载波聚合（CA）

载波聚合(CA)

1. 载波聚合目的
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（Carrier Aggregation，CA），通过多个连续或者非连续的分量载波聚合获取更大的传输带宽，从而获取更高的峰值速率和吞吐量。
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）。每个载波单元的带宽可以为5MHZ、10MHZ、15MHZ和20MHZ，但最大带宽不超过20 MHz。
载波聚合原因：由于LTE是长期演进技术，前期的协议就规划了其部署的带宽要求，如果直接扩大带宽，会导致向下协议、设备、终端等无法兼容。
增大速率的其他方案：MIMO技术（多发多收、空间复用、增益）、增加站点密度（相当于扩容）。

注：Rel-10中的所有载波单元都是后向兼容的（backward-compatible），即同时支持Rel-8/Rel-9的UE。

2. 载波聚合原理
2.1 CA的类型
为了高效地利用零碎的频谱，载波聚合支持不同载波单元之间的聚合（如图2-1所示）
a) 相同或不同带宽的载波单元
b) 同一频带内，邻接或非邻接的载波单元
c) 不同频带内的载波单元

图2-1 载波聚合

注：连续的载波单元之间的中心频率间隔必须是300 kHz的整数倍，以保证子载波的正交性。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。

2.2 基本概念
Primary Cell（PCell）： 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。
Secondary Cell（SCell）： 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。
载波单元(CC) ： 在Rel 10中聚合的CC被设计成具有所有必要的Rel 8通道和信号，如PSS/ SSS和系统信息(SI)。但是，这仅仅是为了向后兼容，UE不必读取所有聚合的CCs的MIB/ sib。从更高层的角度来看，每个CC都是一个单独的单元，具有自己的单元ID。在一个给定的地理单元中，所有可以聚合的CCs都被认为是同步的，并且属于同一个eNodeB (eNB)。
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。
Serving cell： 是为UE提供服务（上下行传输）的小区。如果UE处于RRC_CONNECTED态但并未配置CA，则该UE只有一个serving cell，即PCell；如果UE处于RRC_CONNECTED态且配置了CA，则该UE的serving cell集合包括PCell和所有的SCell。即serving cell既可以指代PCell，也可以指代SCell。PCell或SCell同时也是一个serving cell。配置了CA的UE可与1个PCell和至多4个SCell相连。某个UE的serving cell集合至多包含5个serving cell。配置了CA的UE在所有的serving cell内使用相同的C-RNTI。
对于某个UE而言，每个载波单元（小区）都有一个对应的索引。PCell的索引固定为0，而每个SCell的索引是通过UE特定的IE：SCellToAddMod-r10 -> sCellIndex-r10发给UE的。
serving cell c： c代表配置的第c个serving cell。Pcell的c值固定为0；对于SCell，c与sCellIndex-r10一一对应，并按sCellIndex-r10由小到大的顺序映射
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PCell对应的上行PCC（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与哪个上行CC相关联。
eNodeB可以通过RRC消息UECapabilityEnquiry询问UE的能力，UE会通过UECapabilityInformation将自己的无线接入能力告诉eNodeB。UE会在UECapabilityInformation中将ca-BandwidthClassUL-r10和ca-BandwidthClassDL-r10信息发送给eNodeB，该信息指明了UE支持的最大载波单元数，以及可聚合的RB数等


表2-1 CA带宽类别和相应的标称保护频带

注：Bandwidth Class = UE (device) capability。若ca-BandwidthClassDL-r10为a类别，说明UE下行只支持1个载波单元；若ca-BandwidthClassDL-r10为c类别，则UE下行支持2个载波单元的载波聚合。

2.3 添加/修改/删除SCell
对于具有载波聚合能力的UE，其主小区的接入和RRC连接建立过程同非CA终端完全一样，不同的是对于具有CA能力的UE在主小区建立RRC连接后，系统侧会进一步根据覆盖情况，基于测量报告MeasurementReport，为UE添加/修改/SCell。添加/修改/删除SCell主要是RRC层负责，通过RRCConnectionReconfiguration命令来完成的。
2.3.1 添加SCell
添加：
1)若服务小区与邻区的关系为“同覆盖”或“包含”时，则系统直接为UE添加辅小区。
2) 若服务小区与邻区的关系为“相邻”时，则通过A4事件（相邻小区质量高于门限，用于基于负荷的切换）为UE添加辅小区。
3) 当收到测量邻区的A4事件，则选择测量报告中与PCell小区为邻区的信号最强小区作为SCell小区，同时对这个SCell小区下发A2/A6测量配置。
A4事件的触发:
触发条件：Mn+Ofn+Ocn-Hys>Thresh
取消条件：Mn+Ofn+Ocn-Hys<Thresh
其中：Mn—邻区测量结果；Ofn—邻区频率的特定频率偏移；Ocn—邻区的特定小区偏置；Hys—事件A4迟滞参数；Thresh—事件A4的门限参数。

2.3.2修改SCell
修改：
1)通过A6事件（邻小区质量加偏移量好于服务小区SCell质量），为UE进行同频辅小区的切换。
2)A6事件触发条件为邻区信号强度比当前SCC强offset，offset为信号强度偏差。
3) 当收到测量SCell的A6事件，则删除触发A6事件报告的SCell小区，并选择测量报告中与Pcell小区为邻区的信号最强小区作为新的SCell小区，同时对这个SCell小区下发相关的测量配置。
A6事件的触发：
触发条件：Mn+Ocn-Hys>Ms+Ocs+Off
取消条件：Mn+Ocn+Hys<Ms+Ocs+Off
其中：Mn—邻区测量结果； Ocn—邻区的特定小区偏置；Ms—服务小区的测量结果；Ocs—服务小区的特定小区偏置；Hys—事件A6迟滞参数；Off—事件A6的偏置参数。

2.3.3 删除SCell
删除：
1)通过A2事件（服务小区的质量低于门限，用于打开频间测量和去激活GAP）删除辅小区。
2)当收到测量SCell的A2事件，则删除该SCell，并删除针对该SCell的A2/A6事件，并下发该小区和其它还没下A4测量邻区的A4测量。
A2事件的触发：
触发条件：Ms+Hys<Thresh
取消条件：Ms-Hys>Thresh
其中：Ms—服务小区测量结果；Hys—事件A2迟滞参数；Thresh—事件A2的门限参数。

表2-2 系统测量事件

2.4 SCell激活/去激活
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。PCell总是激活的，SCell默认是去激活的。
当SCell激活时：UE可以在对应的载波单元内：
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在对应的载波单元内 ：
1)不发送SRS；
2)不进行CQI测量，也不上报CQI/PMI/RI/PTI；
3)不传输上行数据（包括pending的重传数据）；
4)不检测用于该SCell和在该SCell上传输的PDCCH；
5)可以用于上行功控的路损测量的参考，但是测量的频率降低，以便降低功率消耗。
CA UE的三种状态：SCell配置未激活、SCell配置并激活、SCell未配置。通过RRC信令配置或去掉配置SCC，通过MAC信令激活或去激活SCC。通常A4事件配置SCell，A2事件去掉配置SCell。


图2-2 CA UE的状态转换
UE的激活/去激活机制是基于Activation/Deactivation MAC Control Element和deactivation timers（去激活定时器）的结合来实现的。

2.4.1基于MAC CE的SCell激活/去激活
激活/去激活MAC控制元素由带有LCID 27的MAC PDU子标头标识。它有一个固定的大小，由一个包含七个c域和一个r域的八隅体组成。
Ci——是一个配置了SCellIndex i的SCell。
’ 1 ‘——带有索引’ i '的Scell将被激活。
’ 0 ‘——带有索引’ i '的Scell将被去激活。

图2-3 激活/去激活MAC控制元素

表2-3 Values of LCID for DL-SCH

2.4.2基于去激活定时器的SCell去激活
UE会为每个SCell维护一个定时器Timer，对应某个UE的所有SCell，定时器的值是相同的。该值可以配置成“infinity”，即去使能基于timer的SCell去激活，此时UE无法控制SCell的去激活。
当在去激活定时器指定的时间内，UE没有在对应的SCell上收到数据或PDCCH消息，则该SCell将去激活。这也是UE可以自动将某SCell去激活的唯一情况。
SCell的信道质量并不作为UE判断是否去激活的条件。

注：UE不能激活SCell，只有eNodeB可以激活某个UE的SCell。UE只有在配置的sCellDeactivationTimer不为“infinity”的情况下，才能控制是否将SCell去激活。

当UE在子帧n收到某个SCell的激活命令时，对应的激活操作将在n + 8子帧启动。
当UE在子帧n收到去激活命令或某个SCell的deactivation timer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。
2.5 CA部署
参看温金辉《深入理解LTE》23.4节。
2.6 调度
eNodeB侧的MAC层负责对无线资源的动态调度，以及HARQ处。CA主要对MAC层可见。参看温金辉《深入理解LTE》23.7节。
2.6.1 对调度的影响
如果UE配置了CA，则该UE可以同时（同一个TTI）在多个serving cell被调度。但任何时刻，至多只存在1个随机接入过程。
基于CIF（Carrier Indicator Field）的跨载波调度（Cross-carrier scheduling）允许一个serving cell的PDCCH调度另一个serving cell上的无线资源。即控制信息在一个载波单元上传输，而对应的数据在另一个载波单元上传输。限制如下：
1)跨载波调度不适用于PCell，PCell总是通过它自身的PDCCH进行调度；
2)当某个SCell配置了PDCCH，则跨载波调度不适用于该SCell；
3)当某个SCell没有配置PDCCH时，则该SCell的跨载波调度总是通过另一个serving cell的PDCCH进行调度。
2.6.2 跨载波调度
跨载波调度允许一个CC上的PDCCH通过在PDCCH消息的开头插入一个新的3位载波指示字段(CIF)来调度另一个CC上的数据传输。
每个CC上是否存在CIF是半静态配置的，即，通过RRC信令，对于每个UE。配置后，CIF仅出现在特定于ui的搜索空间中的PDCCH消息中，而不是公共搜索空间。
对于给定CC上的数据传输，UE期望仅在一个CC上接收PDCCH上的调度消息—通过跨载波调度接收相同CC或不同CC上的调度消息。
图2-3 非跨载波调度和跨载波调度
eNodeB是通过RRCConnectionReconfiguration来配置某个UE的跨载波调度的。其通过IE: crossCarrierSchedulingConfig-r10可以配置UE的每个载波单元在跨载波调度中的行为。（即每个载波单元可独立地配置是否使能跨载波调度以及在其它哪个载波单元上进行调度）。
如果UE配置了跨载波调度，则该UE的serving cell可能的配置包括：
**配置一：**某个serving cell既不跨载波调度其它serving cell上的资源，也不被其它serving cell跨载波调度。即该serving cell只发送本小区的PDCCH。
**配置二：**某个serving cell跨载波调度其它serving cell上的资源，此时该serving cell的资源也只能在本serving cell上调度，而不能被其它serving cell跨载波调度。即该serving cell既发送本小区的PDCCH，也发送其它小区的PDCCH。
**配置三：**某个serving cell被其它serving cell跨载波调度，此时该serving cell不能跨载波调度其它serving cell上的资源。即该serving cell既不发送本小区的PDCCH，也不发送其它小区的PDCCH。
PDCCH（或者说DCI）新增了一个“Carrier indicator”字段（简称为CIF字段），用于指定该PDCCH对应哪个小区的PDSCH/PUSCH资源，该字段只在跨载波调度中存在。
如果CIF的值为0，则该PDCCH对应PCell上的资源；如果CIF的值不为0，则该PDCCH对应“sCellIndex-r10 = CIF”的SCell上的资源。即CIF的值与SCellToAddMod-r10中的sCellIndex-r10值是一一对应并且相等的。
UE的某个serving cell发送的PDCCH是否存在CIF字段是通过cif-Presence-r10字段来控制的。该字段可能存在于PhysicalConfigDedicated（对应PCell上的配置）或CrossCarrierSchedulingConfig-r10（对应SCell上的配置）中。
3. 载波聚合的LOG

注:需要包含attach流程的LOG。

3.1 RRC – Log Packets
通过UECapabilityInformation中supportedBandCombination-r10信元来查看终端是否支持CA，在下图supportedBandCombination-r10信元包含的子信元中分别展示了带间CA和带内连续CA。
FGI位111、112和113用于载波聚合和相关功能。如：

rrcConnectionReconfiguration中携带的参数如下图所示：


3.2 载波聚合LOG分析的相关包
1)0xB0C0 LTE RRC OTA Packet
2)0xB130 LTE LL1 PDCCH Decoding Result
3)0xB173 LTE PDSCH Stat Indication
4)0xB126 LTE LL1 PDSCH Demapper Configuration
5)0xB139 LTE LL1 PUSCH Tx Report
6)0xB193 LTE ML1 Idle Serving Cell Meas Response
7)0xB195 LTE ML1 Connected Neighbor Meas Request/Response
8)0xB16B LTE PDCCH-PHICH Indication Report
9)0xB111 LTE LL1 Rx AGC Log
10)0xB063 LTE MAC DL Transport Block

3.3 载波聚合LOG分析调试清单
1)Check the UE capability IE for CA band support and Rel-10 FGI bits
2)Ensure that the SCell is configured as per the UE capability support in RRC reconfiguration IE
3)Check for MAC IE for SCell deactivation and activation
4)Ensure that the SCell deactivation timer is not expired
5)Check 0xB130 for SCell DL grants and corresponding PDSCH decode in 0xB173
6)Check 0xB195 for SCell Connected mode neighbor measurement
7)Check 0xB193 for SCell serving cell measurement
8)Check 0xB139 LTE LL1 PUSCH Tx Report to ensure that the UE sends ack/nakc for all DL TBs
表3-1 手机cat等级

参考文献
1)深入理解LTE》第23章
2)LTE Carrier Aggregation Overview》
3)LTE AS – Carrier Aggregation Overview》
4)LTE AS Carrier Aggregation Log Analysis》
5)https://wenku.baidu.com/view/7f216a4f6529647d272852ea.html
6)https://wenku.baidu.com/view/ae1d05cadbef5ef7ba0d4a7302768e9950e76e16?fr=uc
7)https://www.jinchutou.com/p-48556923.html

最后

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