[4G&5G专题-11]： 功能-什么是4G/5G的载波聚合CA?

通信兵兵

[4G&5G专题-11]：
功能-什么是4G/5G的载波聚合CA?
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目录
第1章：什么是载波聚合CA?
第2章：为什么要载波聚合CA?
第3章：载波聚合CA的方式
3.1 根据载波之间的连续性区分
3.2 根据CA是否跨越基站来区分
3.3 根据载波的带宽区分
3.4 根据载波的频谱类型区分
3.5 根据载波聚合的方向区分
3.6 根据载波的个数区分
3.7 4G到5G载波聚合的发展
3.8 双工的载波聚合
3.9 5G载波聚合的频段
3.10 5G 双链接下的载波聚合
第4章：载波聚合CA中小区角色的划分

第1章：什么是载波聚合CA?

为了满足单用户峰值速率和系统容量提升的要求，一种最直接的办法就是增加系统传输带宽。LTE的小区，最大的带宽是20M，如果突破LTE这个20M带宽的限制呢？

从LTE到LTE-Advanced演进过程中，LTE-Advanced系统引入一项载波聚合（CA）的技术，来增加单个用户的传输带宽。

载波聚合就好比“黏合剂”，将零散的频谱粘在一起，提供更快速率。载波聚合技术可以将2～32个20M的LTE成员载波（ComponentCarrier，CC）聚合在一起，实现最大640MHz（32*20M=640）的传输带宽，有效提高了上下行传输速率。

常见的LTE的载波聚合到100M，如下图所示：

图1

终端根据自己的能力大小决定最多可以同时利用几个载波进行上下行传输。

CA功能可以支撑连续或非连续载波聚合。比如2.6GHz的D频段、F+D频段的载波聚合，以及室内的E频段。

每个独立载波最大可以使用的资源是100个RB (1200/12=100），即20M LTE的带宽。

每个用户在每个载波上使用独立的HARQ实体，每个用户传输块只能映射到特定的一个小区载波上。每个载波上面的PDCCH（物理下行控制信道）信道相互独立。

第2章：为什么要载波聚合CA?

前面已经提到，LTE小区的最大带宽为20M, 100个RB频谱资源，用于的最大速率有限于该带宽。

为了增加用户的带宽，要么增加单个小区的物理带宽，要么把多个离散的、物理上20M小区的带宽合并成一个逻辑上更大的小区带宽。

载波聚合采用了后再的方案来增加用户的带宽。带宽越大，单个用户的速率越高。每个20M小区带宽，相当于一个车道。

图2
图3

第3章：载波聚合CA的方式

3.1 根据载波之间的连续性区分

（1·）频段Band内相邻载波之间的聚合

图4

这种载波聚合, 基站只需要使用相同的射频单元RFIC，把20M带宽扩展成40M或更大的载波带宽即可以。

手机端也只需要支撑一个Band硬件。

手机端也只需要支撑一个Band硬件，把多个载波，整合成一个更大带宽的载波，一起收发电磁波信号。

（2）频段Band内不相邻载波之间的聚合

图5

这种载波聚合, 基站只需要使用相同的射频单元RFIC，把20M带宽扩展成40M或更大的载波带宽，不同的载波之间，中间是有空隙的。

手机端也只需要支撑一个Band硬件，把多个载波，整合成一个更大带宽的载波，一起收发电磁波信号。

（3）不同频段Band之间的载波聚合

图6

这种情况比较复杂，基站需要提供多个不同Band的RFIC， 对于基站，多Band的支撑是常见的配置。

然而，对于手机就不常见了，手机需要多个Band的硬件电路，即多组RFIC， 无疑提供了手机终端的硬件成本。

每个Band是独立收发电磁波信号的。

3.2 根据CA是否跨越基站来区分

（1）inner eNB（基站内的CA）

图7

（2）inter eNB（基站间的CA）

图8

3.3 根据载波的带宽区分

（1）相同带宽的载波聚合

图9

（2）不同带宽的载波聚合

图10

3.4 根据载波的频谱类型区分

（1）全部为授权频谱之间的载波聚合

所有的载波都是授权的频谱，授权频谱与非授权频谱的区别，在于授权频谱是统一分配的，不会出现其他技术与分配的频谱发生抢占无线信道的情形。

这种类型的载波聚合，每个小区的载波，就是普通的LTE的载波。

（2）授权频谱+非授权频谱的载波聚合

图11

这种情形为授权频谱辅助接入LAA技术。LAA是在非授权频段中使用LTE网络技术, 其基于载波聚合的架构。

LAA载波聚合，由授权频段载波作为主小区（PCell），非授权频段载波只能作为辅小区（SCell）。

LAA需要以授权频段的载波作为锚点，即主小区（PCell），不能在非授权频谱上独立组网。

在非授权频段的载波，需要保证和其他在非授权频段工作的技术（如WIFI）共存，这需要采用不同于LTE的特殊的技术，如采用了先听后说（Listen-Before-Talk）的信道竞争接入机制。

（3）全部为非授权频谱之间的载波聚合

全部载波在非授权频谱的技术成为Multefire技术, 包括主小区（PCell）与辅小区（SCell）。

LAA需要以授权频段的载波作为锚点，即主小区（PCell），而Multefire不需要，可以在非授权频谱独立组网。

常见的非授权的雷达频谱为：

图12

图13

3.5 根据载波聚合的方向区分

（1）上行载波聚合

在上行方向进行载波聚合。

图14

（2）下行载波聚合

通常下行的的流量大于上行，因此下行载波聚合的应用场合多余上行载波聚合。

图15

（3）支撑上下行不对称载波聚合

3.6 根据载波的个数区分

根据载波的个数分为：

（1）4G: 2CA, 3CA, 4CA, 5CA, ....32CA（最大640M的总带宽）

（5）5G：单个载波可以是100M, 200M或400M, 2CA, 3CA.... 16CA（最大6.4G的总带宽）

3.7 4G到5G载波聚合的发展

图16

3.8 双工的载波聚合

（1）FDD与FDD的载波聚合

（2）TDD与TDD的载波聚合

（3）FDD与TDD的载波聚合

3.9 5G载波聚合的频段

（1）FR1内部的载波聚合

图17

（2）FR2内部的载波聚合

图18

（3）FR1与FR2之间的载波聚合

不支撑。

3.10 5G 双链接下的载波聚合

（1）4G内部或5G内部各自载波聚合

在双连接的基础上，4G部分和5G部分还都可以在其内部进行载波聚合，这就相当于把4G的带宽也加进来，可进一步增强下行传输速率！

图19

（2）4G与5G之间的载波聚合

5G在NSA架构下引入了双连接（Dual Connection，简称DC）技术，手机可以同时连接到4G基站和5G基站，实现4G载波与5G载波的载波聚合。

图20

在双连接下，手机同时接入4G基站和5G基站，这两基站也要分个主辅，一般情况下Option3系列架构中，4G基站作为控制面锚点，称之为主节点（Master Node），5G基站称之为辅节点（Secondary Node）。

带载波聚合的主节点和辅节点又可以被称作MCG（Master Cell Group，主小区组）和SCG（Secondary Cell Group，辅小区组）。

主节点和辅节点都可以进行载波聚合。其中主节点的主载波和辅载波称为Pcell（主小区）和Scell（从小区），辅节点的主载波和辅载波称为PScell（辅助主小区）和Scell（从小区）。

如下图所示：

图21

虽说NSA架构的初衷并不是提升速率，而是想着藉由4G来做控制面锚点，这样一来，5G不但可以复用现网的4G核心网EPC，还能使用成熟的4G覆盖来庇护5G覆盖率不足的问题。

但是客观上来讲，通过双连接技术，手机可同时连接4G和5G这两张网络，获取到的频谱资源更多，理论上的峰值下载速率可能要高于SA组网架构，除非以后把4G载波全部规划给5G。

这些双连接加载波聚合的组合，也都是由协议定义的。

图22

第4章：载波聚合CA中小区角色的划分

图23

（1）一个主载小区，也叫Pcell（Primary cell），主要用于承载基站与手机之间的信令，并管理其他载波的载波。

（2）N个辅助小区， 也叫Scell（Secondary cell），主要用于增加承载基站与手机之间的用户的数据带宽和速率，不承载基站与手机之间的小区信令。

可由主小区来决定何时增加和删除辅助小区。

至于如何动态的增加基站与手机之间的辅助小区，这涉及到基站在载波聚合情绪下的调度策略。

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