LTE载波聚合关键技术和测试-李翔

《电信网技术》2014年1月第1期网络技术1引言载波聚合CarrierAggregation（CA）是LTE-Advanced中的关键技术之一。3GPPLTER8/9支持各种各样的载波带宽（如1.4MHz、3/5/10/15MHz及20MHz）以满足不同的频谱和部署需求，为满足IMT-Advanced对100MHz（1Gbit/s下行，500Mbit/s上行）系统带宽的要求，3GPPR10引入了CA以满足20MHz以上的系统带宽要求。CA在获取更宽带宽、增加网络速率及减少业务时延、灵活管理频谱、降低功耗、提高系统吞吐量及减少切换中断延迟等方面具有重要的作用。本文主要介绍了在3GPPR10及R11中引入的主要CA功能，包括CA的结构、部署场景、相关的基本概念及流程，以及对应的3GPPRAN5测试规范的测试情况。2R10CA特性在CA模式下，两个或多个具有相同或不同带宽的ComponentCarriers（CCs）聚合在一起以有效支持eNB和用户（UE）之间DL或UL的更大传输带宽。这些系统带宽可以由几个连续或不连续的CC聚合而成，最多由5个20MHz的CCs聚合而成，这取决于可使用的频谱以及UE的能力。2.1载波聚合的应用场景（见图1）在R10中，由于上行CC需要在同一个频段，场景1、2、3（如果F1和F2是在同一个频段）可以用于上行聚合；所有场景可以用于下行聚合。其中，场景3、4中的RRH/Repeaters要求支持多TA。2.2CC基本概念每个CC最多有110RB（即20MHz），最多支持5个CCs的聚合，以支持达到最大聚合带宽100MHz。每个CC的带宽和LTER8支持的带宽配置一样（即1.4/3/5/10/15/20MHz）。聚合在一起的CCs可以是连续的也可以是非连续的，原则上也可以有不同的带宽。对具有不同带宽的CCs的连续和非连续CA的支持可以灵活有效地使用频谱和对以前使用在其他系统上频谱的重新规划。CA下，UE可以有非对称的配置，即可以配置多个下行CCs和一个上行CC，R10只支持一个上行CC的场景。连续聚合的CCs中心频率的间隔应当是300KHz的整数倍，这是为了和R8/9的100KHz的频率光栅兼容，同时为了保持15KHz间隔的子载波的正交性。配置一个UE的上行CC和下行CC通过SIB2信令联系在一起并通知UE。CA下，每一个连接态的UE有一个PrimaryCell（PCell）和一个或多个SecondaryCells（SCells），其中PCell是UE的AnchorCarrier，只能通过切换过程实现PCell的改变，并在其上实现基本的功能，如UE初始接入网络以及无线链路检测等。，PCell和SCell都是UE的服务小区。当DLPCell经历无线链路失败（RLF）时，执行重建过程，DLSCCs没有无线链路失败。PCell不能被去激活，且总是调度自身，PCell提供安全输入和NAS移动性信息，PUCCH总是在ULPCC上发送，RRC连接重配置过程用来实现SCell的添加/删除/修改。LTE载波聚合关键技术和测试李翔华为技术有限公司无线标准工程师摘要对3GPP落地的LTER10和R11CA技术进行了较详细的阐述，主要包含应用场景、CC的基本概念和管理、多TA等相关技术，以及相关的测试进展。关键词载波聚合服务小区激活去激活交叉调度多TA联合操作图1CA部署场景··9□TELECOMMUNICATIONSNETWORKTECHNOLOGYNo.1NETWORKTECHNOLOGY2.3CA管理流程2.3.1SCell的添加/删除/修改网络通过RRC连接重配置RRCConnectionRecon-figuration过程实现SCell的添加/删除/修改。CellIndex是UESpecific的，是一个3bit的值，范围为0～7，SCell的索引是在SCell被添加时分配的，PCell的索引总是“0”，SCell的修改和删除是通过定位SCell的小区索引执行的，在交叉调度时也要用到小区索引值。2.3.2PCell的改变PCell的改变是通过切换过程实现的，目标小区可以从SCell中选取，详情参见图2。2.3.3SCell系统消息获取与更新（见图3）正常的系统消息的获取和监测改变过程只适用于PCell。对于SCell，是UE在连接态下添加SCell时通过专用信令提供相关的系统消息实现的。对于SCell系统消息的改变，网络是通过先释放该SCell然后添加该SCell实现的，同一个SCell的释放和添加可以通过一条RRCConnectionReconfiguration消息来实现。2.3.4无线链路失败的侦测RLC层达到最大重传次数的重建触发条件在CA图2切换流程图3SCell系统消息的配置和更新··10《电信网技术》2014年1月第1期网络技术下和R8相同。只有下行PCC遭受RLF时才能触发重建过程，SCell没有无线链路检测。在重建时，UE回到非CA的默认配置状态下，即SCell的配置被释放，但是重建之后的第一次配置过程就可以配置SCells。PCell无线链路失败侦测的情况如图4所示。2.3.5测量CA模式下，相对于以前的主要变化是增加了测量事件A6（临区比SCell好Offset），这里的临区是指和SCell同频的那些临区。已有的测量事件A3的定义改为临区比PCell好Offset，这里的临区可以是PCell的同频或异频临区。测量事件A1和A2，主要是扩展了服务小区的含义，CA下的服务小区包含PCell和SCell。测量事件A3，A5和B2中的服务小区指的是PCell。CA下总是需要配置PCell和SCell对应的测量对象。同时，对激活CCs的测量可以在没有测量Gap时进行。测量报告默认应该包含所有配置的服务小区，此外CA下还有一个附加的测量报告，即报告那些不是触发测量报告的服务频点上按照RSRP排序最好的非服务小区，该特性可以为网络SCell的修改或PCell的改变提供附加信息。3GPPTS36.523-1测试规范对此特性有测试例8.3.1.18CA/MeasurementConfigurationCon-trolandReporting/IntraE-UTRANMeasurements/AdditionalMeasurementReporting进行测试。2.3.6CC的激活与去激活（见图5）SCC通过RRC连接重配过程被添加后，处于去激活状态，随后可以通过显式的激活和去激活的MACCE实现。当去激活定时器超时后，SCell可以隐式地认为处于去激活状态，去激活定时器的范围是{2,4,8,16,32,64,128,infinity}无线帧。在切换过程中，SCell也被认为处于去激活状态，但TAT超时时，SCell的激活状态不发生改变。当UE在子帧n收到激活SCell的命令后，除了与CSI报告和去激活定时器有关的动作应当在n+8执行外，所有其他相关的动作均应在不早于子帧n+8且不晚于子帧n+24或n+34执行。当UE在子帧n收到去激活命令或去激活定时器超时后，除了CSI报告的相关动作应当在子帧n+8执行外，其他相关动作应当在不晚于n+8执行。2.3.7交叉调度（见图6）图4PCell无线链路失败图5CC的激活/去激活··11□TELECOMMUNICATIONSNETWORKTECHNOLOGYNo.1NETWORKTECHNOLOGY交叉调度即通过在一个载波（CC）上发送的PDCCH/EPDCCH调度其他载波上的PDSCH或PUSCH资源，其中通过使用CIF（CarrierIndicatorField）指示调度的是哪一个载波。UE通过RRC消息显式地配置交叉调度。当配置交叉调度时，一个3bit的CIF被附加到PDCCH消息的payload部分用于识别被调度的CC。一个小区的UL和DL总是通过相同的小区去调度。非交叉调度适用于UE能够可靠地在所有聚合的CC上接收到PDCCH，非交叉调度适用于UE要么没有配置在某些CCs上接收PDCCH，要么不能可靠地在某些CCs接收PDCCH，如异构网络部署下，不同CCs之间的干扰水平变化较大，UE只能在某些CCs上可靠地接收PDCCH。在一个大带宽CC（如20MHz）和一个窄带宽CC（如1.4MHz）聚合时，使用交叉调度也是有益的，这种场景下，在宽带宽CC上使用交叉调度，能够更有效地调度窄带宽CC的PDSCH/PUSCH，因为窄带宽CC拥有有限的控制信道资源。3R11CA多TA特性R11CAEnhancements引入了多TA的概念，即连接态的UE也可以在激活的具有上行资源的SCell上发起随机接入过程。在SCell上发起的随机接入过程，只有通过PDCCHOrder指示相关的Preamble索引和PRACH资源，即非竞争的随机接入过程。其中msg0在该SCell的调度Cell上发送，msg1在该SCell的UL发送，msg2通过RA-RNTI在PCell上调度。UE不支持两个并行的RACH过程。为了有效地管理多TA，引入了TA组（TAGroup）的概念，即具有上行资源的且共享相同TA值的一组服务小区的集合，一个TA组也可以只包含一个服务小区，分为pTAG（包含PCell的TA组）和sTAG（不包含PCell的TAGs）。一个支持多TA的UE应至少支持两个TA组，一个pTAG，其识别号永远是0，一个或多个sTAGs，其识别号在添加时分配。配置的CC和TA组的关联通过eNB进行配置，SCell和TAG的关联一旦分配不能改变，但可以通过删除和再添加SCell时，把其再关联到其他TAG上实现。当一个sTAG中最后一个SCell被删除时，对应的sTAG也应该被删除，另外执行重建时，sTAG的配置也应该被释放。每一个TAG有一个TAT值，当和PCellTAG关联的TAT超时时，所有TAT’s被认为超时。当和SCellTAG关联的TAT超时时，SCell上的SRS传输应该停止，SCell的type-0SRS配置应该释放，而type-1的SRS配置以及CQI/PMI/RI报告配置应该被保留，MAC释放所有的上行HARQ缓存。4R12CA特性目前3GPP正在讨论R12的相关特性，其中RAN1正在讨论的TDD/FDD联合操作是重要特性之一。为了应付日渐增长的吞吐量和容量需求，如何有效地使用TDD和FDD频谱以及联合使用不同的技术在将来的LTE部署中会变得越来越重要。目前，分析出的TDD/FDD联合操作的具体好处表现在：（1）UE吞吐量：LTETDD-FDD的联合操作能够使UE通过同时在TDD和FDD载波上进行接收/发送，获取更高的吞吐量。（2）负载平衡：UE可以通过使用低负荷的载波获取更高的吞吐量，网络可以在TDD和FDD载波之间更有效地使用频谱资源。（3）覆盖/移动性：从运营商的角度，希望低载频提供充分的覆盖和移动性，而高载频用来提高吞吐量的卸载，也可以用来提供移动的强壮性。（4）网络容量：从运营商的角度来说提高频谱的使用率。分析出的具体使用场景为：（1）FDD+TDD共存（对应CA部署场景1～3），FDD+TDD在有理想Backhaul的情况下不共存（对应CA部署场景4）。（2）FDD+TDD不共存（对应小小区场景及宏—宏场景），在有非理想Backhaul下。5CA特性测试目前，3GPPRAN5负责3GPP其他RANWGs制定的核心规范对应的测试规范的制定。关于CA特性的测试，目前在RAN5成立了4个WIs进行相关的测试：（1）R10CAWI。图6交叉调度··12《电信网技术》2014年1月第1期网络技术（2）R11CarrierAggregationofIntra-bandContigu-ousandInter-bandConfigurationsWI。（3）R11CAEnhancementsWI。（4）R12FurtherConfigurationsforLTEAdvancedCarrierAggregationofIntra-bandandInter-bandWI。其中，