连续载波聚合有更强的频谱聚合灵活性，需要定义频谱聚合所支持的终端能力，以便将终端大小、成本和功率损耗降到最低。

 为了在LTE-Advanced商用初期能有效利用载波，即保证LTE终端能够接入LTE-Advanced系统，每个载波应能够配置成与LTE后向兼容的载波，然而也不排除设计仅被LTE-Advanced系统使用的载波（即非后向兼容载波）。

 需要注意的是，载波片段的分布位置和大小也会给载波聚合带来一定的复杂度。此外，基于多载波聚合的LTE-Advanced系统在传输块的映射以及控制信道的设计等方面上与单载波系统均有一定区别。

 目前，3GPP根据运营商的需求初步定义了12种载波聚合的应用场景，其中4种作为近期重点，分别涉及到FDD和TDD的连续和非连续载波聚合场景。在LTE-Advanced的研究与标准化阶段，载波聚合的重点包括连续载波聚合的频谱利用率提升、上下行非对称载波聚合场景及相关控制信道的设计等。

３标准化进展

 载波聚合是3GPP LTE-Advanced系统需要定义的关键技术之一。目前，3GPP对载波聚合技术的研究与讨论基于以下基本结论：

(1)考虑到与LTE系统的兼容性，LTE-Advanced系统中，单个载波最大带宽为20MHz。

(2) 所有载波将采用与 LTE后向兼容的设计，但在现阶段并不排除对非后向兼容载波的考虑。

 (3)对LTE-Advanced FDD系统，终端可被配置为在上下行分别聚合不同数量、不同带宽的载波。对于LTE-Advanced TDD系统，典型情况下上下行载波数相同。

(4)LTE-Advanced支持最多5个下行载波的设计（未来可考虑扩展到更多载波）。

以下介绍3GPP对于载波聚合技术的标准化进展。

(1)下行控制信道设计

 用户数据块传输采用MAC层聚合，即从用户角度每个载波均有独立的传输块与混合ARQ（HARQ）过程。

 下行物理控制信道（PDCCH）：一个下行物理控制信道只在一个载波内传输。采用每载波独立编码的设计方式。支持通过载波指示比特进行跨载波调度。且载波指示比特域（CIF）长度固定为3比特，其位置在不同下行物理控制信道中是固定的。

 物理控制格式指示信道（PCFICH）：每个载波的控制区域大小互相独立。在有控制区域的载波上，重用LTE 相关的设计，包括调制、编码、映射。关于跨载波调度情况下的控制区域大小指示问题，需要进一步的讨论。

 物理混合ARQ指示信道（PHICH）：重用LTE中的相关设计，包括正交码设计、调制与扰码序列设计。在上下行载波数对称的情况下，该信道重用 LTE资源 映射方式。在跨载波调度或上下行载波数非对称的情况下，不同载波共享统一的信道资源。

(2)上行控制信道设计

 上行物理控制信道（PUCCH）：在没有上行物理数据信道（PUSCH）发送时，一个终端的所有ARQ应答（即ACK/NCK信令）在PUCCH上发送。对一个用户而言，支持所有相关上行物理控制信道资源映射到一个预定义的上行载波上。支持至多5个下行载波的周期信道情况上报。具体ARQ应答方式需要进一步讨论。

(3)上行功率控制

 LTE-Advanced中的上行功率控制范围与LTE类似。在降低由邻区产生干扰的同时，主要对慢性时变信道进行补偿。上行物理数据信道（PUSCH）采用部分功率控制或者全信道损失补偿，上行物理控制信道（PUCCH）采用全信道损失补偿。LTE-Advanced支持连续和非连续载波聚合下针对每载波的上行功率控制。

(4)载波类型定义

 关于载波的类型，目前定义了“后向兼容载波”、“非后向兼容载波”、“扩展载波”、“终端下行载波集合”、“终端上行载波集合”等概念。其中，后向兼容载波是LTE 的终端可以接入的载波。非后向兼容载波是对LTE 系统非兼容的载波，由双工间隔的原因引起的非后向兼容载波可以作为独立的载波使用。扩展载波是不能作为独立载波使用的非后向兼容载波。

 此外，考虑到终端下行物理控制信道（PDCCH）盲检测的负担，多家公司建议定义“下行物理控制信道监控集合”（PDCCH Monitoring Set）的概念，由基站配置终端需要进行下行物理控制信道（PDCCH）检测的下行载波集合。目前该建议已被3GPP采纳。

4下一步研究与发展方向

 综合考虑载波聚合的技术特征与3GPP相关标准化进展，提出以下方向作为载波聚合技术的下一步研究与发展重点：

(1)非对称载波分配

 在LTE-Advanced FDD系统中，由于上行与下行传输带宽的需求不一样，所以上行与下行聚合载波的个数也可能不相同。目前，3GPP已排除上行载波数多于下行载波数的场景。因此，需要针对下行载波数多于上行载波数的场景，加强对相关控制信令的研究。

(2)载波管理

 载波聚合个数会因使用服务的带宽需求增加或减少，因此，需要有效的方法来进行管理。此外，由于不同载波的传输特性有可能不同，这可能会对LTE-Advanced系统的网络规划带来新的挑战。

(3)终端功耗

 上行多载波聚合会加大终端的功耗。在上行多载波同时发送数据的情况下，上行单载波发送特性将难以保持，这将带来上行信号峰均比的显著增加以及终端耗电量的提升。在此情况下，设计有效方法减少上行载波聚合过程中的峰均比对降低LTE-Advanced终端的成本与功耗意义重大。

(4)异构网络中的多载波聚合

 在异构网络中，不同载波之上的干扰水平是不同的。在这样的情况下，有效的干扰规避或干扰管理机制是必要的。3GPP已同意采纳跨载波调度技术。这就意味着，一个载波可能调度另外一个或若干个载波的数据资源。在这样的场景中，如何进行相关控制信令的设计，以及如何从资源调度的角度解决载波聚合中的干扰不均衡问题值得进一步研究。

(5)载波激活技术

 出于减少终端功耗的考虑，3GPP采纳了载波激活技术。该技术意味着基站可针对特定终端，动态关闭或激活若干载波，从而减少终端监控不必要的载波。目前，相关激活与关闭机制，以及该技术对相关控制信令设计的影响还在研究和讨论中。

(5)LTE-Advanced TDD中的载波聚合

 载波聚合对LTE-Advanced TDD上行控制信道设计构成挑战。为了保持上行控制信道传输的单载波特性，要求一个上行物理控制信道同时传输针对多载波以及多子帧（subframe）的ARQ应答。同时，在下行信道传输中，如何合理调度频域上的多载波以及时域上的多子帧资源也值得深入研究。

 结论

 本文通过介绍LTE-Advanced载波聚合技术的背景、技术构成及在3GPP中的标准化进程，总结出了该技术的下一步研究与发展方向。载波聚合是LTE-Advanced满足IMT-Advanced需求的关键技术，其对控制信令、无线管理、网络规划以及终端性能等方面的影响需要我们深入研究。

参考文献
 　　沈嘉.  IMT-Advanced 无线空中接口关键技术[J].  电信科学,2007(9).
 　　3GPP REV-080003.Views for the LTE-Advanced requirements[R]. Nokia, Nokia Siemens Networks, 3GPP IMT-Advanced Workshop, April,2008.     ★

【作者简介】
 　　苏洁：工程师毕业于北京邮电大学信息工程学院，现任职于工业和信息化部泰尔实验室，主要从事通信标准制定和测试方法的研究工作。