摘要：大帶寬無線傳輸有兩個(gè)實(shí)現(xiàn)途徑，一是設(shè)計(jì)頻帶更寬的單一系統(tǒng)，一是進(jìn)行不同系統(tǒng)間的協(xié)同設(shè)計(jì)。前者是在同一種空口內(nèi)采用基于多載波的頻譜聚合，后者是在不同空口之間采用基于多載波并行傳輸?shù)念l譜聚合。通過多載波并行傳輸實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)間頻譜聚合，可以充分利用現(xiàn)有射頻技術(shù)和器件，降低設(shè)備的研制和運(yùn)營成本。而系統(tǒng)間的頻譜聚合，特別是異構(gòu)系統(tǒng)間的頻譜聚合，除了可以擴(kuò)展傳輸帶寬的基本功能之外，還可以解決頻分復(fù)用系統(tǒng)對非對稱業(yè)務(wù)的支持以及時(shí)分雙工保護(hù)帶的利用問題，對運(yùn)營商更具有商業(yè)上的現(xiàn)實(shí)意義。

　　關(guān)鍵字：協(xié)同通信；頻譜聚合；非對稱業(yè)務(wù)；保護(hù)頻帶

　　大帶寬無線傳輸?shù)闹苯觾?yōu)勢是數(shù)據(jù)速率高，可以支持多媒體業(yè)務(wù)，間接優(yōu)勢是通過縮短數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間來降低接收機(jī)的功耗。大帶寬無線傳輸與多媒體終端的結(jié)合，還可以改變傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)模式，比如，傳統(tǒng)的視頻點(diǎn)播和視頻廣播中除了實(shí)時(shí)現(xiàn)場直播內(nèi)容之外，都可以利用大帶寬的傳輸能力將內(nèi)容瞬間到本地后再播放，這種方式既增加了收視時(shí)間、地點(diǎn)、內(nèi)容方面的靈活性，又降低了終端的接收機(jī)和顯示器的功耗，而且，這種業(yè)務(wù)方式可以放寬對大帶寬無線網(wǎng)絡(luò)無隙覆蓋的要求，從而降低建網(wǎng)成本。由于大帶寬傳輸具有上述諸多優(yōu)勢，大帶寬無線傳輸已經(jīng)成為移動(dòng)通信系統(tǒng)的一個(gè)主要發(fā)展趨勢，移動(dòng)通信系統(tǒng)的傳輸帶寬不斷增加，從通用移動(dòng)通信系統(tǒng)系統(tǒng)的5MHz到長期演進(jìn)系統(tǒng)的20 MHz，再到LTE后續(xù)演進(jìn)系統(tǒng)LTE-A的100 MHz。

　　移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大帶寬傳輸有兩個(gè)基本實(shí)現(xiàn)途徑：第1個(gè)途徑是設(shè)計(jì)一個(gè)大帶寬系統(tǒng)；第2個(gè)途徑是通過不同系統(tǒng)間的協(xié)同來構(gòu)造具有更大傳輸帶寬的系統(tǒng)。這兩個(gè)實(shí)現(xiàn)途徑在移動(dòng)通信的演進(jìn)中是同時(shí)存在且相互影響的，第1個(gè)途徑主要在新系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用，第2個(gè)途徑主要在現(xiàn)網(wǎng)演進(jìn)中采用。

　　第1個(gè)實(shí)現(xiàn)途徑是3GPPLTE-A標(biāo)準(zhǔn)討論中所采取的，該技術(shù)途徑在LTE-A標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究初期又可以進(jìn)一步分為單載波和多載波兩個(gè)方案，單載波方案是在一個(gè)單載波調(diào)制帶寬為20MHz～100 MHz的載波上承載數(shù)據(jù)，其優(yōu)點(diǎn)是射頻（RF）通道結(jié)構(gòu)及控制信道結(jié)構(gòu)簡潔，其缺點(diǎn)是現(xiàn)有射頻功放技術(shù)難以在20MHz～100

　　MHz帶寬范圍內(nèi)獲得所需要的功率效率，并且，難以實(shí)現(xiàn)與LTE系統(tǒng)的兼容；多載波方案利用多個(gè)調(diào)制帶寬小于20MHz的載波聚合成20 MHz～100MHz的傳輸帶寬，其優(yōu)點(diǎn)是可以基于現(xiàn)有射頻功放技術(shù)，易于實(shí)現(xiàn)與LTE的完全兼容，其缺點(diǎn)是控制信道結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。

　　第2個(gè)實(shí)現(xiàn)途徑是運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)時(shí)所采取的經(jīng)濟(jì)有效的方案，本質(zhì)上也是通過多載波聚合來獲得大的傳輸帶寬，只是參與組合的載波由不同的系統(tǒng)發(fā)射，并且載波所承載的空中接口也會(huì)不同，比如，一個(gè)20

　　MHz帶寬的LTE單載波系統(tǒng)與一個(gè)10 MHz帶寬的UMTS雙載波系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)傳輸帶寬為30MHz帶寬的協(xié)同通信系統(tǒng)。相對于全部由一個(gè)全新的寬帶LTE-A系統(tǒng)來提供所需的傳輸帶寬，這種多系統(tǒng)協(xié)同來獲得大帶寬的方案的優(yōu)點(diǎn)是：減少運(yùn)營上對新系統(tǒng)的投資，充分利用運(yùn)營商現(xiàn)有系統(tǒng)資源，兼容運(yùn)營商現(xiàn)有用戶終端，保證系統(tǒng)的平滑演進(jìn)。

　　從協(xié)同通信的角度看，上述兩種通過載波聚合獲取更大傳輸帶寬的方法，屬于基于頻譜聚合的協(xié)同通信。文獻(xiàn)[1]對協(xié)同通信從生物學(xué)層面做了較多的分析，但是缺少生態(tài)學(xué)層面的協(xié)同分析，從頻譜聚合的角度對協(xié)同通信的分析也比較欠缺，本文從協(xié)同通信的角度來分析頻譜聚合，可以幫助理解寬帶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及運(yùn)營商的現(xiàn)網(wǎng)演進(jìn)，對解決現(xiàn)網(wǎng)演進(jìn)中的實(shí)際問題帶來啟發(fā)。

　　不同系統(tǒng)間基于頻譜聚合的協(xié)同通信是本文討論的重點(diǎn)，特別是不同系統(tǒng)間通過異構(gòu)頻譜聚合的協(xié)同通信，可以解決現(xiàn)有多載波捆綁技術(shù)無法解決的問題。在本文的第1節(jié)，對頻譜聚合的發(fā)展趨勢進(jìn)行總結(jié)，第2節(jié)討論不同系統(tǒng)間通過異構(gòu)頻譜聚合實(shí)現(xiàn)對上下行非對稱業(yè)務(wù)的有效支持，第3節(jié)討論不同系統(tǒng)間通過異構(gòu)頻譜聚合實(shí)現(xiàn)對時(shí)分雙工與頻分復(fù)用系統(tǒng)間保護(hù)帶的有效利用。第4節(jié)對本文所述的問題進(jìn)行總結(jié)。

　　頻譜聚合與協(xié)同通信

　　頻譜聚合的現(xiàn)狀

　　在第4代移動(dòng)通信系統(tǒng)LTE-A標(biāo)準(zhǔn)研究啟動(dòng)之前，第2代和第3代移動(dòng)通信系統(tǒng)中就已經(jīng)在協(xié)議層面開始或者完成了對載波聚合的研究，如圖1所示。其中有代表性的載波聚合技術(shù)規(guī)范是時(shí)分同步碼分多址（TD-SCDMA）系統(tǒng)和高通推出的數(shù)據(jù)優(yōu)化多載波多鏈路擴(kuò)展（DMMX）和高速數(shù)據(jù)分組接入多載波多鏈路擴(kuò)展（HMMX）平臺(tái)，以支持EV-DO和高速數(shù)據(jù)分組接入（HSDPA）長期演進(jìn)。在圖1給出的第2代、第3代和第4代頻譜聚合方案中，都是以載波聚合的方式實(shí)現(xiàn)的。在圖1（b）給出的第2代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用的頻譜聚合方式中，高通的DMMX和HMMX具有“多載波多鏈路”傳輸能力，可以在多個(gè)頻段上同時(shí)使用多個(gè)無線傳輸協(xié)議，比如，700MHz頻段上基于正交頻分復(fù)用（OFDM）、用于視頻服務(wù)的MediaFLO前向鏈路，加上蜂窩頻段上基于碼分多址（CDMA）的進(jìn)展數(shù)據(jù)優(yōu)化（EV-DO）反向鏈路，是一個(gè)支持系統(tǒng)間（或者跨協(xié)議）頻譜聚合的平臺(tái)。

　　在第2代和第3代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用的頻譜聚合，除了高通的DMMX和HMMX支持跨頻段跨協(xié)議的載波聚合，其他系統(tǒng)，如移動(dòng)通信系統(tǒng)、TD-SCDMA以及UMTS的多載波HSPA，都是系統(tǒng)內(nèi)的連續(xù)載波聚合，其追求的目標(biāo)也很單一，就是擴(kuò)展傳輸帶寬，而LTE的載波聚合演進(jìn)則納入了第4代移動(dòng)通信系統(tǒng)LTE-A階段。對于LTE-A，雖然將載波聚合的范圍從3G的連續(xù)載波間的聚合擴(kuò)展到了非連續(xù)載波的聚合，但是目前仍然是限定在系統(tǒng)內(nèi)的載波聚合，LTE-A目前沒有考慮支持系統(tǒng)間載波聚合，圖1所示的第4代頻譜聚合中的系統(tǒng)間頻譜聚合，是表明在技術(shù)層面存在可行性。

　　結(jié)束語

　　基于頻譜聚合的系統(tǒng)間的協(xié)同通信除了擴(kuò)展空口的傳輸帶寬，還可以解決單一系統(tǒng)難以解決的問題，本文重點(diǎn)討論了通過基于頻譜聚合的系統(tǒng)間的協(xié)同通信來解決FDD系統(tǒng)的非對稱業(yè)務(wù)支持問題和共站建網(wǎng)引出的保護(hù)帶利用問題。

　　在網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)中，LTE及其后續(xù)演進(jìn)系統(tǒng)將于UMTS以及GSM長期共存。為了重用網(wǎng)絡(luò)資源和降低建網(wǎng)成本，需要不同系統(tǒng)之間在空口上進(jìn)行協(xié)同通信，而實(shí)現(xiàn)這種協(xié)同的直接有效的方法是系統(tǒng)間的基于載波聚合的協(xié)同通信，通過載波聚合實(shí)現(xiàn)多模式多頻段并行傳輸[6-11]。

　　在目前3GPP LTE-A標(biāo)準(zhǔn)討論中，其頻譜聚合仍然以構(gòu)建一個(gè)100 MHz傳輸帶寬的單一系統(tǒng)為目標(biāo)，其討論的頻譜聚合是單一系統(tǒng)內(nèi)部的頻譜聚合。目前將系統(tǒng)間協(xié)同通信作為研究重點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)組織是歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織（ETSI）的RRS，其目標(biāo)是將現(xiàn)有的或者未來的無線通信系統(tǒng)有機(jī)地協(xié)同起來，實(shí)現(xiàn)生態(tài)學(xué)意義上的協(xié)同通信。隨著運(yùn)營商現(xiàn)網(wǎng)演進(jìn)中對資源共享需求的進(jìn)一步突出，系統(tǒng)間的基于頻譜聚合的協(xié)同通信將在相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)組織的討論中得到更多的體現(xiàn)……