載波聚合(CA)
1. 載波聚合目的
爲了滿足LTE-A下行峯速1 Gbps，上行峯速500 Mbps的要求，需要提供最大100 MHz的傳輸帶寬，但由於這麼大帶寬的連續頻譜的稀缺，LTE-A提出了載波聚合（Carrier Aggregation，CA），通過多個連續或者非連續的分量載波聚合獲取更大的傳輸帶寬，從而獲取更高的峯值速率和吞吐量。
CA是將2個或更多的載波單元（Component Carrier， CC）聚合在一起以支持更大的傳輸帶寬（最大爲100MHz）。每個載波單元的帶寬可以爲5MHZ、10MHZ、15MHZ和20MHZ，但最大帶寬不超過20 MHz。
載波聚合原因：由於LTE是長期演進技術，前期的協議就規劃了其部署的帶寬要求，如果直接擴大帶寬，會導致向下協議、設備、終端等無法兼容。
增大速率的其他方案：MIMO技術（多發多收、空間複用、增益）、增加站點密度（相當於擴容）。
注：Rel-10中的所有載波單元都是後向兼容的（backward-compatible），即同時支持Rel-8/Rel-9的UE。
2. 載波聚合原理
2.1 CA的類型
爲了高效地利用零碎的頻譜，載波聚合支持不同載波單元之間的聚合（如圖2-1所示）
a) 相同或不同帶寬的載波單元
b) 同一頻帶內，鄰接或非鄰接的載波單元
c) 不同頻帶內的載波單元
圖2-1 載波聚合
注：連續的載波單元之間的中心頻率間隔必須是300 kHz的整數倍，以保證子載波的正交性。這是爲了兼容Rel-8的100 kHz frequency raster，並保證子載波的15 kHz spacing，從而取的最小公倍數。
2.2 基本概念
Primary Cell（PCell）： 主小區，是UE進行初始連接建立的小區，或進行RRC連接重建的小區，或是在handover過程中指定的主小區。PCell負責與UE之間的RRC通信。PCell對應的載波單元稱爲PCC（Primary Component Carrier）。其中，PCell的下行載波稱爲DL PCC，PCell的上行載波稱爲UL PCC。
Secondary Cell（SCell）： 輔小區，是在RRC重配置時添加的，用於提供額外的無線資源，SCell與UE之間不存在任何RRC通信。SCell對應的載波單元稱爲SCC（Secondary Component Carrier）。其中，SCell的下行載波稱爲DL SCC，SCell的上行載波稱爲UL SCC。
載波單元(CC) ： 在Rel 10中聚合的CC被設計成具有所有必要的Rel 8通道和信號，如PSS/ SSS和系統信息(SI)。但是，這僅僅是爲了向後兼容，UE不必讀取所有聚合的CCs的MIB/ sib。從更高層的角度來看，每個CC都是一個單獨的單元，具有自己的單元ID。在一個給定的地理單元中，所有可以聚合的CCs都被認爲是同步的，並且屬於同一個eNodeB (eNB)。
PCell是在連接建立（connection establishment）時確定的。SCell是在初始安全激活流程（initial security activation procedure）之後，通過RRC連接重配置消息RRCConnectionReconfiguration添加/修改/釋放的。
Serving cell： 是爲UE提供服務（上下行傳輸）的小區。如果UE處於RRC_CONNECTED態但並未配置CA，則該UE只有一個serving cell，即PCell；如果UE處於RRC_CONNECTED態且配置了CA，則該UE的serving cell集合包括PCell和所有的SCell。即serving cell既可以指代PCell，也可以指代SCell。PCell或SCell同時也是一個serving cell。配置了CA的UE可與1個PCell和至多4個SCell相連。某個UE的serving cell集合至多包含5個serving cell。配置了CA的UE在所有的serving cell內使用相同的C-RNTI。
對於某個UE而言，每個載波單元（小區）都有一個對應的索引。PCell的索引固定爲0，而每個SCell的索引是通過UE特定的IE：SCellToAddMod-r10 -> sCellIndex-r10發給UE的。
serving cell c： c代表配置的第c個serving cell。Pcell的c值固定爲0；對於SCell，c與sCellIndex-r10一一對應，並按sCellIndex-r10由小到大的順序映射
與非CA的場景類似，通過SystemInformationBlockType2的ul-CarrierFreq和ul-Bandwidth字段，可以指定下行PCell對應的上行PCC（僅FDD需配置該字段）。這樣做的目的是無需明確指定，就知道通過下行傳輸的某個UL grant與哪個上行CC相關聯。 
eNodeB可以通過RRC消息UECapabilityEnquiry詢問UE的能力，UE會通過UECapabilityInformation將自己的無線接入能力告訴eNodeB。UE會在UECapabilityInformation中將ca-BandwidthClassUL-r10和ca-BandwidthClassDL-r10信息發送給eNodeB，該信息指明瞭UE支持的最大載波單元數，以及可聚合的RB數等
表2-1 CA帶寬類別和相應的標稱保護頻帶
注：Bandwidth Class = UE (device) capability。若ca-BandwidthClassDL-r10爲a類別，說明UE下行只支持1個載波單元；若ca-BandwidthClassDL-r10爲c類別，則UE下行支持2個載波單元的載波聚合。
2.3 添加/修改/刪除SCell
對於具有載波聚合能力的UE，其主小區的接入和RRC連接建立過程同非CA終端完全一樣，不同的是對於具有CA能力的UE在主小區建立RRC連接後，系統側會進一步根據覆蓋情況，基於測量報告MeasurementReport，爲UE添加/修改/SCell。添加/修改/刪除SCell主要是RRC層負責，通過RRCConnectionReconfiguration命令來完成的。
2.3.1 添加SCell
添加：
1)若服務小區與鄰區的關係爲“同覆蓋”或“包含”時，則系統直接爲UE添加輔小區。
2) 若服務小區與鄰區的關係爲“相鄰”時，則通過A4事件（相鄰小區質量高於門限，用於基於負荷的切換）爲UE添加輔小區。
3) 當收到測量鄰區的A4事件，則選擇測量報告中與PCell小區爲鄰區的信號最強小區作爲SCell小區，同時對這個SCell小區下發A2/A6測量配置。
A4事件的觸發:
觸發條件：Mn+Ofn+Ocn-Hys>Thresh
取消條件：Mn+Ofn+Ocn-Hys<Thresh
其中：Mn—鄰區測量結果；Ofn—鄰區頻率的特定頻率偏移；Ocn—鄰區的特定小區偏置；Hys—事件A4遲滯參數；Thresh—事件A4的門限參數。
2.3.2修改SCell
修改：
1)通過A6事件（鄰小區質量加偏移量好於服務小區SCell質量），爲UE進行同頻輔小區的切換。
2)A6事件觸發條件爲鄰區信號強度比當前SCC強offset，offset爲信號強度偏差。
3) 當收到測量SCell的A6事件，則刪除觸發A6事件報告的SCell小區，並選擇測量報告中與Pcell小區爲鄰區的信號最強小區作爲新的SCell小區，同時對這個SCell小區下發相關的測量配置。
A6事件的觸發：
觸發條件：Mn+Ocn-Hys>Ms+Ocs+Off
取消條件：Mn+Ocn+Hys<Ms+Ocs+Off
其中：Mn—鄰區測量結果； Ocn—鄰區的特定小區偏置；Ms—服務小區的測量結果；Ocs—服務小區的特定小區偏置；Hys—事件A6遲滯參數；Off—事件A6的偏置參數。
2.3.3 刪除SCell
刪除：
1)通過A2事件（服務小區的質量低於門限，用於打開頻間測量和去激活GAP）刪除輔小區。
2)當收到測量SCell的A2事件，則刪除該SCell，並刪除針對該SCell的A2/A6事件，並下發該小區和其它還沒下A4測量鄰區的A4測量。
A2事件的觸發：
觸發條件：Ms+Hys<Thresh
取消條件：Ms-Hys>Thresh
其中：Ms—服務小區測量結果；Hys—事件A2遲滯參數；Thresh—事件A2的門限參數。
表2-2 系統測量事件
2.4 SCell激活/去激活
爲了更好地管理配置了CA的UE的電池消耗，LTE提供了SCell的激活/去激活機制。PCell總是激活的，SCell默認是去激活的。
當SCell激活時：UE可以在對應的載波單元內：
1)發送SRS；
2)上報CQI/PMI/RI/PTI；
3)檢測用於該SCell和在該SCell上傳輸的PDCCH。
當SCell去激活時：UE在對應的載波單元內 ：
1)不發送SRS；
2)不進行CQI測量，也不上報CQI/PMI/RI/PTI；
3)不傳輸上行數據（包括pending的重傳數據）；
4)不檢測用於該SCell和在該SCell上傳輸的PDCCH；
5)可以用於上行功控的路損測量的參考，但是測量的頻率降低，以便降低功率消耗。
CA UE的三種狀態：SCell配置未激活、SCell配置並激活、SCell未配置。通過RRC信令配置或去掉配置SCC，通過MAC信令激活或去激活SCC。通常A4事件配置SCell，A2事件去掉配置SCell。
圖2-2 CA UE的狀態轉換
UE的激活/去激活機制是基於Activation/Deactivation MAC Control Element和deactivation timers（去激活定時器）的結合來實現的。
2.4.1基於MAC CE的SCell激活/去激活
激活/去激活MAC控制元素由帶有LCID 27的MAC PDU子標頭標識。它有一個固定的大小，由一個包含七個c域和一個r域的八隅體組成。
Ci——是一個配置了SCellIndex i的SCell。
’ 1 ‘——帶有索引’ i '的Scell將被激活。
’ 0 ‘——帶有索引’ i '的Scell將被去激活。
圖2-3 激活/去激活MAC控制元素
表2-3 Values of LCID for DL-SCH
2.4.2基於去激活定時器的SCell去激活
UE會爲每個SCell維護一個定時器Timer，對應某個UE的所有SCell，定時器的值是相同的。該值可以配置成“infinity”，即去使能基於timer的SCell去激活，此時UE無法控制SCell的去激活。
當在去激活定時器指定的時間內，UE沒有在對應的SCell上收到數據或PDCCH消息，則該SCell將去激活。這也是UE可以自動將某SCell去激活的唯一情況。
SCell的信道質量並不作爲UE判斷是否去激活的條件。
注：UE不能激活SCell，只有eNodeB可以激活某個UE的SCell。UE只有在配置的sCellDeactivationTimer不爲“infinity”的情況下，才能控制是否將SCell去激活。
當UE在子幀n收到某個SCell的激活命令時，對應的激活操作將在n + 8子幀啓動。
當UE在子幀n收到去激活命令或某個SCell的deactivation timer超時，除了CSI報告對應的操作（停止上報）在n+8子幀完成外，其它操作必須在n+8子幀內完成。
2.5 CA部署
參看溫金輝《深入理解LTE》23.4節。
2.6 調度
eNodeB側的MAC層負責對無線資源的動態調度，以及HARQ處。CA主要對MAC層可見。參看溫金輝《深入理解LTE》23.7節。
2.6.1 對調度的影響
如果UE配置了CA，則該UE可以同時（同一個TTI）在多個serving cell被調度。但任何時刻，至多隻存在1個隨機接入過程。
基於CIF（Carrier Indicator Field）的跨載波調度（Cross-carrier scheduling）允許一個serving cell的PDCCH調度另一個serving cell上的無線資源。即控制信息在一個載波單元上傳輸，而對應的數據在另一個載波單元上傳輸。限制如下：
1)跨載波調度不適用於PCell，PCell總是通過它自身的PDCCH進行調度；
2)當某個SCell配置了PDCCH，則跨載波調度不適用於該SCell；
3)當某個SCell沒有配置PDCCH時，則該SCell的跨載波調度總是通過另一個serving cell的PDCCH進行調度。
2.6.2 跨載波調度
跨載波調度允許一個CC上的PDCCH通過在PDCCH消息的開頭插入一個新的3位載波指示字段(CIF)來調度另一個CC上的數據傳輸。
每個CC上是否存在CIF是半靜態配置的，即，通過RRC信令，對於每個UE。配置後，CIF僅出現在特定於ui的搜索空間中的PDCCH消息中，而不是公共搜索空間。
對於給定CC上的數據傳輸，UE期望僅在一個CC上接收PDCCH上的調度消息—通過跨載波調度接收相同CC或不同CC上的調度消息。 
圖2-3 非跨載波調度和跨載波調度
eNodeB是通過RRCConnectionReconfiguration來配置某個UE的跨載波調度的。其通過IE: crossCarrierSchedulingConfig-r10可以配置UE的每個載波單元在跨載波調度中的行爲。（即每個載波單元可獨立地配置是否使能跨載波調度以及在其它哪個載波單元上進行調度）。
如果UE配置了跨載波調度，則該UE的serving cell可能的配置包括：
**配置一：**某個serving cell既不跨載波調度其它serving cell上的資源，也不被其它serving cell跨載波調度。即該serving cell只發送本小區的PDCCH。
**配置二：**某個serving cell跨載波調度其它serving cell上的資源，此時該serving cell的資源也只能在本serving cell上調度，而不能被其它serving cell跨載波調度。即該serving cell既發送本小區的PDCCH，也發送其它小區的PDCCH。
**配置三：**某個serving cell被其它serving cell跨載波調度，此時該serving cell不能跨載波調度其它serving cell上的資源。即該serving cell既不發送本小區的PDCCH，也不發送其它小區的PDCCH。
PDCCH（或者說DCI）新增了一個“Carrier indicator”字段（簡稱爲CIF字段），用於指定該PDCCH對應哪個小區的PDSCH/PUSCH資源，該字段只在跨載波調度中存在。
如果CIF的值爲0，則該PDCCH對應PCell上的資源；如果CIF的值不爲0，則該PDCCH對應“sCellIndex-r10 = CIF”的SCell上的資源。即CIF的值與SCellToAddMod-r10中的sCellIndex-r10值是一一對應並且相等的。
UE的某個serving cell發送的PDCCH是否存在CIF字段是通過cif-Presence-r10字段來控制的。該字段可能存在於PhysicalConfigDedicated（對應PCell上的配置）或CrossCarrierSchedulingConfig-r10（對應SCell上的配置）中。
3. 載波聚合的LOG
注:需要包含attach流程的LOG。
3.1 RRC – Log Packets
通過UECapabilityInformation中supportedBandCombination-r10信元來查看終端是否支持CA，在下圖supportedBandCombination-r10信元包含的子信元中分別展示了帶間CA和帶內連續CA。 
FGI位111、112和113用於載波聚合和相關功能。如：
| 111 | Measurement reporting trigger Event A6 | This bit can be sent to 1 only if the UE supports carrier aggregation. |
| 112 | SCell addition within the Handover to EUTRA procedure | This bit can be sent to 1 only if the UE supports carrier aggregation and the Handover to EUTRA procedure. |
| 113 | Trigger type 0 SRS(periodic SRS) transmission on X Serving Cells. NOTE:X=number of supported component carriers in a given band combination | This bit can be set to 1 only if the UE supports carrier aggregation in UL. |
rrcConnectionReconfiguration中攜帶的參數如下圖所示：
3.2 載波聚合LOG分析的相關包
1)0xB0C0 LTE RRC OTA Packet
2)0xB130 LTE LL1 PDCCH Decoding Result
3)0xB173 LTE PDSCH Stat Indication
4)0xB126 LTE LL1 PDSCH Demapper Configuration
5)0xB139 LTE LL1 PUSCH Tx Report
6)0xB193 LTE ML1 Idle Serving Cell Meas Response
7)0xB195 LTE ML1 Connected Neighbor Meas Request/Response
8)0xB16B LTE PDCCH-PHICH Indication Report
9)0xB111 LTE LL1 Rx AGC Log
10)0xB063 LTE MAC DL Transport Block
3.3 載波聚合LOG分析調試清單
1)Check the UE capability IE for CA band support and Rel-10 FGI bits
2)Ensure that the SCell is configured as per the UE capability support in RRC reconfiguration IE
3)Check for MAC IE for SCell deactivation and activation
4)Ensure that the SCell deactivation timer is not expired
5)Check 0xB130 for SCell DL grants and corresponding PDSCH decode in 0xB173
6)Check 0xB195 for SCell Connected mode neighbor measurement
7)Check 0xB193 for SCell serving cell measurement
8)Check 0xB139 LTE LL1 PUSCH Tx Report to ensure that the UE sends ack/nakc for all DL TBs
表3-1 手機cat等級
參考文獻
1)深入理解LTE》第23章
2)LTE Carrier Aggregation Overview》
3)LTE AS – Carrier Aggregation Overview》
4)LTE AS Carrier Aggregation Log Analysis》
5)https://wenku.baidu.com/view/7f216a4f6529647d272852ea.html
6)https://wenku.baidu.com/view/ae1d05cadbef5ef7ba0d4a7302768e9950e76e16?fr=uc
7)https://www.jinchutou.com/p-48556923.html