話說隨著智能手機(jī)的普及和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,各種各樣的手機(jī)和平板對(duì)網(wǎng)速和流量的需求是越來越強(qiáng)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(wǎng)速需求和網(wǎng)絡(luò)容量有限之間的矛盾呢?
有一種技術(shù),可以讓 5G 的下載速率達(dá)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(shí)現(xiàn)速率飆升的呢?
雙連接技術(shù)又是怎樣在載波聚合的基礎(chǔ)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(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(huì)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)槿萘坑邢蓿m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。
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(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。
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。
主輔載波是相對(duì)終端來說的,對(duì)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!
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。
3
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)。
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(jí),對(duì)應(yīng)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(nèi)載波聚合等級(jí) 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。
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(jí),對(duì)應(yīng)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(nèi)載波聚合等級(jí) 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(jí)為 A,也就是單載波,n258 的頻段內(nèi)聚合等級(jí)為 M,也就是有 8 個(gè)載波且總帶寬小于 800MHz。
4
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。
在雙連接的基礎(chǔ)上,4G 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!
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)。
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。
責(zé)任編輯:haq
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