CN104135456B - 一种lte系统的载波聚合方法 - Google Patents

Abstract

一种LTE系统的载波聚合方法，在下行载波聚合场景中，主载波的MAC层记载该终端的上下文配置信息以及该终端在主辅各成员载波的调度信息，选择辅载波，主载波和选择的各辅载波均作为成员载波，完成所需总的无线资源需求的统计，主载波的MAC层与各辅载波的MAC层完成下行无线资源的协商，主载波的MAC层中主载波调度实体根据资源协商结果，将当前总的无线资源需求通过预设算法分布到主辅各成员载波上；在上行载波聚合场景中，实现过程类似，当有上行数据到达后，各成员载波的物理层将各上行数据分流解调完成后，将上行业务数据存放在各成员载波的上行数据接收模块的缓冲区中，随后统一由主载波完成各成员载波上行数据的聚合，并依次递交给RLC层，PDCP层进行上行数据的处理。

Description

一种LTE系统的载波聚合方法

技术领域

本发明属于通信领域，涉及一种先进长期演进(LTE-A, Long Term EvolutionAdvance)系统载波聚合方法。

背景技术

3GPP 在版本10阶段定义了载波聚合(Carrier Aggregation,简称CA)技术，即将在同一个频段内或者不同频段间的多个载波聚合在一起形成更大带宽，以提升终端用户更大峰值吞吐量。聚合的载波由一个主载波(Primary Cell,简称PCell)和一个或者多个辅载波(Secondary Cell, 简称SCell)组成。主辅载波上均可以发送业务数据和控制信息。多载波聚合技术在提高用户速率的同时，也引入了系统复杂性。鉴于LTE-A系统中基站系统的调度是以一毫秒为单位进行，为了实现载波聚合，多个成员载波(Carrier Cell, 简称CC)需要在同一个一毫秒调度时间内为某一用户终端同时实现控制面的调度以及数据面下行数据下发或者上行数据接收。因此，如何协调和同步多个载波在一毫秒内的调度行为成为一个问题，在现有单载波系统基础上如何设计支持载波聚合框架，需要兼顾系统效率以及实现的复杂度。

现有技术中的载波聚合方法如下：

用户终端接入到主载波PCell后，以下行CA为例，当其业务量达到一定门限，需要开启载波聚合功能时，用户面的业务数据从PCell的PDCP层提交给RLC层进行处理，RLC层完成处理后，根据各成员载波的负载以及各成员载波的信道质量等因素，将该终端的业务数据进行分流，将业务数据分流到各个成员载波上去，随后由各成员载波CC的各自MAC层完成对该用户终端的调度和分流业务数据的复用，最后各成员载波的物理层PHY实现数据的无线发送到用户终端。

例如图1中，PCell的PDCP, RLC,MAC, PHY 层分别记为CC1-PDCP、CC1-RLC、CC1-MAC，CC1-PHY，某激活的SCell的PDCP, RLC,MAC, PHY 层分别记为CC2-PDCP、CC2-RLC、CC2-MAC、CC2-PHY，另一未激活SCell的PDCP, RLC,MAC, PHY 层分别记为CC3-PDCP、CC3-RLC、CC3-MAC、CC3-PHY，未激活SCell不作为成员载波考虑。用户面的业务数据从PCell的CC1-PDCP提交给CC1-RLC进行处理，CC1-RLC完成处理后，根据各成员载波的负载以及各成员载波的信道质量等因素，将该终端的业务数据进行分流，将业务数据分流到各个成员载波上去，随后由各成员载波CC的各自MAC层（主载波CC1-MAC和激活载波CC2-MAC）完成对该用户终端的调度和分流业务数据的复用，最后各成员载波的物理层PHY（主载波CC1-PHY和激活载波CC2-PHY）实现数据的无线发送到用户终端。

这种方法的实现需要保证多个载波调度器在一毫秒调度时间内的协同工作，同时不影响各个载波调度器的实时性，其对载波调度器之间的交互协调以及软件操作系统的实时性要求比较高，从而提高了系统的复杂度。

3GPP协议中关于多载波聚合的描述只是定义了实现多载波聚合时协议栈各层(无线资源控制协议RRC, 分组数据汇聚协议PDCP, 无线链路控制层协议RLC, 介质访问控制子层协议MAC)需要遵循的规范；但是并没有规定多载波之间调度信息的交互方法，也没有规定实现载波聚合的具体标准方法，这些依赖于各设备厂商自己的实现。因此，在提高LTE系统载波聚合效率方面，本领域亟待新的技术方案出现。

发明内容

本发明为提高LTE系统载波聚合效率，提供了一种LTE系统的载波聚合方法。

本发明的技术方案提供一种LTE系统的载波聚合方法，

在下行载波聚合场景中，包括以下步骤，

步骤A1，网络侧的接入设备设定用户终端初次接入的小区为载波聚合的主载波，主载波的MAC层记载该终端的上下文配置信息以及该终端在主辅各成员载波的调度信息，然后根据终端上报邻区无线信道测量质量选择一个或多个为该终端提供服务的辅载波，主载波和选择的各辅载波均作为成员载波；

步骤A2，基于步骤A1选择的辅载波，主载波的MAC层根据下行业务数据量和主辅各成员载波信道质量及调制解调参数完成所需总的无线资源需求的统计；

步骤A3，主载波的MAC层与各辅载波的MAC层完成下行无线资源的协商；

步骤A4，主载波的MAC层中主载波调度实体根据步骤A3所得资源协商结果，将步骤A2所得当前总的无线资源需求通过预设算法分布到主辅各成员载波上，生成主辅各成员载波的控制面的调度结果以及用户终端上行反馈的解调消息，将生成的调度结果存放在物理层接收单元缓冲区中，同时通知主载波组包模块，组织各主辅载波的下行数据包，将下行数据填写到各成员载波的物理层接收单元缓冲区中，所述下行数据包括下行控制数据和下行用户数据，最后由各成员载波实体的物理层发送单元完成下行控制数据和下行用户数据的空口发送；

步骤A5，当有上行反馈到达后，主载波的物理层根据步骤A4中生成的上行反馈的解调消息解析出终端上报的反馈信息，主载波反馈处理模块根据终端上报的反馈信息，决定数据是否重传以及在哪些成员载波上重传；

在上行载波聚合场景中，

步骤B1，网络侧的接入设备设定用户终端初次接入的小区为载波聚合的主载波，主载波的MAC层记载该终端的上下文配置信息以及该终端在主辅各成员载波的调度信息，然后根据终端上报邻区无线信道测量质量选择一个或多个为该终端提供服务的辅载波，主载波和选择的各辅载波均作为成员载波；

步骤B2，基于步骤B1选择的辅载波，主载波根据上行业务数据量和各辅载波信道质量及调制解调参数完成所需总的无线资源需求的统计；

步骤B3，主载波的MAC层与各辅载波的MAC层完成上行无线资源的协商；

步骤B4，主载波的MAC层中主载波调度实体根据资源协商结果，将当前总的无线资源需求通过预设算法分布到主辅各成员载波上，生成主辅各成员载波的控制面的调度结果和上行数据解调信息，并将生成的调度结果存放在各成员载波的物理层接收单元缓冲区中；

步骤B5，当有上行数据到达后，各成员载波的物理层根据步骤B4生成的上行数据的解调信息，将各上行数据分流解调完成后，将上行业务数据存放在各成员载波的上行数据接收模块的缓冲区中，随后统一由主载波的上行数据接收模块，完成各成员载波上行数据的聚合，并依次递交给RLC层，PDCP层进行上行数据的处理。

而且，主载波的MAC层与各辅载波的MAC层完成下行无线资源或下行无线资源的协商时，各辅载波将协商好的无线资源预留给该终端。

而且，对于具备载波聚合功能的用户终端，用户终端的上下文信息保存在主载波调度实体中。

对比现有技术，本发明主辅载波调度器不需要在一毫秒调度时间内对同一终端进行调度信息的同步协商，很大程度上减轻了各载波调度器之间频繁交互控制信息，保证了各载波调度的实时性，减少了多载波调度的系统延时，同时降低了系统实现的复杂度。

附图说明

图1是现有技术的载波聚合示意图。

图2是本发明实施例的载波聚合示意图

图3是本发明实施例的下行载波聚合方法的流程图。

图4是本发明实施例的上行载波聚合方法的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本发明的实现主要涉及一种LTE系统的载波聚合方法，提出以下设计：

主辅载波实现无线资源的协商，各辅载波将协商好的无线资源预留给该载波聚合终端。所述协商的内容包括无线资源可以使用的位置，大小，可使用时间等信息。

对于具备载波聚合功能的用户终端，其用户终端的上下文信息可保存在主载波调度器中。所述用户终端的上下文信息一般包括终端在主辅各成员载波的调度信息等。实施例中，用户终端的上下文信息包括，终端的基本能力，终端各无线参数配置，终端在主辅各成员载波的调度状态等。

对于下行载波聚合，由主载波实现对主辅各成员载波的资源调度。所述资源为主辅载波协商完成的各成员载波可用的无线资源，包括资源块的起始位置，大小等。由主载波负责各成员载波下行数据的组包，并将分流后的下行数据发送到各成员载波对应的物理层接收缓冲区中，最后由各载波的对应物理层实现下行载波聚合数据的空口发送。

对于上行载波聚合，同样由主载波实现对各成员载波的资源调度。所述资源为主辅载波协商完成的各成员载波可用的无线资源，包括资源块的起始位置，大小等。主载波将各成员载波的上行解调消息发送给各成员载波的物理层，各成员载波的物理层根据各自的解调参数将上行数据解析完成后，统一由主载波完成上行数据的聚合。

因此，本发明基本原理为，用户终端接入到主载波PCell后，当其下行业务量达到一定门限，需要开启载波聚合功能时，主载波的MAC层与各被选中的辅载波的MAC层完成下行无线资源的协商，协商的内容包括无线资源可以使用的位置，大小等信息。用户面的业务数据从PCell的PDCP层提交给RLC层进行处理，RLC层完成处理后，由主载波PCell的MAC层完成该用户终端在聚合的各个成员载波的调度。主载波完成调度后，将生成的属于各成员载波的控制面命令字或者数据面的业务数据通过各成员载波的物理层进行无线发送，从而完成下行载波聚合。例如图2中，用户面的业务数据从PCell的CC1-PDCP提交给CC1-RLC进行处理，CC1-RLC完成处理后，由主载波PCell的CC1-MAC完成该用户终端在聚合的各个成员载波的调度，即由主小区实现CA终端的调度业务分流。

类似的，当用户终端上行业务量达到一定门限，需要开启载波聚合功能时，主载波与各辅载波完成上行无线资源的协商，协商的内容包括无线资源可以使用的位置，大小等信息。由主载波PCell的MAC层完成该用户终端在聚合的各个成员载波的上行调度，其生成的各成员载波的上行解调信息分别下发给各成员载波的物理层，其生成的各成员载波的上行授权信息也通过各成员载波的物理层发送给用户终端。当用户终端的上行用户面各分量业务数据到达各载波物理层后，由各载波物理层完成各载波分量数据的解析，最后统一由主载波的MAC层进行上行数据的聚合，依次递交给RLC层，PDCP层进行处理，从而完成上行载波聚合。

实施例中，主辅载波实现无线资源的协商，各辅载波将协商好的无线资源预留给终端。对于具备CA功能的用户终端，其用户上下文保存在主载波调度器（即主载波的MAC层中主载波调度实体）中，并由主载波实现对各辅载波的资源调度。对于下行CA, 主载波负责各辅载波下行数据的组包，并将分流后的下行数据发送到各辅载波对应的物理层接收缓冲区中，最后由各载波的对应物理层实现下行载波聚合数据的空口发送。对于上行CA，由主载波实现对各辅载波的资源调度，主载波将各成员载波的上行解调消息（包含终端上行数据的解调参数）发送给各成员载波的物理层，各成员载波的物理层根据各自的解调参数将上行数据解析完成后，统一由主载波完成上行数据的聚合。为便于实施参考起见，提供具体实现方式如下：

在下行CA场景中，实现流程包括以下步骤，参见图3：

步骤1，网络侧的接入设备设定用户终端初次接入的小区为载波聚合主载波PCell，主载波PCell的MAC层记载该终端的上下文配置信息以及该终端在主辅各成员载波的调度信息。

然后，PCell的MAC层根据终端上报邻区无线信道测量质量选择一个或多个为该终端提供服务的辅载波SCell。主载波和选择的各辅载波均作为成员载波。

具体实施时，用户终端的用户上下文保存在主载波MAC层的调度实体中，主载波PCell的MAC层记载该终端的上下文配置信息以及该终端在主辅各成员载波的调度信息时，存入主载波调度实体中即可。

步骤2，基于步骤1选择的辅载波SCell，主载波MAC层根据下行业务数据量和主辅各成员载波信道质量及调制解调参数完成所需总的无线资源需求的统计；具体统计实现为现有技术，本发明不予赘述。

步骤3，主载波的MAC层与各辅载波的MAC层完成下行无线资源的协商，协商的内容一般包括无线资源可以使用的位置，大小等信息。具体实施时，可以在主载波的MAC层与各辅载波的MAC层中分别采用软件技术提供主载波资源协商实体、各辅载波资源协商实体，通过软件实体方式实现协商。

步骤4，主载波的MAC层中主载波调度实体根据步骤3所得资源协商结果，将步骤2所得当前总的无线资源需求通过一定预设算法分布到主辅各成员载波上，在完成对该终端的各成员载波的资源分配和调度后，生成主辅各成员载波的控制面的调度结果（即下行控制信息DCI）以及用户终端上行反馈的解调消息，并将生成的调度结果DCI存放在物理层接收单元缓冲区中，同时通知主载波组包模块，组织各主辅载波的下行数据包，将下行数据填写到各成员载波的物理层接收单元缓冲区中。所述下行数据包括下行控制数据和下行用户数据。最后由各成员载波实体的物理层发送单元完成下行控制数据（封装在物理下行控制信道PDCCH）和下行用户数据(封装在物理下行共享信道PDSCH中)的空口发送。用户终端上行反馈的解调消息将被递交给主载波的物理层，用来解调终端上报的反馈信息。

主载波调度实体、主载波组包模块为现有技术中MAC层中已提供的部分，物理层接收单元缓冲区、物理层发送单元为现有技术中PHY层中已提供的部分，本发明不予赘述。

将当前总的无线资源需求通过一定算法分布到各辅载波上时，所述算法可由本领域技术人员自行根据需要预先设定，例如可根据资源协商结果，依次优先分布到已经协商到的各辅载波上，剩下部分分布到主载波上。

按照LTE协议规定，基站下发下行数据4个TTI(毫秒)后，终端需要根据下行数据解调情况（错或者对）针对4个TTI前的下行数据进行上行的反馈。而基站在收到终端的反馈后，需要解调参数用来解析反馈，即用户终端上行反馈的解调消息。具体生成用户终端上行反馈的解调消息和下行控制信息DCI均为现有技术，本发明不予赘述。

步骤5，当有上行反馈到达后，主载波的物理层根据步骤4中生成的上行反馈的解调消息解析出终端上报的反馈信息。主载波反馈处理模块根据终端上报的反馈信息，决定数据是否重传以及在哪些成员载波上重传，因为重传也需要进行主辅载波之间的资源协商，重传过程依次按照步骤2，步骤3，步骤4所述方式进行即可。

主载波反馈处理模块为现有技术中MAC层中已提供的部分，用来处理终端的反馈。如果终端反馈的是正确收到，则不重传，那么MAC层会继续新的业务数据的调度。否则，MAC层会将上次调度过的业务数据再次调度下发给终端，也即重传。

为保证各载波调度任务的实时性，可选的，在实现上资源协商实体和调度实体可以分开两个任务进行。为实现主载波调度结果及业务数据的分流，可选的，各载波的物理层接收单元缓冲区为各成员载波共享。

在上行CA场景中，实现流程与下行CA场景类似，参见图4：

步骤1，网络侧的接入设备设定用户终端初次接入的小区为载波聚合主载波PCell，主载波PCell的MAC层记载该终端的上下文配置信息以及该终端在主辅各成员载波的调度信息。然后，PCell的MAC层根据终端上报邻区无线信道测量质量选择一个或多个为该终端提供服务的辅载波SCell。主载波和选择的各辅载波均作为成员载波。

步骤2，基于步骤1选择的辅载波SCell，主载波根据上行业务数据量和主辅各成员载波信道质量及调制解调参数完成所需总的无线资源需求的统计；

步骤3，主载波的MAC层与各辅载波的MAC层完成上行无线资源的协商，协商的内容一般包括无线资源可以使用的位置，大小等信息。

具体实施时，可以由主载波资源协商实体与各辅载波资源协商实体完成上行无线资源的协商。

步骤4，主载波的MAC层中主载波调度实体根据资源协商结果，将当前总的无线资源需求通过一定的预设算法分布到主辅各成员载波上，在完成对该终端的各成员载波的资源分配和调度后，生成主辅各成员载波的控制面的调度结果（即下行控制信息DCI信息，包含上行资源授权信息）和上行数据解调信息，并将生成的调度结果存放在各成员载波的物理层接收单元缓冲区中。用户终端上行反馈的解调消息将被递交给各成员载波的物理层，用来解调终端上报的反馈信息。

步骤5，当有上行数据到达后，各成员载波的物理层根据步骤4所得上行数据的解调信息，将各上行数据分流解调完成后，将上行业务数据存放在各成员载波的上行数据接收模块的缓冲区中，随后统一由主载波的上行数据接收模块，完成各成员载波上行数据的聚合，并依次递交给RLC层，PDCP层进行上行数据的处理。

上行数据接收模块为现有技术中MAC层中已提供的部分，本发明不予赘述。

为实现各成员载波上行解调结果及业务数据的聚合，可选的，各成员载波的上行数据接收模块的缓冲区为各成员载波共享。即每个载波的上行数据接收模块都有一个缓冲区，在单载波系统中这个缓冲区只对于自己的上下数据接收模块开放可读可写。在实现载波聚合业务时，这个缓冲区可以设置成对其他载波的上行数据接收模块均共享可读可写。也即每个载波的上下数据接收模块都可以访问其他共享的缓冲区。

上述实例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未违背本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种LTE系统的载波聚合方法，其特征在于：

在下行载波聚合场景中，包括以下步骤，

步骤A1，网络侧的接入设备设定用户终端初次接入的小区为载波聚合的主载波，主载波的MAC层记载该终端的上下文配置信息以及该终端在主辅各成员载波的调度信息，然后根据终端上报邻区无线信道测量质量选择一个或多个为该终端提供服务的辅载波，主载波和选择的各辅载波均作为成员载波；

步骤A2，基于步骤A1选择的辅载波，主载波的MAC层根据下行业务数据量和主辅各成员载波信道质量及调制解调参数完成所需总的无线资源需求的统计；

步骤A3，主载波的MAC层与各辅载波的MAC层完成下行无线资源的协商；

步骤A4，主载波的MAC层中主载波调度实体根据步骤A3所得资源协商结果，将步骤A2所得当前总的无线资源需求通过预设算法分布到主辅各成员载波上，生成主辅各成员载波的控制面的调度结果以及用户终端上行反馈的解调消息，将生成的调度结果存放在物理层接收单元缓冲区中，同时通知主载波组包模块，组织各主辅载波的下行数据包，将下行数据填写到各成员载波的物理层接收单元缓冲区中，所述下行数据包括下行控制数据和下行用户数据，最后由各成员载波实体的物理层发送单元完成下行控制数据和下行用户数据的空口发送；

步骤A5，当有上行反馈到达后，主载波的物理层根据步骤A4中生成的上行反馈的解调消息解析出终端上报的反馈信息，主载波反馈处理模块根据终端上报的反馈信息，决定数据是否重传以及在哪些成员载波上重传；

在上行载波聚合场景中，

步骤B1，网络侧的接入设备设定用户终端初次接入的小区为载波聚合的主载波，主载波的MAC层记载该终端的上下文配置信息以及该终端在主辅各成员载波的调度信息，然后根据终端上报邻区无线信道测量质量选择一个或多个为该终端提供服务的辅载波，主载波和选择的各辅载波均作为成员载波；

步骤B2，基于步骤B1选择的辅载波，主载波根据上行业务数据量和主辅各成员载波信道质量及调制解调参数完成所需总的无线资源需求的统计；

步骤B3，主载波的MAC层与各辅载波的MAC层完成上行无线资源的协商；

步骤B4，主载波的MAC层中主载波调度实体根据资源协商结果，将当前总的无线资源需求通过预设算法分布到主辅各成员载波上，生成主辅各成员载波的控制面的调度结果和上行数据解调信息，并将生成的调度结果存放在各成员载波的物理层接收单元缓冲区中；

步骤B5，当有上行数据到达后，各成员载波的物理层根据步骤B4生成的上行数据的解调信息，将各上行数据分流解调完成后，将上行业务数据存放在各成员载波的上行数据接收模块的缓冲区中，随后统一由主载波的上行数据接收模块，完成各成员载波上行数据的聚合，并依次递交给RLC层，PDCP层进行上行数据的处理。

2.根据权利要求1所述LTE系统的载波聚合方法，其特征在于：主载波的MAC层与各辅载波的MAC层完成下行无线资源或上行无线资源的协商时，各辅载波将协商好的无线资源预留给该终端。

3.根据权利要求1或2所述LTE系统的载波聚合方法，其特征在于：对于具备载波聚合功能的用户终端，用户终端的上下文信息保存在主载波调度实体中。