在第2代和第3代移動(dòng)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(dòng)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(biāo)也很單一，就是擴(kuò)展傳輸帶寬，而LTE的載波聚合演進(jìn)則納入了第4代移動(dòng)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(kuò)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(dòng)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(gè)LTE-AFDD系統(tǒng)或者LTE-A TDD系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行載波聚合來實(shí)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(shí)間地點(diǎn)不斷變化，單獨(dú)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(jìn)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(shí)延、調(diào)度時(shí)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(jìn)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(gè)運(yùn)營商分別提供寬達(dá)100MHz的頻譜供運(yùn)營商單獨(dú)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(dòng)態(tài)補(bǔ)充用于宏覆蓋的低端頻譜，擴(kuò)展高端頻譜的實(shí)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(kuò)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(kuò)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(shí)體間的配合來獲得單個(gè)通信功能實(shí)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(shí)體就是具備在單個(gè)載波上發(fā)射或/和接收無線電信號(hào)的功能或物理實(shí)體。如果參與協(xié)同的功能實(shí)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(jìn)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間優(yōu)勢互補(bǔ)，共享資源。
    進(jìn)一步地，在基于頻譜聚合的協(xié)同通信的實(shí)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(rèn)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(diǎn)
    文獻(xiàn)[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(gè)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(gè)層面，對非對稱業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了分析。分析表明，鏈路級(jí)業(yè)務(wù)的非對稱性具有高度動(dòng)態(tài)特性，隨時(shí)間/空間變化劇烈；小區(qū)級(jí)業(yè)務(wù)的非對稱性具有中度動(dòng)態(tài)特性，隨時(shí)間/空間變化程度中等；而系統(tǒng)級(jí)業(yè)務(wù)的非對稱性具有較低的動(dòng)態(tài)特性，隨時(shí)間/空間變化程度較慢。
    文獻(xiàn)[2]給出的各種業(yè)務(wù)的非對稱性表明，一個(gè)移動(dòng)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(dāng)于直流分量)，也有非對稱、突發(fā)、峰均比高的分量(相當(dāng)于交流分量)。
    由于移動(dòng)通信業(yè)務(wù)是一小區(qū)或者幾個(gè)相鄰小區(qū)為單位進(jìn)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(dòng)通信系統(tǒng)在考慮小區(qū)的上下行頻譜資源配置時(shí)，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(xiàn)[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(dòng)態(tài)地適應(yīng)業(yè)務(wù)的非對稱性和突發(fā)特性，從實(shí)際可以達(dá)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(shí)變特性。由于文獻(xiàn)[1]已經(jīng)指出了業(yè)務(wù)模式的不可預(yù)見性和空間時(shí)間上的變化特性，通過頻譜分配階段為FDD系統(tǒng)劃分一個(gè)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(dòng)態(tài)共享實(shí)現(xiàn)。

   2.3 改進(jìn)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(gè)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(jìn)行基于頻譜聚合的協(xié)同通信。該方案的特點(diǎn)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(jìn)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(shí)間地點(diǎn)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(bào)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(shí)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(jì)特定地區(qū)特定時(shí)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(shí)質(zhì)上就是給FDD系統(tǒng)額外增加一段頻譜，這個(gè)方案在文獻(xiàn)[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(jìn)行基于頻譜聚合的協(xié)同通信的實(shí)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(shí)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(shí)隙的比例，并以TDD空口與FDD空口并行傳輸?shù)姆绞?，?shí)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(diǎn)：
     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(shí)達(dá)到如下效果：
    以靈活的方式實(shí)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(shí)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(gè)難題，是一種具有很強(qiáng)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(diǎn)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(jìn)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(hù)頻帶利用
    3.1 TDD與FDD間保護(hù)頻帶分析
    為了節(jié)約建網(wǎng)成本，運(yùn)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(yùn)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(gè)保護(hù)頻帶。在TDD與FDD異站址建網(wǎng)的情況下，這個(gè)保護(hù)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(hù)頻帶要在10 MHz以上，因此，需要分析對這個(gè)大的保護(hù)帶利用。
    從邏輯上看，無論TDD處于那個(gè)頻段上，也無論該TDD頻段上部署的是那種標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)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(píng)估。
    3.2 利用TDD與FDD系統(tǒng)間的保護(hù)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(hù)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(hù)頻帶[4]。文獻(xiàn)[5]給出利用保護(hù)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(gè)第2 FDD信道。

    除了文獻(xiàn)[5]給出的以半雙工FDD方式利用保護(hù)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(hù)頻帶，具體實(shí)現(xiàn)有如下方式：
    (1)系統(tǒng)內(nèi)協(xié)同實(shí)現(xiàn)頻帶的擴(kuò)展
    圖4中的第3頻帶與第2頻帶之間進(jìn)行頻譜聚合，實(shí)現(xiàn)對TDD下行傳輸帶寬的擴(kuò)展；或者將第5頻帶與第2頻帶之間進(jìn)行頻譜聚合，實(shí)現(xiàn)對TDD系統(tǒng)上行傳輸帶寬的擴(kuò)展。
    (2)協(xié)同間協(xié)同實(shí)現(xiàn)頻帶的擴(kuò)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(jìn)行頻譜聚合，實(shí)現(xiàn)對下行傳輸帶寬的擴(kuò)展，這種方式即可以對TDD保護(hù)頻帶進(jìn)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(jìn)行頻譜聚合，這種方式即可以對TDD保護(hù)頻帶進(jìn)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(kuò)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(diǎn)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(hù)帶利用問題。
   在網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)中，LTE及其后續(xù)演進(jìn)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(jìn)行協(xié)同通信，而實(shí)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(shí)現(xiàn)多模式多頻段并行傳輸[6-11]。
    在目前3GPP LTE-A標(biāo)準(zhǔn)討論中，其頻譜聚合仍然以構(gòu)建一個(gè)100 MHz傳輸帶寬的單一系統(tǒng)為目標(biāo)，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(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)組織是歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織(ETSI)的RRS，其目標(biāo)是將現(xiàn)有的或者未來的無線通信系統(tǒng)有機(jī)地協(xié)同起來，實(shí)現(xiàn)生態(tài)學(xué)意義上的協(xié)同通信。隨著運(yùn)營商現(xiàn)網(wǎng)演進(jìn)中對資源共享需求的進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)組織的討論中得到更多的體現(xiàn)。
    5 參考文獻(xiàn)
      [1] FITZEK F H P, KATZ M D. 無線網(wǎng)絡(luò)中的合作原理與應(yīng)用[M].程衛(wèi)軍, 等譯. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2009.
     [2] MALKOWSKI M. Spectrum efficient multicast and asymmetric  services in UMTS[R]. IST-2001-35125 (OverDRiVE) D08.2003.
     [3] TDD versus FDD access schemes[R]. IST-1999-11571 EMBRACE D8. 2001.
     [4] Next generation mobile networks spectrum requirements update [R]. A White Paper Update by the NGMN. 2009.
     [5] GORMLEY E F. Utilizing guard band between FDD and TDD wireless systems[P]. US20070286156. 2007.
     [6] 黃川, 鄭寶玉. 多無線電協(xié)作技術(shù)與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合[J]. 中興通訊技術(shù), 2008,14(3): 27-31.
     [7] 吳蒙, 季麗娜, 王堃. 無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵安全技術(shù)[J]. 中興通訊技術(shù), 2008,14(3): 32-35.
     [8] 劉競翔, 丁燕青, 劉峰. 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的容災(zāi)技術(shù)[J]. 中興通訊技術(shù), 2008,14(3): 50-53.
     [9] 呂應(yīng)權(quán), 周沖. WCDMA系統(tǒng)有效提高切換成功率的方法[J]. 中興通訊技術(shù), 2008,14(3):
56-60.
     [10] 糜正琨. 移動(dòng)IP技術(shù)[J]. 中興通訊技術(shù), 2008,14(4): 59-62.
     [11] 闞凱力. 無線城市的運(yùn)行模式[J]. 中興通訊技術(shù), 2008,14(6): 50-52.

  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(jìn)技術(shù)研究，主要研究領(lǐng)域?yàn)轭l譜聚合、4G無線接入網(wǎng)架構(gòu)特征及協(xié)同機(jī)制。

      許玲，中興通訊股份有限公司標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化研究，主要研究領(lǐng)域?yàn)闊o線接入網(wǎng)架構(gòu)演進(jìn)、網(wǎng)絡(luò)自組織技術(shù)、CDMA1X/WimaxLTE及其后續(xù)演進(jìn)技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)化。
     馬志鋒，中興通訊股份有限公司無線通信標(biāo)準(zhǔn)總監(jiān)、博士，從事TD-SCDMA、TD-LTE系統(tǒng)演進(jìn)技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化研究，主要研究領(lǐng)域?yàn)轭l譜聚合、系統(tǒng)融合技術(shù)。