LTE的載波聚合技術(shù)（精編版）

1、lte的載波聚合技術(shù)人們對數(shù)據(jù)速率的要求越來越高，載波聚合（carrier aggregation，ca)成為運營商面向未來的必然選擇。什么是載波聚合簡單一點說，就是把零碎的 lte 頻段合并成一個“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頻段和頻段聚合為一個 20mhz頻段，以獲得下行峰值速率150mbps。lgu+ 一個月后跟進。2）2013年 11 月，英國運營商 ee 宣布完成 inter-band 40 mhz載波聚合，理論速率可達 300mpbs。3）2013年 12 月，澳大利亞運營商

2、optus首次完成在 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，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-b

3、and 載波聚合，其中 intra-band 載波聚合又分為連續(xù) (contiguous) 和非連續(xù) (non-contiguous) 。對于 intra-band ca (contiguous)中心頻點間隔要滿足300khz的整數(shù)倍，即nx300 khz。對于 intra-band非連續(xù)載波聚合，該間隔為一個或多個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

4、 。同時還定義 band1 和 5 的 inter-band 載波聚合，命名為 ca_1a-5a 。3gpp rel-11定義了更多 ca 配置，如下圖：3gpp rel-12包含了 tdd 和 fdd 的載波聚合，同時還定義了支持上行2cc 和下行 3cc 載波聚合等等。連續(xù) ca 帶寬等級和保護帶寬對于頻段內(nèi)連續(xù)載波聚合， ca 帶寬等級根據(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 帶寬等級表示最大atbc 和最大 cc 數(shù)量。 atbc，即 aggregated transmission bandwidthco

5、nfiguration，指聚合的 prb 的總數(shù)量。保護帶寬（ 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帶寬。下表列出了 ca 帶寬等級和相應(yīng)保護帶寬。另外，對于帶內(nèi)連續(xù)ca ， pcell 和 scell 頻段相同，頻點間隔為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cc，帶寬等級為 c，即最大 200 rbs 。對應(yīng)于帶寬等級為c，每 cc 的 rb 分配也可以是不同的組合，不過范圍在100-20

6、0 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性。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）用于改善熱點上的吞吐量時，可以考慮射頻拉遠(rrh)方案。移動性根據(jù)f1

7、覆蓋來執(zhí)行。f1 和 f2 處于不同頻段時考慮類似的方案。 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 cc 對應(yīng)一個獨立的cell 。配置了 ca 的 ue 與 1 個 pcell 和至多 4 個 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 初始接入時的cell ，負責(zé)與 ue 之間的 rrc 通信。scell 是在 rrc重配置時添加的，用

8、于提供額外的無線資源。pcell 是在連接建立（ connection establishment ）時確定的； 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/ 修改/ 釋放的。每個 cc 都有一個對應(yīng)的索引， primary cc索引固定為 0，而每個 ue 的secondary cc 索引是通過 ue 特定的 rrc 信令發(fā)給 ue 的。某個 ue 聚合的 cc 通常來自同一個enodeb且這些 cc 是同步的。當(dāng)配置了 c

9、a 的 ue 在所有的 serving cell內(nèi)使用相同的 c-rnti 。ca 是 ue 級的特性，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)，這個信道在一個指定的ue 中只能有一個。一個pcell始終在 rrc_connected模式中處于活動狀態(tài)，同時可能有一個或多個scell處于活動狀態(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)。 p

10、cell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 pcell配有一個物理下行控制信道(pdcch)和一個物理上行控制信道(pucch) 。- 測量和移動性過程基于pcell- 隨機接入過程在pcell上進行- pcell不可被去激活。 一個 scell可能配有一個物理下行控制信道(pdcch) ，也可能不，具體取決于 ue 功能。 scell絕沒有 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。簡單地做個比較：還以上面的運輸做類比，pcell 相當(dāng)于主干道，主干道只有一條，不僅運輸貨物，

11、還負責(zé)與接收端進行交流， 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 負責(zé) rrc 連接）。scell 相當(dāng)于輔干道， 只負責(zé)運輸貨物。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 ）才好按照對端（ ue）的能力調(diào)度發(fā)貨，否則接收端處理不過來也是白費?。ㄟ@里只是以下行為例， ue 也可能為發(fā)貨端）。因為不同的干道還可能運輸另一批貨物（其它 ue 的數(shù)據(jù)），不同的貨物需要區(qū)分開，所以在不同

12、的干道上傳輸?shù)耐慌浳铮▽儆谕粋€ ue）有一個相同的標(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 (cif) 指明。此調(diào)度也支持hetnet和不對稱配置。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

13、的激活/ 去激活機制（不支持 pcell 的激活/ 去激活）。當(dāng) scell 激活時， ue 在該 cc 內(nèi) 1 ）發(fā)送 srs；2 ）上報 cqi/pmi/ri/pti；3 ） 檢測用于該 scell 和在該 scell 上傳輸?shù)?pdcch。當(dāng) scell 去激活時，ue 在該 cc 內(nèi) 1 ）不發(fā)送 srs；2）不上報 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 的 pdcch ；5 ） 可 以 用 于 path-loss reference for measurements for

14、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，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）， 不改變他們原有的激活狀態(tài)。重配消息中帶 mobility控制信息時（例如handover），所有的 scell 均為“ deactivated”態(tài)。ue 的激活/ 去激活機制基于mac control element和 deactivation timers的結(jié)合?；?mac ce 的 scell 激活/ 去激活操

15、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，表示對應(yīng)的 scell 被激活；設(shè)置為 0 ，表示對應(yīng)的 scell 被去激活。每個 scell 有一個 deactivation timer，但是對應(yīng)某個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。

16、當(dāng)在 deactivation timer指定的時間內(nèi)， ue 沒有在某個 cc 上收到數(shù)據(jù)或pdcch 消息，則對應(yīng)的scell 將去激活。這也是ue 可以自動將某 scell 去激活的唯一情況。當(dāng) ue 在子幀 n 收到激活命令時，對應(yīng)的操作將在n+8子幀啟動。當(dāng) ue 在子幀 n 收到去激活命令或某個 scell 的 deactivation timer 超時，除了csi 報告對應(yīng)的操作（停止上報）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 建立時立即激活。因此，rrc 連接設(shè)置過程中沒有針對 scell的配置。

17、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。請注意，由于 lte 間切換視為 rrc 連接重新配置， 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)之間進行ca ；2> 該小區(qū)與 pcell 互為鄰區(qū)；3> 該小區(qū)與 pcell

18、 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為ue 添加 scell2） 基站收到添加輔載波的a4 報告后為 ue 添加兩種添加方式都需滿足上述配置scell 的 3 個預(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)”則基站主動添加，其它鄰區(qū)關(guān)系基站會在初始接入下發(fā)針對該鄰區(qū)所在頻點的a4 測量，ue 上報 a4報告后，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鄰區(qū)為ue 的 scell 的同時，會下發(fā)針對該scell 的 a2 事件， 用來監(jiān)控 scell 的信號質(zhì)量， 當(dāng) scell 的信號質(zhì)量小于 a2 事件的門限， ue 上報a2 報告，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引入了一個新的測量事件：事件a6 。當(dāng)相鄰小區(qū)的強度比scell強一個偏移量時，便會發(fā)生事件a6 。對于頻段內(nèi) scell ，此事件沒那么有用，因為 pcell 和 scell 的強度通常極為相似。然而，對于頻段間服務(wù)小區(qū)，相鄰