Carrier Aggregation

Abkürzung: CA

Carrier Aggregation fasst mehrere getrennte Frequenzblöcke zu einer einzigen Übertragung zusammen. Ein Gerät funkt dabei gleichzeitig auf zwei, drei oder mehr Trägern, deren Datenraten sich addieren. Eingeführt wurde das Verfahren mit LTE-Advanced; im 5G-Netz arbeitet es nach demselben Prinzip weiter.

Der Grund für den Aufwand liegt in der Spektrumsvergabe. Mobilfunkfrequenzen sind historisch gewachsen und in Versteigerungen stückweise zugeteilt worden. Kein Betreiber besitzt einen durchgehenden Block von 100 MHz; er hält stattdessen mehrere kleinere Blöcke in verschiedenen Bändern. Carrier Aggregation macht aus diesem Flickenteppich eine zusammenhängend nutzbare Bandbreite, ohne dass das Spektrum neu geordnet werden müsste.

Component Carrier, PCell und SCell

Jeder einzelne gebündelte Frequenzblock heißt Component Carrier. In LTE ist er bis zu 20 MHz breit, in 5G je nach Frequenzbereich bis 100 MHz unterhalb von 6 GHz und bis 400 MHz in den Millimeterwellenbändern.

Einer dieser Träger hat eine Sonderrolle:

• Die Primary Cell (PCell) trägt die Signalisierung. Über sie meldet sich das Gerät an, über sie laufen Verbindungsaufbau und Mobilitätsentscheidungen. Fällt sie weg, bricht die Verbindung ab.
• Eine Secondary Cell (SCell) trägt nur Nutzdaten. Das Netz schaltet sie bei Bedarf hinzu und wieder ab, ohne dass die Verbindung darunter leidet.

Diese Aufteilung erklärt ein Verhalten, das im Alltag auffällt: Die Anzeige im Gerät wechselt zwischen Datenraten, ohne dass die Verbindung abreißt. Dahinter steht meist das Zu- und Abschalten von SCells, nicht ein Zellwechsel.

Das Zuschalten entscheidet das Netz anhand der Messwerte, die das Gerät meldet, und anhand der aktuellen Last. Bei geringem Datenbedarf bleiben zusätzliche Träger abgeschaltet, weil sie im Gerät Strom kosten.

Drei Arten der Bündelung

Inter-Band-Kombinationen sind in Europa der Normalfall, weil die Zuteilungen über mehrere Bänder verstreut sind. Sie sind zugleich die technisch anspruchsvollsten, denn das Gerät muss mehrere Frequenzbereiche gleichzeitig empfangen, ohne dass sich die Signalwege gegenseitig stören.

Welche Kombinationen ein Gerät beherrscht, ist in dessen Datenblatt als Liste festgelegt — etwa „B3 + B7 + B20". Unterstützt das Gerät eine vom Betreiber eingesetzte Kombination nicht, bleibt es bei einem einzelnen Träger. Das ist einer der Gründe, warum zwei Geräte am selben Ort unterschiedliche Datenraten erreichen.

Aufwärts- und Abwärtsrichtung

In der Abwärtsrichtung ist Carrier Aggregation seit Langem üblich. In der Aufwärtsrichtung wird sie deutlich seltener eingesetzt, weil jeder zusätzliche Sendepfad im Gerät Leistung und Bauraum kostet und die Wärme abgeführt werden muss. Die beworbenen Spitzenwerte beziehen sich deshalb fast immer auf den Empfang.

Abgrenzung zu Dual Connectivity

Carrier Aggregation bündelt Träger, die von derselben Basisstation mit einem gemeinsamen Zeitplaner verwaltet werden. Bei Dual Connectivity sind dagegen zwei getrennte Basisstationen beteiligt, jede mit eigenem Zeitplaner.

Praktisch bedeutsam ist das bei 5G im Modus Non-Standalone: Dort hält das Gerät gleichzeitig eine LTE- und eine 5G-Verbindung, wobei LTE die Signalisierung übernimmt. Das ist Dual Connectivity, nicht Carrier Aggregation — auch wenn sich die Datenraten in beiden Fällen addieren.

Was sie nicht leistet

Carrier Aggregation vergrößert die Bandbreite, nicht die Reichweite. Am Zellrand, wo ein schwach empfangener Träger ohnehin kaum Durchsatz liefert, bringt ein zweiter ebenso schwacher Träger wenig. Der Gewinn entfaltet sich dort, wo der Empfang gut und die Zelle nicht ausgelastet ist.

Ebenso wenig erzeugt sie Kapazität, die nicht vorhanden ist. Die gebündelten Träger stammen aus demselben Spektrum, das sich alle Teilnehmer der Zelle teilen. Bei hoher Auslastung verteilt das Netz die Träger auf mehrere Geräte, statt einem einzelnen alle zuzuweisen.