在4G移動網(wǎng)絡(luò)時代，智能終端更加普及，移動應(yīng)用APP頻頻出新，用戶更習(xí)慣也更愿意使用手機(jī)看視頻、購物和社交，移動流量隨之爆炸式增長。按照業(yè)界預(yù)測，到2019年，Wi-Fi和移動聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將生成67%的IP流量，是固定網(wǎng)絡(luò)的兩倍；2020年的流量需求是目前的7倍；現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將無法支撐數(shù)據(jù)洪流。
基于對網(wǎng)絡(luò)高速率的追求，以及對于網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和技術(shù)演進(jìn)的渴望，5G成為業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。在5G尚未成熟之前，4.5G作為現(xiàn)階段銜接在4G和5G之間的技術(shù)，將推動移動通信網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)演進(jìn)。為進(jìn)一步增加系統(tǒng)速率，4.5G在4G的基礎(chǔ)上引入了更多的系統(tǒng)帶寬，對載波聚合技術(shù)做了進(jìn)一步增強(qiáng)。
載波聚合在3GPP LTE標(biāo)準(zhǔn)中由無到有，持續(xù)增強(qiáng)。在 Rel-10版本中，引入載波聚合技術(shù)，規(guī)定最多聚合5個成員載波，可以為用戶在高速移動狀態(tài)下提供100Mbit/s和低速移動狀態(tài)下提供1Gbit/s的峰值速率，支持頻段內(nèi)連續(xù)載波聚合和頻段間載波聚合。
隨著上行業(yè)務(wù)需求的進(jìn)一步凸顯，Rel-11版本對載波聚合技術(shù)進(jìn)行增強(qiáng)，增加了更多的CA配置，對頻段間的上行載波聚合技術(shù)進(jìn)行研究和標(biāo)準(zhǔn)化，探討了可能的載波聚合技術(shù)優(yōu)化方案?？紤]到未來網(wǎng)絡(luò)融合的發(fā)展，Rel-12版本支持在TDD和FDD融合組網(wǎng)的情況下，TDD和FDD分別作主載波，并對物理層和MAC層技術(shù)進(jìn)一步增強(qiáng)。為進(jìn)一步提升用戶隨時隨地的感知，Rel-13版本定義了最多可以支持32個載波的CA（eCA）。
eCA通過匯聚多個載波，提供更大帶寬，實(shí)現(xiàn)隨時隨地高速數(shù)據(jù)傳輸功能。主要適用于多制式、多層網(wǎng)覆蓋的熱點(diǎn)區(qū)域，滿足大數(shù)據(jù)量用戶隨時隨地高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，提高用戶感知。增加?2載波后，在更多的載波范圍內(nèi)不但可以提升用戶速率，同時也可以提升網(wǎng)絡(luò)的綜合性能，比如多小區(qū)的協(xié)同CA負(fù)載均衡、CA動態(tài)輔載波選擇（載波間節(jié)能）、多小區(qū)聯(lián)合接納等。
載波聚合是目前4G LTE以及4.5G系統(tǒng)的標(biāo)志性技術(shù)。它能把零碎的LTE頻段合成一個“虛擬”的更寬的頻段，以提高數(shù)據(jù)傳輸速率。載波聚合技術(shù)可以充分整合利用豐富的LTE頻譜資源，有利于進(jìn)一步發(fā)揮LTE技術(shù)優(yōu)勢，改善用戶感知，并高效實(shí)現(xiàn)不同載波間的負(fù)載均衡。同時載波聚合技術(shù)可以使運(yùn)營商利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)硬件資源，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上行和下行速率的倍增，以及網(wǎng)絡(luò)能力和客戶感受的提升。
載波聚合技術(shù)可以更為通俗的理解為，多個獨(dú)立的車道（載波）合并成一個車道，從而提高了行車速度。單位時間里，同一方向的車流量（類比用戶的上/下載速率）將成倍增加。通過載波聚合，無線系統(tǒng)可以將多個不同的頻段進(jìn)行整合，靈活的使用連續(xù)或非連續(xù)的頻譜，將帶寬擴(kuò)展到100MHz（聚合5個成員載波）甚至更多，峰值速率超過1Gbps。
載波聚合主要分為帶內(nèi)（intra-band）聚合和帶間（inter-band）聚合。在帶內(nèi)聚合中，載波聚合一般在連續(xù)頻譜上實(shí)現(xiàn)，但為了更好的利用獨(dú)立分布的頻譜碎片，載波聚合也支持在非連續(xù)頻譜上實(shí)現(xiàn)。由于各運(yùn)營商擁有的頻段資源較復(fù)雜，離散的頻段較多，載波聚合還支持帶間聚合，它將散落在不同頻帶內(nèi)的載波合并在一起，當(dāng)作一個較寬的頻帶使用，通過統(tǒng)一的基帶處理實(shí)現(xiàn)離散頻帶的同時傳輸。
載波聚合系統(tǒng)中，將同時為一個UE服務(wù)的多個成員載波分為主成員載波（Primary Component Carrier, PCC）和輔成員載波（ Secondary Component Carrier, SCC）。PCC對應(yīng)的小區(qū)稱為主小區(qū)（PCell），繼承LTE服務(wù)小區(qū)的全部功能，UE在其上建立RRC連接，包括初始呼叫建立、RRC重建、切換等。SCC對應(yīng)的小區(qū)稱為輔小區(qū)（SCell），分配給連接態(tài)配置了CA的UE，以便提供額外資源，用于承擔(dān)數(shù)據(jù)傳輸功能。一個成員載波為UE提供服務(wù)即成為服務(wù)小區(qū)（Serving cell）。對于一個連接態(tài)配置了CA的UE，服務(wù)小區(qū)是一個集合，包括了一個Pcell和多個Scells。對于一個未配置CA的UE，則只有一個服務(wù)小區(qū)，即Pcell。從UE角度來說，UE在哪個小區(qū)隨機(jī)接入，哪個小區(qū)就是主小區(qū)。如下圖所示：
載波聚合技術(shù)在MAC層聚合，每個成員載波分別作為一個獨(dú)立的傳輸塊，擁有獨(dú)立的HARQ進(jìn)程和ACK/NACK反饋。各個載波使用獨(dú)立的鏈路自適應(yīng)技術(shù)，可以根據(jù)自身的鏈路狀況使用不同的調(diào)制編碼方案。MAC層聚合有諸多方面的優(yōu)勢：首先，每個載波獨(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；其次，可復(fù)用LTE系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其鏈路自適應(yīng)效果明顯，且具有良好的HARQ性能；此外，與LTE系統(tǒng)有較好的后向兼容性，可以支持LTE系統(tǒng)的軟硬件設(shè)備。
伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，綠色環(huán)保越來越引起大家的重視，載波聚合為節(jié)省用戶的耗電量，提供了SCell的激活/去激活機(jī)制。對同一個eNodeB下的不同UE來說，它們的輔小區(qū)集合可能是不同的。輔小區(qū)可以處于激活或去激活狀態(tài)，且輔小區(qū)之間的狀態(tài)相互獨(dú)立。處于激活狀態(tài)的輔小區(qū)參與數(shù)據(jù)傳輸，UE會通過該輔小區(qū)收發(fā)數(shù)據(jù)，但由于PUCCH資源較少，所有來自輔小區(qū)的下行反饋，包括下行HARQ反饋都只能通過主小區(qū)的PUCCH來傳輸。處于去激活狀態(tài)的輔小區(qū)不參與數(shù)據(jù)傳輸，UE只對其進(jìn)行必要的簡單測量。
輔小區(qū)的激活過程基于MAC控制消息，去激活過程可以基于MAC控制消息，也可以基于去激活定時器。當(dāng)用戶對速率和帶寬有需求時，系統(tǒng)根據(jù)不同的激活策略（業(yè)務(wù)速率、QoS、RLC擁塞、PRB利用率、MCS等）激活輔小區(qū)，并且能夠在用戶完成業(yè)務(wù)后，根據(jù)相應(yīng)的策略實(shí)施對輔小區(qū)進(jìn)行去激活，避免資源不必要的浪費(fèi)，保證資源的最大化利用。當(dāng)輔小區(qū)處于激活狀態(tài)時會消耗UE更多的電量，恰當(dāng)?shù)厥馆o小區(qū)處于去激活狀態(tài)也可以在一定程度上節(jié)約UE的功耗，這有利于延長UE的使用時間。
應(yīng)用載波聚合技術(shù)，可以在多方面提升網(wǎng)絡(luò)性能。首先，提供更高的速率，顯著提升用戶體驗(yàn)，通過載波聚合，UE可基于實(shí)時的業(yè)務(wù)和QOS需求，在TTI級別上分享各成員載波的無線資源。其次，通過用戶的業(yè)務(wù)特性以及QoS、小區(qū)負(fù)荷、不同band之間的覆蓋差異等因素進(jìn)行判斷，獲得最大的增益，負(fù)載均衡效率更高，減少切換、降低掉話率。并且當(dāng)在PCell和SCell上開啟頻選調(diào)度（FSS）功能時，可以實(shí)現(xiàn)大約10%的小區(qū)平均吞吐量增長。
在當(dāng)前無線網(wǎng)絡(luò)中，兩載波聚合已普遍應(yīng)用，三載波以及更多載波的聚合，包括TDD和FDD、LTE和WiFi之間的載波聚合，在未來都將應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)中。從各運(yùn)營商的技術(shù)研究和商用發(fā)展來看，載波聚合技術(shù)的商業(yè)價值凸顯，未來發(fā)展將更猛烈。中國電信在2015年成功商用FDD兩載波聚合，下行峰值速率達(dá)300Mbps。中國移動2015年在全國范圍內(nèi)，大規(guī)模商用下行兩載波聚合，下行峰值速率達(dá)220Mbps，同時已經(jīng)開展三載波聚合的試點(diǎn)驗(yàn)證，屆時速率將達(dá)到330Mbps。
作為運(yùn)營商的長期合作伙伴，大唐移動始終關(guān)注用戶需求與技術(shù)創(chuàng)新，力求持續(xù)為運(yùn)營商提供專業(yè)而全面的服務(wù)。在載波聚合技術(shù)的研究和現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用方面，大唐移動做了充分的工作，從上下行載波聚合的現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用及4.5G未來技術(shù)演進(jìn)等多方面，為運(yùn)營商提供了整體解決方案。
2015年大唐移動在現(xiàn)網(wǎng)積極部署下行載波聚合，應(yīng)用效果顯著，已在全國多省市開啟支持不同頻段組合的載波聚合應(yīng)用。在現(xiàn)網(wǎng)開啟載波聚合的站點(diǎn)，峰值速率及拉網(wǎng)速率得到顯著提升，有效改善邊緣用戶感知。目前TD-LTE現(xiàn)網(wǎng)中，下行峰值速率可達(dá)220Mbps（單個20MHz載波上，TDD峰值速率為110Mbps），在線視頻、實(shí)時游戲、下載影片等都將更流暢，大大縮短下行時間，用戶體驗(yàn)更佳。
在下行兩載波聚合迅猛發(fā)展的同時，面對上行需求迫切的情況下，大唐移動已在現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行規(guī)模試點(diǎn)驗(yàn)證，2016年將在全國范圍開啟商用。上行兩載波聚合可有效解決單用戶上行速率受限的問題，單用戶上行峰值速率提升近100%，拉網(wǎng)容量提升80%以上，小區(qū)上行吞吐量得到明顯提升。上行CA可基于現(xiàn)網(wǎng)已經(jīng)部署了下行CA的站點(diǎn)升級，無需增加額外的硬件設(shè)備投資。上行速率的提升，對于目前熱門的視頻分享等社交媒體的應(yīng)用將提供了更優(yōu)的用戶感知。
伴隨著兩載波聚合在現(xiàn)網(wǎng)中的規(guī)模部署，2016年下行3CC CA的深入研究和試點(diǎn)應(yīng)用也將成為關(guān)注的熱點(diǎn)問題。通過聚合3個載波單元，峰值速率可超過330Mbps，配合頻選等功能能給網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量帶來10%的增益。更靈活的配置和更高效的負(fù)載均衡技術(shù)帶來更優(yōu)的用戶感知。在下行3CC CA的研究進(jìn)程中，大唐移動始終保持技術(shù)的領(lǐng)先性，早在2014年已經(jīng)通過下行3CC CA功能的實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，計(jì)劃在2016年上半年開展現(xiàn)網(wǎng)規(guī)模試點(diǎn)。
在4.5G的技術(shù)演進(jìn)發(fā)展中，大唐移動將持續(xù)深入研究，致力于新產(chǎn)品新技術(shù)的創(chuàng)新，進(jìn)一步提高用戶感知、提升運(yùn)營商品牌和市場競爭力。
伴隨著載波聚合數(shù)的不斷增加，網(wǎng)絡(luò)融合和載波管理都有了新的變化。多層網(wǎng)的組網(wǎng)場景不再局限于同覆蓋和共覆蓋，交叉覆蓋也會逐漸成為一個熱點(diǎn)的組網(wǎng)方式。同時載波聚合將不在局限于基站內(nèi)載波聚合，多個基站間的載波聚合也成為必然。這對于邊緣用戶感知的提升將是極大的，也使得用戶沒有了好點(diǎn)和差點(diǎn)的區(qū)別，淡化小區(qū)邊緣的概念。通過eCA的方式，用戶無論怎樣移動，都處于小區(qū)的好點(diǎn)，這將極大地改善網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)架構(gòu)對用戶感知的局限性。
更多的載波對于提升用戶速率感知有很大的幫助，但同時也給載波的管理和使用帶來了復(fù)雜度。特別是如何充分利用32個載波的載波資源池，實(shí)現(xiàn)多小區(qū)的協(xié)同管理和聯(lián)合調(diào)度，這對資源管理和協(xié)調(diào)調(diào)度提出了更高要求。同時，隨著聚合載波數(shù)的增加，不同制式間的聚合將成為可能，制式間的載波聚合不再局限于TD-LTE和FDD LTE之間，和WLAN或者其他接入制式的聚合會成為未來研究的方向。需要綜合考慮小區(qū)間的干擾協(xié)調(diào)、負(fù)載均衡、擁塞控制以及接納等策略。這對算法也提出了新的要求，尤其可能涉及到不同接入制式的算法的綜合考慮，算法的策略也會更加靈活。
伴隨著eCA的提出，從算法研究、多載波之間的融合、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演進(jìn)等多方面，均提出了新的課題和新的算法研究方向，同時代表了未來通信技術(shù)發(fā)展的趨勢。
大唐移動一直致力于為運(yùn)營商提供精品網(wǎng)絡(luò)，關(guān)注用戶感知的提升，以及移動通信新技術(shù)的研發(fā)和商用。在4.5G演進(jìn)的道路上，仍保持持續(xù)發(fā)展創(chuàng)新，積極布局，在帶寬、時延、網(wǎng)絡(luò)容量等方面給用戶應(yīng)用及感知帶來新的體驗(yàn)。
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