在第2代和第3代移動通信系統(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,，其追求的目標也很單一,，就是擴展傳輸帶寬，而LTE的載波聚合演進則納入了第4代移動通信系統(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
    第4代移動通信系統(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LTE-AFDD系統(tǒng)或者LTE-A TDD系統(tǒng)內(nèi)進行載波聚合來實現(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稱特性,，并且這種非對稱特性隨時間地點不斷變化，單獨的LTE-AFDD內(nèi)的多載波聚合如何適應(yīng)這種非對成性,？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-ATDD系統(tǒng)的頻譜聚合起來共同支持非對成業(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的反饋時延,、調(diào)度時延較大的問題(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運營商分別提供寬達100MHz的頻譜供運營商單獨使用(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態(tài)補充用于宏覆蓋的低端頻譜,，擴展高端頻譜的實用場景。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體間的配合來獲得單個通信功能實體不具備的通信能力,。在基于頻譜聚合的協(xié)同通信中,，通信功能實體就是具備在單個載波上發(fā)射或/和接收無線電信號的功能或物理實體。如果參與協(xié)同的功能實體來自不同的系統(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,，實現(xiàn)系統(tǒng)間優(yōu)勢互補,，共享資源。
    進一步地,，在基于頻譜聚合的協(xié)同通信的實施方式上,，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)同通信與非對稱業(yè)務(wù)支持
    2.1 非對稱業(yè)務(wù)的特點
    文獻[1]從業(yè)務(wù)的非對稱性、傳輸流的非對稱性及頻譜的非對稱3個方面對3G業(yè)務(wù)的非對稱性做了分析,，并且,，從用戶、小區(qū),、系統(tǒng)3個層面,，對非對稱業(yè)務(wù)的動態(tài)特性進行了分析,。分析表明,，鏈路級業(yè)務(wù)的非對稱性具有高度動態(tài)特性，隨時間/空間變化劇烈,；小區(qū)級業(yè)務(wù)的非對稱性具有中度動態(tài)特性,，隨時間/空間變化程度中等；而系統(tǒng)級業(yè)務(wù)的非對稱性具有較低的動態(tài)特性,，隨時間/空間變化程度較慢,。
    文獻[2]給出的各種業(yè)務(wù)的非對稱性表明，一個移動通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)是這些對稱和非對稱業(yè)務(wù)的綜合體現(xiàn),，既有對稱,、平穩(wěn)的業(yè)務(wù)流分量(相當于直流分量)，也有非對稱,、突發(fā),、峰均比高的分量(相當于交流分量)。
    由于移動通信業(yè)務(wù)是一小區(qū)或者幾個相鄰小區(qū)為單位進行資源配置的,，小區(qū)內(nèi)業(yè)務(wù)非對稱性變化是頻譜使用的最重要的依據(jù),，也就是說，在移動通信系統(tǒng)在考慮小區(qū)的上下行頻譜資源配置時,，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)非對稱性的中度變化。
    2.2 TDD與FDD在非對成業(yè)務(wù)下的性能差異
    根據(jù)文獻[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)的上下行非對稱性和峰均比特性均有差異,，由于TDD系統(tǒng)可以動態(tài)地適應(yīng)業(yè)務(wù)的非對稱性和突發(fā)特性，從實際可以達到的系統(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更適合上下行對稱且峰均比低的業(yè)務(wù),，而TDD適合上下行非對稱業(yè)務(wù)的時變特性。由于文獻[1]已經(jīng)指出了業(yè)務(wù)模式的不可預(yù)見性和空間時間上的變化特性,，通過頻譜分配階段為FDD系統(tǒng)劃分一個固定的非對稱頻譜也是不可行的,。LTE-A對FDD的頻譜規(guī)劃也應(yīng)該和傳統(tǒng)的FDD劃分方式一樣，采用上下行對稱方式，對不對稱業(yè)務(wù)的適應(yīng)通過與TDD的組合或者通過與其他系統(tǒng)的頻譜動態(tài)共享實現(xiàn),。

   2.3 改進FDD系統(tǒng)對非對稱業(yè)務(wù)的支持能力
    FDD系統(tǒng)對非對稱業(yè)務(wù)的支持,，目前已經(jīng)在NGMN P-BAG以及3GPPLTE-A中有討論，歸納起來有如下3個方案：
    非對稱頻譜規(guī)劃,。比如為了提高FDD系統(tǒng)對下行業(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)進行基于頻譜聚合的協(xié)同通信。該方案的特點是,，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空口之間進行載波聚合,。
    非對稱頻譜規(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)的非對稱需要？由于非對稱業(yè)務(wù)是以小區(qū)為單位隨時間地點變化的,，預(yù)先規(guī)劃好的上下行非對稱頻譜如何適應(yīng)這種變化,？歐盟IST的研究報告也指出，目前沒有預(yù)測未來業(yè)務(wù)的不對稱性的方法,，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)劃方案不具備實際可操作性,。
    TDD頻譜用于FDD系統(tǒng)下行傳輸面臨與非對稱頻譜規(guī)劃相同的問題，在無法預(yù)計特定地區(qū)特定時間的業(yè)務(wù)非對稱的情況下,，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)備的方式實質(zhì)上就是給FDD系統(tǒng)額外增加一段頻譜，這個方案在文獻[1]中對額外增加FDD系統(tǒng)給予了討論,，討論結(jié)果是不可行,。
    FDD與TDD系統(tǒng)進行基于頻譜聚合的協(xié)同通信的實現(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)特定時刻的上下行業(yè)務(wù)的非對稱比例，靈活調(diào)節(jié)TDD系統(tǒng)無線幀中上下行時隙的比例，并以TDD空口與FDD空口并行傳輸?shù)姆绞?，實現(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：
     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),，可以同時達到如下效果：
    以靈活的方式實現(xiàn)對突發(fā)業(yè)務(wù),、非對稱業(yè)務(wù)的支持 
    可以靈活地適應(yīng)非對稱性隨時間空間的變化 
    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非對稱業(yè)務(wù)支持能力,，回避了對非對稱業(yè)務(wù)預(yù)測這個難題，是一種具有很強適應(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,，把兩者在支持不同業(yè)務(wù)上的優(yōu)點組合起來，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)同通信與保護頻帶利用
    3.1 TDD與FDD間保護頻帶分析
    為了節(jié)約建網(wǎng)成本，運營商需要共享網(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,。在這種大趨勢下,，運營商需要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)留一個保護頻帶,。在TDD與FDD異站址建網(wǎng)的情況下,，這個保護頻帶大約為3 MHz，而在共站或者共天線建網(wǎng)的情況下,，保護頻帶要在10 MHz以上,，因此，需要分析對這個大的保護帶利用,。
    從邏輯上看,，無論TDD處于那個頻段上，也無論該TDD頻段上部署的是那種標準的系統(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,，人們可以對每種TDD雙工方式的適用性做全面的評估。
    3.2 利用TDD與FDD系統(tǒng)間的保護頻帶
     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頻帶[4]。文獻[5]給出利用保護帶的方法是：將第3頻帶與第5頻帶配對構(gòu)成一對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頻帶上配置一個第2 FDD信道,。

    除了文獻[5]給出的以半雙工FDD方式利用保護頻帶，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頻帶,，具體實現(xiàn)有如下方式：
    (1)系統(tǒng)內(nèi)協(xié)同實現(xiàn)頻帶的擴展
    圖4中的第3頻帶與第2頻帶之間進行頻譜聚合,，實現(xiàn)對TDD下行傳輸帶寬的擴展；或者將第5頻帶與第2頻帶之間進行頻譜聚合,，實現(xiàn)對TDD系統(tǒng)上行傳輸帶寬的擴展,。
    (2)協(xié)同間協(xié)同實現(xiàn)頻帶的擴展
    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頻帶之間進行頻譜聚合，實現(xiàn)對下行傳輸帶寬的擴展,，這種方式即可以對TDD保護頻帶進行利用,，又提高了FDD系統(tǒng)支持非對稱業(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頻帶之間進行頻譜聚合,，這種方式即可以對TDD保護頻帶進行利用,，又提高了FDD系統(tǒng)支持非對稱業(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)引出的保護帶利用問題。
   在網(wǎng)絡(luò)演進中,，LTE及其后續(xù)演進系統(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)之間在空口上進行協(xié)同通信,，而實現(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,，通過載波聚合實現(xiàn)多模式多頻段并行傳輸[6-11],。
    在目前3GPP LTE-A標準討論中，其頻譜聚合仍然以構(gòu)建一個100 MHz傳輸帶寬的單一系統(tǒng)為目標,，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的標準組織是歐洲電信標準組織(ETSI)的RRS，其目標是將現(xiàn)有的或者未來的無線通信系統(tǒng)有機地協(xié)同起來,，實現(xiàn)生態(tài)學(xué)意義上的協(xié)同通信,。隨著運營商現(xiàn)網(wǎng)演進中對資源共享需求的進一步突出，系統(tǒng)間的基于頻譜聚合的協(xié)同通信將在相關(guān)的標準組織的討論中得到更多的體現(xiàn),。
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  作者介紹：
      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)演進技術(shù)研究，主要研究領(lǐng)域為頻譜聚合,、4G無線接入網(wǎng)架構(gòu)特征及協(xié)同機制,。

      許玲，中興通訊股份有限公司標準部無線分部部長,、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)和標準化研究,，主要研究領(lǐng)域為無線接入網(wǎng)架構(gòu)演進,、網(wǎng)絡(luò)自組織技術(shù)、CDMA1X/WimaxLTE及其后續(xù)演進技術(shù)及其標準化,。
     馬志鋒,，中興通訊股份有限公司無線通信標準總監(jiān)、博士,，從事TD-SCDMA,、TD-LTE系統(tǒng)演進技術(shù)及標準化研究，主要研究領(lǐng)域為頻譜聚合,、系統(tǒng)融合技術(shù),。