載波聚合到底是怎樣實(shí)現(xiàn)速率飆升的？

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。

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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。

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。

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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！

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。

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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，對應(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 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，對應(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 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。

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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。

原文標(biāo)題：科普：談?wù)勢d波聚合

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