5G商用之前 先了解一下千兆级LTE的三个关键技术

今年10月，高通和澳洲运营商Telstra 、爱立信以及NETGEAR共同推出了基于首款千兆级LTE调制解调器骁龙X16的移动路由器MR1100，根据高通的计划，下一代骁龙835也将集成该骁龙X16。

顾名思义，千兆级LTE的理论速度可以达到光纤级别的1Gbps，与国际电信联盟对4G定义的标准一致，业界称之为LTE-A。虽然千兆级LTE无法和5G几个Gbps的速度相提并论，但高通产品市场高级总监沈磊认为，前者是实现5G商用的第一步，而且未来还会和5G共存很长一段时间。

每一代通信技术的原理都大同小异，而千兆级LTE之所以能达到第一代LTE十倍的速度，主要得益于三个关键技术：载波聚合、高阶调制、更高阶的MIMO。

载波聚合——增加信道数量

在无线网络中，提高传输速率最简单的方法之一就是增加传输带宽。每一代移动通信的升级，载波带宽都在持续提升，LTE的一个载波最少是20MHz的带宽（而GSM是200KHz，WCDMA和HSPA+是5MHz）。那在这一基础上如何进一步提升传输速度呢？在LTE到LTE-A演进的过程中，3GPP提出了载波聚合技术，即将多个载波聚合成更高的带宽，理论上LTE-A系统中可以实现2-5个LTE成员载波（ComponentCarrier，CC）的聚合。

沈磊用澳洲运营商Telstra举了个例子，“Telstra有三个授权频段，每个频段都是20MHz，通过射频和基带技术，就可以把这三个载波、三个频段聚合起来，以达到更高的传输速度。”

三载波聚合后的速度怎么算？

通俗点理解就是，三个射频信道变成一个更宽的信道，3个20MHz实际上就相当于60MHz，数据吞吐量提升了3倍。另外，因为2×2MIMO每个载波有2个数据流，三载波条件下就有6个数据流，以64-QAM的调制方式已知75Mbps的速度来算，三载波聚合后的6个数据流就相当于75Mbps×6=450Mbps。

当然，这种部署的方式并不是固定的。每个运营商拥有的频段都有差异，所以三个载波事实上可以灵活部署，可以是连续的，也可以是离散的。

例如，一个700MHz，一个900MHz，一个1.8GHz可以聚合；TDD载波和FDD载波也可以混合地聚合在一起。

高阶调制——增加传输信号比特数

载波聚合是提升速率最直接最有效的方法，但移动通信系统的带宽资源是有限的，而高阶调制就是利用有限带宽资源提供高数据速率一种的手段。

高阶调制方式是一种复杂的调制方式，例如提高收发器的复杂程度可以让一个信号搬运更多的比特。LTE最初的下行调制方式是64-QAM，这也是和2G、3G相比升级的地方。众所周知，目前64-QAM（64个样点，样点数目越多传输效率越高）的一个信号可以承载6个比特，而如果扩展到256-QAM（256个样点），一个信号则可以承载8个比特，带宽效率直接提升了33%。

再来算下256-QAM带来的速度，一个数据流就从64-QAM的75Mbps提升33%，最后结果就是100Mbps。上面提到，三载波聚合有6个流，现在通过256-QAM调制一个数据流上有100Mbps，所以通过三载波聚合和高阶调制后，可以达到600Mbps的传输速度。

高阶MIMO——增加数据流

LTE Cat.4以上的标准都需要采用MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技术，即在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，这使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，这大大增大了信道容量。最初LTE采用的是2×2 MIMO，有两个数据流。

但2×2依然达不到千兆级的速度，通过部署更高阶的MIMO，也就是更多的天线、更多的收发链路，来获得更多的数据流也是提升传输速度的方式之一。

以Telstra的部署为例，它是在两个载波上部署了4×4，剩下的一个载波采用的依然是2×2。所以，使用4x4MIMIO技术之后，一个载波上的数据流数量从2个变成了4个。这种部署下的三载波，两个载波4x4MIMO，和一个载波2x2MIMO，总共就是4+4+2=10个数据流。

综上所述，加上三载波聚合和256-QAM调制的支持，一个数据流可以达到100Mbps，而10个数据流就相当于100Mbps×10=1Gbps。

当然，数据流也不是能无线增加的，沈磊表示，目前高通X16调制解调器的射频部分、基带部分、处理部分做到10个数据流已经是极限状态，未来会朝着12甚至是15个数据流的方向发展。

除此之外，LTE的最低配置是两个天线，也就是2x2MIMO，例如现在的手机一般都是两个天线，在两个对角的位置或者上下各一个。但两个天线对手机设计已经有很高的门槛，因为手机要越来越薄，而电池、很多应用处理器还有相机模组越来越大，所以留给天线的空间越来越小，单个天线的性能实际是在降低的，如果要部署4个天线对手机厂商来说是个挑战。目前，只有面向北美T-Mobile的三星Galaxy S7/S7 Edge以及Sony Xperia XZ实现了4天线设计。

虽然千兆级LTE还存在技术挑战，但至少就目前而言，它已经是比5G更靠谱的技术，不是吗？