LTE載波聚合為5G移動(dòng)通訊鋪路

　　隨著智慧型手機(jī)不斷增加越來越多的照片與視訊傳輸（如Instagram、YouTube和Skype等），推動(dòng)對于更多無線資料的需求日益成長。然而，當(dāng)你在手機(jī)上觀看視訊時(shí)，仍然免不了經(jīng)常因?yàn)榉涑彩椒?wù)太慢而出現(xiàn)緩沖中的畫面，那真是十分令人沮喪啊！

　　但很多時(shí)候，就算是智慧型手機(jī)采用了四核心、八核心或甚至是十核心的應(yīng)用處理器，對此可能也無濟(jì)于事。

　　另一方面，隨著每一個(gè)新世代的智慧型手機(jī)上市，用戶對于更大螢?zāi)怀叽缫约霸絹碓礁呓馕龆鹊南埠靡惨馕吨枰褂酶嗟馁Y料量。然而，用戶通常不會(huì)把他們的新款大尺寸手機(jī)跟‘較大螢?zāi)患捌涓呓馕龆群挠酶噘Y料’聯(lián)想在一起，事實(shí)上，這卻是資料量預(yù)算的重要因素之一。

　　智慧型手機(jī)的相機(jī)解析度正不斷提高，2千萬晝素的后置相機(jī)以及500萬畫素的前相機(jī)解析度變得越來越普遍。你可以想像未來還將出現(xiàn)更高畫素，以及隨之而來的更高資料量消耗。圖1顯示從QVGA演進(jìn)到超高畫質(zhì)（UHD），每一新世代手機(jī)顯示器所需的頻寬正呈指數(shù)級成長。

　　圖1：智慧型手機(jī)硬體革新——更先進(jìn)硬體的App流量相對增加

　　根據(jù)愛立信（Ericsson）在2015年6月的《行動(dòng)趨勢報(bào)告》（MobilityReport），視訊串流和社群網(wǎng)路主導(dǎo)整體應(yīng)用流量。在許多行動(dòng)網(wǎng)路中，愛立信發(fā)現(xiàn)，目前約有40%-60%的視訊流量都來自于YouTube。

　　該報(bào)告并預(yù)測，行動(dòng)視訊流量每年將成長55%，到了2020年，約有60%的行動(dòng)數(shù)據(jù)流量都將來自視訊。尤其是在YouTube與Netflix等OTT供應(yīng)商的大力推動(dòng)下，用戶行為導(dǎo)致的視訊串流媒體成長十分快速。

　　思科公司（CiscoCorp.）也預(yù)期，從2013年到2018年，行動(dòng)資料流量將以65%的復(fù)合年成長率（CAGR）成長。因此，網(wǎng)路容量和裝置傳輸速率都必須超越這一成長率，才能改善消耗與產(chǎn)生（越來越多）資料流量的用戶體驗(yàn)。

　　圖2：上傳資料流量增加的來源？

　　為了滿足手機(jī)用戶對于更多娛樂視訊、串流音樂、視訊會(huì)議、互動(dòng)游戲以及更高資料速率的需求，諸如ATT、Verizon和中國移動(dòng) （ChinaMobile）等行動(dòng)營運(yùn)商亟需強(qiáng)化其網(wǎng)路服務(wù)。但這需要更大的通道頻寬，才能達(dá)到更高速的下行鏈路，以及日益增加的上行鏈路（如Skype 以及AppleFaceTime等視訊會(huì)議）速度要求。

　　然而，由于全球頻譜分配十分零散，提供給營運(yùn)商使用的頻譜通常像是幾個(gè)不同的頻段拼湊起來，營運(yùn)商可能無法直接將其載波指定至更高的頻寬范圍。

　　如何提高上傳速度？

　　目前有幾種提高下載速度的權(quán)宜之計(jì)，例如結(jié)合LTE和Wi-Fi載波等，但這無法套用于提高上傳速度。然而，針對像Instagram與視訊會(huì)議等具有更高上傳速度的要求，透過LTE載波聚合 （CarrierAggregation；CA）技術(shù)，可望更理想地增加有效頻寬及高速傳輸性能。

　　載波聚合的基本概念并不算新；它曾經(jīng)在大約二十年前用于固定線路ISDN，后來由業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)3GPPRelease-10版正式發(fā)布用于LTE-Advanced（LTE-A），讓營運(yùn)商得以更有效率地利用其頻譜資產(chǎn)，提升用戶服務(wù)所需的傳輸速度以及增加網(wǎng)路容量。

　　載波聚合主要透過數(shù)位訊號處理（DSP）技術(shù)接合2個(gè)或多個(gè)固定頻寬的載波，使其發(fā)揮2倍或多倍頻寬的效果。例如，將3種載波結(jié)合在一起，就能提供3倍頻寬等等以此類推。在3GPP規(guī)格中，可以結(jié)合使用多達(dá)5種20MHzLTE載波，如圖3所示。然而，在不久的將來，2倍與3倍的CA建置可說是更為可行。

　　圖3：載波聚合——定義未來的LTE-Advanced技術(shù)

　　在行動(dòng)世界中，我們已經(jīng)一路從2G、3G走向更大頻寬，如今更透過旗艦級的LTE-A技術(shù)來到了4G時(shí)代。但是，在未來十年出現(xiàn)新一代5G行動(dòng)通訊以前，LTE載波聚合技術(shù)正成為目前的技術(shù)首選。載波聚合技術(shù)可同時(shí)結(jié)合更低與更高頻段——利用低頻段的更廣泛覆蓋范圍，并透過高頻段實(shí)現(xiàn)更高可用性。

　　對于用戶來說，載波聚合的重要性不只是更大頻寬。因?yàn)楦箢l寬可帶來更好的傳輸速率體驗(yàn)，特別是在蜂巢式基地臺的邊緣，如圖4所示。顯然，透過載波聚合技術(shù)強(qiáng)化了蜂巢式基地臺邊緣衰減的訊號，因而使遠(yuǎn)離城市中心的住戶也能受益于更快的傳輸效率。

　　雙載波的載波聚合技術(shù)可為突發(fā)性應(yīng)用倍增傳輸容量，而3倍載波的載波聚合技術(shù)則可增加3倍。除了增加資料速率，同時(shí)還可在典型的網(wǎng)路負(fù)載下維持相同的用戶體驗(yàn)。當(dāng)載波聚合時(shí)，不僅帶來了更多資源，而且由于中繼效率，而使得整體性能更大于各個(gè)載波加總的能力。提高傳輸容量將有助于營運(yùn)商解決智慧型手機(jī)帶來突發(fā)性傳輸流量的挑戰(zhàn)，從而更有效的利用社交媒體應(yīng)用程式與即時(shí)傳訊等。

　　對于營運(yùn)商來說，載波聚合技術(shù)提供的網(wǎng)路效率比單獨(dú)的無線通道更高，同時(shí)還能以任何用戶傳輸速率提供更多容量。此外，即使是在網(wǎng)路負(fù)載與支援更豐富內(nèi)容與服務(wù)的情況下，載波聚合也能提供更好的用戶傳輸速率。

　　營運(yùn)商部署LTECA網(wǎng)路

　　因此，目前已有許多網(wǎng)路采用2x20MHz聚合，達(dá)到了接近300Mbps的傳輸速率。一般來說，LTE-A第6類（Cat6）可定義更好的載波聚合功能，實(shí)現(xiàn)300Mbps的下行速度和50Mbps的上行速度。

　　2014年11月，高通（Qualcomm）率先推出第10類（Cat10(＄0.0384)）LTE數(shù)據(jù)機(jī)晶片，支援最高450Mbps下行速度和高達(dá)100Mbps上行速度的全域載波聚合，以及跨TDD與FDD頻譜的載波聚合技術(shù)。

　　全球各大行動(dòng)營運(yùn)商也正急于展現(xiàn)更優(yōu)于競爭對手的網(wǎng)路服務(wù)，因而迫使他們透過波聚合來升級其網(wǎng)路性能。

　　當(dāng)他們將現(xiàn)有的Cat4LTE網(wǎng)路升級到Cat6（或其他類別），將會(huì)使用像中國移動(dòng)（ChinaMobile）所采用的‘4G+’一詞或類似的術(shù)語，藉以顯示其載波聚合服務(wù)是更好（更快）的網(wǎng)路。例如，2015年4月，澳洲TelstraMobile率先推出450Mbps的LTE-ACat9 網(wǎng)路，并將新的網(wǎng)路功能稱為4GX服務(wù)。另一家競爭的澳洲電信營運(yùn)商Optus也推出LTE-A網(wǎng)路，稱為‘4GPlus’。

　　根據(jù)全球行動(dòng)裝置供應(yīng)商協(xié)會(huì)（GSA）最近的一項(xiàng)研究，在全球45個(gè)國家中約有88家LTE-A營運(yùn)商分別處于部署載波聚合技術(shù)的不同階段。14家營運(yùn)商部署了CAT4網(wǎng)路，而73家已商用化推出CAT6系統(tǒng)，其中的37家現(xiàn)可支援300Mbps的峰值下行鏈路速度。

　　美國營運(yùn)商目前看來腳步稍嫌緩慢，Sprint到了2015年7月才率先廣泛部署雙載波聚合服務(wù)。除了在29個(gè)城市率先推出服務(wù)以外，隨后還將擴(kuò)展到更多據(jù)點(diǎn)。

　　ATT目前已在幾個(gè)選定城市中啟動(dòng)載波聚合服務(wù)，預(yù)計(jì)2015年年底可全面啟用。但是，Cat6作業(yè)已經(jīng)普遍用于澳洲、俄羅斯、瑞士以及加拿大等20個(gè)國家了。

　　中國的三大行動(dòng)營運(yùn)商也開始推出LTE-A服務(wù)，中國電信（ChinaTelecom）率先在17個(gè)城市中部署了Cat6網(wǎng)路服務(wù)。

　　中國移動(dòng)則使用基于高通Snapdragon810數(shù)據(jù)機(jī)晶片的Cat9裝置，展示三頻CA的300Mbps下載速度。中興通訊（ZTE）提供可實(shí)現(xiàn)Cat9性能的營運(yùn)商網(wǎng)路。預(yù)計(jì)中國三大網(wǎng)路將在明年全面部署LTE-A網(wǎng)路。

　　為了更有效地利用現(xiàn)有的頻譜資產(chǎn)，有些服務(wù)供應(yīng)商已經(jīng)宣布即將淘汰其現(xiàn)存的2G網(wǎng)路了。

　　例如，ATT設(shè)定在2017年停止GSM服務(wù)。藉由重新利用其2G資產(chǎn)，營運(yùn)商們就能在有限的頻譜資源下有效發(fā)揮更先進(jìn)的4G技術(shù)優(yōu)勢。

　　雖然這將導(dǎo)致其可用頻段更加零碎，但是，載波聚合將在此提供有效利用最新取得頻譜片段的理想途徑。因此，載波聚合技術(shù)更顯得實(shí)用。

　　除了提供CAT4（或CAT6以上）網(wǎng)路作業(yè)的營運(yùn)商以外，LTE-A智慧型手機(jī)也不可或缺。高通在此主導(dǎo)了LTE-A數(shù)據(jù)機(jī)晶片，在一系列支援載波聚合的智慧型手機(jī)中占據(jù)重要地位。

　　其他業(yè)者也計(jì)劃在今年底到明年初之間開始推出相關(guān)產(chǎn)品，如海思（HiSilicon）、英特爾（Intel）、Marvell、聯(lián)發(fā)科（MediaTek）、三星（Samsung）和展訊（Spreadtrum）。

　　結(jié)語

　　新一代行動(dòng)通訊網(wǎng)路將在多方向不斷演變。短期來看，可能聚合更多的載波（LTE-A定義最多5x）以及結(jié)合更多頻段（3GPP中定義可達(dá)50個(gè)以上）；在上傳鏈路中實(shí)現(xiàn)聚合。再者，載波聚合技術(shù)可涵蓋FDD/TDD、不同的蜂巢式基地臺，以及授權(quán)與未授權(quán)頻段。

　　根據(jù)最新的3GPP標(biāo)準(zhǔn)（REL-12），目前可為60GHz通道定義最多3個(gè)20MHz的下行鏈路聚合，未來的標(biāo)準(zhǔn)可望支援高達(dá) 100MHz（5x20MHz）頻寬。然而，3載波下行鏈路（如20+10+10MHz），以及1或2載波上行鏈路的建置預(yù)計(jì)將在未來一年左右變得更加普及。

　　未來，透過LTE-Advanced載波聚合，用戶將可更快速地分享照片、快速存取云端中的大型檔案、更快載入復(fù)雜的網(wǎng)站以及更多位置的更高品質(zhì)視訊串流。

　　載波聚合技術(shù)不僅擴(kuò)展了營運(yùn)商的能力、增強(qiáng)用戶的行動(dòng)體驗(yàn)，同時(shí)也為邁向最終的5G建置鋪路。