LTE的载波聚合技术

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（Carrier Aggregation ，CA) 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频段合并成一个“虚拟”的更宽的频段，以提高数据速率。

我们先来看看全球CA发展历程。

1）2013年，韩国SK电信首次商用CA，其将800MHZ频段和1.8GHZ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（s）。

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（Guard bands）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（contiguous）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（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。

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（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（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)。