關鍵技術 二：LTE-A CA | 帶你讀《5G UDN（超密集網絡）技術詳解》之十一

第 2 章 LTE 微蜂窩和小小區技術

2.3　LTE 小小區關鍵技術

2.3.3　LTE-A CA

除了在空間域不斷增加小小區部署的密度，在頻域增加系統的工作帶寬， 也是增強系統容量的正常有效手段。在低頻段，無線頻譜資源是比較寶貴且稀 缺的，營運商通常需要支付高額的競标使用費用，才能購買到幾十兆赫茲授權 頻譜的獨家經營使用權，是以業界長期以來，一直對針對低頻段内載波譜效提升的技術非常看中且大力推進，比如，利用低頻高維的 MIMO 技術（8×8）和 高階調制解調技術（256 QAM，1024 QAM）。在中高頻段内，比如大于 6 GHz 範圍，那裡有非常廣闊充裕的頻譜帶寬資源，28 GHz 頻段的可用頻譜 帶寬可達 1 GHz, 而 60 GHz 頻段中每個信道的可用信号帶寬則分别到 2 GHz, 且有大量免費的非授權載波資源，是以在 5G 時代，營運商們更加看中對這些 中高頻段内的載波資源的廣泛聚合利用，為了降低技術的複雜度，可适當降低 對高頻無線譜效的要求。

載波聚合技術用于通過提高系統工作帶寬來增強系統容量，且能同時提高 使用者上下行資料傳輸速率和鍊路健壯性。為了更好地支援 Rel-8/Rel-9 遺留 終端（Legacy UE），結合“重用性原則”最大限度地重用已有的載波設計， LTE-A Rel-10 載波聚合系統中的各個分量載波（CC，Component Carrier） 均要保持後向相容性，即任何 Rel-8/Rel-9 遺留終端都可以獨立地接入和服務 于這些分量載波上。但在 LTE-A Rel-13 LAA 系統中，工作于非授權載波上 的分量載波不需要具備後向相容，是以終端不可以獨立地接入非授權載波以及 由它們服務，這一設計強化了非授權載波和授權載波之間的耦合綁定關系，傳 統蜂窩營運商可以牢牢抓住蜂窩市場的控制權。

TDD 類型的分量載波之間、FDD 類型的分量載波之間，或者 TDD/FDD 類型的分量載波之間都可以使用載波聚合技術彼此聚合起來。各個分量載波可 以具有不同的工作帶寬，包括：1.4、3、5、10、15 和 20 MHz。Rel-10 載 波聚合技術最多可支援 5 個分量載波聚合而成，是以最大載波聚合工作帶寬為 100 MHz，而 LTE-A Rel-13 eCA 技術則最多可支援 32 個分量載波聚合而成， 是以最大載波聚合工作帶寬為 640 MHz，注：5G NR 可支援最大的載波聚合 工作帶寬，6 GHz 以下的單 CC 可支援最大 100 MHz 帶寬，而 24 GHz 以上的 單 CC 可支援最大 400 MHz 帶寬，且最大聚合 CC 個數都為 16，是以最大載 波聚合工作帶寬為 6 400 MHz。在 FDD CA 下，上行和下行載波聚合可以有不 同數量的 CC，下行 CC 的個數大于或等于上行 CC 的個數，每一個分量載波也可具 有不同的工作帶寬。但在 TDD CA 下，上、下行 CC 的數量和相應的工作帶寬 通常是相等的。

對于被聚合的載波對象，最簡單的是，将相同工作頻段中的相鄰分量載波 聚合起來，這種方式稱為同頻段内連續聚合。由于營運商授權頻譜無線資源分 配受限的緣故，這種方式很難實作大規模的載波聚合。是以，相同工作頻段内 也需要支援非連續的載波之間聚合，即所有的分量載波同屬于同一工作頻段， 但是它們之間有頻譜間隙存在：Non-Contiguous CA，如圖 2-4 所示。進一 步地，當分量載波分屬于不同的工作頻段時，則稱為跨頻段聚合：Inter-Band CA。上述三大種載波聚合方式，對基站和終端的 RF 子產品有不同的性能要求，但 它們的實體層和空口基本機制都是非常類似的。在 5G NR 中同樣存在上述三大 種載波聚合方式，和 LTE-A 系統一樣，能聚合在一起的 CC 必須屬于同一種 RAT，即 LTE 和 NR 載波之間，或者它們和其他 RAT 制式系統載波之間，不 能進行載波聚合操作，讀者後面會看到，異構系統之間可以進行雙 / 多連接配接操作。

從實際工程化應用的角度出發，LTE-A 能實作的載波聚合具體的配置，應 當在 E-UTRA 系統特定的有效工作頻段和載波成員數量之間的結合給予标準 化規定，例如，通過 RAN4 工作組。為了區分不同的載波聚合方式或不同載波 聚合組合，3GPP 給出了以下新定義。

（1）聚合傳輸帶寬配置（ATBC，Aggregated Transmission Bandwidth Configuration）：定義了實體信道頻域資源塊聚合的總數量。

（2）載波聚合帶寬等級（CBC，CA Bandwidth Class）：定義了結合最大 聚合傳輸帶寬配置和最大連續的分量載波數量，例如分下面幾種等級。

• Class A：ATBC ≤ 100MHz，最大連續的分量載波數量 CC = 1。
• Class B：25 MHz
• Class C：100 MHz ＜ ATBC ≤ 200 MHz，最大連續的分量載波數量 CC = 2。
• Class D：200 MHz ＜ ATBC ≤ 300 MHz，最大連續的分量載波數量 CC = 3。

（3）載波聚合配置：定義了 E-UTRA 特定的有效工作頻段和載波聚合等級 的組合，例如，CA_1C 配置定義了，在 E-UTRA 工作頻段 1 内的連續載波聚合， 載波聚合等級為 C。CA_1A_1A 配置定義了在 E-UTRA 工作頻段 1 内有兩個 CC 的非連續載波聚合，載波聚合等級都為 A。CA_1A_5B 配置定義了在 E-UTRA 工 作頻段 1 上等級 A 的分量載波集合，同時在工作頻段 5 上的等級 B 的分量載波集合，是以是跨頻段載波聚合。是以，通過目前 3GPP RAN4 協定中規定的具 體載波聚合配置，可得知實際工程應用已能支援的載波聚合有效實際配置。

載波聚合中每一個分量載波，都對應着一個服務小區，這些服務小區的覆 蓋範圍可以不同，但對于特定處于載波聚合工作模式的終端，總處于它們的覆 蓋重疊區域之内。如圖 2-5 所示，RRC 連接配接信令承載 SRB 通常隻由一個錨點 服務小區來承載，這個錨點服務小區稱為主服務小區（PSC，Primary Serving Cell），相對應的分量載波為主分量載波（PCC）。而其他分量載波都稱為輔分 量載波（SCC），對應着其他一般的輔服務小區（SSC，Secondary Serving Cell）。上行實體回報信道 PUCCH 的回報資訊 UCI 必須通過 PSC 承載，而輔 分量載波或輔服務小區，可以根據業務資料傳輸的需求，在不影響目前 RRC 連 接狀态的情況下，來進行增加、修改和删減，但隻有主分量載波或主服務小區 發生變化，才意味着終端切換。PSC 上的無線鍊路狀态決定了終端的 RRC 狀态， 當 PSC 發生無線鍊路失敗（RLF，Radio Link Failure）的時候，終端才被觸 發 RRC 重建，SSC 上發生 RLF 不會觸發 RRC 重建和終端 RRC 狀态的改變， 隻會影響到SSC上的資料傳輸。PSC的切換改變必然會影響到SSC的工作狀态。 反之則不然，是以現網部署中，通常選擇無線覆寫較大的宏小區作為 PSC，作 為信令控制面，而覆寫較小的小區作為 SSC，作為增強的資料使用者面，如此可 保持終端的 RRC 連接配接和資料傳輸的連續性。

對于跨頻段載波聚合，不同分量載波通常會經曆不同的路徑衰落以及傳播 散射、折射、反射。相同發射功率下，當工作載波的頻段越高時，路徑衰落就 越快，無線覆寫範圍通常就越小。如圖 2-5 所示，載波聚合集合中的 3 個分量載波，隻有黑色終端使用者才可完全利用，由于白色終端使用者并不在虛線的分量 載波的覆寫範圍内，是以僅能使用載波聚合集合中的兩個分量載波。這意味着 終端的移動，通常會觸發載波聚合集合的改變和重配。需要注意的是，當有多 個使用者利用相同的載波聚合集合時，每個使用者可利用不同的分量載波作為其主 分量載波（PCC），這樣可以獲得實體控制信道的負載均衡。

載波聚合對于終端是一種可選的能力，需要有額外的基帶射頻能力支援， 為了能最大限度地後向相容，支援遺留終端和 Rel-10 版本後不支援載波聚合 能力的終端，所有分量載波上的上下行資料傳輸都可支援 Rel-8 的實體層基本 機制。空口 RRC 專有消息必然要引入對輔分量載波輔服務小區的配置操作，而 MAC 實體必須能完成對多個分量載波的協同排程和資源管理。對于實體層，最 大的變動是在下行，單子幀内的 PDCCP DCI 排程指令需同時處理對多個分量 載波的排程，而對于上行 PUCCH 回報，單子幀内 PUCCH UCI 回報需能聯合 傳輸所有分量載波上 HARQ 程序對應的 ACK/NACK 和 CSI。

載波聚合支援非跨載波排程（自排程）和跨載波排程兩種排程方式，若一個終 端配置為非跨載波排程方式，該終端需在每個激活的分量載波上都檢測對應于本載 波的 DCI，是以需同時監聽多個 PDCCH 信道。終端若配置為跨載波排程方式，可 根據跨載波排程的高層信令配置，僅在一部分分量載波上監聽 PDCCH 信道，檢測 相應的聯合排程資訊。

在載波聚合多個服務小區處于同基站内的場景下，由于面向同一個上行信 号接收節點，終端在各個載波聚合服務小區的上行時間超前值（TA，Timing Advance）通常都相同，即上行時間同步統一；而在異構微蜂窩網絡中，如圖 2-6 所示，在 LPN 節點光纖射頻拉遠的場景下，終端可能面向不同的上行接收 節點，是以終端在 PCC 和 SCC 上可能存在不同 TA 的情況，即上行同步時間 不對齊。在 Rel-11 中，這種異構微蜂窩部署下的載波聚合場景已被支援。在 LTE-A Rel-15 中，伴随着 euCA 功能的引入，Scell 還可以支援新的狀态， eNB 基站可通過 MAC CE 指令進行狀态轉移的控制，進而使得終端既可省電， 還可使該 Scell 更快地恢複到工作激活态。

LTE CA 工作架構和基本機制也适用于 5G NR，LTE CA 一系列增強技 術中的各個問題和增強設計也普遍适用于 5G NR CA 的設計。在後面相關章 節中還可看到：5G NR 還引入了補充上行（SUL，Supplementary UL）的 載波聚合增強機制，即單個 NR 服務小區可同時和兩個跨頻段上行載波和一 個下行載波進行關聯，其中一個是傳統的主上行載波，具備上行信道的全配 置；另一個是 SUL 輔上行載波，具備部分信道配置，用于上行覆寫增強，比 如深度室内覆寫場景。在 SUL 配置中，DUSCH 信道可被配置在兩個 UL 載 波上，但 PUCCH 信道隻能被配置在一個 UL 載波上。終端在 SUL 和 Normal UL 上不能同時被排程和發送資料包。此外，單個 NR 分量載波，還可進一步 切分為多個部分子帶寬（BWP，Bandwidth Part），各個 BWP 可配置不同的 Numerology，但在單個 NR 分量載波上，終端某時刻隻能在它的某一個激活 的 BWP 上工作，gNB 基站可通過 DCI 指令，控制終端在單分量載波内的不同 BWP 之間切換工作，這些稱為帶寬自适應技術。

2.3.4　LTE-A 協作多點傳輸