再談載波聚合

christ2liu 2015-08-09

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什么是載波聚合？

（上面這是道路和車子^_^ 別再問了.....）

自從4G建網(wǎng)后，大家最關心的就是手機上網(wǎng)速度，也開始認識到一個新的名詞—-載波聚合。

那么什么是載波聚合？

技術宅滾粗，來點一聽就懂的！

載波聚合，即Carrier Aggregation）。

每次被問到這個問題，我就會用以下例子說明：

（對不起，我畫畫就是這樣…爛）

今天有兩條道路，車流往同一方向，兩條道路分別為5米寬，同一時間一條道路最多只能有一臺車通過。（假設這輛車很寬嘛別找我麻煩?。?/p>

因此兩條道路同一時間可以有兩臺車通過。

但是！！人生就是有很多但是，

這兩條道路上的車子不允許切換車道?。。赡苤虚g是深溝或小溪之類的）

這就是沒有載波聚合的情況！

如果今天其中一條道路A塞滿了車，道路B卻一輛車也沒有，那么同一時間內可以通過的車輛就只有一臺，道路A上的車子并不允許切換到道路B上去，所以只能繼續(xù)塞在道路A（就是這么蠢）。

這時載波聚合就發(fā)揮作用了!

載波聚合就是把兩條道路合并在一起，讓兩條5米寬的道路合并成一條10米寬的道路，

5+5=10

讓原本兩條道路上的車子可以自由的切換車道~（普天同慶~）

那么同一時間點可以通過的車子數(shù)量就是穩(wěn)定的2臺了，沒有道路會被空著而導致浪費。

如果非要套用回正常技術面，

上面說的道路寬度就是頻率帶寬（Bandwidth),而道路就是載波（Carrier）。

既然已經(jīng)回到正常技術面，

現(xiàn)在，技術宅又滾回來了！

繼續(xù)談談為什么要使用載波聚合？

為什么要用載波聚合？

原因一：

提高峰值速率。LTE R8這種信號能使用的最大帶寬是20MHz，最低1.4MHz。載波聚合將能使用的所有載波/信道綁在一起，用竟可能大的帶寬達到更高的峰值速率。

載波聚合可以使用連續(xù)的帶寬和不連續(xù)的帶寬，帶寬靈活性很大。載波聚合中單個載波稱為CC（component carrier），每個CC可以使用LTE R8規(guī)定的任何帶寬 (1.4, 3, 5, 10, 15, 和 20 MHz)。

香農定理是載波聚合的理論基礎，香農定理告訴我們系統(tǒng)的峰值速率和系統(tǒng)帶寬呈線性關系，所以最簡單的獲得更高峰值速率的辦法就是增加帶寬。在LTE中，沒有定義更高的系統(tǒng)帶寬去達到峰值速率的要求，而是采用了CA的方式前向兼容，可以從R8，R9平滑過渡到LTE-A。

原因二：

讓運營商在已有的不同帶寬的系統(tǒng)中，提供一個統(tǒng)一的更高峰值速率的解決方案。例如運營商想要重耕2G、3G頻率并使用4G技術，CA可以靈活的實現(xiàn)這一目標。

原因三：

在宏站中部署微站時管理頻率資源的靈活性。

微站是滿足熱點區(qū)域服務要求的重要手段，但是在宏站中部署微站有一個嚴峻的問題，就是控制信道的干擾問題，如PDCCH。通常的小區(qū)間干擾協(xié)調都是針對PDSCH的，但是宏站對微站PDCCH的干擾更為嚴重。CA可以很好的解決這個問題，將宏站和微站的PDCCH放在不同的CC上，數(shù)據(jù)傳輸可以智能合并不同頻率的CA容量，如下圖所示：

圖 : 跨載波調度

補腦幾個基本概念：

Primary Cell（PCC）：主小區(qū)，是工作在主頻帶上的小區(qū)。UE在該小區(qū)進行初始連接建立過程，或開始連接重建立過程。在切換過程中該小區(qū)被指示為主小區(qū)。

Secondary Cell（SCC）：輔小區(qū)，是工作在輔頻帶上的小區(qū)。一旦RRC連接建立，輔小區(qū)就可能被配置以提供額外的無線資源。

Serving Cell：處于RRC_CONNECTED態(tài)的UE，如果沒有配置CA，則只有一個Serving Cell，即PCell；如果配置了CA，則Serving Cell集合是由PCell和SCell組成。

CC：Component Carrier；載波單元

載波聚合的應用場景

載波聚合的類型

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)(contiguous)和非連續(xù)(non-contiguous)。

注：協(xié)議規(guī)定，連續(xù)兩個CC的載波間隔必須為300kHz的整數(shù)倍，以保證子載波的正交性；若非連續(xù)載波，沒有要求。

引入載波聚合后空口協(xié)議的變化

載波聚合對網(wǎng)元的要求

Evolved packet core (EPC)

在MIMO 2x2 配置下，核心網(wǎng)需要能夠支持單用戶下行峰值速率300Mbps。

eNodeB

eNodeB要能夠支持一個獨立的RLC實體、每載波各自獨立的MAC實體、以及LBBP板間通信。

RRU/RFU

根據(jù)3GPP 36.104 6.5.3要求：

1）intra-band CA (contiguous)兩頻點采用不同RRU/RFU，同步時延需在130ns以下；

2）intra-band CA (non-contiguous)兩頻點采用不用RRU/RFU，同步時延需在260ns以下；

3）inter-band CA兩頻點采用不同RRU/RFU，同步時延需在1.3us以下。

根據(jù)3GPP 36.808 5.7要求，intra-band CA (contiguous)中心頻點間隔要滿足300khz的整數(shù)倍：

連續(xù)的20MHz+20MHz，中心頻點間隔為19.8MHz；20MHz+10MHz，中心頻點間隔為14.4MHz。計算公式如下：

以某運營商為例，CA演示選用頻段及頻點為：

1.8G：下行頻率——1860MHz 頻點——1750

2.6G：下行頻率——2640MHz 頻點——2950

說明：BWchanne(1)、BWchannel(2)分別為兩個載波的帶寬。

需要UE支持CA功能，以及相關的頻段及帶寬組合。3GPP TS 36.306 規(guī)定，如果UE支持CA，需要上報“supportedBandCombination”，eNodeB根據(jù)UE支持的頻段及帶寬組合進行載波聚合。

載波管理

載波聚合狀態(tài)

CA UE共有三種狀態(tài)：SCell（Secondary Cell）配置未激活、SCell配置并激活、SCell未配置。

通過RRC信令配置或去配置SCC,通過MAC信令激活或去激活SCC。

通常通過A4事件配置SCC,通過A2事件去配置SCC。

SCell配置

CA UE將滿足A4測量門限值的小區(qū)上報給eNodeB，如果該小區(qū)與PCell（Primary Cell）屬于同一個CA Group，那么eNodeB下發(fā) RRC Connection Reconfiguration 將其配置為該CA UE的SCell。

基站會下發(fā)RRC Connection Reconfiguration消息，下發(fā)A4配置測量，對SCell進行測量。

A4事件下發(fā)信令:

滿足A4事件時，UE上報Meas Report，包含SCell的測量信息?；鞠掳l(fā)RRC Connection Reconfiguration消息，將其配置為Scell。

RRC重配消息配置SCell：

SCell去配置

當CA UE上報SCell的CaMgtCfg.CarrAggrA2ThdRsrp，通過 RRC Connection Reconfiguration 將該CA UE的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的信號質量，當SCell的信號質量小于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):

SCell去配置:

SCell切換

Release 10 引入了一個新的測量事件：事件A6。當相鄰小區(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，對于頻段間服務小區(qū)，相鄰PCell 的強度可能會與服務SCell 的大不相同。根據(jù)網(wǎng)絡狀況（如流量負載分布），切換至事件A6 標識的小區(qū)可能會很有利。

基站在配置某個鄰區(qū)為UE的SCell的同時，如果這個SCell有同頻鄰區(qū)，且該鄰區(qū)與PCell為鄰區(qū)（非同覆蓋關系）、CA協(xié)同小區(qū)，基站會下發(fā)用于SCell更新的A6事件，當鄰區(qū)信號質量減去SCell信號質量大于A6事件門限，UE上報A6，基站通過RRC重配通知UE刪除原SCell并添加測量報告中質量更好的鄰區(qū)為SCell。

A6事件下發(fā)：

A6事件測量報告：

更新SCell

RRC重配消息攜帶刪除原SCell、增加新SCell的配置：

Scell激活與去激活

SCC激活一般條件：

– RLC buffer長度高于門限

– RLC包時延超限

SCC去激活一般條件：

– RLC速率低于門限

– RLC buffer長度低于門限

如果打開載波管理開關CaMgtCfg.CarrierMgtSwitch（亦即設為ON），在CA UE數(shù)據(jù)量不大的情況下可以去激活SCell從而節(jié)省UE在SCell的盲檢、收發(fā)數(shù)據(jù)的能耗，以及上行CSI反饋。