LTE的載波聚合技術(shù)CA

1、LTE的載波聚合技術(shù)人們對(duì)數(shù)據(jù)速率的要求越來越高，載波聚合（Carrier Aggregation ，CA) 成為運(yùn)營商面向未來的必然選擇。什么是載波聚合？簡單一點(diǎn)說，就是把零碎的LTE頻段合并成一個(gè)“虛擬”的更寬的頻段，以提高數(shù)據(jù)速率。我們先來看看全球CA發(fā)展歷程。1）2013年，韓國SK電信首次商用CA，其將800MHZ頻段和1.8GHZ頻段聚合為一個(gè)20MHZ頻段，以獲得下行峰值速率150Mbps。LGU+一個(gè)月后跟進(jìn)。2）2013年11月，英國運(yùn)營商EE宣布完成inter-band 40 MHz載波聚合，理論速率可達(dá)300Mpbs。3）2013年12月，澳大利亞運(yùn)營商Optus首次完成

2、在TD-LTE上載波聚合。緊隨其后，日本軟銀、香港CSL、澳大利亞Telstra等也相繼部署或商用載波聚合。剛開始，載波聚合部署僅限于2載波。2014年，韓國SK電信、LGU+成功演示了3載波聚合。隨著技術(shù)的不斷演進(jìn)，相信未來還有更多CC的載波聚合。當(dāng)然還包括TDD和FDD、LTE和WiFi之間的載波聚合。中國電信在2014年9月成功演示了FDD和TDD的載波聚合，這也是載波聚合路上一個(gè)新的里程碑。為了說清楚載波聚合，我們首先來了解一下LTE的頻段分配。載波聚合的分類載波聚合主要分為intra-band 和 inter-band載波聚合，其中intra-band載波聚合又分為連續(xù)(contig

3、uous)和非連續(xù)(non-contiguous)。對(duì)于intra-band CA (contiguous)中心頻點(diǎn)間隔要滿足300kHz的整數(shù)倍，即Nx300 kHz。對(duì)于intra-band 非連續(xù)載波聚合，該間隔為一個(gè)或多個(gè)GAP（s）。3GPP關(guān)于載波聚合的定義下圖是3GPP關(guān)于載波聚合從Re-10到Re-12的定義歷程。3GPP Rel-10定義了bands 1 (FDD) 和 band 40 (TDD)的intra-band 連續(xù)載波，分別命名為CA_1C 和CA_40C。同時(shí)還定義band1和5的inter-band載波聚合，命名為CA_1A-5A。3GPP Rel-11定義了更

4、多CA配置，如下圖：3GPP Rel-12包含了TDD和FDD的載波聚合，同時(shí)還定義了支持上行2CC和下行3CC載波聚合等等。連續(xù)CA帶寬等級(jí)和保護(hù)帶寬對(duì)于頻段內(nèi)連續(xù)載波聚合，CA 帶寬等級(jí)根據(jù)其支持的CC 數(shù)量和物理資源塊(Physical Resource Blocks ，PRBs) 的數(shù)量來定義。CA 帶寬等級(jí)表示最大ATBC和最大CC 數(shù)量。ATBC，即Aggregated Transmission Bandwidth Configuration，指聚合的PRB的總數(shù)量。保護(hù)帶寬（Guard bands）專門定義于連續(xù)CA，指連續(xù)CC之間需有一定的保護(hù)帶寬。下表列出了CA帶寬等級(jí)和相應(yīng)

5、保護(hù)帶寬。另外，對(duì)于帶內(nèi)連續(xù)CA，PCell和SCell頻段相同，頻點(diǎn)間隔為300kHz整數(shù)倍，且滿足如下公式：明白了上面關(guān)于帶寬等級(jí)的定義，我們就很容易理解載波聚合的命名規(guī)則了。比如，以CA_1C 為例，它表示在band1上的intra-band連續(xù)載波聚合，2個(gè)CC，帶寬等級(jí)為C，即最大200 RBs。對(duì)應(yīng)于帶寬等級(jí)為C，每CC的RB分配也可以是不同的組合，不過范圍在100-200 RBs之間。帶內(nèi)連續(xù)intra-band（contiguous）載波聚合有兩種方案： 一種可能的方案是F1 和F2 小區(qū)位置相同并且重疊，提供幾乎完全相同的覆蓋范圍。兩層都提供重復(fù)的覆蓋，并在兩層都支持移動(dòng)性。

6、相似的方案是F1 和F2 位于擁有相似路徑損失配置文件的同一頻段上。 另一方案是F1 和F2 位置相同而實(shí)現(xiàn)不同覆蓋范圍：F2 天線導(dǎo)向至F1 的小區(qū)邊界或者F1 覆蓋空洞中，以便改善覆蓋范圍和/或提高小區(qū)邊緣吞吐量。頻段間非連續(xù) 當(dāng)F1（較低頻率）提供廣覆蓋并且F2 上的RRH F2（較高頻率）用于改善熱點(diǎn)上的吞吐量時(shí)，可以考慮射頻拉遠(yuǎn)(RRH) 方案。移動(dòng)性根據(jù)F1 覆蓋來執(zhí)行。F1 和F2 處于不同頻段時(shí)考慮類似的方案。 在HetNet 方案中，有望看到許多小型小區(qū)和中繼在各種頻段上工作。PCell / SCell / Serving Cell 概念每個(gè)CC對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的Cell。配置了

7、CA的UE與1個(gè)PCell和至多4個(gè)SCell相連。某UE的PCell和所有SCell組成了該UE的Serving Cell集合。Serving Cell可指代PCell也可以指代SCell。PCell是UE初始接入時(shí)的cell，負(fù)責(zé)與UE之間的RRC通信。SCell是在RRC重配置時(shí)添加的，用于提供額外的無線資源。PCell是在連接建立（connection establishment）時(shí)確定的；SCell是在初始安全激活流程（initial security activation procedure）之后，通過RRC連接重配置消息RRCConnectionReconfiguration添加

8、/修改/釋放的。每個(gè)CC都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的索引，primary CC索引固定為0，而每個(gè)UE的secondary CC索引是通過UE特定的RRC信令發(fā)給UE的。某個(gè)UE聚合的CC通常來自同一個(gè)eNodeB且這些CC是同步的。當(dāng)配置了CA的UE在所有的Serving Cell內(nèi)使用相同的C-RNTI。CA是UE級(jí)的特性，不同的UE可能有不同的PCell以及Serving Cell集合。Pcell是UE與之通信的主要小區(qū)，被定義為用來傳輸RRC信令的小區(qū)，或者相當(dāng)于存在物理上行控制信道（PUCCH）的小區(qū)，這個(gè)信道在一個(gè)指定的UE中只能有一個(gè)。一個(gè)PCell 始終在RRC_CONNECTED 模式中處

9、于活動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)可能有一個(gè)或多個(gè)SCell 處于活動(dòng)狀態(tài)。其他的SCells 僅可在連接建立后配置為CONNECTED 模式，以提供額外的無線資源。所有PCell 和SCell 統(tǒng)稱為服務(wù)小區(qū)。PCell 和SCell 以此為基礎(chǔ)的分量載波分別為主分量載波(PCC) 和輔助分量載波(SCC)。 一個(gè)PCell 配有一個(gè)物理下行控制信道(PDCCH) 和一個(gè)物理上行控制信道(PUCCH)。- 測量和移動(dòng)性過程基于PCell- 隨機(jī)接入過程在PCell 上進(jìn)行- PCell 不可被去激活。 一個(gè)SCell 可能配有一個(gè)物理下行控制信道(PDCCH)，也可能不，具體取決于UE 功能。SCell 絕沒

10、有PUCCH。- SCell 支持以MAC 層為基礎(chǔ)的激活/去激活過程，以便UE節(jié)省電池電量。簡單地做個(gè)比較：還以上面的運(yùn)輸做類比，PCell相當(dāng)于主干道，主干道只有一條，不僅運(yùn)輸貨物，還負(fù)責(zé)與接收端進(jìn)行交流，根據(jù)接收端的能力（UE Capability）以及有多少貨物要發(fā)（負(fù)載）等告訴接收端要在哪幾條干道上收貨以及這些干道的基本情況等（PCell負(fù)責(zé)RRC連接）。SCell相當(dāng)于輔干道，只負(fù)責(zé)運(yùn)輸貨物。接收端需要告訴發(fā)貨端自己的能力，比如能不能同時(shí)從多條干道接收貨物，在每條干道上一次能接收多少貨物等（UE Capability）。發(fā)貨端（eNodeB）才好按照對(duì)端（UE）的能力調(diào)度發(fā)貨，否則

11、接收端處理不過來也是白費(fèi)！（這里只是以下行為例，UE也可能為發(fā)貨端）。因?yàn)椴煌母傻肋€可能運(yùn)輸另一批貨物（其它UE的數(shù)據(jù)），不同的貨物需要區(qū)分開，所以在不同的干道上傳輸?shù)耐慌浳铮▽儆谕粋€(gè)UE）有一個(gè)相同的標(biāo)記（C-RNTI）。跨載波調(diào)度跨載波調(diào)度是Release 10 中為UE 引入的可選功能，它可以在UE 能力傳輸過程中通過RRC 激活。此功能的目的是減少使用了大型小區(qū)、小型小區(qū)和中繼的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(HetNet) 方案中對(duì)載波聚合的干擾?？巛d波調(diào)度僅用于在沒有PDCCH 的SCell 上調(diào)度資源。負(fù)責(zé)在跨載波調(diào)度上下文中提供調(diào)度信息的載波通過下行控制信息(DCI) 中的載波指示符字段(C

12、IF) 指明。此調(diào)度也支持HetNet 和不對(duì)稱配置。激活與去激活為了更好地管理配置了CA的UE的電池消耗，LTE提供了SCell的激活/去激活機(jī)制（不支持PCell的激活/去激活）。當(dāng)SCell激活時(shí)，UE在該CC內(nèi)1）發(fā)送SRS；2）上報(bào)CQI/PMI/RI/PTI；3）檢測用于該SCell和在該SCell上傳輸?shù)腜DCCH。當(dāng)SCell去激活時(shí)，UE在該CC內(nèi) 1）不發(fā)送SRS；2）不上報(bào)CQI/PMI/RI/PTI；3）不傳輸上行數(shù)據(jù)（包含pending的重傳數(shù)據(jù)）；4）不檢測用于該SCell和在該SCell上傳輸?shù)腜DCCH；5）可以用于path-loss reference for

13、 measurements for uplink power control，但是測量的頻率降低，以便降低功率消耗。重配消息中不帶mobility控制信息時(shí)，新添加到serving cell的SCell初始為“deactivated”；而原本就在serving cell集合中SCell（未變化或重配置），不改變他們?cè)械募せ顮顟B(tài)。重配消息中帶mobility控制信息時(shí)（例如handover），所有的SCell均為“deactivated”態(tài)。UE的激活/去激活機(jī)制基于MAC control element和deactivation timers的結(jié)合。基于MAC CE的SCell激活/去激活操

14、作是由eNodeB控制的，基于deactivation timer的SCell激活/去激活操作是由UE控制。AC CE的格式：LCID為11011，見下圖：Bit設(shè)置為1，表示對(duì)應(yīng)的SCell被激活；設(shè)置為0，表示對(duì)應(yīng)的SCell被去激活。每個(gè)SCell有一個(gè)deactivation timer，但是對(duì)應(yīng)某個(gè)UE的所有SCell，deactivation timer是相同的，并通過sCellDeactivationTimer字段配置（由eNodeB配置）。該值可以配置成“infinity”，即去使能基于timer的deactivation。當(dāng)在deactivation timer指定的時(shí)間內(nèi)，

15、UE沒有在某個(gè)CC上收到數(shù)據(jù)或PDCCH消息，則對(duì)應(yīng)的SCell將去激活。這也是UE可以自動(dòng)將某SCell去激活的唯一情況。當(dāng)UE在子幀n收到激活命令時(shí)，對(duì)應(yīng)的操作將在n+8子幀啟動(dòng)。當(dāng)UE在子幀n收到去激活命令或某個(gè)SCell的deactivation timer超時(shí)，除了CSI報(bào)告對(duì)應(yīng)的操作（停止上報(bào)）在n+8子幀完成外，其它操作必須在n+8子幀內(nèi)完成。SCell 添加與刪除載波聚合新增SCell 無法在RRC 建立時(shí)立即激活。因此，RRC 連接設(shè)置過程中沒有針對(duì)SCell 的配置。SCell 通過RRC 連接重新配置過程在服務(wù)小區(qū)集合中添加和刪除。請(qǐng)注意，由于LTE 間切換視為RRC 連

16、接重新配置，SCell“切換”受到支持。SCell添加與刪除，涉及A4、A2事件的具體原理和計(jì)算公式。SCell添加添加SCell的預(yù)置條件基站目前僅僅支持同一基站的小區(qū)作為CA小區(qū)，即主輔小區(qū)必須屬于同一基站。UE接入或者切入后的服務(wù)小區(qū)即為PCell，要將某小區(qū)配置為SCell需滿足如下條件：1>UE的CA能力及協(xié)議定義的頻段組合，支持PCell與該小區(qū)之間進(jìn)行CA；2>該小區(qū)與PCell互為鄰區(qū)；3>該小區(qū)與PCell互為CA協(xié)同小區(qū)；兩種SCell添加方式1）附著或切入后基站主動(dòng)為UE添加SCell2）基站收到添加輔載波的A4報(bào)告后為UE添加兩種添加方式都需滿足上述配

17、置SCell的3個(gè)預(yù)置條件，差別僅在鄰區(qū)關(guān)系，鄰區(qū)關(guān)系在網(wǎng)管可配，若為“同覆蓋”或“鄰區(qū)包含本小區(qū)”則基站主動(dòng)添加，其它鄰區(qū)關(guān)系基站會(huì)在初始接入下發(fā)針對(duì)該鄰區(qū)所在頻點(diǎn)的A4測量，UE上報(bào)A4報(bào)告后，基站配置該鄰區(qū)為UE的SCell。A4事件下發(fā)信令添加SCellRRC重配消息配置SCell：SCell刪除基站在配置某個(gè)鄰區(qū)為UE的SCell的同時(shí)，會(huì)下發(fā)針對(duì)該SCell的A2事件，用來監(jiān)控SCell的信號(hào)質(zhì)量，當(dāng)SCell的信號(hào)質(zhì)量小于A2事件的門限，UE上報(bào)A2報(bào)告，基站通過RRC重配通知UE刪除該SCell。A2事件下發(fā)刪除SCell切換 Release 10 引入了一個(gè)新的測量事件：事件A6。當(dāng)相鄰小區(qū)的強(qiáng)度比SCell強(qiáng)一個(gè)偏移量時(shí)，便會(huì)發(fā)生事件A6。對(duì)于頻段內(nèi)SCell，此事件沒那么有用，因?yàn)镻Cell 和SCell 的強(qiáng)度通常極為相似。然而，對(duì)于頻段間