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(yíng)商面向未來的必然選擇。什么是載波聚合？簡(jiǎn)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(guó)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(guó)運(yùn)營(yíng)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(yíng)商optus首次完

2、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(guó)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(guó)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。精品.精品.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)

3、(contiguous)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。精品.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

4、rel-11定義了更多ca配置，如下圖：精品.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。精品.連續(xù)ca帶寬等級(jí)和保護(hù)帶寬精品.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

5、保護(hù)帶寬。下表列出了ca帶寬等級(jí)和相應(yīng)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。精品.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。

6、兩層都提供重復(fù)的覆蓋，并在兩層都支持移動(dòng)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(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。精品.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。精品.pcell / scell / servin

7、g cell 概念每個(gè)cc對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的cell。配置了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rr

8、cconnectionreconfiguration添加/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。精品.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

9、個(gè)。一個(gè)pcell 始終在rrc_connected 模式中處于活動(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(cè)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(

10、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。精品.簡(jiǎn)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 capabilit

11、y）。發(fā)貨端（enodeb）才好按照對(duì)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(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）?？巛d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

12、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(duì)稱配置。精品.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(cè)用于該scell和在該scell上傳輸?shù)膒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(cè)用于該scell和在該scell上傳

13、輸?shù)膒dcch；5）可以用于path-loss reference for measurements for uplink power control，但是測(cè)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deactiv

14、ation timers的結(jié)合?；趍ac ce的scell激活/去激活操作是由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dea

15、ctivation。精品.當(dāng)在deactivation timer指定的時(shí)間內(nèi)，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

16、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：1ue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

17、加輔載波的a4報(bào)告后為ue添加精品.兩種添加方式都需滿足上述配置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(cè)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：精品.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)精品.刪除scell精品.切換 release 10 引入了一個(gè)新的測(cè)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)閜cell 和scell 的強(qiáng)度通常極為相似。然而，對(duì)于頻段間服務(wù)小區(qū)，相鄰pcell 的強(qiáng)度可能會(huì)與服務(wù)sc