到底什么是載波聚合（CA）？

時(shí)間：2020-12-21 18:02:39

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[導(dǎo)讀]一文了解載波聚合的分類，以及發(fā)展史。

為什么需要載波聚合？

一般來說，要提升網(wǎng)速或者容量，有下面幾個(gè)思路： 建更多的基站 ：這樣一來同一個(gè)基站下?lián)屬Y源的人就少了，網(wǎng)速自然就上去了。但缺點(diǎn)是投入太大了，運(yùn)營商肯定不會做虧本的買賣。 提升頻譜效率 ：從2G到5G，有多少專家潛心鉆研，一頭青絲變?nèi)A發(fā)，就是為了提升效率，在每赫茲的頻譜上傳更多的數(shù)據(jù)！可見這項(xiàng)工作是真的很艱難。 增加頻譜帶寬 ：這是提升容量最簡單粗暴的辦法了，從2G到5G，單個(gè)載波的帶寬不斷增長，從2G的200K，再到3G的5M，4G的20M，在5G時(shí)代甚至達(dá)到了100M（Sub6G頻段）乃至400M（毫米波頻段）！然而，這一切努力在洶洶流量面前還是杯水車薪，這可怎么辦？
只能再增加頻譜帶寬了！4G的做法主要是把2G和3G，乃至Wifi的頻段搶過來用，5G的做法主要是擴(kuò)展新頻段，從傳統(tǒng)的低頻向帶寬更大的高頻發(fā)起沖擊。
頻譜千方百計(jì)搞到了，但載波的帶寬卻已經(jīng)由協(xié)議定好了，不容再改，這又咋辦？
說起來要實(shí)現(xiàn)也簡單，人多力量大是永恒的真理，一個(gè)載波容量不夠，我就再加一個(gè)一起傳數(shù)據(jù)，不信速度上不去。什么，還不夠？那就繼續(xù)增加載波！這種技術(shù)就叫做： 載波聚合 。話說LTE的第一個(gè)版本因?yàn)槿萘坑邢?，雖然被廣泛宣傳為4G技術(shù)，但實(shí)際上達(dá)不到國際電聯(lián)的4G標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)內(nèi)也就稱之為3.9G。后來LTE演進(jìn)到LTE-Advanced時(shí)，引入了5載波聚合，把單用戶可用的帶寬從20MHz擴(kuò)大到了100MHz，這才坐穩(wěn)了4G的頭把交椅。到底什么是載波聚合（CA）？后面的5G，自然是繼承了4G的衣缽，把載波聚合作為提升容量的利器。

載波聚合的分類及發(fā)展史

話說頻譜資源是稀缺的，每個(gè)頻段就那么一小段，因此載波聚合需要支持多種方式，以兩載波聚合為例：如果兩個(gè)載波的頻段相同，還相互緊挨著，頻譜連續(xù)，就稱作頻段內(nèi)連續(xù)的載波聚合。
如果兩個(gè)載波的頻段相同，但頻譜不連續(xù)，中間隔了一段，就稱作頻段內(nèi)不連續(xù)的載波聚合。如果兩個(gè)載波的頻段不同，則稱作頻段間的載波聚合。到底什么是載波聚合（CA）？這三種方式包含了所有的情況，可謂任你幾路來，都只一路去，再多的載波，也能給擰成一股繩。參與載波聚合的每一個(gè)載波，又都叫做分量載波（Component Carrier，簡稱CC）。因此，3載波聚合也可稱之為3CC。這些載波在一起工作，需要相互協(xié)同，就總得有個(gè)主輔載波之分。所謂主載波，就是承載信令，并管理其他載波的載波，也叫Pcell（Primary cell）。輔載波也叫Scell（Secondary cell），用來擴(kuò)展帶寬增強(qiáng)速率，可由主載波來決定何時(shí)增加和刪除。到底什么是載波聚合（CA）？主輔載波是相對終端來說的，對于不同終端，工作的主輔載波可以不同。并且，參與聚合的多個(gè)載波不限于同一個(gè)基站，也可以來自相鄰的基站。從4G的LTE-Advanced協(xié)議引入載波聚合之后，該技術(shù)就如脫韁的野馬一樣狂奔，從最初的5載波聚合，總帶寬100MHz，再到后面的32載波聚合，總帶寬可達(dá)640MHz！到了5G時(shí)代，雖說可聚合的載波數(shù)量僅為16個(gè)，但架不住5G的載波帶寬大啊。 Sub6G的單載波帶寬最大100MHz，16個(gè)載波聚合一共就1.6GHz帶寬了；毫米波頻段更夸張，單載波帶寬最大400MHz，16個(gè)載波聚合一共就有6.4GHz帶寬！到底什么是載波聚合（CA）？時(shí)代的車輪就這樣滾滾向前。前浪以為自己已經(jīng)很牛逼了，但回頭一看，后浪簡直就是滔天巨浪啊，然后還沒反應(yīng)過來就已經(jīng)被拍在了沙灘上摩擦。

5G的載波聚合技術(shù)

話說5G的載波聚合，相比4G來說更復(fù)雜一些。首先5G的頻段分為兩類，F(xiàn)R1和FR2，也就是俗稱的6GHz以下的頻段（Sub6G），以及高頻，也就毫米波（mmWave）。到底什么是載波聚合（CA）？ FR1包含了眾多從2G，3G和4G傳承下來的頻段，有些是FDD的，有些是TDD的。這樣一來，在FR1內(nèi)部就存在FDD+FDD頻段間的載波聚合，F(xiàn)DD+TDD頻段間的載波聚合，以及TDD+TDD頻段間的載波聚合。在上述的每個(gè)FDD或者TDD的頻段內(nèi)部，還可以由多個(gè)帶內(nèi)連續(xù)的載波聚合而成。3GPP定義了多種的聚合等級，對應(yīng)于不同的聚合帶寬和連續(xù)載波數(shù)。到底什么是載波聚合（CA）？比如上圖中的FR1頻段內(nèi)載波聚合等級C，就表示2個(gè)帶內(nèi)連續(xù)的載波聚合，且總帶寬在100MHz到200MHz之間。

不同于FR1，F(xiàn)R2是全新定義毫米波頻段，雙工方式全部都是TDD。到底什么是載波聚合（CA）？跟FR1類似，3GPP也為FR2頻段定義了帶內(nèi)連續(xù)的多種的聚合等級，對應(yīng)于不同的聚合帶寬和連續(xù)載波數(shù)。

到底什么是載波聚合（CA）？比如上圖中的FR2頻段內(nèi)載波聚合等級M，就表示8個(gè)帶內(nèi)連續(xù)的載波聚合，且總帶寬在700MHz到800MHz之間。有了上述的定義，我們就可以在FR1內(nèi)部頻段內(nèi)，頻段間進(jìn)行載波聚合，還能和FR2進(jìn)行聚合，并且載波數(shù)量，以及每個(gè)載波的帶寬也都可以不同，它們之間的排列組合非常多。舉個(gè)例子，“CA_n78A-n258M”這個(gè)組合，就代表n78（又稱3.5GHz或者C-Band）和n258（毫米波26GHz）這兩個(gè)頻段間的聚合，其中n78的頻段內(nèi)聚合等級為A，也就是單載波，n258的頻段內(nèi)聚合等級為M，也就是有8個(gè)載波且總帶寬小于800MHz。

NSA組網(wǎng)下的雙連接技術(shù)

且說上面的5G內(nèi)部載波聚合已經(jīng)很強(qiáng)悍了，但這還只是帶寬擴(kuò)展的冰山一角。 5G在NSA架構(gòu)下引入了雙連接（Dual Connection，簡稱DC）技術(shù)，手機(jī)可以同時(shí)連接到4G基站和5G基站。到底什么是載波聚合（CA）？在雙連接的基礎(chǔ)上， 4 G部分和5G部分還都可以在其內(nèi)部進(jìn)行載波聚合，這就相當(dāng)于把4G的帶寬也加進(jìn)來，可進(jìn)一步增強(qiáng)下行傳輸速率！

到底什么是載波聚合（CA）？在雙連接下，手機(jī)同時(shí)接入4G基站和5G基站，這兩基站也要分個(gè)主輔，一般情況下Option3系列架構(gòu)中，4G基站作為控制面錨點(diǎn)，稱之為主節(jié)點(diǎn)（Master Node），5G基站稱之為輔節(jié)點(diǎn)（Secondary Node）。主節(jié)點(diǎn)和輔節(jié)點(diǎn)都可以進(jìn)行載波聚合。其中主節(jié)點(diǎn)的主載波和輔載波稱為Pcell和Scell，輔節(jié)點(diǎn)的主載波和輔載波稱為PScell和Scell。帶載波聚合的主節(jié)點(diǎn)和輔節(jié)點(diǎn)又可以被稱作MCG（Master Cell Group，主小區(qū)組）和SCG（Secondary Cell Group，輔小區(qū)組）。

到底什么是載波聚合（CA）？

雖說NSA架構(gòu)的初衷并不是提升速率，而是想著藉由4G來做控制面錨點(diǎn)，這樣一來不但現(xiàn)網(wǎng)的4G核心網(wǎng)EPC可以利舊，還能使用成熟的4G覆蓋來庇護(hù)5G這個(gè)初生的孩童。但是客觀上來講，通過雙連接技術(shù)，手機(jī)可同時(shí)連接4G和5G這兩張網(wǎng)絡(luò)，獲取到的頻譜資源更多，理論上的峰值下載速率可能要高于SA組網(wǎng)架構(gòu)，除非以后把4G載波全部重耕到5G。
這些雙連接加載波聚合的組合，也都是由協(xié)議定義的。如果看到這串字符：DC_1A_n78A-n257M，我們先按照下劃線“_”把它拆解為三個(gè)部分，DC，1A，和n78A-n257M。 DC就表示雙連接，1A表示LTE band1（2100MHz）單載波，后面的n78A-n257M見前文的解釋，這串字符綜合起來就是5G FR1和FR2多個(gè)載波聚合后，在和一個(gè)4G載波進(jìn)行了雙連接。

高通驍龍888集成的X60基帶，下載速率是怎樣達(dá)到7.5Gbps的？

話說近期高通發(fā)布了驍龍888芯片，這個(gè)名字確實(shí)非常吉利，其內(nèi)部集成的X60基帶也是非常牛逼的，號稱能達(dá)到7.5Gbps的最大下載速度。我們且先看看X60主要都支持哪些高級能力：
頻段支持： Sub6G（FR1）和mmWave（FR2）都支持，在Sub6G還支持4G和5G的動(dòng)態(tài)頻譜共享（Dynamic Spectrum Sharing，簡稱DSS）。 Sub6G能力： 支持200M帶寬，4x4 MIMO。也就是說，可以在這200M帶寬（2個(gè)100M載波）上，同時(shí)接收4路不同的下載數(shù)據(jù)，也叫做4流。 mmWave能力： 支持800M帶寬，8個(gè)載波，2x2 MIMO。也就是說，這800M帶寬被劃分為了8個(gè)載波，每個(gè)100M，它們可聚合起來，同時(shí)接收2路不同的下載數(shù)據(jù)，也叫做2流。 載波聚合能力： Sub6G載波聚合（FDD+TDD，F(xiàn)DD+FDD，TDD+TDD），以及Sub6G和mmWave之間的載波聚合。那么，7.5Gbps的下載速率是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？
由于沒有詳細(xì)資料，蜉蝣君大概通過各種組合的拼湊，大概猜測了一下，這個(gè)速率可能是在 NSA模式下，由一個(gè)5G Sub6G 100M載波加上7個(gè)mmWave 100M載波聚合起來，再和4G的一個(gè)20MHz載波做了雙連接而得來的。到底什么是載波聚合（CA）？當(dāng)然，這只是芯片的上限能力，具體能把這些潛能發(fā)揮到多少，還要看手機(jī)廠家的具體實(shí)現(xiàn)。讓我們拭目以待。好了，本期的內(nèi)容就到這里，希望對大家有所幫助。