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(lái)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(zhǎng)的網(wǎng)速需求和網(wǎng)絡(luò)容量有限之間的矛盾呢？本文來(lái)聊一聊讓 5G 的下載速率達(dá)到倍增的技術(shù)-載波聚合。
1. 為什么需要載波聚合？
一般來(lái)說(shuō)，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(lái)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(yíng)商肯定不會(huì)做虧本的買(mǎi)賣(mài)。
提升頻譜效率：從 2G 到 5G，有多少專(zhuān)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(jiàn)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(jiǎn)單粗暴的辦法了，從 2G 到 5G，單個(gè)載波的帶寬不斷增長(zhǎng)，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(chē)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(guò)來(lái)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(shuō)起來(lái)要實(shí)現(xiàn)也簡(jiǎn)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(shuō) 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(guó)際電聯(lián)的 4G 標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)內(nèi)也就稱(chēng)之為 3.9G。
后來(lái) LTE 演進(jìn)到 LTE-Advanced 時(shí)，引入了 5 載波聚合，把單用戶(hù)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(lèi)及發(fā)展史
話說(shuō)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?xún)奢d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(chēng)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(chēng)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(chēng)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(lái)，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(jiǎn)稱(chēng) CC）。因此，3 載波聚合也可稱(chēng)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(lái)擴(kuò)展帶寬增強(qiáng)速率，可由主載波來(lái)決定何時(shí)增加和刪除。
主輔載波是相對(duì)終端來(lái)說(shuō)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(lái)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(shuō)可聚合的載波數(shù)量?jī)H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(chē)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(jiǎn)直就是滔天巨浪啊，然后還沒(méi)反應(yīng)過(guò)來(lái)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(shuō) 5G 的載波聚合，相比 4G 來(lái)說(shuō)更復(fù)雜一些。
首先 5G 的頻段分為兩類(lèi)，F(xiàn)R1 和 FR2，也就是俗稱(chēng)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(lái)的頻段，有些是 FDD 的，有些是 TDD 的。
這樣一來(lái)，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(lèi)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(chēng) 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(shuō)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(jiǎn)稱(chēng) 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(lái)，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(chēng)之為主節(jié)點(diǎn)（Master Node），5G 基站稱(chēng)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(chēng)為 Pcell 和 Scell，輔節(jié)點(diǎn)的主載波和輔載波稱(chēng)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(chēng)作 MCG（Master Cell Group，主小區(qū)組）和 SCG（Secondary Cell Group，輔小區(qū)組）。
雖說(shuō) NSA 架構(gòu)的初衷并不是提升速率，而是想著藉由 4G 來(lái)做控制面錨點(diǎn)，這樣一來(lái)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(lái)庇護(hù) 5G 這個(gè)初生的孩童。
但是客觀上來(lái)講，通過(guò)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(jiàn)前文的解釋?zhuān)@串字符綜合起來(lái)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。
