LTE-A 载波聚合(Carrier Aggregation)介绍
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)。
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