達成32載波組件聚合　LTE-A CA新規範制訂腳步加快

但隨著訊務需求不斷增長，系統需要更大的頻寬，電信業者開始希望聚合更多的載波，並訂下在版本13中支援三十二個載波組件聚合的目標。不過，事實上並非全部既有之功能與程序皆可直接隨著載波組件的數量成長而線性地放大運作。

首當其衝的問題會是，當使用者裝置(UE)聚合的載波數量增加時，其上行控制訊令(Control Signaling)量也會隨之上升。這將會使原先配置在主要載波組件(Primary Component Carrier, PCC)上的實體上行控制通道(Physical Uplink Control Channel, PUCCH)過載。針對這個問題，3GPP在標準上，傾向透過在次載波組件(Secondary Component Carrier, SCC)上額外建置一個實體層(Physical Layer)上行控制通道以分流訊令的方式來解決此問題。

為實現聚合三十二個載波組件與在次載波組件上建置一個實體上行控制通道。LTE系統實體層與介面存取控制層(MAC Layer)皆須增強相對應的功能與程序。目前正值標準討論階段。接下來將針對實體層通道設計與介面存取控制層受影響的功能與程序做介紹。

針對載波聚合 實體層分兩階段設計

實體層中針對載波聚合的設計可分為兩階段，第一階段是以目前版本12的載波聚合的組態方法為基礎，以強化上行載波聚合的傳輸，因此載波數仍維持為至多五個載波組件。第二階段則是擴充載波組件數量至三十二個，此時須提出新的設計方式來支援如此高數量的下行及上行載波聚合，此部分並不會局限於現有標準內容。

以下將針對此兩階段的設計對於實體下行控制通道(Physical Downlink Control Channel, PDCCH)與實體上行控制通道的影響進行探討。

下行控制通道

針對三十二個載波組件聚合的實體下行控制通道的設計方面，此處討論關於如何加強使用者裝置端識別下行鏈結控制訊息(Downlink Control Information, DCI)的能力，以支援三十二個載波組件的載波聚合，包含載波自我排程(Self Scheduling)方式與跨載波排程(Cross Scheduling)方式，其中跨載波排程方式須能提升其跨載波排程能力以超越現有五個載波組件。

現階段會議討論結果針對下行控制訊息支援傳送多達三十二個載波組件的能力，達成協議的內容主要有三。

第一，藉由上層訊令傳輸的協助來讓使用者裝置端能識別至多三十二個載波組件；第二，擴充原來跨載波排程的能力於多達三十二個載波組件，包含每個載波的個別排程與搜索空間的指定，且不支援使用者裝置在實體上行控制通道型次細胞(PUCCH SCell)上進行共用控制空間(Common Control Channel)的搜尋；第三，上行混合式自動重送請求回報通道的設計方式，維持先前在版本10載波聚合所制定的方法。

對於跨載波排程的設計方式僅可適用於細胞群組(Cell Group, CG)內的跨載波排程，對於跨細胞群組的排程方式則未被考慮，即不支援跨細胞群組之跨載波排程方式於實體上行控制通道型次細胞。

上行控制通道

以提升既有版本12載波聚合效能的能力於至多五個載波組件聚合方面，主要以目前版本12的載波聚合的組態方法為基礎，提出於次細胞(Secondary Cell, SCell)承載實體層承載上行控制通道的方法，即開發新的實體上行控制通道設計於次細胞，然其設計方法須遵循既有標準內容，設計條件為：上行控制訊息(Uplink Control Information, UCI)的設計機制基於現有版本12的雙連結(Dual Connectivity, DC)上傳應用；於實體上行控制通道傳送的上行控制資訊訊號傳輸模式，須符合現有版本12載波聚合的組態方式。

關於上行控制訊息的傳送，可分為實體上行控制通道與實體層上行共用通道(Physical Uplink Shared Channel, PUSCH)，現階段3GPP會議達成的共識如下：於個別細胞群組內，可將上行控制訊息負載於上行共用通道以進行多工傳送；支援功率控制於實體上行控制通道型次細胞；支援實體上行控制通道型次細胞的排程請求(Scheduling Request, SR)。 針對上行控制訊息支援傳送三十二個載波組件的回報能力可分為兩類。第一類是支援傳送上行控制通道的主細胞(Primary Cell, PCell)能夠擴充其能力，以支援多達三十二個載波組件的上行控制訊息回報能力；亦即使其能傳送三十二個載波組件的上行控制訊息於上行共用通道中。

第二類為支援兩個上行控制通道的細胞群組來組態多達三十二個載波組件，其中一個包含主細胞的細胞群組負責協助其他次細胞傳送上行控制訊息，另一個群組則會選擇一個次細胞來幫助其他次細胞傳送上行控制訊息，此被選定的次細胞定義為實體上行控制通道型次細胞。 基於以上兩類回報方式的內容，可知使用者裝置端可在不使用細胞群組的架構下，支援上行共用通道與上行控制通道能進行三十二個載波組件的上行控制訊息回報，亦可在兩個細胞群組架構下來降低傳送三十二個載波組件的上行控制訊息的負擔。

關於使用者裝置在傳輸功率受限情況下，如何進行上行控制訊息類別的取捨以決定優先順序，乃是依照現有雙連結的上行傳輸功率控制方式，即當使用者裝置同時連接兩個增強型基地台(eNB)，且每個增強型基地台皆有載波聚合的使用情境。

在排程請求設計方面，支援使用者裝置於實體上行控制通道型次細胞進行排程請求，並會對於實體上行控制通道型次細胞的上行功率進行量測回報。針對多達三十二個載波組件的混合式自動重送請求-認可回報方式，因為總回報位元(Bit)數會大於二十二個位元的關係，故將採用多達八個位元的循環冗餘校驗碼來確保無誤傳輸，傳輸的通道可為上行控制通道或上行共用通道，三十二個載波組件的總傳送位元數將多達128位元。

至於週期性的通道狀態(Periodic CSI)回報方式，主要的考量為降低回報遺失的機率，因此須能提出強化多工傳輸的方法。

規範介面存取控制層

針對介面存取控制層的挑戰，以下從啟用(Activation)/停用(Deactivation)、功率餘裕回報(Power Headroom Report)、無線電資源管理(Radio Resource Management)三方面來加以探討。

啟用/停用介面存取控制層控制元素

在現行長程演進計畫網路中次細胞的啟用與停用，是藉由增強型基地台向使用者裝置傳送介面存取控制層的控制元素(Control Element, CE)，並且配上啟用/停用的邏輯通道辨識(Logical Channel ID, LCID)來進行通知。現行長程演進計畫版本12中啟用/停用的介面存取控制層控制元素的大小為一個位元組(Byte)。扣除掉其中一個保留的位元，剩餘七個位元皆各自對應到一個次細胞。

如圖1所示，其中R為保留的位元，設為0。Ci為用來啟用或停用次細胞序號(SCell Index)為i的次細胞的位元，若使用者裝置有被配置次細胞序號為i的次細胞，則基地台可藉由將Ci設為1以指示使用者裝置將次細胞序號為i的次細胞啟用，反之，將Ci設為0以指示停用。

圖1 啟用/停用的介面存取控制層控制元素

若維持現有控制元素形式，則當聚合超過八個載波組件後，將無法透過單一控制元素來進行所有次細胞的啟用/停用。因此，3GPP決議將啟用/停用的介面存取控制層控制元素的大小擴充為4個位元組(包含一保留位元)，以支援一次三十一個次細胞的啟用/停用。

現行LTE載波聚合中次細胞的停用除了上述增強型基地台傳送介面存取控制層控制元素的方法外，也有由使用者裝置端自行停用次細胞的機制。此機制是由介面存取控制層對每個被配置的次細胞維持一次細胞停用計時器(SCell Deactivation Timer)，每個次細胞停用計時器的初始值皆相同，其值由增強型基地台藉由無線資源控制(Radio Resource Control, RRC)層配置。若次細胞停用計時器到期(Expired)則停用對應之次細胞，而若使用者裝置收到一次細胞的上行允諾(Uplink Grant)或下行配置(Downlink Assignment)則重啟將該次細胞停用計時器。

由於版本13除了在主細胞上配置實體上行控制通道外，使用者裝置被配置的次細胞中，會有一個次細胞也被配置實體上行控制通道，此實體上行控制通道型次細胞的實體上行控制通道會被用來傳送屬於次實體上行控制通道群體(Secondary PUCCH Group)的次細胞的上行控制訊息。而該實體上行控制通道型次細胞的停用將會影響同個實體上行控制通道群體(PUCCH Group)中其餘次細胞的上行控制訊息傳送。若未妥善的排程，實體上行控制通道型次細胞的次細胞停用計時器到期，將會導致上行控制通道型次細胞過早停用，而使同個實體上行控制通道群體中的其餘次細胞無法做上行控制訊息的回報。

有鑑於此，3GPP決議將實體上行控制通道型次細胞的次細胞停用計時器關閉(Disable)，且增強型基地台要負責控制各次細胞的啟用/停用狀態，若實體上行控制通道型次細胞為停用狀態時，同個實體上行控制通道群體中的其他次細胞不能被啟用。例如在停用實體上行控制通道型次細胞前要先停用其他屬於同個實體上行控制通道群體中的次細胞；若將一次細胞從主實體上行控制通道群體(Primary PUCCH Group)重新配置到次實體上行控制通道群體中且實體上行控制通道型次細胞為停用狀態時，需將該次細胞停用。因此在使用者裝置端不需要額外的機制來控制次細胞的啟用/停用狀態。

功率餘裕回報

為了支援載波聚合，版本10制定了增長型功率餘裕回報的介面存取控制層控制元素(Extended Power Headroom MAC Control Element)。增長型功率餘裕回報提供使用者裝置的各個被啟用的載波組件傳送上行資料和上行控制訊息的最大功率(Nominal UE Maximum Transmit Power)和估測傳送功率(Estimated Power)間的差異給增強型基地台，以利增強型基地台做傳輸功率的控制。如圖2，其中Ci為用來指示次細胞序號為i的次細胞的功率餘裕回報欄(PH field)是否被回報。

圖2 增長型功率餘裕回報的介面存取控制層控制元素

現有的增長型功率餘裕回報的介面存取控制層控制元素形式，無法支援同時回報超過八個載波的功率餘裕回報。因此3GPP決議將增長型功率餘裕回報的介面存取控制層控制元素中的Ci欄位增為4位元組，即與啟用/停用的介面存取控制層控制元素形式中的Ci欄位相同，以支援同時回報三十二個載波組件的功率餘裕回報。

主細胞因為要承載實體上行控制通道，因此除了Type 1功率餘裕外，還要包含主細胞的Type 2功率餘裕在增長型功率餘裕回報中，用來表示若同時承載實體層上行共用通道和承載實體上行控制通道時的功率餘裕。

由於版本13的載波聚合中會有一次細胞為實體上行控制通道型次細胞，因此增長型功率餘裕回報的介面存取控制層控制元素中會須要加入實體上行控制通道型次細胞的Type 2功率餘裕欄位。針對此項更動，3GPP在之後的會議會再討論。

無線電資源管理

使用者裝置在RRC連線狀態(RRC_CONNECTED state)下須要對主細胞進行無線電連結監測(Radio Link Monitoring)，評估主細胞下行連結品質以決定使用者裝置和主細胞為同步(In-sync)或非同步(Out-of-sync)。若決定為非同步且持續一段時間(T310計時器歸零)則發生無線電連結失效(Radio Link Failure)，使用者裝置即停止上行傳送。此一機制可避免因為下行連結品質不良造成的上行控制訊息回報，如此可降低對整體網路的干擾。

在版本13載波聚合中，實體上行控制通道型次細胞上會承載上行控制訊息，因此3GPP會議對於是否要對實體上行控制通道型次細胞進行無線電連結監測。考量到使用者複雜度且增強型基地台，可根據上行控制訊息回報或無線電資源管理量測(RRM Measurement)回報，來決定是否該重新配置適當的次細胞以承載實體上行控制通道。最終，決議使用者裝置不須對實體上行控制通道型次細胞進行無線電連結監測。

無線電資源控制子層(RRC Sublayer)負責控制使用者裝置的無線電資源管理量測與回報，處於RRC連線狀態下的使用者裝置是根據收到的無線電資源控制訊息(RRC Message)中的量測組態(Measurement Configuration)資訊元素(Information Element, IE)來進行無線電資源管理量測與回報。

量測組態資訊元素中包含的資訊元素有量測物件(Measurement Objects)、回報組態(Report Configurations)、量測身分(Measurement Identities)和量測間隙(Measurement Gaps)等等。而量測物件包含的資訊元素有載波頻率、允許量測頻寬(Allowed Measurement Bandwidth)、細胞列表(Cell List)等等。回報組態包含的資訊元素有觸發類型，有事件觸發或週期性觸發。若為事件觸發，以量測相同LTE網路的細胞參考訊號(Cell-Specific Reference Signal)為基礎的事件有下列幾種：
．事件A1：服務細胞訊號品質比一臨界值(Threshold)高。
．事件A2：服務細胞訊號品質比一臨界值低。
．事件A3：鄰近細胞訊號品質比主細胞高一差值(Offset)。
．事件A4：鄰近細胞訊號品質比一臨界值高。
．事件A5：主細胞訊號品質比一臨界值低且鄰近細胞訊號品質比另一臨界值高。
．事件A6：鄰近細胞(同頻率)訊號品質比次細胞高一差值。

回報組態還包含資訊元素如觸發量(Trigger Quantity)，用來指示使用接收參考訊號功率(Reference Signal Received Power, RSRP)或接收參考訊號品質(Reference Signal Received Quality, RSRQ)來評估事件。一個量測身分包含一量測物件和回報組態的組合，也就是包含量測的頻率和觸發的事件。使用者裝置在載波聚合的情境下，可能被配置了多個量測身分以量測不同的載波和事件組合，以利於重新配置適當的主細胞或次細胞。

於版本中，3GPP對最大量測物件數量和最大量測身分數量的大小做討論。考量到版本13的使用情境下可選擇的載波數目較多，因此決議將最大量測物件數量從32提升到64，但是維持最大量測身分數量64。

現有的量測事件A1和A2可以被運用來做為次細胞是否該被啟用/停用或釋放(Release)的判斷依據。事件A6可以被用來做為是否該進行同頻(Intra-frequency)次細胞變換的判斷依據。利用現有的量測事件，無法依據單一事件來做為是否該進行不同頻(Inter-frequency)次細胞的變換的判斷依據，只能利用可能發生在不同時間點的多種事件來判斷，例如事件A4和A2的組合。

由於版本13中與實體上行控制通道型次細胞同屬一個實體上行控制通道群體的次細胞會將上行控制訊息會承載在該次細胞上，因此須要對量測事件A3和A5做修改以支援實體上行控制通道型次細胞，以利於使用單一事件的發生來做為是否變換實體上行控制通道型次細胞的判斷依據，如圖3中虛線表示部分。3GPP目前對此議題還沒有共識，部分公司認為這對使用者裝置的複雜度影響不大，並認為要真的有顯著的效益才對量測事件A3/A5做更動。

圖3 對PUCCH SCell定義事件A3/A5

初步架構預估年底定調

行動通訊正面對著頻寬需求日益成長但連續頻帶取得不易的挑戰。自2015年初開始，第三代合作夥伴基於既有之載波聚合技術，著手討論與設計如何同時從授權與免授權頻段上，聚合更多數目的載波組件。

隨著多數目載波組件式的載波聚合技術被實現，將可使無線寬頻通訊系統於免授權頻段運作上獲得更高的彈性。但在實體層與介面存取控制層所衍伸的問題，仍處於討論與標準化的階段，初步架構會在2015年底議程結束後定調。

(本文作者皆任職於資策會智通所)