載波聚合到底是怎樣實現(xiàn)速率飆升的？

話說隨著智能手機的普及和移動互聯(lián)網的發(fā)展，各種各樣的手機和平板對網速和流量的需求是越來越強烈，甚至到了如饑似渴的地步。

那么怎樣才能滿足人民日益增長的網速需求和網絡容量有限之間的矛盾呢？

有一種技術，可以讓 5G 的下載速率達到倍增，甚至數(shù)倍增的效果。那就是“載波聚合”。

載波聚合到底是怎樣實現(xiàn)速率飆升的呢？

雙連接技術又是怎樣在載波聚合的基礎上錦上添花的？

下文即將揭曉。

1

為什么需要載波聚合？

一般來說，要提升網速或者容量，有下面幾個思路：

建更多的基站：這樣一來同一個基站下?lián)屬Y源的人就少了，網速自然就上去了。但缺點是投入太大了，運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，一頭青絲變華發(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，單個載波的帶寬不斷增長，從 2G 的 200K，再到 3G 的 5M，4G 的 20M，在 5G 時代甚至達到了 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。

頻譜千方百計搞到了，但載波的帶寬卻已經由協(xié)議定好了，不容再改，這又咋辦？

說起來要實現(xiàn)也簡單，人多力量大是永恒的真理，一個載波容量不夠，我就再加一個一起傳數(shù)據(jù)，不信速度上不去。什么，還不夠？那就繼續(xù)增加載波！

這種技術就叫做：載波聚合。

話說 LTE 的第一個版本因為容量有限，雖然被廣泛宣傳為 4G 技術，但實際上達不到國際電聯(lián)的 4G 標準，業(yè)內也就稱之為 3.9G。

后來 LTE 演進到 LTE-Advanced 時，引入了 5 載波聚合，把單用戶可用的帶寬從 20MHz 擴大到了 100MHz，這才坐穩(wěn)了 4G 的頭把交椅。

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。

2

載波聚合的分類及發(fā)展史

話說頻譜資源是稀缺的，每個頻段就那么一小段，因此載波聚合需要支持多種方式，以兩載波聚合為例：

如果兩個載波的頻段相同，還相互緊挨著，頻譜連續(xù)，就稱作頻段內連續(xù)的載波聚合。

如果兩個載波的頻段相同，但頻譜不連續(xù)，中間隔了一段，就稱作頻段內不連續(xù)的載波聚合。

如果兩個載波的頻段不同，則稱作頻段間的載波聚合。

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），用來擴展帶寬增強速率，可由主載波來決定何時增加和刪除。

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，參與聚合的多個載波不限于同一個基站，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 640MHz！

到了 5G 時代，雖說可聚合的載波數(shù)量僅為 16 個，但架不住 5G 的載波帶寬大啊。

Sub6G 的單載波帶寬最大 100MHz，16 個載波聚合一共就 1.6GHz 帶寬了；毫米波頻段更夸張，單載波帶寬最大 400MHz，16 個載波聚合一共就有 6.4GHz 帶寬！

時代的車輪就這樣滾滾向前。前浪以為自己已經很牛逼了，但回頭一看，后浪簡直就是滔天巨浪啊，然后還沒反應過來就已經被拍在了沙灘上摩擦。

3

5G 的載波聚合技術

話說 5G 的載波聚合，相比 4G 來說更復雜一些。

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）。

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 FDD 或者 TDD 的頻段內部，還可以由多個帶內連續(xù)的載波聚合而成。3GPP 定義了多種的聚合等級，對應于不同的聚合帶寬和連續(xù)載波數(shù)。

比如上圖中的 FR1 頻段內載波聚合等級 C，就表示 2 個帶內連續(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。

跟 FR1 類似，3GPP 也為 FR2 頻段定義了帶內連續(xù)的多種的聚合等級，對應于不同的聚合帶寬和連續(xù)載波數(shù)。

比如上圖中的 FR2 頻段內載波聚合等級 M，就表示 8 個帶內連續(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 內部頻段內，頻段間進行載波聚合，還能和 FR2 進行聚合，并且載波數(shù)量，以及每個載波的帶寬也都可以不同，它們之間的排列組合非常多。

舉個例子，“CA_n78A-n258M”這個組合，就代表 n78（又稱 3.5GHz 或者 C-Band）和 n258（毫米波 26GHz）這兩個頻段間的聚合，其中 n78 的頻段內聚合等級為 A，也就是單載波，n258 的頻段內聚合等級為 M，也就是有 8 個載波且總帶寬小于 800MHz。

4

NSA 組網下的雙連接技術

且說上面的 5G 內部載波聚合已經很強悍了，但這還只是帶寬擴展的冰山一角。

5G 在 NSA 架構下引入了雙連接（Dual Connection，簡稱 DC）技術，手機可以同時連接到 4G 基站和 5G 基站。

在雙連接的基礎上，4G 部分和 5G 部分還都可以在其內部進行載波聚合，這就相當于把 4G 的帶寬也加進來，可進一步增強下行傳輸速率！

在雙連接下，手機同時接入 4G 基站和 5G 基站，這兩基站也要分個主輔，一般情況下 Option3 系列架構中，4G 基站作為控制面錨點，稱之為主節(jié)點（Master Node），5G 基站稱之為輔節(jié)點（Secondary Node）。

主節(jié)點和輔節(jié)點都可以進行載波聚合。其中主節(jié)點的主載波和輔載波稱為 Pcell 和 Scell，輔節(jié)點的主載波和輔載波稱為 PScell 和 Scell。

帶載波聚合的主節(jié)點和輔節(jié)點又可以被稱作 MCG（Master Cell Group，主小區(qū)組）和 SCG（Secondary Cell Group，輔小區(qū)組）。

雖說 NSA 架構的初衷并不是提升速率，而是想著藉由 4G 來做控制面錨點，這樣一來不但現(xiàn)網的 4G 核心網 EPC 可以利舊，還能使用成熟的 4G 覆蓋來庇護 5G 這個初生的孩童。

但是客觀上來講，通過雙連接技術，手機可同時連接 4G 和 5G 這兩張網絡，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 組網架構，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 多個載波聚合后，在和一個 4G 載波進行了雙連接。

原文標題：科普：談談載波聚合

文章出處：【微信公眾號：Qorvo半導體】歡迎添加關注！文章轉載請注明出處。

責任編輯：haq