LTE-A载波聚合下的载波切换分析

研究与开发

ＬＴＥ．Ａ载波聚合下的载波切换分析水

鲜永菊１．２，董灿２，张祖凡２，吴东伟２

（１．重庆大学通信学院重庆４０００４４；２．重庆邮电大学移动通信重点实验室重庆４０００６５）

＿田多载波聚合技术是Ｌ１［Ｅ－Ａ（ＬＴＥ－ａｄｖａｎｃｅｄ）系统的一个关键技术，它能解决Ｌ１［Ｅ－Ａ系统对带宽资源

的需求。由于不同频带的信号传输功率、覆盖范围不尽相同，使得终端在小区间的切换成为难点。本文在ＬＴＥ切换流程的基础上分析了ＬＴＥ．Ａ载波聚合环境下的载波切换场景、小Ⅸ内及小区间的载波切换流程，为了减少多载波切换的失败率，提出了同时向多个符合条件的相邻小区发出切换请求并选择其中最佳小区进行切换的改进思路，同时针对多目标ｅＮＢ切换方式设计了两种多载波切换方法。

，关键词ＬＴＥ－Ａ；多载渡系统；切换流程分析

１

引言

随着ＬＴＥ技术的迅速发展，３ＧＰＰ逐步开展了ＬＴＥ．Ａ

这种覆盖的模糊性，给多成分载波聚合环境下的切换带来了一系列的问题。最近的ＲＡＮ２会议初步讨论了载波聚合对

ＲＡＮ２的影响。其中，在参考文献【４】和［５】中都提到了载波聚合

下的切换测量和在ＲＡＮ２中应该考虑多载波切换的情况。

本文在Ｌ１＇Ｅ切换流程的基础上分析了ＬＴＥ．Ａ载波聚合环境下的载波切换场景、小区内及小区间的载波切换流程．为了减少多成分载波分配时切换（简称多载波切换）的失败率．提出了同时向多个符合条件的相邻小区发出切换请求并选择其中最佳小区进行切换的改进思路，同时针对多目标ｅＮＢ（基站）切换方式设计了两种多载波切换方法。

（ＬＴＥ．ａｄｖａｎｃｅｄ）系统相关技术的研究工作。为了加快ＬＩＥ．Ａ系统的发展，３ＧＰＰ明确提出了Ｌ１咂．Ａ系统的关键技术指标旧。

载波聚合技术可以利用聚合多个离散或连续的小带宽频段以支持更高带宽的传输。其中，每一个被聚合的频段称为成分载波（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｃａｒｒｉｅｒ）。载波聚合在３ＧＰＰ无线接入

网（ｒａｄｉｏ

ａＣＣｅＳＳ

ｎｅｔｗｏｒｋ，ＲＡＮ）工作组第一次会议（ＷＧｌ）上

首次被提出【２ｌ，并被应用在频谱资源分配领域。会议上，大家一致同意在ＬＹＥ．Ａ系统中利用载波聚合技术来支持高带宽网。由于不同频率的无线电波在空气介质中的衰减程度不同，这就造成了不同频带信号的覆盖范围存在差异，由于

２载波切换场景分析

２．１同一ｅＮＢ下的成分载波切换

由于在ＬＴＥ．Ａ中，同一ｅＮＢ可以支持为同一个ＵＥ（用户设备）分配多个成分载波（包括多个上行或下行成分载

’重庆市教委２００９年项目（Ｎｏ．ＫＪ０９０５０２和Ｎｏ．ＫＪ０８０５１６）。重庆

大学研究生创新重点项目（Ｎｏ．２００９０４ＢｌＡｏｏｌ０３０６）

波）。当ＵＥ工作在ｅＮＢ覆盖范围内．已经为某一ＵＥ分配的成分载波中可能会存在某一成分载波由于信道质量变差

三黛珏童

万方数据　

等原因需要工作中的ｅＮＢ重新为ＵＥ分配成分载波．我们称这种同一ｅＮＢ下的成分载波更换为同一ｅＮＢ下的成分载波切换。这种切换由于小区不变．只是改变了工作的成分载波，可以没有切换请求、请求确认、同步、路径切换及释放资源等过程，严格意义上不能叫做切换。其切换场景示意如图ｌ所示。在更换的时候，可以只更换分给同一ＵＥ的一个成分载波，也可以更换多个或全部成分载波。

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～，

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图１同一ｅＮＢ下的下行载波切换示意

这种切换，可以完全或大部分按照ＵＥ接入时，ｅＮＢ为其分配时频资源的方法进行，其典型过程如图２所示。

—刈竺兰竺

已分配载波

切换命令

（分配的上下行资源）

切换成功，准一备接收数据

确认，兰墨磐

●——一一一

一

恢复数据传输

图２ＣＡ中同一ｅＮＢＦ的载波切换流程

与Ｌ１［’Ｅ环境下切换不同的是：需要增加本小区ＵＥ的可用成分载波集；只需要根据对已分配载波的测量值进行切换判断；需要发布本小区下的载波切换命令等。２．２不同ｅＮＢ下的成分载波切换

不同ｅＮＢ下的载波切换类型，可以分成整体切换和部

万　

方数据电信科学２００９年第１２艉

分切换两种方式。

（１）整体切换方式

ｅＮＢ

Ａ分给一个ＵＥ的上行与下行成分载波一起被切

换到ｅＮＢＢ。由于Ｌ１［．Ｅ．Ａ不同小区可能采用同样的成分载波，这种情况下的切换分为以下４种情况。

・ｅＮＢ

Ｂ重新为ＵＥ分配跟原有成分载波不同频段的

下行和上行成分载波进行通信。

－ｅＮＢ

Ｂ可能保持ＵＥ原有的部分成分载波频段或全

部成分载波频段不变，只是ＵＥ的通信与控制对象全部同时由ｅＮＢＡ换成了ｅＮＢ

Ｂ。

・所有符合条件的相邻小区都没有足够的载波资源提供给该ＵＥ切换，但是相邻小区合作起来有足够的载波资源供ＵＥ切换。此时．ｅＮＢＢ可能只能提供部分可供切换的成分载波资源给ＵＥ。另一部分切换所需的载波资源无法满足，由第三个相邻小区ｅＮＢＣ提供。・切换方式在网络负载比较重的时候能够很好地减少多载波切换的失败率．但是需要不同ｅＮＢ之间的配合。比较复杂。

（２）部分切换方式

只是一部分成分载波上的通信被切换到ｅＮＢＢ控制下的不同成分载波上。

・当ＵＥ移动到小区边界时．可能某一成分载波首先满足切换条件而启动切换过程。从而使得不同载波的切换时间不同。

・在相邻小区成分载波资源不够且部分载波的信道质量还可以保证数据的正常传输时．可以暂时保持部分原有成分载波通信不变。

在上述切换方式中．分给ＵＥ的成分载波数量可能会发生变化，例如：原来分给ＵＥ的是２个５Ｍｂｉｔ／ｓ的下行载波，切换后在条件满足的情况下，可以只分给ＵＥ一个１０ＭｂｉＶｓ的下行载波。

在整体切换时，不管是哪一种条件（如信道质量、信号强度、移动速度等）都一律采用整体切换方式。这种切换方式的缺点是对ｅＮＢＢ资源的要求比较多，当负载比较重的时候．相对于ＬＴＥ切换方式，由于支持载波聚合。或者大容

量数据的传输，更容易出现切换请求不成功．切换时延增加，通信中断严重的情况。从而导致向另外一个相邻小区重单一目标ｅＮＢ下的部分切换或整体切换流程如图３

三翻荔爱

新发起切换请求的情况。

３单一目标ｅＮＢ载波切换流程分析

———————————————————————————————～

研究与开发

ＣＡ中单一目标ｅＮＢ下载波切换流程（单载波或多载波）

为了减少多载波切换的失败率，可以在ＬＴＥ切换流程多目标ｅＮＢ切换方式的缺点在于操作比较复杂，在切万　

方数据型ｆ源ｅＮＢＡｌ｜ｅＮＢＢｌ

ｆｅ向网际

学蚕。。。………工．｜｜

Ｉ切换决定Ｉ

Ｉ

眷’二‘到‘二‘一

ｉ陌磊润切换请求应答Ｉ

准入控制

ｕＬ分配和ｕＥ鲤踪区域确认

ｌ。～

避

路径

嗡石

切换的确认

释放资源

．．皂熬睨……．Ｊ…．

图４单目标ｅＮＢ下的相邻小区多切换

请求示意（假定目标为ｅＮＢＤｌ

下面提出两种多目标ｅＮＢ下的多载波切换方案。

ＧＷ分配方式的多载波切换方案

图５是多载波切换下多目标ｅＮＢ切换流程（ＧＷ即网

这种方式的后向兼容性比较好，不会增加额外的数据转发

图３

关（ＧＷ）设备的支持。在ＬＴＥ．Ａ中似乎不会支持，但是这种方式在载波聚合情况下能够在网络负载比较重的时候大大地

所示，在发送路径切换及释放资源命令之前应该分配相关的载波资源，保证载波切换的完成。其基本流程跟ＬＴＥ一样，只是在具体的内容及格式上会有所不同。如源ｅＮＢ发出的请求信息是否包括ＵＥ的业务种类及所需频段的范围及宽度；目标ｅＮＢ请求的应答信息；源ｅＮＢ发给ＵＥ的切换命令如何修改等。

的基础上进行改进。如把只选择一个目标。ＮＢ发起切换请求改成同时选择几个符合要求的ｅＮＢ并向同时发出切换请求（如图４虚线框所示），如果这些目标ｅＮＢ有足够的资源支持切换，则向源ｅＮＢ发回切换请求确认，源ｅＮＢ选择其中最好的一个，并命令ＵＥ切换到该目标ｅＮＢ。这种改进可以减少切换请求失败的次数。不过在这种方案中，需要考虑源ｅＮＢ向相邻小区发送切换请求的格式与内容以及请求的频段资源数和范围。

减少多载波切换的掉话率，为用户提供较好的质量，同时基站之问由于是性能比较好的有线连接，适当地增加基站之间交互的流量以提高无线空中接口通信的质量，在一定程度上是可以接受的。在将来更进一步的技术中可以考虑提供。

４．１

关分配方式），该方式主要是由源ｅＮＢ通知ＧＷ，ＧＷ进行负载分配。这种方式需要源ｅＮＢ与ＧＷ之间的配合。其源ｅＮＢ与两个目标ｅＮＢ的交互过程，及ＵＥ与两个目标ｅＮＢ交互的过程与ＬＴＥ中的一般切换流程一样。不同的是在源ｅＮＢ收到两个目标的切换确认后，需要发送一个信息给ＧＷ，告诉ＧＷ两个目标ｅＮＢ承载信息的比例。这样ＧＷ可以根据此比例调整发送到两个目标ｅＮＢ的数据量。两个目标ｅＮＢ向ＧＷ发送的路径切换信息及ＧＷ给其的确认信息需要保留，以便ＧＷ用来确认目标ｅＮＢ已经作好准备。

４多目标ｅＮＢ多载波切换方案分析

换时或者发送数据的过程中需要两个ｅＮＢ之间的协作或网

开销，控制开销也较小，也仅需要较小的改动。在上行载波分配方面不好处理，最直接的方式就是每一个目标小区都至少得为

～——一

图５多载波切换下多目标ｅＮＢ的切换流程（ＧＷ分配方式）

为了减少复杂性，此方案还可以稍加修改．如图６所多目标ｅＮＢ切换时，主目标ｅＮＢ通知方式的多载波切万　

方数据皇堕型兰垒塑兰苎！呈蕉

图６只向其中一个目标ｅＮＢ进行转发

这种方案的优点在于对ＧＷ不需要额外增加负担和进ＬＴＥ－Ａ是ＬＴＥ的进一步演进，它支持与ＬＩＥ的前后向兼兰翟骚三

ＵＥ分配一个上行载波的时频资源，用于向该目标小区发送相关信息。但是这样一来，对系统资源就形成浪费。不过考虑到每个载波本来就有相对应的上行信息，如果不采用非后向兼容性方式减少上行开销，这种方式多占用的开销也不大。

示。源ｅＮＢ在数据前传给目标ｅＮＢ时，只转发给其中的一个目标ｅＮＢ，再由ｅＮＢ转发给ＵＥ。当且仅当目标ｅＮＢ收到前传数据时才发送释放资源的命令给源ｅＮＢ。４．２主目标ｅＮＢ通知方式的多载波切换方案

换方案如图７所示。该方案不会修改ＧＷ或增加其负荷。源ｅＮＢ可以在目标ｅＮＢ中选择一个主目标ｅＮＢ（其余目标ｅＮＢ可称作次目标ｅＮＢ）。在各目标ｅＮＢ同意切换请求后．源ｅＮＢ选择一个负载最轻的目标ｅＮＢ作为主目标ｅＮＢ，向其发出主目标请求信息、告知其次目标ｅＮＢ信息．各目标ｅＮＢ承担数据的比例。如果该目标ｅＮＢ同意，则发回确认。之后源ｅＮＢ只将前传的数据发送给主目标ｅＮＢ，路径切换

的信息也只由主目标ｅＮＢ发送给ＧＷ，并由主目标ｅＮＢ发送释放资源命令给源ｅＮＢ。ＧＷ在数据转发时，只把发送给ＵＥ的数据发送给主目标ｅＮＢ，由主目标ｅＮＢ通过有线线路按比例把数据转发给次目标ｅＮＢ。再由各目标ｅＮＢ通过自己的成分载波发送给ＵＥ。ＵＥ与各目标ｅＮＢ（包括主目标ｅＮＢ和次目标ｅＮＢ）的交互过程与ＬＴＥ一样。

行修改，次目标ｅＮＢ也不需要做更多额外的工作。缺点在于主目标ｅＮＢ的负荷较重，网络负荷也较重。在选择主目标ｅＮＢ时优先选择负载比较轻的ｅＮＢ。考虑到这种负载较重．需要多个目标ｅＮＢ配合的情况比较少，在基站能力较强或有线线路质量较好的情况下可以采用此方案。这种方案的兼容性不如图５的ＧＷ分配方式。

５结束语

容性发展，所以在小区切换和切换流程上，ＬＴＥ．Ａ也继承了

堕壅皇茎垄

一

ＬＴＥ系统的主要思想。由于ＬＴＥ．Ａ中引入了多载波聚合技术，使得其切换技术也面临新的挑战，需要进行相关的改进。

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Ｚｈｅｎｇ，Ｗｉｇａｒｄ

Ｊ．０ＩＩｌｌｌｅ

ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ

ｏｆ

ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ

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ｌｏｎｇ

ｔｅｒｍ

图７多载波切换下多目标ｅＮＢ的切换流程

（主目标ｅＮＢ通知方式）

ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＬＴＥ）ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｉｎ：Ｍｏｂｉｌｅ

ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＳｕｍｍｉｔ，Ｈｕｎｇａｒｙ２００７

ａｎｄＷｉｒｅｌｅｓｓ

ＨａｎｄｏｆｆＰｒｏｃｅｄｕｒｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＬＴＥ—ＡＳｙｓｔｅｍ丽ｔｈ

Ｍｕｌｔｉ—ｃａｒｒｉｅｒｓＡｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ

Ｘｉａｎ

ＹｏｎｓｊｕｌｔＤｏｎｇＣａｎ２，ＺｈａｎｇＺｕｆａｎ２，ＷｕＤｏｎｇｗｅｉ２

ｆ１．Ｃｏｌｌｅｇｅｏｆ

Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４Ｊ４，Ｃｈｉｎａ；

２．ＫｅｙＬａｂｏｆＭｏｂｉｌｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｏｓｔｓａｎｄＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００６５，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ

ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ

Ｔｈｅｍｕｌｔｉ．ｃａｒｒｉｅｒｓａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ

ｏｆ

ｗａｇ

ａｎ

ｋｅｙ

ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＬＴＥ－ａｄｖａｎｃｅｄ（ＬＴＥ・Ａ）ｓｙｓｔｅｍ，ｉｔＣａｎｓｏｌｖｅｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆｂａｎｄｗｉｄｔｈ

ＬＴＥ．Ａ．Ｓｉｎｃｅｔｈｅｒａｄｉｏｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｂａｎｄｓｈａｖｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｐｏｗｅｒ／ｃｏｖｅｒａｇｅ，ｗｈｉｃｈｗｉｌｌｒｅｓｕｌｔｉｎ

ｐａｐｅｒ，ｂａｓｅｄ

ｏｎ

ｔｈｅｔｒｏｕｂｌｅｏｆｈａｎｄｏｆｆｂｅｔｗｅｅｎｃｅｌｌｓ．Ｉｎｔｈｉｓ

ＬＴＥ

ｈａｎｄｏｆｆｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎａｌｙｓｉｎｇｃａｒｒｉｅｒｈａｎｄｏｆｆ

ｔｏ

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ｒｅｄｕｃｅｔｈｅｆａｉｌｕｒｅ

ｒａｔｅ

ｏｆｍｕｌｔｉ－ｃａｒｒｉｅｒｓ

ｈａｎｄｏｆｆ，ｈａｎｄｏｆｆｄｅｓｉｒｅｓｈｏｕｌｄｂｅｍｅｔｈｏｄｓ

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ｍｏｒｅ

ａｄａｐｔｉｖｅｃｏｎｔｉｇｕｏｕｓｃｅｌｌｓａｎｄｓｅｌｅｃｔｉｎｇｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｃｅｌｌ．Ｔｗｏｍｕｌｔｉ－ｃａｒｒｉｅｒｓｈａｎｄｏｆｆ

ｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒｍｕｌｔｉ－ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｅＮＢ．

ｓｙｓｔｅｍ，ｈａｎｄｏｆｆｐｒｏｃｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓ

（收稿日期：２００９—０９—２８）

ＫｅｙｗｏｒｄｓＬＴＥ－Ａ，ｍｕｌｔｉ－ｃａｒｒｉｅｒ

三ｊ掰蔓

万方数据　

LTE-A载波聚合下的载波切换分析

作者：作者单位：

鲜永菊， 董灿， 张祖凡， 吴东伟， Xian Yongju， Dong Can， Zhang Zufan， Wu Dongwei

鲜永菊,Xian Yongju(重庆大学通信学院,重庆,400044;重庆邮电大学移动通信重点实验室,重庆,400065)， 董灿,张祖凡,吴东伟,Dong Can,Zhang Zufan,Wu Dongwei(重庆邮电大学移动通信重点实验室,重庆,400065)电信科学

TELECOMMUNICATIONS SCIENCE2009,25(12)

刊名：英文刊名：年，卷(期)：

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本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dxkx200912010.aspx