LTE之载波聚合（一）：简介

载波聚合（Carrier Aggregation）

首先介绍几个基本概念

Primary Cell（PCell）：主小区是工作在主频带上的小区。UE在该小区进行初始连接建立过程，或开始连接重建立过程。在切换过程中该小区被指示为主小区（见36.331的3.1节）

Secondary Cell（SCell）：辅小区是工作在辅频带上的小区。一旦RRC连接建立，辅小区就可能被配置以提供额外的无线资源（见36.331的3.1节）

Serving Cell：处于RRC_CONNECTED态的UE，如果没有配置CA，则只有一个Serving Cell，即PCell；如果配置了CA，则Serving Cell集合是由PCell和SCell组成（见36.331的3.1节）

CC：Component Carrier；载波单元

DL PCC ：Downlink  Primary  Component Carrier；下行主载波单元

UL PCC ：Uplink  Primary  Component Carrier；上行主载波单元

DL SCC ：Downlink  Secondary Component Carrier；下行辅载波单元

UL SCC ：Uplink  Secondary Component Carrier；上行辅载波单元

 

 

一. 简介

为了满足LTE-A下行峰速1 Gbps，上行峰速500 Mbps的要求，需要提供最大100 MHz的传输带宽，但由于这么大带宽的连续频谱的稀缺，LTE-A提出了载波聚合的解决方案。

载波聚合（Carrier Aggregation, CA）是将2个或更多的载波单元（Component Carrier, CC）聚合在一起以支持更大的传输带宽（最大为100MHz）。

每个CC的最大带宽为20 MHz。

为了高效地利用零碎的频谱，CA支持不同CC之间的聚合（如图1）

·         相同或不同带宽的CCs

·         同一频带内，邻接或非邻接的CCs

·         不同频带内的CCs 

图1：载波聚合

      从基带(baseband)实现角度来看，这几种情况是没有区别的。这主要影响RF实现的复杂性。

      CA的另一个动力来自与对异构网络（heterogeneous network）的支持。后续会在跨承载调度(cross-carrier scheduling)中对异构网络进行介绍。

      Rel-10中的所有CC都是后向兼容的（backward-compatible），即同时支持Rel-8的UE。

• R10版本UE支持CA，能够同时发送和接收来自多个CC（对应多个serving cell）的数据
• R8版本UE只支持在一个serving cell内，从一个CC接收数据以及在一个CC发送数据

    简单地做个比较：原本只能在一条大道（cell或cc）上运输的某批货物（某UE的数据），现在通过CA能够在多条大道上同时运输。这样，某个时刻可以运输的货物量（throughput）就得到了明显提升。每条大道的路况可能不同（频点、带宽等），路况好的就多运点，路况差的就少运点。

二.  PCell / SCell / Serving Cell / CC

      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（见36.331的6.4节的maxSCell-r10）。某UE的PCell和所有SCell组成了该UE的Serving Cell集合（至多5个，见36.331的6.4节的maxServCell-r10）。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（见36.331的6.2.2节的sCellIndex-r10）。

      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。

图2：CA配置举例（“P”代表PCC）

      与非CA的场景类似，通过SystemInformationBlockType2的ul-CarrierFreq和ul-Bandwidth字段，可以指定下行primary carrier对应的上行primary carrier（仅FDD需配置该字段）。这样做的目的是无需明确指定，就知道通过下行传输的某个UL grant与哪个一上行CC相关。

      CC的配置需要满足如下要求：

Ø  DL CCs的个数根据该UE的DL聚合能力来配置

Ø  UL CCs的个数根据该UE的UL聚合能力来配置

Ø  对于某个UE而言，配置的UL CCs数不能大于DL CCs数

Ø  在典型的TDD部署中，UL和DL的CC个数是一样的，并且不同的CC之间的uplink-downlink configuration也应该是一样的。但是特殊帧配置（special subframe configuration）可以不同。(见36.211的4.2节)

      CA支持的频带见36.101的Table 5.5A-1和Table 5.5A-2。对应RRC消息中如下字段：

BandParameters-r10 ::= SEQUENCE {

   bandEUTRA-r10                INTEGER (1..64),

   bandParametersUL-r10         BandParametersUL-r10               OPTIONAL,

   bandParametersDL-r10         BandParametersDL-r10               OPTIONAL

}

 

      每个CC能够支持的带宽见36.101的Table 5.6-1。对应RRC消息RadioResourceConfigCommonSCell-r10的dl-Bandwidth-r10和ul-Bandwidth-r10字段。

      CA带宽类型（CA Bandwidth Class）见36.101的Table 5.6A-1。对应RRC消息中如下字段：

 

CA-MIMO-ParametersDL-r10 ::= SEQUENCE {

   ca-BandwidthClassDL-r10            CA-BandwidthClass-r10,

   supportedMIMO-CapabilityDL-r10     MIMO-CapabilityDL-r10           OPTIONAL

}

 

CA-BandwidthClass-r10 ::= ENUMERATED {a, b, c, d, e, f, ...}

 

      连续的CCs之间的中心频率间隔必须是300 kHz的整数倍。这是为了兼容Rel-8的100 kHz frequency raster，并保证子载波的15 kHz spacing，从而取的最小公倍数（详见36.300的5.5节）。

图3：不同CC间中心频率的间隔

    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（UE Capability）以及有多少货物要发（负载）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（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（UE Capability）。发货端（eNodeB）才好按照对端（UE）的能力调度发货，否则接收端处理不过来也是白费！（这里只是以下行为例，UE也可能为发货端）。

    因为不同的干道还可能运输另一批货物（其它UE的数据），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（属于同一个UE）有一个相同的标记（C-RNTI）。