载波聚合技术Carrier Aggregation.docx
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载波聚合技术CarrierAggregation
LTE载波聚合简介
首先介绍几个基本概念
PrimaryCell(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)
SecondaryCell(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)
ServingCell:
处于RRC_CONNECTED态的UE,如果没有配置CA,则只有一个ServingCell,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:
ComponentCarrier;载波单元
DLPCC:
Downlink Primary ComponentCarrier;下行主载波单元
ULPCC:
Uplink Primary ComponentCarrier;上行主载波单元
DLSCC:
Downlink SecondaryComponentCarrier;下行辅载波单元
ULSCC:
Uplink SecondaryComponentCarrier;上行辅载波单元
为了满足LTE-A下行峰速1Gbps,上行峰速500Mbps的要求,需要提供最大100MHz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(CarrierAggregation,CA)是将2个或更多的载波单元(ComponentCarrier,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20MHz。
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(heterogeneousnetwork)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servingcell)的数据
R8版本UE只支持在一个servingcell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ServingCell集合(至多5个,见36.331的6.4节的maxServCell-r10)。
ServingCell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(initialsecurityactivationprocedure)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,primaryCC索引固定为0,而每个UE的secondaryCC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ServingCell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ServingCell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:
∙DLCCs的个数根据该UE的DL聚合能力来配置
∙ULCCs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ULCCs数不能大于DLCCs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-downlinkconfiguration也应该是一样的。
但是特殊帧配置(specialsubframeconfiguration)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100kHzfrequencyraster,并保证子载波的15kHzspacing,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(UECapability)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(UECapability)。
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-CellInterferenceCoordination)支持。
一个典型异构网络场景如下:
一个macrocell和一个smallcell共享2个下行CC:
CC1和CC2。
smallcell的2个CC都在低传输功率下工作,macrocell的CC1在高传输功率工作,CC2在低传输功率工作。
macrocell在CC1上的传输对smallcell的CC1有很大的干扰。
因此,在smallcell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-lossreferenceformeasurementsforuplinkpowercontrol,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servingcell的SCell初始为“deactivated”;而原本就在servingcell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MACcontrolelement和deactivationtimers的结合。
基于MACCE的SCell激活/去激活操作是由eNodeB控制的,基于deactivationtimer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deactivationtimer,但是对应某个UE的所有SCell,deactivationtimer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deactivationtimer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(CarrierAggregation,载波聚合)为3GPP在Release10(TR36.913)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2×2MIMO,上行不支持CA,因此,eNodeB软件版本需升级至eRAN7.0及以上。
通过LSTENODEBALGOSWITCH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.CAUE在PCell( PrimaryCell)建立完成初始连接建立。
PC
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