主頁（http://www.www.jjxinkai.com）：理解LTE-Advanced載波聚合

本理解指南概述了HSPA 和LTE 網(wǎng)絡(luò)中的載波聚合的演進(jìn)，討論了架構(gòu)的含義。

一 開發(fā)載波聚合(CA) 的動機

多載波應(yīng)用理念是隨著運營商技術(shù)的提升和數(shù)據(jù)容量方面的運營挑戰(zhàn)而產(chǎn)生的。最初的UMTS部署主要重視覆蓋面最大化，因此，單一載波容量就足以應(yīng)付用戶需求。

數(shù)據(jù)用戶近一段時間快速增長，原因除HSPA 可用性外，還有更好的寬帶多媒體應(yīng)用程序用戶體驗、高速Internet 和相對便宜的智能手機的可用性等多種因素。因此，運營商獲取了多個頻譜許可證并部署使用多載波的HSPA網(wǎng)絡(luò)，以滿足容量需求，在首個部署情形下，這些多載波在L2和L1上獨立運作。此類情形需要嚴(yán)格的無線資源管理和層協(xié)調(diào)，以定義負(fù)載平衡標(biāo)準(zhǔn)。

IP數(shù)據(jù)包的突發(fā)性和不可預(yù)測性使載波負(fù)載平衡的管理效率非常低下。聯(lián)合載波資源分配的理念隨之出現(xiàn)，并產(chǎn)生Release 8 中稱為“相鄰載波雙小區(qū)HSDPA 操作”的3GPP 功能。由于降低了存在未用資源的概率，聯(lián)合資源分配和載波間負(fù)載平衡的主要優(yōu)點是實現(xiàn)了更好的資源利用和頻譜效率。這種現(xiàn)象有時也稱為“集群效率”。HSPA CA 的演進(jìn)將在下一章進(jìn)行介紹。HSPA+ 推出后，載波聚合又被引入3GPP Release 10 中的LTE-Advanced。

一方面，載波聚合的總體目標(biāo)是通過以下方式提供小區(qū)間增強而一致的用戶體驗：

● 通過結(jié)合不同頻率下可用的峰值容量和吞吐量性能，最大化峰值數(shù)據(jù)速率和吞吐量

● 通過減輕相關(guān)的低效因素改善移動性，這些低效因素是常常分散在不同頻段的非連續(xù)載波的無線部署所固有的

● 憑借跨頻率和系統(tǒng)的負(fù)載平衡，向用戶提供更好且更一致的QoS。在一個頻段遇到阻塞的用戶可以無縫調(diào)度，以訪問在另一個頻率或系統(tǒng)下可用的未用容量。

● 通過智能資源分配實現(xiàn)干擾管理。

另一方面，它向運營商提供了一種低成本的解決方案，以增加其現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)吞吐量和容量，只需對已經(jīng)使用多個頻率的站點進(jìn)行少量軟件升級即可。

二 HSPA+ 載波聚合

本節(jié)將通過3GPP 版本重點介紹HSPA 上的載波聚合的演進(jìn)。

3GPP HSPA+（演進(jìn)）概述

雙載波DC-HSDPA 是3GPP Release 8 的功能，在全球已有大量商業(yè)部署。該DC-HSDPA 限制在5 MHz 的2 個相鄰載波。

在Release 9 中，相鄰載波限制已經(jīng)解決，可通過MIMO 提供具有單獨頻段的雙頻HSDPA 操作。而且還考慮了上行鏈路，引入了雙載波HSPA。

在隨后的版本中，先前在3GPP 多輪多載波標(biāo)準(zhǔn)化過程中開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)化框架再次使用，在Release 10 中提供兩個獨立頻段上的4載波HSDPA。

下一步， Release11就是提供最高8載波HSDPA 的支持，聚合高達(dá)40 MHz的頻譜，以滿足ITU 對真正4G/IMT-Advanced 的需求。Release 11 也支持同一頻帶上非相鄰載波的聚合。
圖1：HSPA 載波聚合的演進(jìn)

峰值速率能力隨著每次演進(jìn)顯著提升。載波聚合是對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行明顯能力改善的少數(shù)幾個功能之一。

如圖2 所示，從Release 7 下行鏈路理論峰值數(shù)據(jù)速率28 Mbps 開始，每個版本都將該峰值翻倍，到Release 11 時，采用2x2MIMO 可實現(xiàn)336 Mbps 的吞吐量，而結(jié)合4x4 MIMO 可實現(xiàn)672 Mbps 的吞吐量。

圖2：采用載波聚合后HSPA 吞吐量的演進(jìn)

HSPA 的演進(jìn)推動峰值數(shù)據(jù)速率不斷接近LTE-Advanced 性能，使得這一成熟技術(shù)在部署LTE 后仍得以延續(xù)。下面的章節(jié)將詳細(xì)描述這些演進(jìn)。然而，UE的復(fù)雜性和與W-CDMA 多載波相關(guān)的功耗也許會減緩對下一版的需求。

Release 8
相鄰載波上的雙小區(qū)HSDPA 操作
這一版本的載波聚合首先在Release 8 中引入，稱為“相鄰載波上的雙小區(qū)HSDPA 操作”功能。這種技術(shù)在不使用MIMO 的情況下將峰值速率翻倍（采用64QAM），從21Mbps 提升到42Mbps。此功能結(jié)合了相鄰5 MHz 帶寬的2 個載波。雙載波用戶可在兩個5 MHz 載波之間調(diào)度。

與HSDPA 技術(shù)無關(guān)的信道保持所謂的“主服務(wù)小區(qū)”，物理層過程也依賴于這個主服務(wù)小區(qū)。傳輸信道鏈?zhǔn)仟毩⒌模�它們以類似于MIMO 的方式獨立執(zhí)行編碼、調(diào)制和混合自動重復(fù)請求(HARQ) 重傳。

此功能在隨后章節(jié)中詳細(xì)介紹，它是HSPA 多載波功能所有演進(jìn)的基礎(chǔ)。

Release 9
Rel-9 的HSPA+ 增強功能：雙載波HSUPA
容量方面的相同需求推動了對上行鏈路中的類似雙載波的支持。因此，Release 9 中引入了相鄰上行鏈路載波上的雙載波HSUPA操作。它依賴與DC-HSDPA 相同的原理：接著采用16QAM 把上行鏈路速率翻倍，達(dá)到23 Mbps。此外，眾所周知，上行鏈路條件中的UE 通常主要受到帶寬而不是上行鏈路實際發(fā)射功率的限制。因此，DC-HSUPA 在數(shù)據(jù)速率和可用性方面的優(yōu)勢至關(guān)重要。

DC-HSUPA 用戶可以在兩個E-DCH 2 ms TTI 傳輸信道上發(fā)射數(shù)據(jù)，每個信道基于各自的上行鏈路載波。用戶在同一個扇區(qū)的兩個不同小區(qū)上由同一個Node B 提供服務(wù)。輔載波可以通過HS-SCCH 指令激活或停用。每個活動的HSUPA 載波機制在很大程度上是相互獨立的，分別執(zhí)行自己的授權(quán)信令、功率控制和軟切換。

DC-HSUPA 的一個很大限制是必須通過DC-HSDPA 操作進(jìn)行配置；只有在輔助下行鏈路載波也處于活動狀態(tài)時，輔助上行鏈路載波才處于活動狀態(tài)。主要原因是輔助下行鏈路載波信道對上行鏈路操作（F-DPCH、E-AGCH、E-RGCH、E-HICH）而言必不可少。與此相反，HS-DPCCH 總是映射在主上行鏈路載波上，因此，輔助上行鏈路不是輔助下行鏈路操作的必要條件。

支持DC-HSDPA 的不同頻段（雙頻段DC-HSDPA）
為了提供DC-HSDPA Release 8（其頻段必須相鄰）之外的操作模式，Release 9 引入了對非相鄰頻段的支持，通過一項稱為雙頻段DC-HSDPA (DB-DC-HSDPA) 操作的功能來支持MIMO。它擴(kuò)展了運營商的部署可能性，因為其頻譜許可通常分散在幾個不同的頻段。因為原理相同，與DC-HSDPA 操作相比，可預(yù)期的吞吐量改進(jìn)不多；不過，非并列頻段有不同的傳播損失和干擾系統(tǒng)，因此可從中繼和頻域上獲得額外容量增益，性能可能會有提升。

在DB-DC-HSDPA中，上行傳輸只能在一個載波上進(jìn)行，上行載波可以被網(wǎng)絡(luò)配置為2個頻段中的任意一個。

在Release 9 中，雙頻段HSDPA 操作指定用于三個不同的頻段組合，每個組合適用于一個ITU 區(qū)域：

● 頻段I (2100 MHz) 和頻段V (850 MHz)
● 頻段I (2100 MHz) 和頻段VIII (900 MHz)
● 頻段II (1900 MHz) 和頻段IV (2100/1700 MHz)

Release 9 保留了在符合Release 9 要求的后續(xù)版本中增加額外頻段組合的可能性。在Release 10 中，添加了下列新組合：

● 頻段I (2100 MHz) 和頻段XI (1450 MHz)

● 頻段II (1900 MHz) 和頻段V (850 MHz)

● In Rel-9 DC-HSDC can be combined together with MIMO
● This allows achieving a peak rate of 84 Mbps in 10 MHz
圖3：Rel-9 - 與CA 組合的MIMO 的圖形化表示

Release 10
四載波HSDPA
Rel-10 中引入了對四載波非連續(xù)HSDPA (4C-HSDPA) 操作的支持。它的原理與Rel-8 DC-HSDPA 和Rel-9 雙頻段（withMIMO）相同。4C-HSDPA 允許NodeB 在最多四個5 MHz 載波上同時調(diào)度一個用戶傳輸。

● In Rel-10 Four Carriers for HSDPA can be combined

● This allows achieving a peak rate of 84 Mbps in 20 MHz
圖4：Rel-10 4C-HSDPA 圖形化表示（無MIMO）

利用最高調(diào)制方案(64 QAM)，并在每個下行載波上配置下行MIMO 2X2，理論峰值數(shù)據(jù)速率可達(dá)到168 Mbps。性能是(DB)-DC-HSDPA 可獲得性能的兩倍。

對于4C-HSDPA，載波使用可分散到兩個頻段上。此結(jié)構(gòu)沿用與Rel-9 DB-DC-HSDPA 操作相似的結(jié)構(gòu)。支持的頻段組合如下所列（每個組合適用于一個ITU 區(qū)域）：

● 頻段I (2100 MHz) 和頻段V (850 MHz)：頻段I 中一到兩個載波，同時頻段V 中一到兩個載波
● 頻段I (2100 MHz) 和頻段VIII (900 MHz)：頻段I 中兩到三個載波，同時在頻段V 中配置一個載波
● 頻段II (1900 MHz) 和頻段IV (2100/1700 MHz)：頻段II 中一到兩個載波，同時頻段IV 中一到兩個載波

也可以僅在頻段I (2100 MHz) 中配置三個相鄰的載波。
可能的4C-HSDPA Release 10 配置如圖5 中所示。

與Release 9 相似，后續(xù)版本中可以進(jìn)一步增加頻段組合。

圖5 顯示Release 10 將載波指定為相鄰。選擇這一結(jié)構(gòu)的目的是簡化接收器整合，減少典型的UE Release 10 兼容設(shè)備所需的接收器數(shù)量。不過，從協(xié)議角度而言，該規(guī)格允許非連續(xù)頻段。

4C-HSDPA 操作的結(jié)構(gòu)在很大程度上重新利用了為Rel-8 DC-HSDPA 和Rel-9 DC-HSDPA（with MIMO）標(biāo)準(zhǔn)化的L1/L2解決方案。

● L1 更改限于對L1 反饋信道(HS-DPCCH) 的更改。更具體而言，為了容納雙倍的L1 反饋信息，此物理信道的擴(kuò)頻系數(shù)從256 降為128。
● L2 更改限于UE 緩沖區(qū)大小的增加，如RLC AM 和MAC-(e)hs 緩沖區(qū)；對于4C-HSDPA 而言，這意味著可以通過總計四個HS-DSCH 傳輸信道同時在主服務(wù)小區(qū)和輔助服務(wù)小區(qū)調(diào)度UE。

與以往的多載波功能相同，對于激活的下行載波和流，HARQ 重新傳輸、編碼和調(diào)制是獨立執(zhí)行的。服務(wù)NodeB 傳送的HSSCCH命令也保留了處理輔助載波激活/停用的機制。

在Release 10 中，特別為支持無MIMO 的3 載波做了工作。引入了新的編碼簿來支持這些配置，并維持與過往版本中相同的HSDPSCCH上行覆蓋范圍。

Release 11
載波HSDPA - 8-載波HSDPA - 40 MHz 載波聚合
在Release 11 中，與HSDPA 的載波聚合潛力擴(kuò)展至最多8 個載波，并可在一個UE 中使用40 MHz 聚合。載波不需要相鄰，而且可從多個頻段中聚合載波。

與Rel-8 至Rel-10 中標(biāo)準(zhǔn)化的其他多載波功能相似，此功能有望帶來類似的吞吐量增益。與Release 10 中的4 載波HSDPA相比，峰值吞吐量理論上翻倍。

8C-HSDPA 部署限于僅一個上行載波。承載CQI 和確認(rèn)的相關(guān)上行信令將通過兩個獨立的HS-DPCCH 進(jìn)行傳輸。Rel-10 中針對4C-HSDPA 標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案將重新利用：兩路SF128 信道化碼用于傳輸相關(guān)的信令。

為支持比特率提升，L2 進(jìn)行了更改，即增大了MAC-ehs 窗口大小。RLC 層空間也有所增大。MIMO 可以針對每個載波獨立配置。STTD 和單流MIMO 移動性將使用與Rel-10 相似的方式進(jìn)行處理：只基于主載波。
 

Release 12 及以上

Release 11 中Nokia [R1-111060] 提議了LTE 和HSDPA 的聚合，但推遲到了Release 12。某一稱為“LTE 和HSDPA 載波聚合”的研究項目正在作為Release 12 的一部分進(jìn)行調(diào)查研究。

同時利用HSDPA 和LTE 的理念源自運營商可能遇到的難處：既需要并行使用這兩種技術(shù)，但又面臨可用頻譜有限的現(xiàn)實。

無論是在HSDPA 還是LTE 中，任何聚合背后的出發(fā)點都是為最終用戶提供更高的峰值速率，能夠動態(tài)平衡多個已部署載波之間的負(fù)載，盡可能提供最好的頻譜利用率。在LTE 和HSPA 系統(tǒng)并存的多無線環(huán)境中，也存在著相同的出發(fā)點。這種RAT 間載波聚合能夠在低/中等負(fù)載上提供最高的增強，而且它們也可讓小區(qū)邊緣和小區(qū)中心UE 受益。

考慮到極具猝發(fā)性的實際網(wǎng)絡(luò)上典型的用戶情況，RAT 間負(fù)載平衡切換顯然不是解決方案。與RAT 間負(fù)載平衡方案相比，利用組合的調(diào)度程序可允許動態(tài)平衡下行負(fù)載（TTI 粒度），并可最大化對現(xiàn)有LTE 和HSDPA 多載波實施的重新利用。載波聚合調(diào)度屬于MAC 層功能，因此從模型角度而言，聯(lián)合調(diào)度確實需要在LTE 和HSDPA 之間進(jìn)行MAC 層通信。

從上行角度上看，由于UE 功耗限制和無線覆蓋范圍的原因，聚合不那么有吸引力。

除了調(diào)度靈活性和數(shù)據(jù)速率增益外，HSPA+LTE 聚合還可能為HSPA 頻譜的重新分配策略帶來更大的靈活性。

圖6：Release 12 及以上：聚合LTE + HSPA（4Gamerica 表示）

HSPA Release 8 及其以上中的多載波原理
本節(jié)著重闡述Release 8 中引入的名為DC-HSPDA 的雙載波功能，其屬于3GPP 多載波演進(jìn)歷程中的一部分。HSPA 中多載波原理的結(jié)構(gòu)從其首次實現(xiàn)基礎(chǔ)上演進(jìn)。

如前面所述，多載波的基本理念是通過聯(lián)合資源分配和載波間負(fù)載平衡獲得更好的資源利用率和頻譜效率。因此，對于DCHSDPA而言，網(wǎng)絡(luò)可以捆綁兩個相鄰的5 MHz 下行載波。具備DC 功能的HSPA UE 可以同時在兩個載波上分配資源。雙載波是HSDPA 的自然演進(jìn)，允許用戶峰值數(shù)據(jù)速率在理論上翻倍，使用16QAM 時最高可達(dá)42 Mbps。

不過，3GPP Release 8 中的雙載波有下列限制：

● 雙小區(qū)傳輸僅適用于HSDPA 物理信道；
● 兩個小區(qū)屬于相同的Node-B，并在相鄰的載波上；
● 兩個小區(qū)不使用MIMO 為雙小區(qū)操作配置的UE 提供服務(wù)；
● DC-HSDPA 中配置的UE 不支持發(fā)射分集閉環(huán)模式1 (CLM1)，僅支持STTD。

不過，如上一小節(jié)中所述，3GPP 版本間的HSPA 演進(jìn)克服了相應(yīng)限制，允許非相鄰頻段的不同組合。

雙小區(qū)通過動態(tài)多重用戶提供更高的資源利用效率，改善了負(fù)載共享，并且通過將所有碼和功率資源分配至TTI 中的單個用戶實現(xiàn)瞬時數(shù)據(jù)速率在理論上翻番。.通過提高傳輸速度，縮短了回路延遲時間。10 MHz 帶寬也用于在信號衰減條件下更高效地調(diào)度UE，從聯(lián)合調(diào)度中獲得頻率選擇增益和改善的QoS 增益。

圖7演示了如何根據(jù)信號衰減條件調(diào)度用戶。考慮3 個用戶，UE1 和UE2 為單載波設(shè)備，分別處于載波F1 和F2 上。UE3 是雙載波設(shè)備。無線資源根據(jù)信號衰減條件在UE間共享。

圖7：DC Node-B 以及根據(jù)信號衰減條件調(diào)度用戶示例

我們知道NodeB 和UE 調(diào)度程序依賴于供應(yīng)商，而且并不完全由3GPP標(biāo)準(zhǔn)化。
顯然演進(jìn)至多載波也會以UE 和Node B 復(fù)雜度為代價，其硬件實施頗有挑戰(zhàn)。我們將在測試部分中面臨這些挑戰(zhàn)。

DC-HSDPA 功能描述
3GPP 在Release 8 中定義了兩個載波，如下所示：

● 服務(wù)HS-DSCH 小區(qū)（或主載波）：UE 的主載波具有包括DPCH/F-DPCH、E-HICH、E-AGCH 和E-RGCH 在內(nèi)的所有物理信道。這一載波也有一個關(guān)聯(lián)的上行鏈路；

● 輔助服務(wù)HS-DSCH 小區(qū)（或增補載波）：在CELL_DCH 狀態(tài)的雙載波操作期間，UE 的增補載波是下行載波，而不是UE的主載波。不過，如上一小節(jié)中所述，3GPP 版本間的HSPA 演進(jìn)克服了相應(yīng)限制，允許非相鄰頻段的不同組合。

圖8 顯示信道DC操作：可以注意到，同一小區(qū)既可以是一個UE 的主小區(qū)，也可是另一UE 的輔小區(qū)。UE 主小區(qū)除了DCHSDPA外還要求HSUPA 和F-DPCH，并且同時具有DL 和UL Tx，而輔小區(qū)則僅有DL Tx。

圖8：DC-HSDPA 中雙載波信道映射

輔助服務(wù)小區(qū)的激活和停用命令通過新的HSSCCH 命令指示，使用一比特比特來指明HS-SCCH 命令是輔助服務(wù)HS-DSCH小區(qū)激活還是停用命令[25.212]。
移動性過程基于HS-DSCH小區(qū)進(jìn)行。這并不會引發(fā)問題，因為這兩個小區(qū)位于相鄰的載波上，因此從各種Node-B 上遭遇相同的路徑損失。
物理層規(guī)格上的工作主要側(cè)重于控制信道設(shè)計，以便支持DC-HSDPA 操作。設(shè)計選擇如下方所述。
 

HS-SCCH 設(shè)計

UE 最多監(jiān)控總計6 個HS-SCCH（每個載波最多4 個HS-SCCH）。這一數(shù)字是在限制UE 復(fù)雜度（Rel-8 HSDPA 要求UE 能夠在一個載波上最多監(jiān)控4 個HS-SCCH）和限制堵塞可能性（如數(shù)據(jù)包由于沒有可用的控制信道而無法調(diào)度，此可能性會隨著HSSCCH數(shù)量減少而升高）之間折中而來。另外，也同意HS-SCCH 映射到與其控制的HS-PDSCH 的數(shù)據(jù)傳輸相同的載波上。

UE 應(yīng)該能夠同時接收來自服務(wù)HS-DSCH 小區(qū)的最多一個HS-DSCH 或HS-SCCH 命令，以及來自輔助服務(wù)HS-DSCH 小區(qū)的最多一個HS-DSCH 或HS-SCCH 命令。

通過HS-SCCH 控制載波的激活/停用和用戶映射的主要優(yōu)點為：

● 改善動態(tài)負(fù)載平衡：多載波用戶可由S-RNC 配置成擁有不同的主服務(wù)小區(qū)，改善擁塞管理靈活性，并可能提高數(shù)據(jù)速度。
● UE 電池省電：停用特定的載波可以讓UE 關(guān)閉對應(yīng)的接收器鏈。這可在突發(fā)流量情形中大大提高省電能力。

ACK/NACK 和CQI 報告
ACK/NACK 和CQI 報告由單一碼HS-DPCCH 承載。這一選擇優(yōu)于雙碼HS-DPCCH 設(shè)計，因為從立方度量角度而言單碼方案性能優(yōu)于后者（即更容易被UE 傳輸功率放大器處理，并且需要更少的功率裕度），因而提供增強的UL覆蓋范圍。

CQI 報告方案重新利用了MIMO 解決方案，即輔助服務(wù)小區(qū)激活時CQI 為10 個比特（類似于雙流MIMO），而不是5 個比特（單流MIMO）。當(dāng)輔助服務(wù)小區(qū)激活時，從兩個單獨的CQI 報告構(gòu)建復(fù)合CQI 報告。ACK/NACK 報告也基于MIMO 使用2碼字傳輸?shù)慕鉀Q方案。

性能
DC-HSDPA 與[25.825] 中報告的2xSC-HSDPA 的性能比較表明，DC-HSDPA 提高了全緩沖流量的用戶和扇區(qū)吞吐量，尤其是在低負(fù)載情形中。增益在很大程度上基于系統(tǒng)中的負(fù)載：隨著用戶數(shù)增長增益會降低，因為每個小區(qū)（載波）的多用戶多樣性也會變大，因而降低了DC- 和SC-HSDPA 之間的性能差異。圖9 顯示了扇區(qū)吞吐量根據(jù)每扇區(qū)用戶數(shù)的增益。如我們所看到的，DC-HSDPA 增益在低負(fù)載時更為明顯。在每扇區(qū)2 個用戶時，扇區(qū)吞吐量中的增益為25%。在每扇區(qū)32 個用戶時，增益為7%。

圖9：DC HSDPA 對2xSC-HSDPA [TS 28.825] 的容量增益

此外，低幾何條件用戶的吞吐量增益要高于高幾何條件用戶。
DC 對于Web 瀏覽或VoIP 等突發(fā)流量非常有益。有結(jié)果表明，DC-HSDPA 可以在低負(fù)載到中負(fù)載上實現(xiàn)突發(fā)速率翻番。在低負(fù)載到中負(fù)載時，對于給定的突發(fā)速率，DC-HSDPA 可以支持的用戶數(shù)是2xSC-HSDPA 的兩倍多。

三 LTE-Advanced 載波聚合

在3GPP 規(guī)格的Release 10 中，DC-HSPA 在Release 8 和Release 9 中進(jìn)行的基礎(chǔ)性工作被引入到LTE-Advanced 規(guī)格中。

這一稱為載波聚合(CA) 的功能是LTE-Advanced 的核心功能。CA 允許LTE 實現(xiàn)IMT-Advanced 強制實施的目標(biāo)，同時也保留了對Release 8 和9 LTE 的向后兼容性。Release 10 CA 允許LTE 無線接口配置為具有任意數(shù)量（最多五個）載波，使用任何帶寬（包括不同帶寬），處于任何頻段中。載波聚合可用于FDD 和TDD。下列章節(jié)中，闡述了Release 10 原理，以及Release 11 中提供的擴(kuò)展。

載波聚合類型
上行和下行鏈路以完全獨立地配置，唯一的限制是上行載波的數(shù)量不可超過下行載波的數(shù)量。每一聚合的載波稱為分量載波(CC)。分量載波的帶寬可以是1.4、3、5、10、15 或20 MHz。最多五個分量載波時，最大聚合帶寬為100 MHz。3GPP 中定義了三種類型的分配，以滿足不同運營商的頻譜狀況。

頻段內(nèi)連續(xù)
運營商安排聚合的最簡單方式是在同一運行頻段中使用連續(xù)的分量載波（如LTE Rel-8/9 中定義），即頻段內(nèi)連續(xù)。在當(dāng)今頻率分配的條件下，大于20 MHz 的連續(xù)帶寬方案不太可能；但是，等以后世界各地分配了3.5 GHz 等新頻譜頻段時，它會比較常見。連續(xù)聚合的CC 的中心頻率間的間隔是300 kHz 的倍數(shù)（與之相比Release 8/9 中是100 kHz 頻率間隔），以正交方式保留了15 kHz 間隔的子載波。

頻段內(nèi)和頻段間不連續(xù)
北美或歐洲的大多數(shù)運營商目前面臨著頻譜碎片化的問題。非連續(xù)分配被指定用于應(yīng)對這種情況，這種分配可以是頻段內(nèi)的，即分量載波屬于同一運行頻段，但其間存在一或多個間隙；也可以是頻段間的，即分量載波屬于不同的運行頻段。CA 分配的不同類型如下頁圖中所示：

圖10：LTE-Advanced 中CA 分配的不同類型

部署策略
利用多個聚合頻段所實現(xiàn)的可能性允許運營商使用許多不同的部署方案。本節(jié)中闡述其中一些選擇。

頻段內(nèi)連續(xù)
● 一種可能的方案是F1 和F2 小區(qū)位置相同并且重疊，提供幾乎完全相同的覆蓋范圍。兩層都提供重復(fù)的覆蓋，并在兩層都支持移動性。相似的方案是F1 和F2 位于擁有相似路徑損失配置文件的同一頻段上。

● 另一方案是F1 和F2 位置相同而實現(xiàn)不同覆蓋范圍：F2 天線導(dǎo)向至F1 的小區(qū)邊界或者F1 覆蓋空洞中，以便改善覆蓋范圍和/或提高小區(qū)邊緣吞吐量。

頻段間非連續(xù)

由于不同的頻段傳播配置文件和硬件限制，使用非連續(xù)頻段改變了運營商的方案可能性。

● 當(dāng)F1（較低頻率）提供宏觀覆蓋并且F2 上的RRH F2（較高頻率）用于改善熱點上的吞吐量時，可以考慮遠(yuǎn)程射頻頭(RRH) 方案。移動性根據(jù)F1 覆蓋來執(zhí)行。F1 和F2 處于不同頻段時考慮類似的方案。

● 在HetNet 方案中，有望看到許多小型小區(qū)和中繼在各種頻段上工作。

E-UTRA CA 頻段表示法

隨著Release 10 中CA 的引入，對特定集合的CA 頻段指定了頻段聚合，這些頻段對應(yīng)于E-UTRA 操作頻段的組合。正如我們在表1 和2 中所見，CA 配置主要由根據(jù)可能的頻率區(qū)塊許可而專注于其需求的運營商來推動。CA 頻段的格式如下所示：

頻段內(nèi)

在Release 10 中，頻段內(nèi)聚合配置限制為兩個分量載波：一個配對頻段（頻段1）和一個不配對頻段（頻段40）

表1：發(fā)布頻段內(nèi)連續(xù)CA 操作頻段(TS 36.101 r11)

頻段間
在Release 10 中，頻段間載波聚合案例配置限制為頻段1 和5。受運營商全球需求的驅(qū)動，Release 11 中考慮了進(jìn)一步的研究，如調(diào)查頻段3 和7 的“歐洲”方案。

表2：頻段間CA 操作頻段(TS 36.101 r11)

UE 帶寬類型
CA 的引入模糊了以前“頻段”和“帶寬”的概念區(qū)別。實際上，LTE 系統(tǒng)可以在給定頻段（從1.4 MHz 至20 MHz）的可變帶寬上操作。因此，3GPP 推出了可以更加清楚地表達(dá)無線接口配置的術(shù)語和表示法。UE 由CA 帶寬類型來定義。

對于頻段內(nèi)連續(xù)載波聚合，UE 的CA 帶寬類型根據(jù)其支持的CC 數(shù)量和對應(yīng)于聚合資源快數(shù)量(NRB, agg) 的聚合傳輸帶寬進(jìn)行定義。

下表匯總了Release 11 中當(dāng)前定義的載波聚合帶寬類型：

D到F 的CA 帶寬類型在撰寫本文時依然在研究之中。

圖11：聚合信道帶寬和聚合信道帶寬邊緣的定義

CA 每操作頻段的信道帶寬
在隨機接入過程后，將發(fā)生UE 能力過程以建立ESP 承載。兼容LTE-Advance的UE 將向網(wǎng)絡(luò)報告有關(guān)其CA 頻段支持功能的額外信息。這些功能是根據(jù)頻段通知的，與上行和下行無關(guān)。它將定義要使用的正確載波聚合配置集。

載波聚合配置是操作頻段的組合，其與每個頻段的UE 的載波聚合帶寬類關(guān)聯(lián)。它決定所要使用的頻段，以及各個操作頻段上分配的信道帶寬。

以下為不同情形的配置集示例：

如上例所示，配置CA_5A-5A 表明UE 可以接收或傳輸頻段5 中兩個獨立的載波。A 給定UE 帶寬類，如上文所述，其表明UE可以在兩個頻段（對應(yīng)于20 MHz 帶寬）上的最多100 個資源塊(RB) 上操作。

UE 可以指明操作頻段的每個頻段組合支持多個帶寬組合集。

組合集
在聚合配置內(nèi)，UE 可以報告組合集，其定義分配資源塊的位置。
如上例所示，表給予我們CA_1C 配置的兩個組合集。
1C 配置聲明UE 可以在頻段1 上操作，其帶有2 個分量載波，最多200 個RB。組合集接著聲明200 RB 的分配可以是兩個頻段都是75 RB 或者兩個頻段都是100 RB。

頻段內(nèi)組合集
在頻段內(nèi)的情形中，帶寬組合集由各個分量載波上分配的多個連續(xù)資源塊定義。組合從50 RB (10 MHz)、75 RB (15 MHz) 和100RB (20 MHz) 中選擇。

表4：為頻段內(nèi)連續(xù)定義的E-UTRA CA 配置和帶寬組合集

頻段間組合集
與頻段內(nèi)相似，頻段間擁有為各個載波聚合配置定義的帶寬組合集；但是，這些組合依賴信道占用的帶寬，而不是資源塊的數(shù)量（見表4）。10 MHz 分配受到所有配置的支持；不過，5 MHz、15 MHz 和20 MHz 不太常見，而1.4 MHz 和3 MHz 目前為止在Release11 中僅受到一個配置的支持。

表5：為頻段間CA 定義的E-UTRA CA 配置和帶寬組合集

E-UTRAN 方面
為了支持CA，Release 10 引入了主小區(qū)(PCell) 和輔助小區(qū)(SCell) 的區(qū)別。

PCell 是UE 與之通信的主要小區(qū)，Pcell是UE與之通信的主要小區(qū)，被定義為用來傳輸RRC信令的小區(qū)，或者相當(dāng)于存在物理上行控制信道（PUCCH）的小區(qū)，這個信道在一個指定的UE中只能有一個。一個PCell 始終在RRC_CONNECTED 模式中處于活動狀態(tài)，同時可能有一個或多個SCell 處于活動狀態(tài)。其他的SCells 僅可在連接建立后配置為CONNECTED 模式，以提供額外的無線資源。

所有PCell 和SCell 統(tǒng)稱為服務(wù)小區(qū)。PCell 和SCell 以此為基礎(chǔ)的分量載波分別為主分量載波(PCC) 和輔助分量載波(SCC)。其上都傳輸物理共享信道(PDSCH/PUSCH)。

● 一個PCell 配有一個物理下行控制信道(PDCCH) 和一個物理上行控制信道(PUCCH)。
- 測量和移動性過程基于PCell
- 隨機接入過程在PCell 上進(jìn)行
- PCell 不可被去激活。

● 一個SCell 可能配有一個物理下行控制信道(PDCCH)，也可能不，具體取決于UE 功能。SCell 絕沒有PUCCH。
- SCell 支持以MAC 層為基礎(chǔ)的激活/去激活過程，以便UE節(jié)省電池電量。

圖12：PCell 和SCell 信道映射

下行和上行鏈路間主小區(qū)的(PCC) 的關(guān)系是在系統(tǒng)信息塊類型2（SIB 類型2）傳遞信號的（物理共享信道(DL-SCH) 承載的邏輯廣播信道(BCCH) 上）。SIB2 包含對所有UE 都通用的無線資源配置信息。給定UE 的PCC 不鏈接至小區(qū)配置；如前文所述，其分配是基于設(shè)備的。但是，PCC 分配可以在切換過程中由網(wǎng)絡(luò)修改。一個小區(qū)中具備不同載波聚合能力的UE 可以在不同的頻段上擁有不同的PCC。

載波聚合在信令方面的影響
從信令方面上看，載波聚合僅影響到有限數(shù)量的協(xié)議層，與主小區(qū)連接的UE 將保留額外的輔助小區(qū)，作為用于傳輸數(shù)據(jù)的額外資源。事實上，作為非接入層(NAS) 的過程、密鑰交換或移動性是由主要小區(qū)承載的。

置于分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議(PDCP) 和無線鏈路控制(RLC) 層等其面，載波聚合信令是完全透明的。

從UE 設(shè)計角度上看，與Rel-8相比，RLC層有了微小的改變。RLC層現(xiàn)在擁有更大的緩沖區(qū)大小，能夠提供更高的數(shù)據(jù)速率。

TS 36.336 中指定的UE 類別定義此緩沖區(qū)大小。Release 10 中指定了類別6、7 和8 這三種新類別，以支持此緩沖區(qū)增大。

表6：UE 類別(3GPP 36.366 Rel-11)

應(yīng)當(dāng)注意，類別6、7 和8 暗含了載波聚合支持，但較早的UE 類別2 到5（Release 8 中指定）也支持載波聚合。

傳輸(MAC) 層方面
從媒體訪問控制(MAC) 角度上看，載波聚合只是帶來了額外的管道，因此MAC 層扮演了聚合分量載波的多工實體的角色。

每一MAC 實體將向其對應(yīng)的CC 提供自己的物理層(PHY) 實體，提供資源映射、數(shù)據(jù)調(diào)制、HARQ 和信道編碼。

圖14：LTE-Advanced 載波聚合的演進(jìn)體系結(jié)構(gòu)

顯然，為了充分利用聚合帶寬并形成所需的吞吐量提升，基站的MAC 層調(diào)度程序必須知曉所有活動的CC。這與Release 10 之前的LTE 調(diào)度程序不同，后者一次僅需要考慮一個小區(qū)載波。

為了兼容CA 的基站的MAC 調(diào)度程序能夠優(yōu)化下行分配和上行授權(quán)的排序，它必須考慮整個聚合帶寬上的下行和上行信道條件。

這增加了了基站調(diào)度程序的復(fù)雜性，并可導(dǎo)致一些不尋常的調(diào)度結(jié)果。例如，調(diào)度程序可能決定在CC1 上發(fā)送給定UE 的所有下行傳輸塊，而在CC2 上接收該UE 的所有上行傳輸塊。

沒有MIMO 時，兼容CA 的調(diào)度程序最多每個SCH 每個TTI 分配一個傳輸塊。TTI間（SCH間）傳遞的各種傳輸塊的HARQ 進(jìn)程是獨立的。

載波激活/去激活和不連續(xù)接收DRX
額外CC 的激活通過MAC 控制元素執(zhí)行。為給定的子幀激活額外的CC 時，用于調(diào)度的實際資源在8 個子幀后（8 ms）可用。同時，也會啟動一個名為sCellDeactivationTimer-r10 的計時器；如果此計時器中沒有由PDCCH提供的調(diào)度信息，該SCell 會在MAC層上去激活。

RRC 配置的計時器是用于所有SCell 的同一個計時器。如圖15, 中所示，如果計時器過期前沒有任何活動，則UE 將使SCell 去激活；不過，給定SCell 的去激活也可由使用MAC 標(biāo)頭控制元素的網(wǎng)絡(luò)控制。

圖15：SCell 激活/去激活RRC 計時器

如前文所述，即使沒有流量，PCell 也會始終為活動狀態(tài)或在DRX 模式中。

物理層方面
下行信道質(zhì)量
LTE Release 8 和9 中的下行信道質(zhì)量在UE 上通過信道狀態(tài)信息(CSI) 信息元素(IE) 進(jìn)行估計。沒有MIMO 時，CSI 簡化成常見的信道質(zhì)量因子(CQI)。Release 10 在這上沒有變化；不過，存在多個CC 意味著CA 活動時必須為每個CC 分別評估和報告CQI。

CQI 以及下行HARQ ACK/NACK 因子和其他信息通過上行控制信息(UCI) IE 報告給基站。如前文中所述，PUCCH 有且僅有一個，而且無論CC 的數(shù)量為何，其都在PCell 上；因此，如果終端沒有已配置的PUSCH，則應(yīng)通過此PUCCH 報告每個CC 的UCI。

為了區(qū)分哪一個UCI 屬于給定的CC，UCI 的標(biāo)頭包含一個載波指示符字段(CIF)。

由于可能需要UE 定期報告CQI，并且因為UE 不一定支持同時傳輸PUCCH 和PUSCH，如果在定期報告實例活動時PUSCH湊巧也處于活動狀態(tài)，則也可在該PUSCH 上報告CQI。

基本上，在CA 上下文中，這表示如果SCell 上行鏈路突發(fā)進(jìn)行之中而PCell 突發(fā)不是，則可以在SCell 上傳輸CQI。

上行控制信令
當(dāng)終端沒有有效的調(diào)度授權(quán)時，單個PUCCH 承載的上行控制信令必須予以更改，以便支持額外載波帶來的HARQ 確認(rèn)增加。Release 8 PUCCH（格式1b）僅定義為支持最多4 個比特，因此只能支持最多2 個CC。

為了讓終端能夠處理超過2 個下行分量載波和4 個確認(rèn)比特，Release 10 中定義了新的PUCCH，稱為“格式3”。

它可讓完整范圍內(nèi)的ACK/NACK 成為可傳輸比特：FDD 最多10 個ACK/NACK 比特，TDD 最多20 個ACK/NACK 比特。

它不像其他PUCCH 格式一樣使用Zadoff-Chu 序列，而是使用類似于PUSCH 傳輸(DFT-S-OFDM)。HARQ 與調(diào)度比特請求串聯(lián)，應(yīng)用塊編碼，后接特定于小區(qū)的加擾。

上行信道質(zhì)量
同樣，LTE Release 8 和9 中的上行信道質(zhì)量在基站上通過由UE 傳輸?shù)奶綔y參考符號(SRS) 進(jìn)行估計。CA 意味著多個CC 上要求信道測深。Release 10 引入的增強功能允許基站除了PCell 外還可在SCell 上請求定期SRS 傳輸，雖然此功能在UE 上是可選的。

上行傳輸功率控制
上行傳輸功率控制(TPC) 命令通過下行控制信息(DCI) IE 傳輸?shù)経E。一個PUCCH 以及一或多個PUSCH 的功率可獨立控制。PUCCH 的TPC 命令始終在PCell 的PDCCH 上接收。

不過，SCell 的TPC 命令可以通過SCell 的PDCCH 接收，或者也可通過PCell 的PDCCH 接收。同樣，通過DCI IE 中的CIF來實現(xiàn)分量載波的區(qū)分。

下行無線鏈路監(jiān)控
在CA 模式中操作時，UE 評估無線鏈路質(zhì)量，并且僅通過PCell 公告無線鏈路故障。這很直觀，因為SCell 僅代表額外的流量信道帶寬，而不是信道控制信息的管道。

從運營商網(wǎng)絡(luò)設(shè)計角度來看，由于出色的傳播特性，將較低頻率的小區(qū)用作PCell 并將較高頻率的小區(qū)用作SCell 或可成為性能優(yōu)勢，尤其是在頻段間CA 的環(huán)境中。

計時和同步
PCell 和SCell 一般情況下通過同一基站傳輸。因此，基站和UE 之間的路徑長度通常對于所有載波都相同。無論哪種頻段都是如此。因此，一個時間提前量將應(yīng)用到所有上行傳輸中，且無論其發(fā)生于PCell 還是SCell。

如果非并聯(lián)小區(qū)屬于同一個NodeB（例如使用頻段間載波聚合的HetNet 方案，其天線分散并通過光纖鏈路連接），有必要使用多個時間提前量。

圖16：非并聯(lián)站點，載波聚合

一旦UE 和PCell 同步，它必須從位于不同物理位置的SCell 獲得同步。在SCell 激活后，NodeB PCell 將立即請求SCell 上的RACH。這一RACH 請求從PCell 通過PDCCH 信令傳遞。此RACH 接著用于測量SCell 的計時偏移。

如果有多個分量載波擁有相同的計時要求，它們將分組到一個時間提前量組中，以便節(jié)省資源控制信令。Hetnet 部署方案中可能使用多個時間提前量組。

跨載波調(diào)度
跨載波調(diào)度是Release 10 中為UE 引入的可選功能，它可以在UE 能力傳輸過程中通過RRC 激活。此功能的目的是減少使用了大型小區(qū)、小型小區(qū)和中繼的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(HetNet) 方案中對載波聚合的干擾。跨載波調(diào)度僅用于在沒有PDCCH 的SCell 上調(diào)度資源。

與上文中所述的其他功能相似，負(fù)責(zé)在跨載波調(diào)度上下文中提供調(diào)度信息的載波通過下行控制信息(DCI) 中的載波指示符字段(CIF) 指明。此調(diào)度也支持HetNet 和不對稱配置。

圖17 展示了CA 調(diào)度(FDD) 的一種情形。PDCCH（用灰色表示）上的CIF（載波指示符字段）指出調(diào)度的資源所處的載波。

圖17：跨載波調(diào)度

應(yīng)當(dāng)注意，PCell 無法進(jìn)行交叉調(diào)度；它始終通過自己的PDCCH 進(jìn)行調(diào)度。

交叉調(diào)度的另一個影響是，UE 不再在輔助小區(qū)上解碼PCFICH，因此在各個子幀的開頭OFDM 符號的數(shù)量是未知的。因此，一種稱為PDSCH-Start 的機制允許此信息在跨載波調(diào)度激活期間傳遞至UE。PDSCH-Start 的范圍為1 到4 個OFDM 符號，具體取決于分量載波帶寬

無線資源控制(RRC)方面

RRC UE 能力傳輸過程

由于CA 的靈活性，E-UTRAN 必須被告知UE 對CA 支持的詳細(xì)信息。這通過RRC UE 能力傳輸過程在建立EPS 承載期間完成。以下匯總了UE 發(fā)送的有關(guān)此過程的CA 相關(guān)信息：

UE類別- UE 類別6、7 和8 暗示了CA 支持。不過，這并不表明支持特定的載波聚合配置，它是分開傳遞信號的。
跨載波調(diào)度支持- 表明UE 可從PCell 接收有關(guān)SCell 的調(diào)度命令。
支持同時傳輸PUCCH和PUSCH - 對于兼容CA 的UE，這表示該UE 可以支持在不同的CC 上同時傳輸PUCCH 和PUSCH。
CC 中多集群PUSCH 支持- 表明基帶（與頻段無關(guān)）支持在CC 中進(jìn)行多集群PUSCH 傳輸。（在測試部分中闡述）
CC 中非連續(xù)上行資源分配支持- 表明RF（特定于頻段）支持在CC 中進(jìn)行非連續(xù)上行資源分配。
支持的頻段組合- 表明UE 在支持CA 時可利用的特定頻段和信道帶寬配置。
事件A6 報告支持- 表明UE 能夠報告事件A6，該時間在相鄰PCell 由于偏移而強于服務(wù)SCell 時發(fā)生。
切換至E-UTRA 期間添加SCell 支持- 表明UE 可以支持E-UTRAN 入站無線間接入技術(shù)(IRAT) 直接切換至CA 模式。
所有CC 上傳輸定期SRS 支持- 表明UE 可以在所有SCell 上傳輸定期SRS。
以下匯總了相關(guān)信息交換：

SCell 添加與刪除

載波聚合新增SCell 無法在RRC 建立時立即激活。因此，RRC 連接設(shè)置過程中沒有針對SCell 的配置。

SCell 通過RRC 連接重新配置過程在服務(wù)小區(qū)集合中添加和刪除。請注意，由于LTE 間切換視為RRC 連接重新配置，SCell“切換”受到支持。以下匯總了符合RRC 連接重新配置過程的基站發(fā)送的CA 相關(guān)信息：

● 跨載波調(diào)度配置- 表明在其他事項中參考SCell 的調(diào)度是由該SCell 還是其他小區(qū)處理。
● SCell PUSCH 配置- 表明在其他事項中SCell 上是否利用了資源塊組跳頻。
● SCell 上行功率控制配置- 承載一系列與SCell 上行TPC 相關(guān)的原語，包括路徑損失參考鏈接參數(shù)。
● SCell CQI 報告配置- 承載與SCell 的CQI 測量報告相關(guān)的一系列原語。

切換
Release 10 中LTE 切換處理大體上與Release 8 和9 中的相同，除了在測量相關(guān)的RRC信令消息中對PCell做出聲明。

Release 10 確實引入了一個新的測量事件：事件A6。如上文所述，當(dāng)相鄰小區(qū)的強度比SCell強一個偏移量時，便會發(fā)生事件A6。
 

對于頻段內(nèi)SCell，此事件沒那么有用，因為PCell 和SCell 的強度通常極為相似。然而，對于頻段間服務(wù)小區(qū)，相鄰PCell 的強度可能會與服務(wù)SCell 的大不相同。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況（如流量負(fù)載分布），切換至事件A6 標(biāo)識的小區(qū)可能會很有利。