[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(duì)非對(duì)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(duì)運(yùn)營商更具有商業(yè)上的現(xiàn)實(shí)意義。

[關(guān)鍵詞]協(xié)同通信;頻譜聚合;非對(duì)稱業(yè)務(wù);保護(hù)頻帶

The wide band radio transmission may be implemented in two parallel ways: to design a new system with larger bandwidth; to construct a cooperative system based on existing systems. The former is a spectrum aggregation scheme based on multi-carrier transmission within one system， while the latter fulfills spectrum aggregation based on multi-carrier transmission among systems. On one hand， the advantage of the multi-carrier transmission scheme within system and among systems lies in that the existing Radio Frequency (RF) techniques and elements can be sufficiently utilized， so the system cost can be decreased. On the other hand， the spectrum aggregation among systems， especially among heterogeneous air-interfaces， can not only expand the basic bandwidth functions， but also fulfill efficient spectrum usage for Frequency Division Duplex (FDD) system under the unbalanced Uplink/Downlink (UL/DL) service scenario and efficient guard band usage between FDD and Time Division Duplex (TDD) system. Commercially， this solution is more significant for operators.

cooperative communications; spectrum aggregation; unbalanced service; guard band

大帶寬無線傳輸?shù)闹苯觾?yōu)勢(shì)是數(shù)據(jù)速率高，可以支持多媒體業(yè)務(wù)，間接優(yōu)勢(shì)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(VOD)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)容瞬間下載到本地后再播放，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(duì)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(shì)，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(shì)，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)(UMTS)系統(tǒng)的5 MHz(初始設(shè)計(jì)帶寬)到長期演進(jìn)(LTE)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3GPP LTE-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20 MHz～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20 MHz～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)最大調(diào)制帶寬小于20 MHz的載波聚合成20 MHz～100 MHz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(duì)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30 MHz帶寬的協(xié)同通信系統(tǒng)。相對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)頻譜聚合的發(fā)展趨勢(shì)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(duì)上下行非對(duì)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(duì)時(shí)分雙工(TDD)與頻分復(fù)用(FDD)系統(tǒng)間保護(hù)帶的有效利用。第4節(jié)對(duì)本文所述的問題進(jìn)行總結(jié)。

1 頻譜聚合與協(xié)同通信

1.1 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(duì)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，700 MHz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)，如全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)、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(duì)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(c)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。

1.2 頻譜聚合的發(fā)展趨勢(shì)

第4代移動(dòng)通信系統(tǒng)LTE-A有如下基本問題與基于頻譜聚合的協(xié)同通信相關(guān):

(1)如何獲得大帶寬頻譜

是在同一個(gè)LTE-A FDD系統(tǒng)或者LTE-A TDD系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行載波聚合來實(shí)現(xiàn)大的傳輸帶寬，還是將LTE-A FDD系統(tǒng)與LTE-A TDD系統(tǒng)通過載波聚合協(xié)同起來獲得大的傳輸帶寬?

(2)如何有效使用頻譜

大帶寬的主要業(yè)務(wù)是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)具有顯著的上下行非對(duì)稱特性，并且這種非對(duì)稱特性隨時(shí)間地點(diǎn)不斷變化，單獨(dú)的LTE-A FDD內(nèi)的多載波聚合如何適應(yīng)這種非對(duì)成性?這也涉及是否采用系統(tǒng)間的載波聚合，是否將LTE-A FDD系統(tǒng)與LTE-A TDD系統(tǒng)的頻譜聚合起來共同支持非對(duì)成業(yè)務(wù)的問題。

上述IMT-A面臨的問題，僅僅采用以往的在同一種連續(xù)頻譜上進(jìn)行多載波捆綁的頻譜聚合方式是無法解決的。僅僅通過FDD頻譜的聚集難以解決非對(duì)稱業(yè)務(wù)情況下的頻譜使用效率問題，僅僅通過連續(xù)的TDD頻譜上的載波聚集也難以解決TDD的反饋時(shí)延、調(diào)度時(shí)延較大的問題(受無線幀結(jié)構(gòu)限制)，這都是制約頻譜效率進(jìn)一步提升的環(huán)節(jié)。此外，由于低端頻譜稀缺，很難在低端頻譜上向多個(gè)運(yùn)營商分別提供寬達(dá)100 MHz的頻譜供運(yùn)營商單獨(dú)使用(即便有足夠的帶寬，也得不到充分使用)，這就需要讓高端頻譜動(dòng)態(tài)補(bǔ)充用于宏覆蓋的低端頻譜，擴(kuò)展高端頻譜的實(shí)用場景。這需要借助更加靈活的基于頻譜聚合的協(xié)同通信方案來解決，僅僅靠簡單的載波捆綁難以解決問題。

不同頻譜聚合方式可以解決不同的問題，靈活的頻譜聚合可以擴(kuò)展傳輸帶寬，可以催生新型業(yè)務(wù)，可以提高空口的頻譜使用效率，可以擴(kuò)展高端頻譜的適用場景。在各種頻譜聚合方式中，不同系統(tǒng)間的頻譜聚合，非連續(xù)頻譜間的聚合以及高低端頻譜聚合往往能夠解決傳統(tǒng)頻譜聚合場景下難以解決的問題。

1.3 基于頻譜聚合的協(xié)同通信

所謂協(xié)同通信就是通過一組通信功能實(shí)體間的配合來獲得單個(gè)通信功能實(shí)體不具備的通信能力。在基于頻譜聚合的協(xié)同通信中，通信功能實(shí)體就是具備在單個(gè)載波上發(fā)射或/和接收無線電信號(hào)的功能或物理實(shí)體。如果參與協(xié)同的功能實(shí)體來自不同的系統(tǒng)，就是系統(tǒng)間的協(xié)同通信。

在現(xiàn)有無線接入網(wǎng)演進(jìn)中，為了簡化網(wǎng)絡(luò)種類，降低建網(wǎng)成本，不同無線接入網(wǎng)的基站和傳輸部分之間逐步融合。但是，由于采用不同空中接口的現(xiàn)有終端難以融合，導(dǎo)致現(xiàn)有無線接入網(wǎng)在空中接口上的多樣性的長期存在，基于頻譜聚合的協(xié)同通信可以在空口多樣性的情況下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，共享資源。

進(jìn)一步地，在基于頻譜聚合的協(xié)同通信的實(shí)施方式上，可以分為集中管理/控制的協(xié)同通信，分布式管理/控制的協(xié)同通信和自組織管理/控制的通信。無論是那種管理/控制方式下的協(xié)同通信，都需要基于無線環(huán)境信息，因此，與基于頻譜聚合的協(xié)同通信密切相關(guān)的是無線電環(huán)境認(rèn)知技術(shù)，系統(tǒng)間基于頻譜聚合的協(xié)同越密切，自組織程度越高，對(duì)無線環(huán)境信息的要求也越豐富。

2 基于頻譜聚合的協(xié)同通信與非對(duì)稱業(yè)務(wù)支持

2.1 非對(duì)稱業(yè)務(wù)的特點(diǎn)

文獻(xiàn)[1]從業(yè)務(wù)的非對(duì)稱性、傳輸流的非對(duì)稱性及頻譜的非對(duì)稱3個(gè)方面對(duì)3G業(yè)務(wù)的非對(duì)稱性做了分析，并且，從用戶、小區(qū)、系統(tǒng)3個(gè)層面，對(duì)非對(duì)稱業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了分析。分析表明，鏈路級(jí)業(yè)務(wù)的非對(duì)稱性具有高度動(dòng)態(tài)特性，隨時(shí)間/空間變化劇烈;小區(qū)級(jí)業(yè)務(wù)的非對(duì)稱性具有中度動(dòng)態(tài)特性，隨時(shí)間/空間變化程度中等;而系統(tǒng)級(jí)業(yè)務(wù)的非對(duì)稱性具有較低的動(dòng)態(tài)特性，隨時(shí)間/空間變化程度較慢。

文獻(xiàn)[2]給出的各種業(yè)務(wù)的非對(duì)稱性表明，一個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)是這些對(duì)稱和非對(duì)稱業(yè)務(wù)的綜合體現(xiàn)，既有對(duì)稱、平穩(wěn)的業(yè)務(wù)流分量(相當(dāng)于直流分量)，也有非對(duì)稱、突發(fā)、峰均比高的分量(相當(dāng)于交流分量)。

由于移動(dòng)通信業(yè)務(wù)是一小區(qū)或者幾個(gè)相鄰小區(qū)為單位進(jìn)行資源配置的，小區(qū)內(nèi)業(yè)務(wù)非對(duì)稱性變化是頻譜使用的最重要的依據(jù)，也就是說，在移動(dòng)通信系統(tǒng)在考慮小區(qū)的上下行頻譜資源配置時(shí)，要遵照如下原則:以小區(qū)為單位配置上下行資源，并且要能夠跟上上下行業(yè)務(wù)非對(duì)稱性的中度變化。

2.2 TDD與FDD在非對(duì)成業(yè)務(wù)下的

性能差異

根據(jù)文獻(xiàn)[3]的分析，在商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、商務(wù)區(qū)這3種場景下，其業(yè)務(wù)的上下行非對(duì)稱性和峰均比特性均有差異，由于TDD系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)地適應(yīng)業(yè)務(wù)的非對(duì)稱性和突發(fā)特性，從實(shí)際可以達(dá)到的系統(tǒng)容量(TDD系統(tǒng)的帶寬和FDD系統(tǒng)的上下行帶寬之和相同的條件下)來看，由于業(yè)務(wù)非對(duì)稱性的差別，TDD系統(tǒng)的系統(tǒng)容量可以比FDD系統(tǒng)的系統(tǒng)容量高出69%。只有在上行業(yè)務(wù)的比例分別在33.30%、42.5%的情況下，F(xiàn)DD系統(tǒng)才可以和TDD系統(tǒng)具有相同的容量，在其他業(yè)務(wù)情況下下，F(xiàn)DD系統(tǒng)的系統(tǒng)容量均低于TDD系統(tǒng)。

不考慮TDD和FDD在其他方面的差異，僅僅從其適合的業(yè)務(wù)類型上看，F(xiàn)DD更適合上下行對(duì)稱且峰均比低的業(yè)務(wù)，而TDD適合上下行非對(duì)稱業(yè)務(wù)的時(shí)變特性。由于文獻(xiàn)[1]已經(jīng)指出了業(yè)務(wù)模式的不可預(yù)見性和空間時(shí)間上的變化特性，通過頻譜分配階段為FDD系統(tǒng)劃分一個(gè)固定的非對(duì)稱頻譜也是不可行的。LTE-A對(duì)FDD的頻譜規(guī)劃也應(yīng)該和傳統(tǒng)的FDD劃分方式一樣，采用上下行對(duì)稱方式，對(duì)不對(duì)稱業(yè)務(wù)的適應(yīng)通過與TDD的組合或者通過與其他系統(tǒng)的頻譜動(dòng)態(tài)共享實(shí)現(xiàn)。

2.3 改進(jìn)FDD系統(tǒng)對(duì)非對(duì)稱業(yè)務(wù)的

支持能力

FDD系統(tǒng)對(duì)非對(duì)稱業(yè)務(wù)的支持，目前已經(jīng)在NGMN P-BAG以及3GPP LTE-A中有討論，歸納起來有如下3個(gè)方案:

●非對(duì)稱頻譜規(guī)劃。比如為了提高FDD系統(tǒng)對(duì)下行業(yè)務(wù)的支持能力，在頻譜規(guī)劃階段就打破傳統(tǒng)的上下行對(duì)稱頻帶的規(guī)劃方式，給FDD系統(tǒng)的下行頻帶規(guī)劃出比上行更大帶寬的頻帶。

●TDD頻譜用于FDD系統(tǒng)下行傳輸。為了提高FDD系統(tǒng)的下行業(yè)務(wù)能力，將TDD的頻譜用于部署FDD系統(tǒng)的下行信道，從而增加FDD的下行傳輸帶寬。

●FDD與TDD系統(tǒng)進(jìn)行基于頻譜聚合的協(xié)同通信。該方案的特點(diǎn)是，TDD頻譜上部署TDD系統(tǒng)空口，F(xiàn)DD系統(tǒng)上部署FDD空口，在此基礎(chǔ)上，將TDD空口與FDD空口之間進(jìn)行載波聚合。

非對(duì)稱頻譜規(guī)劃需要解決的問題是:FDD系統(tǒng)的下行帶寬比上行帶寬大多少才能符合業(yè)務(wù)的非對(duì)稱需要?由于非對(duì)稱業(yè)務(wù)是以小區(qū)為單位隨時(shí)間地點(diǎn)變化的，預(yù)先規(guī)劃好的上下行非對(duì)稱頻譜如何適應(yīng)這種變化?歐盟IST的研究報(bào)告也指出，目前沒有預(yù)測未來業(yè)務(wù)的不對(duì)稱性的方法，因此，目前在理論上就無法讓FDD系統(tǒng)去適應(yīng)非對(duì)稱業(yè)務(wù)的方法，因此，這種貌似合理的頻譜規(guī)劃方案不具備實(shí)際可操作性。

TDD頻譜用于FDD系統(tǒng)下行傳輸面臨與非對(duì)稱頻譜規(guī)劃相同的問題，在無法預(yù)計(jì)特定地區(qū)特定時(shí)間的業(yè)務(wù)非對(duì)稱的情況下，將多少TDD頻譜用于發(fā)射FDD信道才是合理的?在TDD頻譜上布設(shè)FDD設(shè)備的方式實(shí)質(zhì)上就是給FDD系統(tǒng)額外增加一段頻譜，這個(gè)方案在文獻(xiàn)[1]中對(duì)額外增加FDD系統(tǒng)給予了討論，討論結(jié)果是不可行。

FDD與TDD系統(tǒng)進(jìn)行基于頻譜聚合的協(xié)同通信的實(shí)現(xiàn)方式如圖2所示，在TDD頻譜上，部署的是TDD空中接口;在FDD頻譜上，部署的是FDD系統(tǒng)的空中接口。再此基礎(chǔ)上，根據(jù)特定小區(qū)特定時(shí)刻的上下行業(yè)務(wù)的非對(duì)稱比例，靈活調(diào)節(jié)TDD系統(tǒng)無線幀中上下行時(shí)隙的比例，并以TDD空口與FDD空口并行傳輸?shù)姆绞剑瑢?shí)現(xiàn)與特定終端的通信。

圖2給出的FDD系統(tǒng)頻譜與TDD系統(tǒng)的協(xié)同通信，從頻譜聚合的角度看，具有如下特點(diǎn):

●在TDD頻譜上布設(shè)FDD設(shè)備

●在FDD頻譜上布設(shè)TDD設(shè)備

這種方案不涉及頻譜規(guī)劃問題，也無須TDD頻譜與FDD頻譜的重新規(guī)劃(REFARMING)，可以同時(shí)達(dá)到如下效果:

●以靈活的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)突發(fā)業(yè)務(wù)、非對(duì)稱業(yè)務(wù)的支持

●可以靈活地適應(yīng)非對(duì)稱性隨時(shí)間空間的變化

●高的頻譜使用效率或高的系統(tǒng)容量

這種基于頻譜聚合的FDD/TDD系統(tǒng)間的協(xié)同通信，利用TDD靈活的上下行業(yè)務(wù)能力，提高了FDD非對(duì)稱業(yè)務(wù)支持能力，回避了對(duì)非對(duì)稱業(yè)務(wù)預(yù)測這個(gè)難題，是一種具有很強(qiáng)適應(yīng)性的魯棒解決方案。該方案既充分發(fā)揮TDD與FDD系統(tǒng)各自的優(yōu)勢(shì)，把兩者在支持不同業(yè)務(wù)上的優(yōu)點(diǎn)組合起來，兩種系統(tǒng)密切協(xié)同，相得益彰。此外，從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度，也可以促進(jìn)TDD與FDD的共存和TDD產(chǎn)業(yè)鏈的成長。

3 基于頻譜聚合的協(xié)同通信與保護(hù)頻帶利用

3.1 TDD與FDD間保護(hù)頻帶分析

為了節(jié)約建網(wǎng)成本，運(yùn)營商需要共享網(wǎng)絡(luò)資源，包括不同系統(tǒng)間共享站址，共享頻譜，甚至共享天線。在這種大趨勢(shì)下，運(yùn)營商需要TDD與現(xiàn)有的FDD基站共享站址的解決方案。這就需要分析解決TDD與FDD系統(tǒng)在共站/共天線模式下的系統(tǒng)間干擾問題。傳統(tǒng)的TDD系統(tǒng)是上下行使用相同的頻帶，為了保證TDD系統(tǒng)的基站和終端的發(fā)射和接收與其相鄰頻段上的系統(tǒng)的基站和終端之間不存在干擾或者其干擾處于可接收的范圍之內(nèi)，要求在TDD系統(tǒng)和FDD系統(tǒng)之間預(yù)留一個(gè)保護(hù)頻帶。在TDD與FDD異站址建網(wǎng)的情況下，這個(gè)保護(hù)頻帶大約為3 MHz，而在共站或者共天線建網(wǎng)的情況下，保護(hù)頻帶要在10 MHz以上，因此，需要分析對(duì)這個(gè)大的保護(hù)帶利用。

從邏輯上看，無論TDD處于那個(gè)頻段上，也無論該TDD頻段上部署的是那種標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)，TDD頻帶與其相鄰或者相關(guān)的頻帶之間的排列格局可以概括為圖3所示的7種形態(tài)。

對(duì)應(yīng)每一種TDD/FDD頻譜排列格局，TDD系統(tǒng)在頻譜使用上可以采用的干擾抑制措施如圖3右側(cè)所示。圖3所示的7種TDD/FDD頻譜排列格局涵蓋了所有可能的TDD與FDD頻譜(包括非移動(dòng)通信頻譜)間可能出現(xiàn)的情況，根據(jù)這7種情況，人們可以對(duì)每種TDD雙工方式的適用性做全面的評(píng)估。

3.2 利用TDD與FDD系統(tǒng)間的保護(hù)頻帶

圖4給出了一種TDD與FDD的排列格局示意圖，圖中第1頻帶是FDD系統(tǒng)上行頻帶，第2頻帶是TDD系統(tǒng)的雙向使用的頻帶，第3頻帶是TDD系統(tǒng)與FDD系統(tǒng)下行頻帶之間的保護(hù)頻帶，第4頻帶是FDD上行頻帶，第5頻帶是TDD與FDD上行頻帶之間的保護(hù)頻帶[4]。文獻(xiàn)[5]給出利用保護(hù)帶的方法是:將第3頻帶與第5頻帶配對(duì)構(gòu)成一對(duì)HD-FDD鏈路，具體地，工作在第3頻帶內(nèi)的HD-FDD系統(tǒng)提供第1 HD-FDD信道，第1 HD-FDD信道的發(fā)射與TDD的上行發(fā)射或者下行發(fā)射同步，在第4頻帶上配置一個(gè)第2 FDD信道。 除了文獻(xiàn)[5]給出的以半雙工FDD方式利用保護(hù)頻帶，還可以從基于頻譜聚合的協(xié)同通信的角度更靈活地利用保護(hù)頻帶，具體實(shí)現(xiàn)有如下方式:

(1)系統(tǒng)內(nèi)協(xié)同實(shí)現(xiàn)頻帶的擴(kuò)展

圖4中的第3頻帶與第2頻帶之間進(jìn)行頻譜聚合，實(shí)現(xiàn)對(duì)TDD下行傳輸帶寬的擴(kuò)展;或者將第5頻帶與第2頻帶之間進(jìn)行頻譜聚合，實(shí)現(xiàn)對(duì)TDD系統(tǒng)上行傳輸帶寬的擴(kuò)展。

(2)協(xié)同間協(xié)同實(shí)現(xiàn)頻帶的擴(kuò)展

圖4中的TDD系統(tǒng)的第3頻帶與第2頻帶和FDD系統(tǒng)的第1頻帶之間進(jìn)行頻譜聚合，實(shí)現(xiàn)對(duì)下行傳輸帶寬的擴(kuò)展，這種方式即可以對(duì)TDD保護(hù)頻帶進(jìn)行利用，又提高了FDD系統(tǒng)支持非對(duì)稱業(yè)務(wù)的能力;或者將TDD系統(tǒng)的第5頻帶與第2頻帶與FDD系統(tǒng)的第4頻帶之間進(jìn)行頻譜聚合，這種方式即可以對(duì)TDD保護(hù)頻帶進(jìn)行利用，又提高了FDD系統(tǒng)支持非對(duì)稱業(yè)務(wù)的能力。

4 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(duì)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)同的最直接最有效的方法是系統(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(duì)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)。

5 參考文獻(xiàn)

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收稿日期:2009-11-06

刁心璽，中興通訊股份有限公司無線通信工程師、博士，從事WCDMA系統(tǒng)算法和TD-SCDMA系統(tǒng)演進(jìn)技術(shù)研究，主要研究領(lǐng)域?yàn)轭l譜聚合、4G無線接入網(wǎng)架構(gòu)特征及協(xié)同機(jī)制。

許玲，中興通訊股份有限公司標(biāo)準(zhǔn)部無線分部部長、碩士，CCSA-TC5-WG3副組長，從事TDD系統(tǒng)和基于OFDM的無線通信系統(tǒng)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化研究，主要研究領(lǐng)域?yàn)闊o線接入網(wǎng)架構(gòu)演進(jìn)、網(wǎng)絡(luò)自組織技術(shù)、CDMA1X/Wimax/LTE及其后續(xù)演進(jìn)技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)化。

馬志鋒，中興通訊股份有限公司無線通信標(biāo)準(zhǔn)總監(jiān)、博士，從事TD-SCDMA、TD-LTE系統(tǒng)演進(jìn)技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化研究，主要研究領(lǐng)域?yàn)轭l譜聚合、系統(tǒng)融合技術(shù)。