CN102685891B - 一种无线通信系统中载波聚合的实现方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线通信系统中载波聚合的实现方法，该方法包括：配置一个小区由一个主载波和多个辅载波组成，使用主载波发送系统消息、和/或同步信号、和/或公共导频；由系统动态配置辅载波的使用。本发明还公开了一种无线通信系统中载波聚合的实现系统，系统中的配置单元用于配置一个小区由一个主载波和多个辅载波组成，使用主载波发送系统消息、和/或同步信号、和/或公共导频；由系统动态配置辅载波的使用。采用本发明的方法及系统，能避免基站无谓的耗电及可能对邻小区的信号造成的干扰。

Description

一种无线通信系统中载波聚合的实现方法及系统
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种无线通信系统中载波聚合的实现方法及系统。
背景技术
为向移动用户提供更高的数据速率，高级长期演进系统(LTE-A，LongTermEvolution Advance)提出了载波聚合(CA，Carrier aggregation)技术，其目的是为具有相应能力的用户设备(UE，User Equipment)提供更大的宽带，以提高UE的峰值速率。LTE系统中，系统支持的最大下行传输带宽为20MHz，载波聚合是将两个或者更多的分量载波(CC，component carriers)聚合起来支持大于20MHz，最大不超过100MHz的下行传输带宽。
分量载波可以使用LTE已经定义的频段，也可以使用为LTE-A专门新增的频段。基于目前频谱资源紧张，不可能总有频域上连续的分量载波可以分配给运营商使用，因此载波聚合按各分量载波在频域上是否连续，可以分连续的载波聚合和非连续的载波聚合。载波聚合按各分量载波是否在同一频带内，可以分为单频带(single band)的载波聚合和跨频带(multiple frequency bands)的载波聚合，所谓单频带的载波聚合指：参与载波聚合的所有分量载波都在同一个频带内，单频带的载波聚合可以是连续的载波聚合，也可以是非连续的载波聚合；所谓跨频带的载波聚合指：参与载波聚合的分量载波可以源自不同的频带。具有载波聚合能力的LTE-A的UE可以同时在多个分量载波上收发数据，而LTE的UE只能在一个兼容LTE的分量载波上收发数据。
在载波聚合技术中，UE可以使用一个以上的载波资源，一方面增加了UE的最大使用资源数，从而增加UE的最大速率，另一方面也可以在更多的资源内选择更好的资源供UE使用，从而提高UE的频谱使用效率。同时为了让UE支持多载波聚合，UE也要提高自身的接收/发射机能力，并且需要同时在更多的载波以及更宽频带上接收/发射数据，UE的射频需要支持更高的带宽，基带设计需要支持更多的数据处理能力以及有更多元器件耗电都给UE带来了很大的挑战。
目前LTE R10版本的载波技术已经制定完成，主要包括的技术内容如下：
1)一个小区支持多个载波，这些载波都是时间同步的；每个载波都配置有同步信号、系统消息、公共导频，每个载波都能后向兼容LTE R8的终端。
2)针对UE，系统可以为UE配置其中一个载波作为主载波(PCell，primarycell)，另外还可以配置0个或者多个辅载波(SCell，Serving Cell)；注意，这里说的主载波和辅载波是针对同一个UE配置的，针对不同UE配置的主载波/辅载波可以不同。
3)UE所配置的主载波、辅载波集合可以调整。
4)物理层方面，不管是否有用户使用下行载波资源，每个载波的下行时隙都要发射公共导频，用于用户的测量。
综上所述，按照上述目前载波技术的技术要求，在LTE系统中，当用户数较少时、或者总的用户数据传输速率不高的情况下，基站仍然需要始终打开所有的载波(这里的载波包括主载波和辅载波)，包括在各个载波(这里的载波包括主载波和辅载波)上发送系统消息、同步信号、公共导频等，这势必导致资源无谓占用的问题，从而造成基站无谓的耗电并且可能对邻小区的信号造成干扰。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种无线通信系统中载波聚合的实现方法及系统，能避免基站无谓的耗电及可能对邻小区的信号造成的干扰。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种无线通信系统中载波聚合的实现方法，该方法包括：配置一个小区由一个主载波和多个辅载波组成；使用主载波发送系统消息、和/或同步信号、和/或公共导频；由系统动态配置辅载波的使用。
其中，该方法还包括：如果要发送寻呼信息，则使用主载波发送寻呼信息；
使用主载波子帧资源时，在主载波的每个下行业务子帧中发送所述公共导频；使用辅载波子帧资源时，仅在承载有业务数据的子帧中发射所述公共导频。
其中，所述动态配置辅载波的使用具体包括：仅使用部分辅载波；或者仅使用辅载波的部分资源；或者，关闭整个辅载波的信号发射。
其中，所述动态配置辅载波的使用具体包括：通过主载波上的信令配置终端使用辅载波中当前关闭的资源、或者使用辅载波中已经开启的资源。
其中，该方法还包括：配置主载波为后向兼容或非后向兼容，配置主载波对辅载波的控制能力；配置终端在主载波上进行随机接入。
其中，该方法还包括：配置辅载波为非后向兼容，且辅载波依附于主载波工作，空闲终端不能独立驻留在辅载波上。
其中，该方法还包括：配置辅载波不承载控制信令，辅载波与主载波保持固定的定时关系，辅载波的系统帧号与主载波相同或者保持固定的偏移，辅载波无独立的小区标识。
其中，该方法还包括：配置辅载波作为业务资源使用，辅载波子帧中无控制域，仅有业务信道。
其中，该方法还包括：配置辅载波的物理层参数由主载波通知终端；所述物理层参数具体包括：带宽、频率或导频符号。
一种无线通信系统中载波聚合的实现系统，该系统包括：配置单元，用于配置一个小区由一个主载波和多个辅载波组成，使用主载波发送系统消息、和/或同步信号、和/或公共导频；由系统动态配置辅载波的使用。
其中，该方法还包括：如果要发送寻呼信息，则使用主载波发送寻呼信息；
使用主载波子帧资源时，在主载波的每个下行业务子帧中发送所述公共导频；使用辅载波子帧资源时，仅在承载有业务数据的子帧中发射所述公共导频。
其中，所述配置单元，进一步用于动态配置辅载波的使用时，仅使用部分辅载波；或者仅使用辅载波的部分资源使用；或者，关闭整个辅载波的信号发射。
其中，所述配置单元，进一步用于动态配置辅载波的使用时，通过主载波上的信令配置终端使用辅载波中当前关闭的资源、或者使用辅载波中已经开启的资源。
其中，所述配置单元，进一步用于配置主载波为后向兼容或非后向兼容，配置主载波对辅载波的控制能力；配置终端在主载波上进行随机接入。
其中，所述配置单元，进一步用于配置辅载波为非后向兼容，且辅载波依附于主载波工作，空闲终端不能独立驻留在辅载波上。
其中，所述配置单元，进一步用于配置辅载波不承载控制信令，辅载波与主载波保持固定的定时关系，辅载波的系统帧号与主载波相同或者保持固定的偏移，辅载波无独立的小区标识。
本发明配置一个小区由一个主载波和多个辅载波组成，使用主载波发送系统消息、和/或同步信号、和/或公共导频；由系统动态配置辅载波的使用。
采用本发明，由于并不是始终打开所有载波并要求所有载波都发送系统消息、同步信号、公共导频等信息，系统用户较少、正常情况下仅仅打开主载波并通过主载波发送系统消息、同步信号、公共导频等信息，根据用户数据传输时对无线资源的需求，动态配置辅载波的使用。比如，可以在用户数较少时、或者总的用户数据传输速率不高的情况下，关闭辅载波的使用，或者打开部分辅载波使用。因此，本发明解决了现有技术任何情况下，即便用户数较少时、或者总的用户数据传输速率不高的情况下都需要打开所有的载波，并都需发送系统消息、同步信号、公共导频等信息导致的资源无谓占用的问题，从而能避免基站无谓的耗电及可能对邻小区的信号造成的干扰。
附图说明
图1为实施例一的TDD模式配置的主载波及辅载波帧结构示意图；
图2为实施例二的FDD模式配置的主载波及辅载波帧结构示意图。
具体实施方式
本发明的基本思想是：配置一个小区由一个主载波和多个辅载波组成，使用主载波发送系统消息、和/或同步信号、和/或公共导频；由系统动态配置辅载波的使用。
下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。
一种无线通信系统中载波聚合的实现方法，该方法主要包括以下内容：
配置一个小区由一个主载波和多个辅载波组成，仅仅始终打开主载波并使用主载波发送系统消息、和/或同步信号、和/或公共导频；根据用户数据传输时对无线资源的需求，由系统动态配置辅载波的使用。
这里，也就是说，本发明无线通信系统中，支持多载波的基站；一个基站可以支持一个或者多个小区(Cell)。一个小区中配置有多个载波，其中载波组合方式为：配置其中一个载波为小区的主载波，其他载波都为辅载波。系统消息和同步信号仅在主载波上发送；而寻呼信息是可选的，如果要发送寻呼信息，也仅在主载波上发送；在使用主载波子帧资源时，公共导频需要在主载波的每个下行业务子帧中发送，即使该子帧中没有承载业务数据(也就是说，不考虑该子帧中是否承载有业务数据，在每个下行业务子帧中发送公共导频，用于终端进行测量)；而在使用辅载波子帧资源时，仅在承载有业务数据的子帧中发射公共导频。系统根据用户数据传输时对无线资源的需求，系统动态配置辅载波的使用。动态配置辅载波的使用具体包括：可以仅打开辅载波的部分资源(资源如时隙和频带)使用，也可以关闭整个辅载波的信号发射。
进一步的，动态配置辅载波的使用还包括：当用户数据传输时对无线资源的需求增大而主载波资源不足时，可以通过主载波上的信令配置UE使用辅载波中当前关闭的资源或使用已经开启的资源。
进一步的，主载波可以后向兼容R8/9/10的UE，也可以非后向兼容，但需增加对辅载波的控制能力；系统消息、同步信号和寻呼消息仅在主载波上承载；用户在主载波上进行随机接入。
进一步的，辅载波为非后向兼容载波，辅载波依附于主载波工作，UE不能独立驻留在辅载波上。
进一步的，辅载波不承载控制信令，如系统消息、寻呼信令，无同步信道，辅载波与主载波保持固定的定时关系，系统帧号与主载波相同或者保持固定的偏移，无独立的小区标识(Cell ID)。
进一步的，辅载波子帧中无控制域，仅有业务信道(如PDSCH/PUSCH)，也就是说，辅载波作为业务资源使用。辅载波帧结构可以优化现有LTE系统的结构，如去掉TDD中的特殊时隙，如下行导频时隙(DWPTS，Downlink PilotTime Slot)。
进一步的，辅载波的物理层参数由主载波通知UE，如带宽、频率、导频符号(可单独配置或者与主载波相同)、上行导频信号(sounding)的配置和调度。
进一步的，辅载波保留下行导频，用于UE的测量；如果辅载波某个时隙没有用户使用，下行导频可以不发送。如果有使用需求，则系统调度某个用户使用辅载波上的资源，第一次使用时可以按照预定的传输参数进行处理，如使用比较保守的调制方式和编码速率，传输参数在随后的传输过程中进行调整。
进一步的，辅载波支持用户发送sounding，用于基站对UE的上行信号进行测量。
以下对本发明进行举例阐述。
实施例一：(TDD模式)
本实施例中，小区由一个主载波和一个辅载波构成，主载波可以采用现有的无线通信系统中的TDD帧结构、或者新的帧结构，如整个子帧仅包含数据域，没有控制域。
本实施例采用LTE系统的TDD帧结构，所有配置符合LTE规范，传统LTE系统TDD模式的UE可以搜索并驻留在主载波上。
针对主载波而言，在主载波上发送系统消息、同步信号和寻呼消息；配置有随机接入信道，用户在主载波上进行随机接入；主载波通过物理控制信道(PDCCH)调度用户。其中，主载波的系统消息可以增加辅载波的一些信息，如辅载波的频率、带宽、参考符号等。
针对辅载波而言，辅载波依附于主载波工作，辅载波的时序关系与主载波保持一致，如每个无线帧的起始时刻、系统帧号都是与主载波一样；UE根据主载波的时序关系来维护辅载波上的时序。
辅载波上不承载控制信令，如系统消息、寻呼信令，无同步信道，与主载波保持固定的定时关系，系统帧号与主载波相同或者保持固定的偏移，无独立的Cell ID。
辅载波子帧结构可以采用现有结构也可以重新设计新的帧结构，如取消控制域，仅有业务信道(如PDSCH/PUSCH)，帧结构也可以优化现有LTE系统的结构，如去掉TDD中的特殊时隙。
辅载波的物理层参数由主载波通过广播消息或者专用信令通知UE，如带宽、频率、导频符号(可单独配置或者与主载波相同)、及sounding的配置和调度。辅载波被分配的下行子帧中保留下行公共导频，用于UE的测量；如果辅载波某个时隙没有用户使用，下行导频可以不发送。辅载波支持用户发送sounding，用于基站对UE的上行信号进行测量。
系统调度用户使用辅载波资源的过程包括：对于新型UE(如LTE-LAN终端，能配置并使用本发明所述的载波聚合方式)，该UE驻留在主载波上，当有大带宽业务传输需求时，系统可以配置该UE使用辅载波的资源。配置该UE所使用的辅载波资源可以是动态配置(如每个子帧都发生变化)，也可以是半静态配置(在较长一段时间内所分配的资源一直有效)。
针对配置该UE使用辅载波资源的配置信令而言，配置信令中包括：辅载波所在频段、带宽、时隙号、子载波编号、参考符号等辅载波相关信息；配置信令中还包括：用于数据传输和接收所需的物理层参数，如调制编码方式(MCS)等级、天线信息、调制方式等；以及相关高层信息，如混合自动重传请求(HARQ)进程、测量命令，反馈配置。
其中，所述反馈配置指：如果UE仅配置了辅载波的下行时隙，则针对该下行时隙的相关反馈将由系统配置其在主载波的特定上行时隙上发送。如果UE仅配置了辅载波的上行时隙，则针对该上行时隙的相关反馈将由基站在预先配置在主载波的特定下行时隙发送给终端。
所述配置信令的传输方式包括：通过主载波上的专用信令通知UE。专用信令可以是RRC消息、媒体访问控制报文(MAC CE)或者物理层PDCCH信令。
系统根据需要调度用户使用辅载波上的资源，第一次使用时可以按照制定的传输参数进行处理，传输参数在随后的传输过程中进行调整。
调度用户使用辅载波资源时，上述辅载波的使用可以不限一个，可以同时为一个UE配置多个辅载波的资源，同时也可以包括主载波的资源。
从基站的信号发射来看，辅载波只有在分配给用户使用时基站才发射信号，对于没有用户使用的辅载波子帧，基站不发射任何信号。因此，从时域上，辅载波的下行时隙信号可能是不连续的。
本实施例的TDD模式的帧结构图如图1所示，主载波为LTE系统TDD模式的，辅载波作为资源分配给用户使用。图1中，UE1分配的资源有主载波时隙0(下行)、主载波时隙2和辅载波时隙2(上行)；该资源分配命令由主载波发送给UE1，UE1在主载波时隙0接收数据，在主载波时隙2和辅载波时隙2发送数据。UE2分配的资源有主载波时隙5和辅载波时隙5(下行)、主载波时隙7(上行)；该资源分配命令由主载波发送给UE2，UE2在主载波时隙5和辅载波时隙5接收数据，在主载波时隙7发送数据。
由图1可知：主载波的每个下行子帧都是要发送信号的，即使当某个子帧没有调度用户，基站仍旧要在该子帧中发送参考符号；对于上行子帧，如果基站调度用户使用，则需要进行接收；对于配置有随机接入信道的子帧，基站需要监听。而对于辅载波，由于用户的资源分配都是由基站统一控制的，哪个子帧需要接收或者发送用户数据，基站都是知道的。因此，基站可以仅在已分配资源的子帧上进行信号发射和接收。对于其他的下行子帧，基站则关闭针对该载波的发射设备；同样的，对于其他的上行子帧，基站则关闭针对该载波的接收设备。
实施例二：(FDD模式)
本实施例中，小区为FDD模式，由两对载波构成，一对主载波和一对辅载波，主载波采用现有的无线通信系统中的FDD帧结构、或者新的帧结构。
本实施例采用LTE系统的FDD帧结构，所有配置符合LTE规范，传统LTE系统FDD模式的UE可以搜索并驻留的主载波上。
FDD模式与实施例一中的TDD模式相同。UE使用辅载波的资源的方法也与实施例一相同。即为如下所示：
系统调度用户使用辅载波资源的过程包括：对于新型UE(如LTE-LAN终端，能配置并使用本发明所述的载波聚合方式)，该UE驻留在主载波上，当有大带宽业务传输需求时，系统可以配置该UE使用辅载波的资源。配置该UE所使用的辅载波资源可以是动态配置(如每个子帧都发生变化)，也可以是半静态配置(在较长一段时间内所分配的资源一直有效)。
针对配置该UE使用辅载波资源的配置信令而言，配置信令中包括：辅载波所在频段、带宽、时隙号、子载波编号、参考符号等辅载波相关信息；配置信令中还包括：用于数据传输和接收所需的物理层参数，如调制编码方式(MCS)等级、天线信息、调制方式等；以及相关高层信息，如混合自动重传请求(HARQ)进程、测量命令，反馈配置。
UE可以仅配置辅载波的下行时隙或者上行时隙，相应的反馈由系统配置在主载波上进行发送或接收。也可以配置成对的辅载波，此时，相应的反馈可以在成对的辅载波上承载。
本实施例的FDD模式的帧结构图如图2所示，UE1分配的资源有主载波下行时隙2和辅载波下行时隙2、主载波上行时隙3；该资源分配命令由主载波发送给UE1，UE1在主载波下行时隙2和辅载波下行时隙2接收数据，在主载波上行时隙3发送数据。针对辅载波下行时隙2的反馈，如ACK、CQI等，基站将配置器在主载波的上行时隙反馈。UE2分配的资源有主载波下行时隙5、主载波上行时隙5和辅载波上行时隙5；该资源分配命令由主载波发送给UE2，UE2在主载波下行时隙5接收数据，在主载波上行时隙5和辅载波上行时隙5发送数据。
由图2可知：基站在下行主载波的每个子帧都要发送信号的，即使当某个子帧没有调度用户，基站仍旧要在该子帧中发送参考符号；对于上行子帧，如果基站调度用户使用，则需要进行接收；对于配置有随机接入信道的子帧，基站需要监听。而对于辅载波，由于用户的资源分配都是由基站统一控制的，哪个子帧需要接收或者发送用户数据，基站都是知道的。因此，基站可以仅在已分配资源的的子帧上进行信号发射和接收。对于其他的下行子帧，基站则关闭针对该载波的发射设备；同样的，对于其他的上行子帧，基站则关闭针对该载波的接收设备。
一种无线通信系统中载波聚合的实现系统，该系统包括：配置单元，配置单元用于配置一个小区由一个主载波和多个辅载波组成，仅打开主载波并使用主载波发送系统消息、和/或同步信号、和/或公共导频；根据用户数据传输时对无线资源的需求，由系统动态配置辅载波的使用。
这里，配置单元进一步用于动态配置辅载波的使用时，在用户数量少、或者总的用户数据传输速率不高的情况下，仅打开部分辅载波使用；或者仅打开辅载波的部分资源使用；或者，关闭整个辅载波的信号发射。
这里，配置单元进一步用于动态配置辅载波的使用时，在用户数据传输时对无线资源的需求增大而使用的主载波资源不足情况下，通过主载波上的信令配置终端使用辅载波中当前关闭的资源、或者使用辅载波中已经开启的资源。
这里，配置单元进一步用于配置主载波为后向兼容或非后向兼容，还需配置主载波对辅载波的控制能力；配置终端在主载波上进行随机接入。
这里，配置单元进一步用于配置辅载波为非后向兼容，且辅载波依附于主载波工作，终端不能独立驻留在辅载波上。
这里，配置单元进一步用于配置辅载波不承载控制信令，辅载波与主载波保持固定的定时关系，辅载波的系统帧号与主载波相同或者保持固定的偏移，辅载波无独立的小区标识。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种无线通信系统中载波聚合的实现方法，其特征在于，该方法包括：配置一个小区由一个主载波和多个辅载波组成；使用主载波发送系统消息、和/或同步信号、和/或公共导频；根据用户数据传输时对无线资源的需求，由系统动态配置辅载波的使用；
如果要发送寻呼信息，则使用主载波发送寻呼信息；使用主载波子帧资源时，在主载波的每个下行业务子帧中发送所述公共导频；使用辅载波子帧资源时，仅在承载有业务数据的子帧中发射所述公共导频。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述动态配置辅载波的使用具体包括：仅使用部分辅载波；或者仅使用辅载波的部分资源；或者，关闭整个辅载波的信号发射。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述动态配置辅载波的使用具体包括：通过主载波上的信令配置终端使用辅载波中当前关闭的资源、或者使用辅载波中已经开启的资源。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：配置主载波为后向兼容或非后向兼容，配置主载波对辅载波的控制能力；配置终端在主载波上进行随机接入。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：配置辅载波为非后向兼容，且辅载波依附于主载波工作，空闲终端不能独立驻留在辅载波上。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：配置辅载波不承载控制信令，辅载波与主载波保持固定的定时关系，辅载波的系统帧号与主载波相同或者保持固定的偏移，辅载波无独立的小区标识。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：配置辅载波作为业务资源使用，辅载波子帧中无控制域，仅有业务信道。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：配置辅载波 的物理层参数由主载波通知终端；所述物理层参数具体包括：带宽、频率或导频符号。
9.一种无线通信系统中载波聚合的实现系统，其特征在于，该系统包括：配置单元，用于配置一个小区由一个主载波和多个辅载波组成，使用主载波发送系统消息、和/或同步信号、和/或公共导频；根据用户数据传输时对无线资源的需求，由系统动态配置辅载波的使用；
如果要发送寻呼信息，则使用主载波发送寻呼信息；
使用主载波子帧资源时，在主载波的每个下行业务子帧中发送所述公共导频；使用辅载波子帧资源时，仅在承载有业务数据的子帧中发射所述公共导频。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述配置单元，进一步用于动态配置辅载波的使用时，仅使用部分辅载波；或者仅使用辅载波的部分资源使用；或者，关闭整个辅载波的信号发射。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述配置单元，进一步用于动态配置辅载波的使用时，通过主载波上的信令配置终端使用辅载波中当前关闭的资源、或者使用辅载波中已经开启的资源。
12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述配置单元，进一步用于配置主载波为后向兼容或非后向兼容，配置主载波对辅载波的控制能力；配置终端在主载波上进行随机接入。
13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述配置单元，进一步用于配置辅载波为非后向兼容，且辅载波依附于主载波工作，空闲终端不能独立驻留在辅载波上。
14.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述配置单元，进一步用于配置辅载波不承载控制信令，辅载波与主载波保持固定的定时关系，辅载波的系统帧号与主载波相同或者保持固定的偏移，辅载波无独立的小区标识。
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