LTE 载波聚合简介 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 ServingCell 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 ComponentCarrier;上行主载波单元 DL SCC :Downlink SecondaryComponent Carrier;下行辅载波单元 UL SCC:Uplink SecondaryComponent Carrier;上行辅载波单元 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, 如下图: 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 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 HetNet (heterogeneous network)的支持后续会在跨承载调度(cross-carrierscheduling)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 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(connectionestablishment)时确定的;SCell 是在初始安全激活流程 (initial security activationprocedure)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 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 primarycarrier 对应的上行 primarycarrier(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 ULgrant 与哪个一 上行 CC 相关 CC 的配置需要满足如下要求: DL CCs 的个数根据该 UE 的 DL 聚合能力来配置 UL CCs 的个数根据该 UE 的 UL 聚合能力来配置 对于某个 UE 而言,配置的 UL CCs 数不能大于 DL CCs 数 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) 连续的 CCs 之间的中心频率间隔必须是 300kHz 的整数倍这是为了兼容 Rel-8 的 100 kHzfrequency raster,并保证子载波的 15kHz spacing,从而取的最小公倍数(详见 36.300 的 5.5 节) 还是简单地做个比较: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 ) 跨承载调度的典型应用场景 在 LTE-A 中,跨承载调度的主要作用是在异构网络中为 PDCCH 提供 ICIC (Inter- CellInterference Coordination)支持。
一个典型异构网络场景如下: 一个 macro cell 和一个 small cell 共享 2 个下行 CC :CC1 和 CC2small cell 的 2 个 CC 都 在低传输功率下工作,macro cell 的 CC1 在高传输功率工作,CC2 在低传输功率工作 macro cell 在 CC1 上的传输对 small cell 的 CC1 有很大的干扰因此,在 small cell 上,使 用 CC2 上的 PDCCH 来跨承载调度传输在 CC1 上的数据是有好处的 激活/去激活机制 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 reference for measurements for uplink powercontrol,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 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/去激活操作是由 UE 控制 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 “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 CA(Carrier Aggregation,载波聚合)为 3GPP 在 Release 10 (TR 36.913) 阶段引入,是将多个连续或非连续的载波聚合成更大的带宽,以便当整网资源未全部占用时,可大幅提升整网资源利用率,改善用户峰值速率体验;同时载 波聚合可以提高离散频谱的利用率 近期,通过对 T 市 CA 实验片区 133160 宏站(D1+D2)和酒店室分 143348(E1+E2)进行实地勘察、测试,对 CA 信令流程以及涉及参数、门限在 室分宏站方面的差异进行了总结分析,具体如下: LTE 载波聚合CA 的优化 1. CA 软硬件结构变化 硬件变化 通过对 133160 宏站(D1+D2)机房内勘察,CA 后硬件以及覆盖变化如下: 可见,D1+D2 进行 CA 情况下,在单 D1 情况下机框内 2 号槽位新增了一块 LBBPd4 单板,共用原 UMPT 主控板、RRU 以及天馈系统,为共站同覆盖模 式,硬件变动较小。
软件变化 目前,华为 eRAN7.0 支持 CA,下行最多支持两个载波聚合(最大 40MHZ), 仍为 2×2 MIMO, 上行不支持 CA,因此,eNodeB 软件版本需升级至 eRAN7.0 及以上 通过 LST ENODEBALGOSWITCH 指令可以看出,T 市 C。