LTE载波聚合.docx

首先介绍几个基本概念Primary Cell（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）Secondary Cell（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）Serving Cell：处于RRC_CONNECTED态的UE，如果没有配置CA，则只有一个Serving Cell，即PCell；如果配置了CA，则Serving Cell集合是由PCell和SCell组成（见36.331的3.1节）CC：Component Carrier；载波单元DL PCC：DownlinkPrimaryComponent Carrier；下行主载波单元UL PCC：UplinkPrimaryComponent Carrier；上行主载波单元DL SCC：DownlinkSecondary Component Carrier；下行辅载波单元UL SCC：UplinkSecondary Component Carrier；上行辅载波单元一.简介为了满足LTE-A下行峰速1 Gbps，上行峰速500 Mbps的要求，需要提供最大100 MHz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（Carrier Aggregation, CA）是将2个或更多的载波单元（Component Carrier, 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20 MHz。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（heterogeneous network）的支持。后续会在跨承载调度(cross-carrier scheduling)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serving cell）的数据 R8版本UE只支持在一个serving cell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 / Serving Cell / 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Serving Cell集合（至多5个，见36.331的6.4节的maxServCell-r10）。Serving Cell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（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。 每个CC都有一个对应的索引，primary CC索引固定为0，而每个UE的secondary CC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Serving Cell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Serving Cell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primary carrier对应的上行primary carrier（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UL grant与哪个一上行CC相关。 CC的配置需要满足如下要求：ØDL CCs的个数根据该UE的DL聚合能力来配置ØUL CCs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UL CCs数不能大于DL CCs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-downlink configuration也应该是一样的。但是特殊帧配置（special subframe configuration）可以不同。(见36.211的4.2节) CA支持的频带见36.101的Table 5.5A-1和Table 5.5A-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Table 5.6-1。对应RRC消息RadioResourceConfigCommonSCell-r10的dl-Bandwidth-r10和ul-Bandwidth-r10字段。 CA带宽类型（CA Bandwidth Class）见36.101的Table 5.6A-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 OPTIONALCA-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300 kHz的整数倍。这是为了兼容Rel-8的100 kHz frequency raster，并保证子载波的15 kHz spacing，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（UE Capability）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（UE Capability）。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-carrier scheduling） 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-Cell Interference Coordination）支持。一个典型异构网络场景如下： 一个macro cell和一个small cell共享2个下行CC：CC1和CC2。small cell的2个CC都在低传输功率下工作，macro cell的CC1在高传输功率工作，CC2在低传输功率工作。macro cell在CC1上的传输对small cell的CC1有很大的干扰。因此，在small cell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：macro cell和small cell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(physical layer)，包括控制信令（control signaling）、调度（scheduling）和HARQ重传。 每个CC有一个独立的control region。 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serving cell收到的PDCCH对应同一serving cell的PUSCH和PDSCH传输。CrossCarrierSchedulingConfig-r10 := SEQUENCE 对应某一SCell schedulingCellInfo-r10 CHOICE own-r10 SEQUENCE - No cross carrier scheduling cif-Presence-r10 BOOLEAN 是否存在cross-carrier , other-r10 SEQUENCE - Cross carrier scheduling 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Serving Cell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-specic search space for multiple CCs） 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control region，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control region传输的，因此，跨承载调度场景中影响PDCCH的inter-cell interference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OFDM symbol，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control region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control region大小）。 越短的control region，就有越多的OFDM symbol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UL Grant在同一个下行CC上传输。 因此在CA中，一个DL CC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UL CC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DL control region传输的各个上行CC的DMRS参考信号的不同循环移位(cyclic shift)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-loss reference for measurements for uplink power control，但是测量的频率降低，以便降低功率消耗。 重配消息中不带m