载波聚合.docx
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载波聚合
载波聚合(CarrierAggregation)
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
一. 简介
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(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。
二. PCell/SCell/ServingCell/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。
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:
Ø DLCCs的个数根据该UE的DL聚合能力来配置
Ø ULCCs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ULCCs数不能大于DLCCs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-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)
CA支持的频带见36.101的Table5.5A-1和Table5.5A-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Table5.6-1。
对应RRC消息RadioResourceConfigCommonSCell-r10的dl-Bandwidth-r10和ul-Bandwidth-r10字段。
CA带宽类型(CABandwidthClass)见36.101的Table5.6A-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)。
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(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)。
三. 跨承载调度(cross-carrierscheduling)
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。
图4:
一个典型的异构网络部署:
macrocell和smallcell共享2个CCs
这里仅简单的介绍跨承载调度提出的原因,后续会在各个章节中详细介绍跨承载调度对协议的影响。
四. 对下行L1/L2控制信号的影响
每个CC有独立的物理层(physicallayer),包括控制信令(controlsignaling)、调度(scheduling)和HARQ重传。
每个CC有一个独立的controlregion。
每个CC有一个独立的DL-SCH或UL-SCH。
1.PDCCH
如果不支持跨承载调度,与Rel-8一样,每个下行CC上的PDCCH携带的信息对应同一个CC的下行资源分配(DCI)或上行资源分配(UCI)。
如果支持跨承载调度,则允许一个CC上的PDCCH调度在另一个CC上传输的资源。
即PDCCH在一个CC上传输,而对应的PDSCH或PUSCH在另一个CC上传输。
图5:
非跨承载调度与跨承载调度
跨承载调度是通过RRC信令(是否存在crossCarrierSchedulingConfig-r10字段)并基于UE的每个CC配置的(即每个CC可独立地配置是否使能跨承载调度以及在其它哪个CC上调度)。
如果支持跨承载调度,会在PDCCH的起始处插入一个CIF字段,用于指定该PDCCH对应哪个CC。
是否存在CFI字段是通过CrossCarrierSchedulingConfig-r10的cif-Presence-r10字段来控制的。
注意:
(1)CIF只存在于UE-specific搜索空间的PDCCH中,公共搜索空间的PDCCH是不存在CIF的。
(2)支持跨承载调度与否,会导致DCI格式有所不同,UE盲检时应根据具体的情况予以区分。
在某一CC上传输的数据,UE仅会在一个CC(同一个CC或跨承载调度时不同的CC)上收到对应的PDCCH。
如果支持跨承载调度,UE通过接收到的RRC消息CrossCarrierSchedulingConfig-r10的schedulingCellId-r10字段,知道需要在schedulingCellId-r10对应的CC上盲检另一SCell的PDCCH。
为了简单,CIF的值与RRC消息SCellToAddMod-r10中的sCellIndex-r10值是一致的。
如果没有配置CIF,则在某一servingcell收到的PDCCH对应同一servingcell的PUSCH和PDSCH传输。
CrossCarrierSchedulingConfig-r10:
:
= SEQUENCE{ 对应某一SCell
schedulingCellInfo-r10 CHOICE{
own-r10 SEQUENCE{ --Nocrosscarrierscheduling
cif-Presence-r10 BOOLEAN 是否存在cross-carrier
},
other-r10 SEQUENCE{ --Crosscarrierscheduling
schedulingCellId-r10 ServCellIndex-r10,在该Cell上接收本SCell的PDCCH
pdsch-Start-r10 INTEGER(1..4) 指定在该SCell传输的PDSCH的起始symbol
}
}
}
至此(RRCConnectionReconfiguration配置之后),UE已经知道应该在哪些CC上盲检PDCCH,以及这些PDCCH对应哪些CC。
当配置CA,UE需要进行的盲检次数最多为44+32*numOfSCell(PCell需要44次盲检,而SCell不需要盲检公共搜索空间,因此只需要做32次盲检)。
如果没有配置跨承载调度,每个ServingCell的搜索空间与Rel-8是一致的。
如果配置了跨承载调度,搜索空间的定义如下:
与Rel-8相比可以看出,对于跨承载调度的CC而言,计算时增加了偏移量
。
其中c的值与CIF相同。
(详见36.213的9.1.1节)
图6:
多CCs的用户特定搜索空间(UE-specificsearchspaceformultipleCCs)
关于搜索空间的详细介绍,可见我的博文《CCE介绍》和36.213的9.1.1节。
2. PCFICH
对于支持CA的UE而言,每个CC都有各自的PCFICH,即不同的CC可能有不同大小的controlregion,也即PDSCH的起始symbol可能不同。
因此,原则上UE需要在它被调度的每个CC上接收PCFICH。
与PDCCH一样,PCFICH也是在controlregion传输的,因此,跨承载调度场景中影响PDCCH的inter-cellinterference对于PCFICH也同样存在。
为了解决这个问题,Rel-10通过CrossCarrierSchedulingConfig的pdsch-Start-r10字段指定任意跨承载调度的PDSCH的起始OFDMsymbol,而不是通过解码对应CC上的PCFICH获得。
该机制并不妨碍eNodeB动态改变每个CC的controlregion的大小(虽然在许多异构网络场景中,为了实现ICIC,通常会配置一个相对静态的controlregion大小)。
越短的controlregion,就有越多的OFDMsymbol用于数据传输,反之亦然。
3. PHICH
原则:
PHICH与对应的上行数据传输的ULGrant在同一个下行CC上传输。
因此在CA中,一个DLCC可能要携带多个PHICH,从而增大了PHICH冲突的可能性(因为PHICH索引是由对用的PUSCH的最低PRB决定的,对于多个ULCC可能是相同的)。
为了缓解这个问题,可以通过配置与PHICH在同一个DLcontrolregion传输的各个上行CC的DMRS参考信号的不同循环移位(cyclicshift)来偏移PHICH索引。
另外,eNodeB也可以通过在调度时让不同CC选择不同的上行资源起始PRB,从而避免冲突。
五、激活/去激活机制(Activation/Deactivation)
(详见36.300的11.2节、36.321的5.13节以及36.213的4.3节)
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。
MACCE的格式:
LCID为11011,见下图:
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。
当UE在子帧n收到激活命令时,对应的操作将在n+8子帧启动。
当UE在子帧n收到去激活命令或某个SCell的deactivationtimer超时,除了CSI报告对应的操作(停止上报)在n+8子帧完成外,其它操作必须在n+8子帧内完成。
(见36.213的4.3节)