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1、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）2
2、013 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
3、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
4、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 T
5、ransmission 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
6、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
7、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
8、 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
9、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 CONNEC
10、TED 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
11、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（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
12、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）。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
13、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）不传输上行数据（包含 pending 的重传数据）；4 ）不检测用于该 SCell 和在该 SCell 上传输的 PDCCH；5）可以用于 path-loss re
14、ference 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（未变化或重配置），不改变他们原有的激活状态。重配消息中带 mobility 控制信息时（例如 handover），所有的 SCell 均为“deactivated”态。UE 的激活/去激活机制基于 MAC control element 和 deactivation ti
15、mers 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/去激活操作是由 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 的所有SCell， deactivation timer 是相同的，并通过 sCellDeactivationTimer 字段配置（由 eNodeB 配置）。该值可以配置成
16、“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（停止上报）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，由于 L
