载波聚合技术(Carrier Aggregation)

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：

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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。

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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）。

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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：

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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CC2。small 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CA算法对宏站打开PDCCH交叠搜索空间开关、切换时配置辅载波开关、CA业务触发开关；对室分除上述三个开关外，还打开基于A2删除辅载波开关和GbrAmbr判断开关，当辅载波电平低于A2门限时，可删除辅载波。

1. CA信令流程分析

目前，cat6终端支持CA,市面上已知终端为华为Mate7手机，本次测试采用Mate7+probe

3.14进行。

CA业务流程如下（包括切换）：

1. eNodeB配置CA小区集，并配置CA特性相关的参数。 CA 小区集是指在eNodeB上将若干小区配置到一个逻辑集合内，只有该集合内的小区才允许聚合；

133160宏站（D1+D2）CA小区集配置如下：

可见，CA小区0、1、2分别对应本地小区（0、3）、（1、4）、（2、5），均为TDD相同子帧配比。

1. 2.

3. 4. 5.

CA UE在PCell（ Primary Cell）建立完成初始连接建立。 PCell是CA UE驻留的小区，即主服务小区；

根据CA UE上报的测量结果， eNodeB配置CA UE的SCell（ Secondary cell）。 SCell是指在PCell上通过RRC Connection Reconfiguration 消息配置给CA UE的辅小区，可以为CA UE提供更多的无线资源；

实时监测CA UE数据量，根据结果激活或去激活Scell（基于A2删除辅载波开关打开时）；

当PCELL电平降低到一定门限时，触发A2事件，进行切换判决；

若CA UE已配置了 SCell，则下发A5测量事件(该事件相关参数所属的MO为InterFreqHoGroup)；若未配置SCell，则下发A4测量事件(该事件相关参数所属的MO为(InterFreqHoGroup)。

对应信令流程如下：

1. attach建立

在UE能力上报时，可看出是否为具备CA能力终端，进而为系统是否下发CA相关测量控制及切换（信令上主要体现为RRC Connection Reconfiguration）提供判断依据。华为MATE7开启CA功能后终端能力上报信息如下：

1. 下发RRC Connection Reconfiguration消息，主要携带同频A3、异频A1/A2（亦为CA系统间切换、Pcell向SCell切换时异频A2事件）、异系统A1/A2、盲A2事件的门限值及相关迟滞、测量间隔、上报小区个数等参数。该条信令与非CA场景下发内容相同，但该站A1/A2门限值间隔较普通非CA基站较小，具体信令截图如下：

可以看出，异频切换A1/A2门限为-91/-92dbm，间隔仅为1db（普通小区为5db），即使加上偏置（2db），测量区间也仅为3db，远小于普通小区下的7db，极易发生乒乓切换；异系统A1/A2门限为-115/120dbm，起测门限略高于普通小区（-100dbm），判决门限相同。

2. 下发RRC Connection Reconfiguration消息，下发A4配置，用来通知UE起GAP，并对辅载波进行测量。

1. 满足A4事件时，UE上报Meas Report，包含对辅小区的测量信息。

2. 下发RRC Connection Reconfiguration消息，包含辅载波配置信息，告诉UE

配置辅载波。

3. 下发RRC Connection Reconfiguration消息，停止A4 GAP，室分站点

143348(E1+E2)还下发删除Scell的A2配置。

4. 路测时，随着Pcell电平下降，达到A2触发门限后，UE测量上报A2事件。

5. 下发RRC Connection Reconfiguration消息，携带切换配置，若UE配置Scell，

则下发A5相关判决门限；否则，下发A4相关判决门限。测试中UE已配置Scell，故下发A5配置信息。

1. UE进行测量，当满足A5门限时，上报A5事件。

2. 下发RRC Connection Reconfiguration消息，进行切换。

通过上述流程分析，可对CA主要涉及切换、配置/删除辅载波门限总结如下：

其中，门限1用于删除Scell时判决门限，即Scell电平需小于-109dbm；（目前策略中门限1仅室分起作用）

门限2用于载波聚合时，配置Scell门限，即Scell电平需大于-105dbm；

门限3用于上报门限5后，未配置Scell时，异频切换门限；

门限4、5为异频切换起测（门限5）、停止（门限4）门限；

门限6用于上报上报门限5后，配置Scell时，异频切换门限，判决时需联合门限5使用；

建议与总结：

1. CA小区配置异频切换A1、A2触发门限区间过窄，仅为1db，加上偏移量也仅为3db，远小于普通小区的8db区间，对于R8/R9终端以及CA UE非CA时切换易造成频繁切换隐患，建议增大A1、A2触发门限区间。

2. 激活（配置）Scell门限为-105dbm，配置Scell时异频切换（包括Pcell与Scell间切换、CA系统间切换），邻小区门限为-108dbm，区间仅为3dbm，如果邻小区为Scell情况下，会造成Pcell与Scell间来回乒乓切换，建议增大两者间隔避免\乒乓\隐患。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/tihd.html