一、技術(shù)介紹

隨著4G LTE和5G通信技術(shù)的不斷演進(jìn)，用戶對無線數(shù)據(jù)速率、網(wǎng)絡(luò)容量以及業(yè)務(wù)連續(xù)性的要求持續(xù)提升。然而，在實際商用網(wǎng)絡(luò)中，運營商可用頻譜往往來源多樣、分布零散，不同頻段、不同帶寬的載波長期共存。

受限于頻譜資源稀缺且分布碎片化的現(xiàn)實條件，單一載波帶寬已難以支撐高速率與大容量并發(fā)需求。如何在不依賴連續(xù)大帶寬頻譜的前提下，充分挖掘現(xiàn)有頻譜資源價值，成為移動通信系統(tǒng)演進(jìn)中的關(guān)鍵問題。

在這一背景下，3GPP在LTE-A階段引入了載波聚合（Carrier Aggregation, CA）技術(shù)，使終端能夠同時使用多個載波進(jìn)行通信，為后續(xù)4G增強及5G發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

二、載波聚合定義

載波聚合是LTE?A及5G演進(jìn)過程中引入的一項關(guān)鍵技術(shù)，其核心思想是：將兩個或更多的分量載波（Component carrier, CC）進(jìn)行聚合，使終端能夠同時利用多條頻譜資源進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。在物理層面，各載波仍然保持各自獨立；在協(xié)議層面，系統(tǒng)通過調(diào)度與重組機(jī)制，將多載波資源統(tǒng)一服務(wù)于同一用戶。

在LTE中，每個載波的帶寬最高為20?MHz，通過CA最多可聚合5個載波；在5G NR中，CA能力進(jìn)一步增強，可結(jié)合更大的單載波帶寬以及更靈活的頻譜組合方式，為高速率與大容量通信提供基礎(chǔ)。

LTE載波聚合示意圖

三、載波聚合類型

1.頻段內(nèi)連續(xù)CA（Intra-band contiguous CA）

? 定義：兩個載波同屬于3GPP協(xié)議中的某一頻段A內(nèi)，且其在頻域上是連續(xù)的。

頻段內(nèi)連續(xù)CA示意圖

舉個通俗易懂的例子，一個頻段可代表一條道路，一個載波可代表一條車道。當(dāng)?shù)缆飞现挥幸粭l車道時，車只能一輛一輛排隊依次通過，若車流量很大，此時道路的通行效率將大大降低。換言之，若頻段內(nèi)只有單載波，而需要傳輸?shù)男畔⒘亢艽髸r，信息傳輸效率很低。

因此，為了提高車輛通行效率，一種方法是在原來道路的基礎(chǔ)上，將原先的單車道變成雙車道或多車道，且各車道間的距離為0，僅用地上的導(dǎo)流線劃分，如圖所示。此時，道路上就可以同時容納兩輛或多輛車并排行駛，通行效率大大提升。

“單車道”變“多車道”以提升速率

2.交換頻段內(nèi)不連續(xù)CA（Intra-band non-contiguous CA）

? 定義：兩個載波同屬于3GPP協(xié)議中的某一頻段A內(nèi)，但其在頻域上不連續(xù)。

交單頻段內(nèi)不連續(xù)CA示意圖

提升車輛通行效率的第二種方法是考慮在各車道間增加隔離帶，使得各車道獨立開，車輛無法從車道1開到車道2上。

同樣用道路和車道來表示：在原來道路的基礎(chǔ)上，在其中間挖一條隔離帶，使得車道①和車道②相互獨立，各車道內(nèi)的車輛僅能在本車道內(nèi)行駛。這樣車輛在行駛過程中也可有效提升通行效率。

“單車道”增加“隔離帶”以提升速率

3.頻段間CA（Inter-band CA）

定義：兩個載波分屬于3GPP協(xié)議中不同的頻段。

頻段間CA示意圖

若不在原先的道路上做改變，而是在另外的地盤上新建幾條道路，同樣也可提升車輛通行效率。簡言之，車輛可以選擇在不同的道路上行駛，同時每條道路既可設(shè)計成單車道，也可設(shè)計為雙車道或多車道且各車道間可由導(dǎo)流線或隔離帶組成，如圖所示。

新建“車道”以提升速率

注：針對上面左中右三種情況分別進(jìn)行解釋，其中道路代表頻段Band，車道代表載波分量CC，說明如下：

? 左圖：不同的Band中只有一個單載波分量（1CC），例如CA_n29A-n66A；

? 中圖：Band①中只有單載波分量（1CC）+Band②2中由一個Intra-band contiguous CA（2CCs）組成，例如CA_n1A-n78C；

? 右圖：Band①中只有單載波分量（1CC）+Band②2中由一個Intra-band non-contiguous CA（2CCs）組成，例如CA_n1A-n78（2A）；

在參與載波聚合的所有載波分量中，各分量也有區(qū)別。其中承擔(dān)所有核心的控制信令，包括初始接入、RRC連接建立以及大部分調(diào)度相關(guān)的消息的小區(qū)稱為主小區(qū)Primary Cell（PCell），而PCell對應(yīng)的載波分量即稱為PCC（Primary Component Carrier）；而用于擴(kuò)展帶寬，提高數(shù)據(jù)吞吐，不承載接入控制信令的小區(qū)稱為附屬小區(qū)（輔小區(qū)）Secondary Cell（SCell），而SCell對應(yīng)的載波則稱為SCC（Secondary Component Carrier）。

四、載波聚合作用與價值

1.顯著提升數(shù)據(jù)吞吐量與峰值速率

載波聚合通過同時使用多個載波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使終端可獲得更大的等效帶寬。在單載波帶寬受限的情況下，CA能夠?qū)崿F(xiàn)下行和上行速率的疊加提升，是實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（如高清視頻、車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)回傳）的關(guān)鍵技術(shù)手段。

2.提高頻譜利用效率，釋放碎片化頻譜價值

在實際網(wǎng)絡(luò)部署中，運營商頻譜資源往往呈碎片化分布，難以形成連續(xù)的大帶寬載波。CA技術(shù)能夠?qū)⒎稚⒃诓煌l段或不連續(xù)頻點上的頻譜資源進(jìn)行邏輯整合，有效提升現(xiàn)有頻譜的整體利用率，避免頻譜資源閑置或浪費。

3.增強網(wǎng)絡(luò)容量與負(fù)載均衡能力

通過在多個載波之間進(jìn)行動態(tài)調(diào)度，網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)小區(qū)負(fù)載情況靈活分配用戶數(shù)據(jù)，避免單一載波擁塞。CA不僅提升單用戶體驗，也有助于提高整體小區(qū)容量和系統(tǒng)穩(wěn)定性，特別適用于高并發(fā)場景。

4.改善覆蓋與性能的綜合表現(xiàn)

在跨頻段載波聚合中，系統(tǒng)可結(jié)合低頻段的覆蓋優(yōu)勢與高頻段的容量優(yōu)勢。例如，低頻載波用于保障穩(wěn)定連接，高頻載波用于提升速率，從而在覆蓋、速率和穩(wěn)定性之間取得更優(yōu)平衡，提升用戶的整體通信體驗。

5.滿足高性能終端和行業(yè)應(yīng)用需求

在車載終端、工業(yè)模組等應(yīng)用場景中，終端往往需要在移動、高速或復(fù)雜無線環(huán)境下保持穩(wěn)定的數(shù)據(jù)連接。載波聚合作為高性能無線能力的重要體現(xiàn)，已成為終端能力評估、認(rèn)證測試和研發(fā)驗證中的關(guān)鍵指標(biāo)。

五、德思特ALifecom基站模擬器載波聚合測試

在通信模組或T?BOX等設(shè)備研發(fā)過程中，通常需要驗證終端是否支持特定CA組合，以及在不同載波配置下的吞吐性能表現(xiàn)，德思特ALifecom基站模擬器可有效提供網(wǎng)絡(luò)模擬環(huán)境。

德思特ALifecom基站模擬器可支持4G/5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)下的CA測試。其中，NE6600 4G基站模擬器單機(jī)支持LTE 2CC載波聚合。如圖1所示，用戶僅需在軟件端配置主小區(qū)PCell的載波分量（1CC-PCC），指定其工作頻段和帶寬以及發(fā)射信號功率后，點擊開啟載波聚合選項，并選擇載波聚合類型（例如頻段內(nèi)連續(xù)CA、頻段內(nèi)不連續(xù)CA或頻段間CA），從而配置一個附屬小區(qū)SCell的載波分量（1CC-SCC），最終形成LTE 2CC載波聚合。測試時首先終端與基站模擬器間完成網(wǎng)絡(luò)附著，此時僅建立PCell連接，之后在RRC重配置時添加SCell和SCC，觸發(fā)CA建立。

圖1. 4G LTE架構(gòu)下的載波聚合 圖2. 5G NR NSA架構(gòu)下的載波聚合

德思特ALifecom基站模擬器可靈活配置多種不同CA組合，滿足不同測試場景的測試要求。同時，其可穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)研發(fā)與認(rèn)證所需測試場景，支撐研發(fā)調(diào)試和產(chǎn)線測試，可為載波聚合測試提供有效保障。

參考資料：

1.https://zhuanlan.zhihu.com/p/579773649

2.https://bbs.huaweicloud.com/blogs/435723

3.https://blog.csdn.net/ZhongGuoRenMei/article/details/109775756

審核編輯 黃宇