Capitulo 4 V2- 4G LTE Advanced Carrier Agregation

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  • El concepto de Carrier Agregation aplica slo en el UE, ya que el eNB siempre

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    ha transmitido y recibido en todo el ancho de banda disponible. Es decir CAimplica una serie de modificaciones en el UE para que pueda recibir ytransmitir desde y hacia varias porciones del espectro. La diferencia con CAen el UE es que se necesita una sealizacin adicional en el PDCCH queindique al UE que soporta CA, el tipo de agregacin que se usar..En LTE Rel. 8, al UE slo se le indicaba la cantidad de RBs que se leasignaban para recibir y para transmitir; y el UE una vez registrado en uncanal slo operaba en dicho canal, a menos que se perdiera la seal yentonces el UE se registrara en otro canal distinto. En CA, adicionalmente, sele debe indicar al UE cual es la clase de ancho de banda y en que canal y/obandas estn ubicados los recursos asignados.

    2Cap. 4. Agregacin de Portadoras

  • La configuracin, inclusin y remocin de SCells es realizado por RRC.

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    En el handover intra-LTE, el RRC tambin puede adicionar, remover oconfigurar SCells para ser usadas con la nueva Pcell, una vez que se hayarealizado el handover.

    3Cap. 4. Agregacin de Portadoras

  • Carrier Aggregation es una de las estrategias principales para alcanzar las

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    Carrier Aggregation es una de las estrategias principales para alcanzar lasaltas tasas de transmisin establecidas por la ITU a travs de losrequerimientos de IMT-AdvancedEs importante aclarar que en Carrier Aggregation, los CC no necesitan sercontinuos, pertenecer a la misma banda, o tener el mismo ancho de banda.Las diferentes combinaciones producen diferentes modos de operacin delCA.En el contexto de Carrier Agregation en LTE, una banda se refiere a aquellasdesignadas dentro del estndar. As el trmino Intra-Band, hace referencia auna misma banda de acuerdo a la numeracin del 3GPP. Por su parte eltrmino Inter-Band es la agregacin entre dos bandas diferentes, es decir condiferente designacin de acuerdo a la numeracin del 3GPP.Alcanzar las altas tasas de transmisin del orden de 1 Gbps requiere deanchos de banda mucho mayor de los que se usan en LTE Rel. 8. IMT-Advanced coloca un limite superior de 100 MHz con 40 MHz como mnimo.En el caso de CCs contiguas la separacin entre las frecuencias de lasportadoras debe ser un mltiplo de 300 KHz.

    4Cap. 4. Agregacin de Portadoras

  • La BS LTE-Advanced puede se ver como un super eNB que tiene la

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    capacidad de transmitir varios CCs continuos o no, intrabanda o Interbanda.El estndar propone algunos ejemplos de arqucitetura pero no son limitativos.Desde el punto de vista de la implementacin fsica de CA, se debenconsiderar diversos aspectos.Si el CA es del tipo continuo, los diferentes CC se pueden agregar usando unasola etapa de RF y realizando un slo proceso de FFT.Si el CA es del tipo discontinuo o interbanda, entonces es necesario disponerde varias etapas de RF y realizar tambin varios proceso separados de FFT.Adicionalmente el caso no continuo tiene otras implicaciones: la fase deplanificacin del acceso de radio debe considerar que los diferentes CCs tienepath loss y efecto Doppler diferentes.

    5Cap. 4. Agregacin de Portadoras

  • Este escenario es muy adecuado para un operador cuyo espectro se ecuentra

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    disperso a travs de diferentes bandas. En cuyo caso la cobertura de un CCen las frecuencias elevadas es menor que la de un CC es frecuenciasinferiores. Para CCs es la misma banda, es posible controlar la potencia decada uno para reducir la interferencia y en ese caso se tendr una coberturadiferente.

    6Cap. 4. Agregacin de Portadoras

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    7Cap. 4. Agregacin de Portadoras

  • La movilidad es soportada por el CC1, este es un escenario cuando CC1 y

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    CC2 estn en diferentes bandas.

    8Cap. 4. Agregacin de Portadoras

  • Las CCs no tiene que ser continuos, de esta forma un operador con espectro

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    fragmentado puede suministrar servicios de alta velocidad usando porcionesde las distintas bandas del espectro que posee.CA se soporta tanto en FDD como en TDD, aunque para un UE todos los CCsasignados deben usar el mismo Duplex. Es decir, si en el DL se asignan 2CCs, ambos deben ser o FDD o TDD, no se permite que unos sean FDD yotros TDD.Los CCs pueden ser de igual ancho de banda o diferentes.CA permite tener FDD asimtrico, basta con tener ms CCs en el Dl que en elUL.

    9Cap. 4. Agregacin de Portadoras

  • En LTE Rel. 8, donde slo se activa un CC, no hay problemas de

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    ortogonalidad ya que una vez que se ubica un portadora, todas lassubportadoras estn alrededor de la frecuencia central y separadas entre s15 KHz, es decir que siempre son ortogonales.

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  • La separacin entre las frecuencias centrales de los CCs agregados en forma

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    continua debe ser un mltiplo de 300 KHz, de manera que sea compatible conel raster channel de 100 KHz del Rel. 8/9 y al mismo tiempo se preserva laortogonalidad de las subportadoras con espaciamiento de 15 KHz. En Rel. 8/9no se presentaba esta situacin ya que todas las subportadoras de un CCsiempre son ortogonales entre s. Al tener varios CC se debe garantizar laortogonalidad entre todas las subportadoras de los diferentes CCs.Dependiendo del escenario de despliegue, la separacin de nx300 KHz puedeobtenerse insertando subportadoras no usadas entre los CCs continuos, esdecir subportadoras apagadas, que no llevan ninguna potencia.La menor relacin nos indica que n=20 y m=3, por eso la separacin entre lasportadoras de dos CCs adyacentes debe ser un mltiplo de 300 KHz, con esose satisface tanto el caso de un slo CC de LTE Rel.8, como el de mltiplesCCs de LTE-Advanced Rel.10 y 11.

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  • Cuando no hay CA, la asociacin entre el DL y el UL es obvia, pero no es el

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    caso cuando est habilitada la agregacin de portadoras.El hecho de que la configuracin de CA es especifica a cada UE, es decir quecada terminal pueda configurarse con diferentes CCs, es muy importante parael balance de carga y tambin para manejar terminales con diferentescapacidades. Algunos terminales tendrn la capacidad de soportar variosCCs, mientras que otros slo podrn trabajar con un slo CC.

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  • En un eNB se despliegan varias celdas cada una con diferentes CCs;.desde la

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    perspectiva de la banda base todas son configuradas compatibles con Rel.8/9. Cada celda, con su correspondiente DL CC y el asociado UL CC seidentifica con un ECGI (E-UTRAN Cell Global Identifier), divulga su propio SI(System Information)En este ejemplo, vemos que el UE1 est configurado con un slo CC, puedeser que no soporte CA o que no haga falta asignarle otro CC.Por su parte, el UE2 tiene asignados dos CC, uno primario del CC1 y unosecundario del CC2. Mientras que el UE3 tiene tres CCs, uno de cada CCdonde el CCP proviene del CC2.

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  • Estos son los mismos protocolos de LTE Rel.8 pero con las siguientes

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    mejoras:1. Al igual que LTE Rel 8, a cada UE le corresponde un eNB que le asigna un

    DL asociado con un UL. En el estado RRC_CONNECTED, un UE LTE-Apuede ser codnifgurado con varias Serving Cells, donde cada Scellcorresponde a un DL CC

    2. La mediciones realizadas por el UE son mejoradas para poder gestionarlos CCs

    3. A pesar que el UE puede tener varios serving cells, el UE tiene una solaidentidad temporal (C-RNTI) que es usada para identificar la conexinRRC y para propsitos de asignacin de recursos en PDCCH.

    4. Al activar CA, slo se entre la subcapa MAC; de hecho las otras dossubcapas de la capa 2 son transparentes a CA.

    5. Para la subcapa MAC cada Transport Block y su correspondiente HARQse transmiten de manera unicast y son enviados a una Serving Cell, deesta forma existe un proceso de HARQ independiente para cada DL CC oUL CC, ya sean primarios o secundarios.

    6. El PDCP y el RLC del Rel. 8 tambin aplica para LTE-A.

    14Cap. 4. Agregacin de Portadoras

  • Al inicio de cada subtrama, de duracin 1 ms, se envan los canales de

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    control para cada canal de frecuencia; entre ellos el PDCCH. Esto est bienclaro cuando se tiene un solo canal de frecuencias,es decir cuando no hayCarrier Aggregation.Al tener varios CC (Component Carrier) se debe escoger un mtodo paraenviar el PDCCH de cada CC. Hay bsicamente dos alternativas; la primeraconsiste en enviar un PDCCH por cada CC involucrado, y en la segunda seenva un slo PDCCH desde un canal, dicho PDDC lleva toda la informacinde todos los CCs. Esta segunda alternativa es la que se denomina Cross-Carrier.Cross-Carrier permite que el PDCCH de todos los CCs se enven en un sloCC, es decir existe un CC que transporta su propio PDCCH y al mismo tiempotransporta el de los otros CCs.El otro mtodo, como ya se mencion, consiste en que cada CCs transmitenica y exclusivamente su propio PDCCH y no tiene nada que ver los otros.

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    16Cap. 4. Agregacin de Portadoras

  • En este caso vemos que el PDCCH del CC#1 (Componente Carrier #1) se

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    usa para programar el PDSCH/PUSCH del CC#1, indicando que no hay CrossCarrier. Pero el PDSCH/PUSCH del CC#2 se enva por el CC#1 lo quesignifica que para este componente el Cross Carrier est activado.Tambin observamos que si el PDSCH/PUSCH del CC#4 es programadodesde el CC#3, no puede ser programado desde el CC#5, ya que como semenciona cada PDSCH/PUSCH slo puede ser programado desde un CC.

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  • Esta arquitectura est basada de acuerdo a donde se combinan los diferentes

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    Component Carriers y del tipo de agregacin usada, es decir si la agregacinse hace en la banda base digital, en la seal analgica antes del mezclador deRF, o despus del Mezclador pero antes del amplificador de potencia, odespus de la amplificador de potencia.

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    Estas son las bandas tanto para LTE como para LTE-A; pero, de acuerdo con

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    el Rel. 11, no todas aceptan agregacin de portadora.

  • En la conferencia mundial de radio WRC 2012 no se discutio nada con

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    relacin a las bandas de IMT, pero si se har en WRC 2016.

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  • En esta tabla se observan los anchos de banda por canal soportados por las

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    diferentes bandas E-UTRAN.

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  • El ancho de banda del canal es aquel que resulta despus de realizar la

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    canalizacin del espectro. Por su parte el Transmission BandwidthConfiguration est disponible para ser usado en forma efectiva, y elTransmission Bandwidth es el ancho de banda activo que se usa para unacomunicacin en particular.En cada extremo de la banda queda una porcin de guarda, la cual es igual alancho de banda del canal menos el ancho de banda de transmisin divididopor 2.EjemploEjemplo: Ancho de banda del canal 15 MHz, de la tabla anterior vemos que elancho de banda de transmisin es de 13.5 MHz, por lo tanto a cada laquedan 0,75 MHz de guarda.Como regla nemotcnica, la banda de guarda expresada en MHz es igual a lacantidad de RBs dividida por 100.

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  • Como podemos observar, en cada extremo de la banda agregada existe una

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    banda de guarda que depender de los anchos de banda que se estnagregando, es igual a ambos lados pero depende de la combinacin deagregacin que se use. Esto se aclarar ms adelante.

    25Cap. 4. Agregacin de Portadoras

  • Cuando la agregacin es intrabanda no continua la separacin entre los dos

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    CC viene dada por el Gap.

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  • Los anchos de banda agregados se clasifican en clases de ancho de banda (CarrierAggregation Bandwidth Class). Cada clase representa un ancho de banda con unas

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    Aggregation Bandwidth Class). Cada clase representa un ancho de banda con unascaractersticas particulares de agregacin. Entre esas caractersticas tenemos lacantidad de RBs permitida as como la cantidad de CC (Components Carriers) encada una de ellas.De acuerdo con el Rel. 11, slo se han definido tres clases de ancho de banda quesoportan agregacin y corresponden a los ancho de banda clase A, B y C, los otrossiguen bajo estudio y seguramente se definirn en el Rel. 12 o posteriores. El anchode banda Clase A realmente no es agregacin ya que slo acepta un CC; mientrasque el ancho de banda Clase B y C soportan hasta 2 CCs. Por lo tanto, de acuerdoal Rel. 11 el mximo ancho de banda agregado es de 40 MHz que corresponde a laagregacin de dos CCs de 20 MHz .En el caso clase C, dado que slo hay dos CC, el "Nominal Band Guard" se refiere ala banda de guarda que se deja en los extremos de banda agregada, pero no seespecifica cuanto es la separacin entre los dos CC en el caso de agregacininterbanda.

    Nota: Como puede observarse, el ancho de banda de agregacin clase B, an noest totalmente definido.

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  • Estas tablas indican cuales son las bandas en las cuales se puede hacer

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    agregacin de portadoras intra banda, continua y discontinua.En cada opcin CA significa Carrier Aggregation, y el nmero que sigue indicala banda a la cual aplica.En el caso continuo, por supuesto se mencionan una sola banda.En el caso de agregacin discontinua, CA_25-25 indica que la agregacin esdentro de la misma banda, en este caso la banda 25, pero las porciones quese agregan no son continuas.Ahora bien, estas tablas no indican ni la ubicacin ni el tamao de lasporciones que puedo agregar. Esto se muestra ms adelante.Tambin observamos que hasta ahora no hay nada especificado paraagregacin intrabanda discontinua usando TDD, y de hecho slo estn lasespecificaciones para una sola banda que es la CA_25-25.

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  • Cada banda que permite agregacin tiene una configuracin muy particular, a

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    dicha configuracin se le asigna una denominacin por medio de una letra quedefine la clase de ancho de banda.En CA_1C, en la banda 1, slo se pueden agregar dos CCs de 15 MHz, odos CCs 20 MHz.En la CA_40C, se pueden agregar CCs de 10, 15 o 20 MHz, con un mximode 40 MHz.Por su parte, para agregacin discontinua, en las configuraciones CA_1A yCA_25-25A slo se pueden agregar CCs de 5 y 10 MHz.Estas son la configuraciones del Release 11, seguramente en los siguientesReleases apareceran otras configuraciones.El Bandwidth Combination Set, se refiere a las diferentes opciones en cadabanda agregada. En el caso intra banda, se define por las combinaciones deRBs que se agregan, lo cual en definitiva equivale a ancho de banda.

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  • La tabla indica cuales son las bandas que pueden combinarse para el caso de

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    Carrier Aggregation Interbanda. Para cada banda particular, se indica el anchode banda mximo que se puede agregar en cada una de ellas y la clase deancho de banda. El ancho de banda de una combinacin en particular, esigual a la suma de los anchos de banda parciales de los dos CCs de cadabanda. Una combinacin que aplica en el DL, aplica igualmente en el UL.Todas la combinaciones se identifican con la letra A, para indicar que se tratade espectro discontinuo.El las especificaciones del 3GPP no se especifica nada con relacin a laseparacin entre los dos CCs para el caso interbanda.En el caso inter banda el Bandwidth Combination Set se define por lascombinaciones de ancho de banda.

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  • Para el caso de CA el raster channel es de 100 KHz.

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    El acnho de banda clase C permite hasta un mximo de dos CC de 20 MHzde ancho de banda cada uno.En el caso particular donde los dos anchos de banda a ser agregados seaniguales, por ejemplo a BW, entonces la separacin es de BW/2.

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    34Cap. 4. Agregacin de Portadoras

  • Del total de ancho de banda del canal se dejan 0.5 MHz de banda de guarda

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    en cada extremo, por lo tanto quedan 9 MHz para transmisin. Dado quecada RB ocupa 180 KHz, entonces en 9 MHz caben 50 RBs.Si el canal fuese el nmero 18050 entonces la frecuencia central del UL seraFC_UL=1925 MHZ.

    35Cap. 4. Agregacin de Portadoras

  • La separacin entre las frecuencias centrales de cada CC es 15 MHz; Cumple

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    con el raster channel ya que 15 MHz/100 KHz= 150, y por otro lado esmltiplo entero de 300 dado que 15 MHz/300 KHz=50. Por lo tanto se verificasatisface el criterio de separacin entre las frecuencias centrales lo quegarantiza que todas las subportadoras son ortogonales.Como CA_1 es para FDD, el procedimiento es igual para el DL.

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  • En este caso la separacin nominal entre los canales es mltiplo de 300 por lo

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    que no es necesario hacer ningn ajuste.

    37Cap. 4. Agregacin de Portadoras

  • De acuerdo al Rel. 11, CA_1C, CA_7C, CA_3C8, CA_40C y CA_41C

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    soportan ancho de banda agregado clase C. De todas esas bandas sloCA_1C y CA_7C son para FDD, las otras son para TDD. En este ejemplousaremos CA_7C.

    En este caso, y tal como est previsto en el estndar, si la separacin no esmltiplo de 300 la misma puede reducirse hasta que se cumpla dichacondicin. La reduccin se realiza a pasos de 100 KHz (0.1 MHz), puededisminuirse la frecuencia central del CC2 lo que equivale a moverlo hacia laizquierda, tambin podra moverse el CC1 hacia la derecha; siempre a pasosde 100 KHz. La sealizacin y control debe indicar cual es la frecuenciacentral de cada CC a fin de que se cumplan con las condiciones exigidas.

    38Cap. 4. Agregacin de Portadoras

  • De manera prctica podramos decir que el procedimiento consiste en dividir

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    el ancho de banda nominal obtenido aplicando la formula y al resultado letomamos la parte entera. Entonces la separacin entre los dos CCs ser 300KHz multiplicado por la parte entera ya calculada.

    39Cap. 4. Agregacin de Portadoras

  • Esta es una posible distribucin del espectro agregado en la banda CA_7C.

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    Una forma de verificar que todo este bien es calculando el nmero de loscanales correspondientes, el cual debe ser un entero y debe estar dentro delrango establecido para cada banda. Tambin se puede verificar que con lanueva distribucin la separacin entre los dos CCs es un mltiplo de 300 KHz.

    40Cap. 4. Agregacin de Portadoras

  • Como quedara la distribucin del espectro si el espectro del operador fuese el

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    siguiente: Los primeros 20 MHz de la banda 3, y los primeros 20 MHz de labanda 7.

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