LTE―Advanced载波聚合资源调度算法研究

摘要：LTE-Advanced（以下简称LTEA）作为3GPP LTE技术标准的增强版本，它能够提供更大的系统带宽，可获得更高的峰值数据速率和用户频谱效率。为了支持更多的用户业务，也为了满足IMTAdvanced的性能要求，LTEA提出了载波聚合（CA）技术，即对若干个带宽满足一定要求的载波进行聚合形成100 M传输带宽，从而可以实现上行500 Mbit/s、下行1 Gbit/s的峰值数据速率。相比于单载波系统，引入载波聚合技术的LTEA系统属于多载波系统，其资源调度更为复杂，如何分配多个载波下的物理资源成了急需解决的问题。因此，基于LTEA载波聚合的系统架构和关键技术，介绍了LTEA载波聚合的资源调度模型；针对目前存在的LTEA载波聚合资源调度算法，详细分析了每一种算法的优缺点，并做出了总结。

关键词：LTE-Advanced；载波聚合；成分载波；资源调度

中图分类号：TN913文献标识码：A文章编号：10053824（2014）03-0038-06

0引言

为了满足日益增长的移动用户对高带宽业务的需求，同时也为了满足IMTAdvanced标准的要求[1]，3GPP制定了LTEA 技术标准TS36.913，并在其中规定了LTEA （Release11版本）的各种性能指标要求[2]。要达到这些指标，LTEAdvanced 需要支持100 MHz的传输带宽，才能实现上行500 Mbit・s1/下行1 Gbit・s1的瞬时峰值速率、上行2 bit・s1/Hz/下行3.2 bit・s1/Hz的小区平均频谱效率以及控制面延迟小于10 ms和用户面延迟小于100 ms等。因此，LTEA在 LTE 技术标准的基础上新增了一些关键性技术，如多点协作技术（CoMP）、载波聚合技术（CA）和中继技术（Relay）、增强型MIMO技术等[23]。

载波聚合（carrier aggregation， CA）技术，作为LTEAdvanced最重要的技术之一，是将2个或更多的载波单元聚合在一起以支持更大的传输带宽，同时又后向兼容LTE R8/9 UE。CA技术能够以不同的带宽来灵活配置连续或者非连续的成分载波，它可以利用的带宽资源从20 MHz达到了100 MHz [4]。

载波聚合由于其有效性、灵活性和兼容性，不仅大幅提高了LTEA系统的峰值速率，满足了标准的要求，而且能够后向兼容现有的LTE网络，大大有利于LTEA的商用。它还可以充分利用离散、分片的频谱，对于日益短缺的带宽资源来说，不仅解决了当前移动通信系统对高带宽的需求，而且提高了系统整体的带宽资源利用率[5]。但是载波聚合有多个且数量不固定的成分载波，再加上每个载波的无线传输特性和负载状况的差异，将会导致网络资源的合理分配和使用变得复杂。如在跨频段资源调度时，上下行的控制信令要重新设计，而且由于各个成分载波的无线传输特性不相同，各CC上的物理资源如何调度；当系统中LTEA终端和LTE终端同时存在时，系统中的资源如何调度才能保证用户之间的公平性等。针对这些问题，引起了国内外很多学者进行了深入的研究。

本文以3GPP R11为参考，在LTEAdvanced载波聚合的系统架构和关键技术的基础上，介绍了LTEA载波聚合的资源调度模型，针对目前存在的LTEA载波聚合资源调度算法，详细分析了每一种算法及其优缺点，并做出了总结。

1LTEA载波聚合的系统架构

引入了载波聚合技术的LTEA系统，改变了传统单载波系统用户终端只能在一个载波上传输数据的特点，LTEA终端可以同时在多个成分载波上传输数据。如图1所示，小区中的基站 （base station，BS）在N个成分载波上为多个小区中随机分布的用户终端UE提供无线传输服务。系统中的LTEA用户终端Ui 、Uq、Us可以在所接入的多个成分载波上同时发送或者接收数据；又由于LTEA载波聚合系统具有后向兼容性，那么在其系统中的LTE 用户终端Uj，Up也可以在其中任何一个成分载波上发送或者接收数据。图1是LTEA载波聚合的系统架构。