CA-谈谈载波聚合

CA

Carrier Aggregation

人们对数据速率的要求越来越高，载波聚合成为运营商面向未来的必然选择。什么是载波聚合？简单一点说，就是把零碎的LTE频段合成一个“虚拟”的更宽的频段，以提高数据速率。

刚开始，载波聚合部署仅限于二载波。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。

1.LTE的频段分配

2.载波聚合的分类

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 [k?n't?gj??s]邻近，连续的）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N*300kHz。

对于intra-band非连续载波聚合，改间隔为一个或多个GAP（s）。

3.3GPP关于载波聚合的定义

3GPP关于载波聚合从R10到R12的定义过程：

P R10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。同时还定义了band1和band5的inter-band载波聚合，命名为CA_1A-5A。

3GPP R11定义了更多CA配置，如下图：

3GPP R12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。

4.连续CA带宽等级和保护带宽

对于频段内续载波聚合，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总数量。保护带宽（Guard bands）专门定义于连续CA，指连续CC之间需要有一定的保护带宽。

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，切满足如下公

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，他表示在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之间。

[]

MHz

0.3

0.6

BW

BW

0.1

BW

BW

spacing

channel Channel(2)

Channel(1)

Channel(2)

Channel(1)

?

?

?

?

?

?

?

?-

-

+

=

5.带内连续intra-band（contguous）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意频段上。

●另一种方案是F1和F2位置相同而实现不同的覆盖范围：F2天线导向至F1的小区边界

或者F1覆盖空洞以便改善覆盖范围和/或提高小区边缘吞吐量。

6.频段间非连续

●当F1（较低频率）提供广覆盖并且F2上的RRH F2（较高频率）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。

7.PCell/SCell/Serving Cell概念

每个CC对应一个独立的Cell。配置了CA的UE与一个PCell和最多4个SCell相连。某UE的PCell 和所有SCell组成了改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（Connection Establishment）时确定的；SCell是在初始安全激活流程（Initial Security Activation Procedure）之后，通过RRC连接重配置消息（RRC Connetion Reconfiguration）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 Cell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都是同步的。

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。

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（PUCCH）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模式中处于激活状态，同时可能有一个或者多个SCell处于激活状态。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为别为主分量载波（PCC）和辅助分量载波（SCC）。

●一个PCell配有一个PDCCH和一个PUCCH。

（1）测量和移动性过程基于PCell

（2）随即接入过程在PCell上进行

（3）PCell不可被去激活

●一个SCell可能配有一个PDCCH，也可能不，具体取决于UE功能。SCell绝对没用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

简单的做个比较：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（UE Capability）以及以及有多少货物要发（负载）等告诉接收端要在那几条干道上收货以及这些干道的基本情况等（PCell负责RRC连接）。SCell相当于辅干道，只负责运输货物。

接收端需要告诉发货端子机的能力，比如能不能同时从多条干道上接收货物，在没跳干道上一次能接收多少货物等（UE Capability）。发货端（eNodeB）才好按照对端的能力调度发货，否则接收端（UE）处理不过来也是白费！（这里只是以下行为例，UE也可能未发货端）。

因为不同的干道还可能运输另一批货物（其他UE的数据），不同货物需要区分开，所以再不同的干道上传输的同一批货物（属于同一个UE）有一个相同的标记（C-RNTI）。

8.跨载波调度

跨载波调度是R10中为UE引入的可选功能，它可以再UE能力传输中通过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。

9.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（不支持PCell的激活/去激活）。

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）不检测用于该SCell和在该SCell上传输的PDCCH;

（4）不传输上行数据（包含pending的重传数据）;

（5）可以用于path-loss reference for measurements for uplink power control，但是测量的频率降低，一遍降低功率消耗。

重配置消息中不带有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集合中的SCell（未变化或重配置）,不改变他们原有的状态。

重配置消息中带有mobility控制信息时（例如handover），所有的SCell均为“Deactivated”。

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/去激活操作是由eNodeB控制的，基于Deactivation Timer的SCell激活/去激活操作由UE控制。

MAC 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的所用SCell，Deactivation Timer是相同的，并通过sCellDeactivation Timer字段配置（由eNodeB配置）。该值可以配置为”Infinity”,即去使能基于timer的Deactivation。

当在Deactivation Timer指定时间内，UE没有在某个CC上收到数据或者PDCCH消息，则对应的SCell 将去激活。这也是UE可以自动将某个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。

10.SCeel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连接重配置过程在服务小区集合中添加和删除。请注意，由于LTE间切换视为RRC连接重配置，SCell“切换”收到支持。

SCell添加与删除，设计A4、A2时事件的具体原理和计算公式。

SCell添加

添加SCell的预置条件

基站目前仅仅支持统一基站的小区作为CA小区，即主辅小区必须属于统一基站。

UE接入或者切入后的服务小区记为PCell，要将某小区配置为SCell需要满足如下条件：

（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）附着或者切入后基站主动为UE添加SCell；

（2）基站收到添加辅助载波的A4报告后为UE添加。

两种添加方式都需要满足上述配置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，其他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，基站配置改邻区为UE都SCell。

A4事件下发信令：

添加SCell

RRC重配置消息配置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小区，基站通过RRC重配置通知UE删除该SCell。

A2事件下发

删除SCell

11.切换

R10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。

对于频带内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的打不相同。根据网络状况（如何流量负载分布），切换至事件A6表示的系群殴可能会很有利。

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（非同覆盖关系）、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：