载波聚合到底是怎样实现速率飙升的呢? 

 

双连接技术又是怎样在载波聚合的基础上锦上添花的?

 

高通骁龙 888 芯片又到底怎样达到下行 7.5Gbps 的速率呢?下文即将揭晓。

 

1、为什么需要载波聚合?

一般来说,要提升网速或者容量,有下面几个思路:建更多的基站:这样一来同一个基站下抢资源的人就少了,网速自然就上去了。但缺点是投入太大了,运营商肯定不会做亏本的买卖。提升频谱效率:从 2G 到 5G,有多少专家潜心钻研,一头青丝变华发,就是为了提升效率,在每赫兹的频谱上传更多的数据!可见这项工作是真的很艰难。增加频谱带宽:这是提升容量最简单粗暴的办法了,从 2G 到 5G,单个载波的带宽不断增长,从 2G 的 200K,再到 3G 的 5M,4G 的 20M,在 5G 时代甚至达到了 100M(Sub6G 频段)乃至 400M(毫米波频段)!然而,这一切努力在汹汹流量面前还是杯水车薪,这可怎么办?

 

只能再增加频谱带宽了!4G 的做法主要是把 2G 和 3G,乃至 Wifi 的频段抢过来用,5G 的做法主要是扩展新频段,从传统的低频向带宽更大的高频发起冲击。

 

频谱千方百计搞到了,但载波的带宽却已经由协议定好了,不容再改,这又咋办?

 

说起来要实现也简单,人多力量大是永恒的真理,一个载波容量不够,我就再加一个一起传数据,不信速度上不去。什么,还不够?那就继续增加载波!这种技术就叫做:载波聚合。话说 LTE 的第一个版本因为容量有限,虽然被广泛宣传为 4G 技术,但实际上达不到国际电联的 4G 标准,业内也就称之为 3.9G。后来 LTE 演进到 LTE-Advanced 时,引入了 5 载波聚合,把单用户可用的带宽从 20MHz 扩大到了 100MHz,这才坐稳了 4G 的头把交椅。

 

 

后面的 5G,自然是继承了 4G 的衣钵,把载波聚合作为提升容量的利器。

 

2、载波聚合的分类及发展史

话说频谱资源是稀缺的,每个频段就那么一小段,因此载波聚合需要支持多种方式,以两载波聚合为例:如果两个载波的频段相同,还相互紧挨着,频谱连续,就称作频段内连续的载波聚合。
如果两个载波的频段相同,但频谱不连续,中间隔了一段,就称作频段内不连续的载波聚合。如果两个载波的频段不同,则称作频段间的载波聚合。

 

 

这三种方式包含了所有的情况,可谓任你几路来,都只一路去,再多的载波,也能给拧成一股绳。参与载波聚合的每一个载波,又都叫做分量载波(Component Carrier,简称 CC)。因此,3 载波聚合也可称之为 3CC。这些载波在一起工作,需要相互协同,就总得有个主辅载波之分。所谓主载波,就是承载信令,并管理其他载波的载波,也叫 Pcell(Primary cell)。辅载波也叫 Scell(Secondary cell),用来扩展带宽增强速率,可由主载波来决定何时增加和删除。

 

 

主辅载波是相对终端来说的,对于不同终端,工作的主辅载波可以不同。并且,参与聚合的多个载波不限于同一个基站,也可以来自相邻的基站。从 4G 的 LTE-Advanced 协议引入载波聚合之后,该技术就如脱缰的野马一样狂奔,从最初的 5 载波聚合,总带宽 100MHz,再到后面的 32 载波聚合,总带宽可达 640MHz!到了 5G 时代,虽说可聚合的载波数量仅为 16 个,但架不住 5G 的载波带宽大啊。Sub6G 的单载波带宽最大 100MHz,16 个载波聚合一共就 1.6GHz 带宽了;毫米波频段更夸张,单载波带宽最大 400MHz,16 个载波聚合一共就有 6.4GHz 带宽!

 

 

时代的车轮就这样滚滚向前。前浪以为自己已经很牛逼了,但回头一看,后浪简直就是滔天巨浪啊,然后还没反应过来就已经被拍在了沙滩上摩擦。

 

3、5G 的载波聚合技术

话说 5G 的载波聚合,相比 4G 来说更复杂一些。首先 5G 的频段分为两类,FR1 和 FR2,也就是俗称的 6GHz 以下的频段(Sub6G),以及高频,也就毫米波(mmWave)。

 

 

FR1 包含了众多从 2G,3G 和 4G 传承下来的频段,有些是 FDD 的,有些是 TDD 的。

 

 

这样一来,在 FR1 内部就存在 FDD+FDD 频段间的载波聚合,FDD+TDD 频段间的载波聚合,以及 TDD+TDD 频段间的载波聚合。在上述的每个 FDD 或者 TDD 的频段内部,还可以由多个带内连续的载波聚合而成。3GPP 定义了多种的聚合等级,对应于不同的聚合带宽和连续载波数。

 

 

比如上图中的 FR1 频段内载波聚合等级 C,就表示 2 个带内连续的载波聚合,且总带宽在 100MHz 到 200MHz 之间。

 

不同于 FR1,FR2 是全新定义毫米波频段,双工方式全部都是 TDD。

 

 

跟 FR1 类似,3GPP 也为 FR2 频段定义了带内连续的多种的聚合等级,对应于不同的聚合带宽和连续载波数。

 

 

比如上图中的 FR2 频段内载波聚合等级 M,就表示 8 个带内连续的载波聚合,且总带宽在 700MHz 到 800MHz 之间。有了上述的定义,我们就可以在 FR1 内部频段内,频段间进行载波聚合,还能和 FR2 进行聚合,并且载波数量,以及每个载波的带宽也都可以不同,它们之间的排列组合非常多。举个例子,“CA_n78A-n258M”这个组合,就代表 n78(又称 3.5GHz 或者 C-Band)和 n258(毫米波 26GHz)这两个频段间的聚合,其中 n78 的频段内聚合等级为 A,也就是单载波,n258 的频段内聚合等级为 M,也就是有 8 个载波且总带宽小于 800MHz。

 

4、NSA 组网下的双连接技术

且说上面的 5G 内部载波聚合已经很强悍了,但这还只是带宽扩展的冰山一角。5G 在 NSA 架构下引入了双连接(Dual Connection,简称 DC)技术,手机可以同时连接到 4G 基站和 5G 基站。

 

 

在双连接的基础上,4G 部分和 5G 部分还都可以在其内部进行载波聚合,这就相当于把 4G 的带宽也加进来,可进一步增强下行传输速率!

 

 

在双连接下,手机同时接入 4G 基站和 5G 基站,这两基站也要分个主辅,一般情况下 Option3 系列架构中,4G 基站作为控制面锚点,称之为主节点(Master Node),5G 基站称之为辅节点(Secondary Node)。主节点和辅节点都可以进行载波聚合。其中主节点的主载波和辅载波称为 Pcell 和 Scell,辅节点的主载波和辅载波称为 PScell 和 Scell。带载波聚合的主节点和辅节点又可以被称作 MCG(Master Cell Group,主小区组)和 SCG(Secondary Cell Group,辅小区组)。

 

 

虽说 NSA 架构的初衷并不是提升速率,而是想着藉由 4G 来做控制面锚点,这样一来不但现网的 4G 核心网 EPC 可以利旧,还能使用成熟的 4G 覆盖来庇护 5G 这个初生的孩童。但是客观上来讲,通过双连接技术,手机可同时连接 4G 和 5G 这两张网络,获取到的频谱资源更多,理论上的峰值下载速率可能要高于 SA 组网架构,除非以后把 4G 载波全部重耕到 5G。

 

这些双连接加载波聚合的组合,也都是由协议定义的。如果看到这串字符:DC_1A_n78A-n257M,我们先按照下划线“_”把它拆解为三个部分,DC,1A,和 n78A-n257M。DC 就表示双连接,1A 表示 LTE band1(2100MHz)单载波,后面的 n78A-n257M 见前文的解释,这串字符综合起来就是 5G FR1 和 FR2 多个载波聚合后,在和一个 4G 载波进行了双连接。

 

5、高通骁龙 888 集成的 X60 基带,下载速率是怎样达到 7.5Gbps 的?

话说近期高通发布了骁龙 888 芯片,这个名字确实非常吉利,其内部集成的 X60 基带也是非常牛逼的,号称能达到 7.5Gbps 的最大下载速度。我们且先看看 X60 主要都支持哪些高级能力:
频段支持:Sub6G(FR1)和 mmWave(FR2)都支持,在 Sub6G 还支持 4G 和 5G 的动态频谱共享(Dynamic Spectrum Sharing,简称 DSS)。Sub6G 能力:支持 200M 带宽,4x4 MIMO。也就是说,可以在这 200M 带宽(2 个 100M 载波)上,同时接收 4 路不同的下载数据,也叫做 4 流。mmWave 能力:支持 800M 带宽,8 个载波,2x2 MIMO。也就是说,这 800M 带宽被划分为了 8 个载波,每个 100M,它们可聚合起来,同时接收 2 路不同的下载数据,也叫做 2 流。载波聚合能力:Sub6G 载波聚合(FDD+TDD,FDD+FDD,TDD+TDD),以及 Sub6G 和 mmWave 之间的载波聚合。那么,7.5Gbps 的下载速率是怎么实现的呢?
由于没有详细资料,蜉蝣君大概通过各种组合的拼凑,大概猜测了一下,这个速率可能是在 NSA 模式下,由一个 5G Sub6G 100M 载波加上 7 个 mmWave 100M 载波聚合起来, 再和 4G 的一个 20MHz 载波做了双连接而得来的。

 

 

 

当然,这只是芯片的上限能力,具体能把这些潜能发挥到多少,还要看手机厂家的具体实现。让我们拭目以待。好了,本期的内容就到这里,希望对大家有所帮助。