潘影

[摘 要]隨著我國城市化進(jìn)程的腳步不斷推進(jìn)，人們的生活水平不斷提高，手機(jī)也從當(dāng)年的“稀罕玩應(yīng)”變成了如今的人手一個(gè)，而隨著手機(jī)的普及，人們對無線業(yè)務(wù)質(zhì)量的要求也不斷提高。為了應(yīng)對人們不斷增長的無線業(yè)務(wù)需求，國際電信組織于2008年啟用了第四代無線移動(dòng)通信系統(tǒng)，第四代通信系統(tǒng)采用載波聚合技術(shù)，可以為通信系統(tǒng)提供最大的下行峰值速率，幫助通信系統(tǒng)以非常靈活的方式實(shí)現(xiàn)大系統(tǒng)寬帶，還能使系統(tǒng)保持良好的后向兼容性，是現(xiàn)如今通信系統(tǒng)最為重要的技術(shù)之一。

[關(guān)鍵詞]無線通信；載波聚合技術(shù)；系統(tǒng)性能

中圖分類號(hào)：TG333.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）19-0026-01

前言：自從4G網(wǎng)絡(luò)開始普及后，手機(jī)上網(wǎng)速度就成為了通信行業(yè)用戶最為關(guān)心的重點(diǎn)部分，一個(gè)新的名詞開始進(jìn)入大眾的視野，也就是“無線載波聚合技術(shù)”。載波聚合技術(shù)相比較于傳統(tǒng)的連續(xù)寬帶頻譜的系統(tǒng)帶寬擴(kuò)展方式和基于單載波頻譜聚合的系統(tǒng)帶寬擴(kuò)展方式，不僅可以幫助系統(tǒng)寬帶進(jìn)行靈活的拓展，而且兼容性也十分的完美。本文主要對無線載波系統(tǒng)的性能進(jìn)行簡要分析，并對其中相關(guān)的問題做出一些優(yōu)化措施。

1.無線載波聚合系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 無線載波聚合系統(tǒng)的概念

對于整個(gè)通信產(chǎn)業(yè)來說，客戶的需求都在向著大容量、高速率、低成本、高可靠性和業(yè)務(wù)的多樣化發(fā)展。為了使無線通信系統(tǒng)可以提供更高的傳輸速率，就必須提供更大的系統(tǒng)帶寬。

但是由仙農(nóng)定理可以了解到，在一定的系統(tǒng)帶寬下，系統(tǒng)所能達(dá)到的傳輸速率是有瓶頸的，并不能無限的上升。但是對系統(tǒng)帶寬進(jìn)行拓展是必然的，而載波聚合技術(shù)就是解決無線通信系統(tǒng)的系統(tǒng)帶寬拓展問題的最佳解決方案。以載波聚合技術(shù)為基礎(chǔ)的無線通信系統(tǒng)也就是無線載波聚合系統(tǒng)的最大特征就是應(yīng)用了載波聚合技術(shù)，所謂載波聚合（Carrier？Aggregation，？CA）是將2個(gè)或更多的載波單元（Component？Carrier，？CC）聚合在一起以支持更大的傳輸帶寬（最大為100MHz）。？所以系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)就存在著多個(gè)載波，而每一個(gè)載波都具有自己獨(dú)立的中心載頻和制定好的帶寬，然后每一個(gè)載波按一定的方式聚合成一個(gè)更為龐大的系統(tǒng)進(jìn)行傳輸帶寬。

1.2 載波聚合系統(tǒng)的基本模型

雖然無線載波聚合系統(tǒng)應(yīng)用了載波聚合技術(shù)，但是系統(tǒng)運(yùn)行的大部分流程和機(jī)制還是和傳統(tǒng)的單載波通信系統(tǒng)相差不多。本文就以LTE-Advanced系統(tǒng)為代表的4G寬帶無線移動(dòng)通信系統(tǒng)進(jìn)行介紹，這種系統(tǒng)已經(jīng)不存在電路交換的方法，全都是基于因特網(wǎng)協(xié)議的數(shù)據(jù)包分組交換。所以系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)進(jìn)行都是以數(shù)據(jù)突發(fā)為單位完成的，可以進(jìn)行單流運(yùn)轉(zhuǎn)或者多流運(yùn)轉(zhuǎn)兩個(gè)形態(tài)。以載波聚合系統(tǒng)的上行系統(tǒng)的發(fā)射端作為用戶終端，發(fā)射的功率十分有限，而且射頻端的硬件不能過于復(fù)雜，否則的話就會(huì)提升用戶終端的成本，降低用戶的使用體驗(yàn)。所以一般上行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都會(huì)采用相對簡單的方法。LTE-Advanced系統(tǒng)則提供了一種新型的連續(xù)成員載波的方法，系統(tǒng)中的每個(gè)載波成員都可以單獨(dú)的為用戶提供他們所需要的服務(wù)，而同時(shí)的每個(gè)用戶終端都擁有多個(gè)成員載波同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收的能力，而且高頻帶或者低頻帶對其并沒有影響。

1.3 載波聚合技術(shù)的研究方向

前文中已經(jīng)說明了，無線通信系統(tǒng)之所以引用載波聚合技術(shù)的目的是為了幫助無線通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大帶寬的高速率的數(shù)據(jù)傳輸速率。但是現(xiàn)在的應(yīng)用還不是很完善，仍有許多可以改進(jìn)的地方，這是現(xiàn)如今載波聚合技術(shù)的研究方向。目前對于無線載波聚合系統(tǒng)的研究，主要集中于如何進(jìn)行系統(tǒng)資源的調(diào)度以及功率的合理分配兩個(gè)方面，因?yàn)檫@兩個(gè)方面對系統(tǒng)的運(yùn)行性能影響最大。研究的同時(shí)要考慮成員載波的配置、業(yè)務(wù)到達(dá)的模式、以及用戶終端能力和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞鹊纫蛩亍?/p>

2.無線載波聚合系統(tǒng)的性能和優(yōu)化策略

2.1 頻帶內(nèi)聚合單流業(yè)務(wù)到達(dá)時(shí)的系統(tǒng)性能以及優(yōu)化方案

當(dāng)系統(tǒng)中的所有成員載波的聚合方式為頻帶內(nèi)聚合時(shí)，系統(tǒng)中的所有成員載波都會(huì)處于相同的頻帶下，也就是說對同一個(gè)用戶來說，所表現(xiàn)出來的無線傳輸特性都是相同近似的，所以在這種單流業(yè)務(wù)到達(dá)的狀態(tài)下，系統(tǒng)的資源利用會(huì)出現(xiàn)閑置，即系統(tǒng)處于非滿負(fù)荷的工作狀態(tài)。為了有效的解決這種情況，我們在此提出聯(lián)合載波調(diào)度方案，載波調(diào)度方案是根據(jù)系統(tǒng)中的成員載波完全聯(lián)合進(jìn)行協(xié)作的情況為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)出的。所以，在采用聯(lián)合載波調(diào)度方案時(shí)，系統(tǒng)中只需要配置一個(gè)資源調(diào)度器，由這一個(gè)資源調(diào)度器負(fù)責(zé)統(tǒng)一管理系統(tǒng)中所有的成員載波，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)可用的資源調(diào)度器，所以不需要分級的進(jìn)行資源調(diào)度。在聯(lián)合載波調(diào)度方案中，系統(tǒng)的每一個(gè)用戶都必須始終和其他所有的成員載波時(shí)時(shí)保持連接，就算系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可能只在一個(gè)成員載波上運(yùn)行。所以說聯(lián)合載波調(diào)度方案的缺點(diǎn)就在于系統(tǒng)整體的復(fù)雜度被提高，運(yùn)行起來就不是很流暢，這種不流暢主要體現(xiàn)在為用戶提供不同載波成員運(yùn)行時(shí)對系統(tǒng)資源調(diào)度的結(jié)果顯示。

2.2 頻帶內(nèi)聚合多流業(yè)務(wù)到達(dá)時(shí)的系統(tǒng)性能以及優(yōu)化方案

多流業(yè)務(wù)相比于單流業(yè)務(wù)不單單是業(yè)務(wù)到達(dá)的模式不同，而且可以讓用戶的數(shù)據(jù)的突發(fā)到達(dá)增大到持續(xù)到達(dá)的狀態(tài)，從而使系統(tǒng)處于一種類似于滿負(fù)荷工作狀態(tài)的運(yùn)行模式。對于多流業(yè)務(wù)到達(dá)模式的資源調(diào)度方案設(shè)計(jì)，可以以單流業(yè)務(wù)到達(dá)模式的資源調(diào)度方案作為參考，但是最大的區(qū)別在于，多流業(yè)務(wù)到達(dá)模式下，在選擇分級資源調(diào)度的雨霧分配額度時(shí)，有用戶級和數(shù)據(jù)突發(fā)級兩種選擇，所以在選擇時(shí)，需要結(jié)合所采用的成員載波協(xié)作方式進(jìn)行綜合考慮。對于多流業(yè)務(wù)到達(dá)模式的情況，我們采用獨(dú)立隨機(jī)用戶調(diào)度方案。在隨機(jī)用戶調(diào)度方案中，對于分級資源調(diào)度處理，會(huì)限制系統(tǒng)中的每一個(gè)用戶只能介入系統(tǒng)中的某一個(gè)成員載波，而且一旦介入后，除非是用戶主動(dòng)的離開系統(tǒng)，否則的話不可以在介入其他成員載波。其實(shí)這種限制就是以用戶作為主體，進(jìn)行合理的資源調(diào)度，從而保證通信系統(tǒng)的運(yùn)行性能。

2.3 頻帶間聚合系統(tǒng)的運(yùn)行性能以及優(yōu)化方案

前文所講的都是在頻帶內(nèi)聚合場景下的無線聚合系統(tǒng)的性能研究和優(yōu)化，但是根據(jù)研究表明，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)系統(tǒng)潛在的部署頻段會(huì)呈現(xiàn)出高低頻段分化的現(xiàn)象，也就意味著系統(tǒng)中的成員載波將不會(huì)分布在同一個(gè)頻帶內(nèi)，而對于同一個(gè)用戶來說所表現(xiàn)的無線傳輸特性也是不同的。在頻帶間聚合的場景下，尤其是當(dāng)系統(tǒng)中的成員載波位于相距較遠(yuǎn)的頻帶時(shí)，讓用戶同時(shí)在多個(gè)成員載波上進(jìn)行傳輸，或者在傳輸時(shí)用戶進(jìn)行接入成員載波的切換時(shí)，對用戶終端能力的挑戰(zhàn)和生產(chǎn)成本的影響將是非常嚴(yán)峻的。因此，在頻帶間聚合多流業(yè)務(wù)到達(dá)場景下，隨機(jī)用戶調(diào)度方案可用于多流業(yè)務(wù)到達(dá)模式，在無線載波聚合系統(tǒng)資源調(diào)度的方案中，實(shí)際系統(tǒng)可應(yīng)用性最好的一種。

3.結(jié)語

載波聚合技術(shù)是如今4G無線通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，它不僅能夠幫助4G無線通信系統(tǒng)以非常靈活的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)帶寬的擴(kuò)展，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最高可達(dá)1 Gbps的下行峰值速率，還能夠使4G無線通信系統(tǒng)保持良好的后向兼容性，加快4G無線通信系統(tǒng)的商用進(jìn)程。本論文以基于載波聚合技術(shù)的無線通信系統(tǒng)，即無線載波聚合系統(tǒng)為研究對象，簡單的介紹了其系統(tǒng)運(yùn)行的性能以及優(yōu)化方案。

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