LTE学习笔记--载波聚合

在现有的LTE中，单小区最大的带宽被限定在了20MHz，因此对于在该小区下的UE所能获得的最大的上下行速率也是被限制了的。为了使得UE能获得更大的上下行速率，可以将2个或更多的载波单元（CC，简单的可以认为就是小区）聚合在一起以获得更大的传输带宽（最大为100MHz）。
PCell（Primary Cell，主小区）是 UE 进行初始连接建立的小区，或进行 RRC 连接重建的小区，或是在 handover 过程中指定的主小区。 PCell 负责与 UE 之间的 RRC 通信。 PCell 对应的载波单元称为 PCC（Primary Component Carrier）。其中，PCell 的下行载波称为 DL PCC，PCell 的上行载波称为 UL PCC。
SCell（Secondary Cell，辅小区）是在 RRC 重配置时添加的，用于提供额外的无线资源，SCell与 UE 之间不存在任何 RRC 通信。SCell对应的载波单元称为 SCC（Secondary Component Carrier）。其中，SCell 的下行载波称为 DL SCC，SCell 的上行载波称为 UL SCC。
PCell 是在连接建立（connection establishment）时确定的。 SCell 是在初始安全激活流程（initial security activation procedure）之后，通过 RRC 连接重配置消息 RRCConnectionReconfiguration 添加/ 修改/释放的。
配置了 CA 的 UE 可与 1 个 PCell 和至多 4 个 SCell（见 36.331 的 6.4 节的 maxSCell-r10）相连。某个 UE 的 serving cell 集合至多包含 5 个 serving cell（见 36.331 的 6.4 节的 maxServCell-r10）。CA 是 UE 级的特性，不同的 UE 可能有不同的 PCell/SCell 以及 serving cell 集合。 同一个小区，对某个 UE 而言可能是 PCell，但对另一个 UE 而言可能是 SCell。
配置了 CA 的 UE 在所有的 serving cell 内使用相同的 C-RNTI。某个 UE 聚合的载波单元通常来自同一个 eNodeB 且这些载波单元是同步的。
CA的部署方案：
1， Pcell和SCell完全重合，在两层都支持移动性。这种场景一般是Pcell和Scell的载波在同一频带内。

(图片来自网络)

2， Pcell和Scell位置相同，但由于Scell的路损要比Scell大，导致覆盖范围小只有Pcell提供给足够的覆盖。此时的移动性由Pcell保证。这种场景一般是Pcell和Scell使用的是不同频带上的载波。

(图片来自网络)

3， Pcell和Scell位置相同，但Scell天线指向了Pcell的边界，以此提升小区边界的吞吐量。Pcell可以提供足够的覆盖而Scell可能存在较大的路损导致覆盖不足，因此移动性由Pcell保证。这种场景一般是Pcell和Scell在不同频带上。对于重叠区域的UE，可以提高吞吐量。

(图片来自网络)

4， Pcell提供广域的覆盖，而Scell只被部署在Pcell小区内的热点区域，以提升该区域内的吞吐量。此时移动性由Pcell保证。一般Pcell和Scell使用不同的频带载波。

(图片来自网络)

5， 这种情况等于场景2+4的组合。

(图片来自网络)

可以想到，对于场景1-3，由于Pcell和Scell位于同一位置，所以UE的Time Advance是相同的。然而，对于场景4和场景5，由于Pcell和Scell的位置不同，UE的上行Time Advance是不一样的，因此一般不会被用于上行载波聚合。
需要注意的是，当部署了 CA 时，聚合的多个小区之间的帧 timing、 SFN、 TDD 配置必须是对齐的。每个载波单元有独立的物理层（physical layer），包括控制信令（control signaling）、调度（scheduling）和 HARQ 重传。每个载波单元有一个独立的control region。每个载波单元有一个独立的 DL-SCH 或 UL-SCH。
非同时传输 UL-SCH 和上行 L1/L2 控制信令的场景：对于配置了上行 CA 的 UE 而言，PUCCH只能在 PCell 上传输。这也意味着多个下行 CC 传输的数据可能需要在同一个上行 CC 进行确认（acknowledge）。由于 PCell 是 UE 级别的概念，从网络侧（eNodeB）角度看，可能在多个 CC 上接收 PUCCH。同时传输 UL-SCH 和上行 L1/L2 控制信令的场景：如果支持上行 CA，所有 CC 的上行控制信令只能在一个上行 CC 且只能该上行 CC 传输。由于 Rel-8 中的 PUCCH 并不支持携带大量的 ACK/NACK 比特，所以在 Rel-10 中，新增了PUCCH format 1b with channel selection 和 PUCCH format 3 的处理。
CA 主要对 MAC 层可见。 UE 对应每个 serving cell，都有各自独立的 HARQ entity。数据的聚合发生在 MAC 层，MAC 层负责将数据划分到不同的载波单元上。每个 serving cell 的上行和下行都有一个独立的 HARQ entity。并且在没有使用空分复用（spatial multiplexing）的情况下，每个 serving cell 在每个 TTI 产生 1 个 TB（空分复用的情况下，每个 TTI
产生 2 个 TB）。每个 TB 及其可能的 HARQ 重传只与一个 serving cell 匹配。在不同 serving cell 上传输的 TB 有各自独立的 MCS（modulation and coding scheme）以及MIMO 模式（即不同的 serving cell 可以使用不同的 TM 模式）。因此，每个 serving cell 有各自独立的 LA（link adaptation）以适应不同的信道质量。系统允许不同的 serving cell 使用不同的传输功率配置，因此可以有不同的 coverage。