[4G&5G专题-12]：功能-LTE载波聚合CA对空口协议栈的影响概述

目录

1. LTE空口协议栈

2. 载波聚合对空口协议栈影响

2.1 载波聚合对空口协议栈影响的总体架构

2.2 L3 RRC层影响

2.3 L2 PDCP层影响

2.4 L2 RLC层影响

2.5 L2 MAC层影响

2.6 L1 PHY层影响

2.7 L0 Radio层影响

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1. LTE空口协议栈

• L0 RF: 

负责模数转换、射频调制、无线电磁波的收与发。

 

• L1 PHY：

负责处理编译码、调制解调、多天线映射以及其它电信物理层功能。

最为复杂的一层，也是最考验产品的一层协议。

实际设计中，涉及诸多算法也最能体现实际芯片的性能。和硬件紧密相关，需要协同工作。

 

• L2 MAC：

负责处理HARQ重传与上下行调度。应该说，L2的精华就在这边，重传和调度能做好，对于整个产品来说，速率就能体现出来。

混合自动重传请求（Hybrid Automatic Repeat reQuest，HARQ），是一种将前向纠错编码（FEC）和自动重传请求（ARQ）相结合而形成的技术。

传统的ARQ技术简单地抛弃错误的数据，不做存储，也就不存在合并的过程，自然没有分集增益，往往需要过多地重传、过长时间地等待。

HARQ的关键词是存储、请求重传、合并解调。接收方在解码失败的情况下，保存接收到的数据，并要求发送方重传数据，接收方将重传的数据和先前接收到的数据进行合并后再解码。这里面就有一定的分集增益，减少了重传次数，进而减少了时延。

 

• L2 RLC（Radio Link Control，无线链路层控制协议）：

负责分段与连接、重传处理，以及对高层数据的顺序控制。

RLC提出了三种模式：透明模式（Transparent Mode，TM）、非确认模式（Unacknowledged Mode，UM）和确认模式（Acknowledged Mode，AM）。

一般来讲，

AM模式典型用于TCP的业务，如文件传输，这类业务主要关心数据的无措传输；

UM模式用于高层提供数据的顺序传送，但是不重传丢失的PDU，典型用于如Voip业务，这类业务最主要关心传送时延；

TM模式则仅仅用于特殊的目的，如随机接入。

 

• L2 PDCP（Packet Data Convergence Protocol分组数据汇聚协议）：

负责执行头压缩以减少无线接口必须传送的比特流量。头压缩机制基于ROHC，PDHP层在控制面对RRC和NAS层消息进行完整性校验，在用户面不进行完整性校验。以及对数据和信令的加密。

 

• L3 RRC（Radio Resource Control无线资源控制）：

支持终端和eNodeB间多种功能的最为关键的信令协议。

广播NAS层和AS层的系统消息，寻呼功能，小区RRC连接建立、保持和释放，端到端无线承载的建立、修改和释放，移动性管理包括UE测量报告、小区切换、UE小区选择和重选等。

RRC层协议终止于eNode B。

 

• L3 NAS（Non-Access Stratum非接入层）：

处理UE和MME之间信息的传输，传输的内容可以是用户信息或控制信息。如业务的建立、释放或者移动性管理信息。

NAS层以下，我们称为AS层（无线接入层），而NAS对于eNode B是透明的。

从上图可以看到，eNode B是没有这层协议的，所有NAS消息，对于他来说，就是过路。

NAS建立在AS层之上，它与接入信息无关，只是通过接入层的信令交互，在UE和MME之间建立起了信令通路，从而便能进行非接入层信令流程了。NAS子层则终止于MME。

 

2. 载波聚合对空口协议栈影响

2.1 载波聚合对空口协议栈影响的总体架构

 

2.2 L3 RRC层影响

（1）负责在基站一侧建立和删除所有的小区，包括primary Cell和Secondary Cells

（2）负责管理终端与基站之间的每个小区内L3 RRC信令面连接： L3 RRC连接的增加、删除、重配.,

（3）在载波聚合CA的情况下，UE只与primary Cell建立L3 RRC信令面连接，与其他小区没有L3 信令面RRC连接，只有L2的用户面 RLC层连接。

• UE至于primary Cell建立L3的RRC信令面连接，与Secondary Cells不建立L3的RRC信令面连接.
• primary Cell负责UE attach
• primary Cell负责UE的移动性管理
• primary Cell负责UE的测量
• primary Cell负责通过RRC，动态的通知UE, 在MAC层加入或退出Secondary Cells的用户面调度.

（4）Secondary Cell支持通过RRC消息管理以MAC层调度为基础的SCell的激活与去激活，以便UE节省电量

（5）对于核心网，UE所在的primary Cell是统一的对外接口。

 

2.3 L2 PDCP层影响

无影响。

 

2.4 L2 RLC层影响

（1）RRL层看不到载波聚合中的不同的小区

（2）UE只与主小区建立RLC连接，与从小区不建立RLC连接。

（3）主小区RLC连接，承载了载波聚合中所有无线小区中用户面的数据，因此增加了主小区RLC链路层中数据量。

 

2.5 L2 MAC层影响

（1）负责为UE在“主Cell”和所有“从Cell”用户面数据的调度。

（2）“从Cell”中UE用户名数据的调度，受控与主cell MAC层的调度。

（3）每个Cell负责各自的混合自动重传请求HARQ.

（4）负责载波聚合时，UE在不同小区内数据的聚合与分离， 称为UE Mux

（5）LAA辅助小区或从小区没有SIB和MIB调度

 

2.6 L1 PHY层影响

（1）每个小区是独立的，不区分主小区和从小区，因此L1看到的是小区载波。

（2）每个小区有自己独立的TB和RB无线资源。

（3）UE需要与主小区（PCell）建立独立的物理层下行控制信道PDCCH（Physical Downlink Control Channel）和独立的物理层上行控制信道PUCCH，用于小区在物理层直接控制UE数据面的行为。

RRC Reconfiguration，从小区的帧结构，帧的长度等信息，基站就是通过PDCCH下发给UE的。

（4）UE与每个从小区（SCell）可选的建立独立的物理层下行控制信道PDCCH信道

（3）UE与每个从小区（SCell）不建立独立物理层上行控制信道PUCCH。

 

2.7 L0 Radio层影响

Radio层实际上看不到载波的聚合，只看到一个个独立的小区天线载波，每个小区载波其实是对等的，并不区分是“主小区”还是“从小区”。

 

3. UE跨小区信令的RRC层控制(SCell的动态添加和删除）

UE1:  驻留在Pcell载波1

UE2:  驻留在Pcell载波1，并使用SCell载波2，进行载波聚合

UE3:  驻留在Pcell载波2，并使用SCell载波1和SCell载波3，进行载波聚合.

 

4 UE载波聚合实现方案1：在MAC层聚合（ UE跨小区载波调度）

跨小区调度是R10为UE引入的可选功能，它可以通过UE能力传输过程中，通过RRC激活或去激活。

优先选择UE在MAC层进行载波聚合。

 

5 UE载波聚合实现方案2：在PHY层聚合