LTE的载波聚合技术CA

LTE的载波聚合技术CA

LTE的载波聚合技术人们对数据速率的要求越来越高，载波聚合2013年，韩国SK电信首次商用CA，其将800MHZ频段和频段聚合为一个20MHZ频段，以获得下行峰值速率150Mbps。LGU+一个月后跟进。2）2013年11月，英国运营商EE宣布完成inter-band 40 MHz载波聚合，理论速率可达300Mpbs。3）2013年12月，澳大利亚运营商Optus首次完成在TD-LTE上载波聚合。紧随其后，日本软银、香港CSL、澳大利亚Telstra等也相继部署或商用载波聚合。刚开始，载波聚合部署仅限于2载波。2014年，韩国SK电信、LGU+成功演示了3载波聚合。随着技术的不断演进，相信未来还有更多CC的载波聚合。当然还包括TDD和FDD、LTE和WiFi之间的载波聚合。中国电信在2014年9月成功

演示了FDD和TDD的载波聚合，这也是载波聚合路上一个新的里程碑。为了说清楚载波聚合，我们首先来了解一下LTE的频段分配。载波聚合的分类载波聚合主要分为intra-band 和inter-band载波聚合，其中intra-band 载波聚合又分为连续(contiguous)和非连续(non-contiguous)。对于intra-band CA (contiguous)中心频点间隔要满足300kHz的整数倍，即Nx300 kHz。对于intra-band 非连续载波聚合，该间隔为一个或多个GAP。3GPP 关于载波聚合的定义下图是3GPP 关于载波聚合从Re-10到Re-12的定义历程。3GPP Rel-10定义了bands 1 (FDD) 和band 40 (TDD)的intra-band 连续载波，分别命名为CA_1C 和CA_40C。同时还定义band1和5的inter-band载波聚合，命名为CA_1A-5A。

3GPP Rel-11定义了更多CA配置，如下图：

3GPP Rel-12包含了TDD和FDD的载波聚合，同时还定义了支持上行2CC和下行3CC载波聚合等等。连续CA带宽等级和保护带宽对于频段内连续载波聚合，CA 带宽等级根据其支持的CC 数量和物理资源块(Physical Resource Blocks ，PRBs)) 的数量来定义。CA 带宽等级表示最大ATBC 和最大CC 数量。ATBC，即Aggregated Transmission Bandwidth Configuration，指聚合的PRB的总数量。保护带宽专门定义于连续CA，指连续CC之间需有一定的保护带宽。下表列出了CA带宽等级和相应保护带宽。另外，对于带内连续CA，PCell和SCell 频段相同，频点间隔为300kHz整数倍，且满足如下公式：明白了上面关于带宽等级的定义，我们就很容易理解载波聚合的命名规则了。比如，以CA_1C 为例，它表示在band1上的intra-band连续载波聚合，2个CC，带宽等级为C，即最大200 RBs。对应于带宽

等级为C，每CC的RB分配也可以是不同的组合，不过范围在100-200 RBs之间。带内连续intra-band载波聚合有两种方案：● 一种可能的方案是F1 和F2 小区位置相同并且重叠，提供几乎完全相同的覆盖范围。两层都提供重复的覆盖，并在两层都支持移动性。相似的方案是F1 和F2 位于拥有相似路径损失配置文件的同一频段上。● 另一方案是F1 和F2 位置相同而实现不同覆盖范围：F2 天线导向至F1 的小区边界或者F1 覆盖空洞中，以便改善覆盖范围和/或提高小区边缘吞吐量。

频段间非连续● 当F1提供广覆盖并且F2 上的RRH F2用于改善热点上的吞吐量时，可以考虑射频拉远(RRH) 方案。移动性根据F1 覆盖来执行。F1 和F2 处于不同频段时考虑类似的方案。● 在HetNet 方案中，有望看到许多小型小区和中继在

各种频段上工作。PCell / SCell / Serving Cell 概念每个CC 对应一个独立的Cell。配置了CA的UE 与1个PCell和至多4个SCell相连。某UE的PCell和所有SCell组成了该UE 的Serving Cell集合。Serving Cell可指代PCell也可以指代SCell。PCell 是UE初始接入时的cell，负责与UE之间的RRC通信。SCell是在RRC重配置时添加的，用于提供额外的无线资源。PCell是在连接建立时确定的；SCell是在初始安全激活流程之后，通过RRC连接重配置消息RRCConnectionReconfiguration添加/修改/释放的。每个CC都有一个对应的索引，primary CC索引固定为0，而每个UE的secondary CC索引是通过UE特定的RRC信令发给UE的。某个UE聚合的CC通常来自同一个eNodeB且这些CC是同步的。当配置了CA的UE在所有的Serving Cell内使用相同的C-RNTI。CA是UE级的特性，不

同的UE可能有不同的PCell以及Serving Cell集合。Pcell是UE与之通信的主要小区，被定义为用来传输RRC 信令的小区，或者相当于存在物理上行控制信道的小区，这个信道在一个指定的UE中只能有一个。一个PCell 始终在RRC_CONNECTED 模式中处于活动状态，同时可能有一个或多个SCell 处于活动状态。其他的SCells 仅可在连接建立后配置为CONNECTED 模式，以提供额外的无线资源。所有PCell 和SCell 统称为服务小区。PCell 和SCell 以此为基础的分量载波分别为主分量载波(PCC) 和辅助分量载波(SCC)。● 一个PCell 配有一个物理下行控制信道(PDCCH) 和一个物理上行控制信道(PUCCH)。- 测量和移动性过程基于PCell - 随机接入过程在PCell 上进行- PCell 不可被去激活。

● 一个SCell 可能配有一个物理下行控制信道(PDCCH)，也可能不，具体取决于UE 功能。SCell 绝没有PUCCH。

- SCell 支持以MAC 层为基础的激活/去激活过程，以便UE节省电池电量。简单地做个比较：还以上面的运输做类比，PCell相当于主干道，主干道只有一条，不仅运输货物，还负责与接收端进行交流，根据接收端的能力以及有多少货物要发等告诉接收端要在哪几条干道上收货以及这些干道的基本情况等。SCell相当于辅干道，只负责运输货物。接收端需要告诉发货端自己的能力，比如能不能同时从多条干道接收货物，在每条干道上一次能接收多少货物等。发货端才好按照对端的能力调度发货，否则接收端处理不过来也是白费！。因为不同的干道还可能运输另一批货物，不同的货物需要区分开，所以在不同的干道上传输的同一批货物有一个相同的标记。跨载波调度跨载波调度是Release 10 中为UE 引入的可选功能，它可以在UE 能力传输过程中通过RRC 激活。此功能的目的是减少使用了大型小区、小型小区和中继的异构网络

(HetNet) 方案中对载波聚合的干扰。跨载波调度仅用于在没有PDCCH 的SCell 上调度资源。负责在跨载波调度上下文中提供调度信息的载波通过下行控制信息(DCI) 中的载波指示符字段(CIF) 指明。此调度也支持HetNet 和不对称配置。

激活与去激活为了更好地管理配置了CA的UE的电池消耗，LTE提供了SCell的激活/去激活机制。当SCell激活时，UE在该CC内1）发送SRS；2）上报CQI/PMI/RI/PTI；3）检测用于该SCell 和在该SCell上传输的PDCCH。当SCell去激活时，UE在该CC内1）不发送SRS；2）不上报CQI/PMI/RI/PTI；3）不传输上行数据；4）不检测用于该SCell和在该SCell上传输的PDCCH；5）可以用于path-loss reference for measurements for uplink power control，但是测量的频率降低，以便降低功率消耗。

重配消息中不带mobility控制信息时，新添加到serving cell的SCell初始为“deactivated”；而原本就在serving cell 集合中SCell，不改变他们原有的激活状态。重配消息中带mobility控制信息时，所有的SCell均为“deactivated”态。UE的激活/去激活机制基于MAC control element和deactivation timers的结合。基于MAC CE的SCell激活/去激活操作是eNodeB控制的，基于deactivation timer的SCell激活/去激活操作是UE控制。AC CE的格式：LCID为11011，见下图：Bit设置为1，表示对应的SCell被激活；设置为0，表示对应的SCell被去激活。每个SCell有一个deactivation timer，但是对应某个UE的所有SCell，deactivation timer是相同的，并通过sCellDeactivationTimer字段配置。该值可以配置成“infinity”，即去使能基于timer的deactivation。当在deactivation timer指定的时间内，UE没有在某个CC上收到数据或PDCCH消

息，则对应的SCell将去激活。这也是UE可以自动将某SCell去激活的唯一情况。当UE在子帧n收到激活命令时，对应的操作将在n+8子帧启动。当UE在子帧n收到去激活命令或某个SCell的deactivation timer超时，除了CSI 报告对应的操作在n+8子帧完成外，其它操作必须在n+8子帧内完成。SCell 添加与删除载波聚合新增SCell 无法在RRC 建立时立即激活。因此，RRC 连接设置过程中没有针对SCell 的配置。SCell 通过RRC 连接重新配置过程在服务小区集合中添加和删除。请注意，于LTE 间切换视为RRC 连接重新配置，SCell“切换”受到支持。SCell添加与删除，涉及A4、A2事件的具体原理和计算公式。SCell添加添加SCell的预置条件基站目前仅仅支持同一基站的小区作为CA小区，即主辅小区必须属于同一基站。UE接入或者切入后的服务小区即为PCell，要将某小区配置为SCell需满足如下条件：

1>UE的CA能力及协议定义的频段组合，支持PCell与该小区之间进行CA；

2>该小区与PCell互为邻区；3>该小区与PCell互为CA协同小区；两种SCell 添加方式1）附着或切入后基站主动为UE添加SCell 2）基站收到添加辅载波的A4报告后为UE添加两种添加方式都需满足上述配置SCell的3个预置条件，差别仅在邻区关系，邻区关系在网管可配，若为“同覆盖”或“邻区包含本小区”则基站主动添加，其它邻区关系基站会在初始接入下发针对该邻区所在频点的A4测量，UE上报A4报告后，基站配置该邻区为UE的SCell。A4事件下发信令添加SCell RRC重配消息配置SCell：

SCell删除基站在配置某个邻区为UE的SCell的同时，会下发针对该SCell的A2事件，用来监控SCell的信号质量，当SCell的信号质量小于A2事件的门限，UE上报A2

报告，基站通过RRC重配通知UE删除该SCell。A2事件下发删除SCell 切换Release 10 引入了一个新的测量事件：事件A6。当相邻小区的强度比SCell强一个偏移量时，便会发生事件A6。对于频段内SCell，此事件没那么有用，因为PCell 和SCell 的强度通常极为相似。然而，对于频段间服务小区，相邻PCell 的强度可能会与服务SCell 的大不相同。根据网络状况，切换至事件A6 标识的小区可能会很有利。基站在配置某个邻区为UE的SCell的同时，如果这个SCell有同频邻区，且该邻区与PCell为邻区、CA协同小区，基站会下发用于SCell更新的A6事件，当邻区信号质量减去SCell信号质量大于A6事件门限，UE上报A6，基站通过RRC 重配通知UE删除原SCell并添加测量报告中质量更好的邻区为SCell。A6事件下发更新SCell RRC重配消息携带删除原辅小区、增加新辅小区的配置：