LTE载波聚合为5G移动通讯铺路 - 全文

　　随着智慧型手机不断增加越来越多的照片与视讯传输（如Instagram、YouTube和Skype等），推动对于更多无线资料的需求日益成长。然而，当你在手机上观看视讯时，仍然免不了经常因为蜂巢式服务太慢而出现缓冲中的画面，那真是十分令人沮丧啊！

　　但很多时候，就算是智慧型手机采用了四核心、八核心或甚至是十核心的应用处理器，对此可能也无济于事。

　　另一方面，随着每一个新世代的智慧型手机上市，用户对于更大萤幕尺寸以及越来越高解析度的喜好也意味着需要使用更多的资料量。然而，用户通常不会把他们的新款大尺寸手机跟‘较大萤幕及其高解析度耗用更多资料’联想在一起，事实上，这却是资料量预算的重要因素之一。

　　智慧型手机的相机解析度正不断提高，2千万昼素的后置相机以及500万画素的前相机解析度变得越来越普遍。你可以想像未来还将出现更高画素，以及随之而来的更高资料量消耗。图1显示从QVGA演进到超高画质（UHD），每一新世代手机显示器所需的频宽正呈指数级成长。

　　

　　图1：智慧型手机硬体革新——更先进硬体的App流量相对增加

　　根据爱立信（Ericsson）在2015年6月的《行动趋势报告》（MobilityReport），视讯串流和社群网路主导整体应用流量。在许多行动网路中，爱立信发现，目前约有40%-60%的视讯流量都来自于YouTube。

　　该报告并预测，行动视讯流量每年将成长55%，到了2020年，约有60%的行动数据流量都将来自视讯。尤其是在YouTube与Netflix等OTT供应商的大力推动下，用户行为导致的视讯串流媒体成长十分快速。

　　思科公司（CiscoCorp.）也预期，从2013年到2018年，行动资料流量将以65%的复合年成长率（CAGR）成长。因此，网路容量和装置传输速率都必须超越这一成长率，才能改善消耗与产生（越来越多）资料流量的用户体验。

　　

　　图2：上传资料流量增加的来源？

　　为了满足手机用户对于更多娱乐视讯、串流音乐、视讯会议、互动游戏以及更高资料速率的需求，诸如AT&T、Verizon和中国移动 （ChinaMobile）等行动营运商亟需强化其网路服务。但这需要更大的通道频宽，才能达到更高速的下行链路，以及日益增加的上行链路（如Skype 以及AppleFaceTime等视讯会议）速度要求。

　　然而，由于全球频谱分配十分零散，提供给营运商使用的频谱通常像是几个不同的频段拼凑起来，营运商可能无法直接将其载波指定至更高的频宽范围。

　　如何提高上传速度？

　　目前有几种提高下载速度的权宜之计，例如结合LTE和Wi-Fi载波等，但这无法套用于提高上传速度。然而，针对像Instagram与视讯会议等具有更高上传速度的要求，透过LTE载波聚合 （CarrierAggregation；CA）技术，可望更理想地增加有效频宽及高速传输性能。

　　载波聚合的基本概念并不算新；它曾经在大约二十年前用于固定线路ISDN，后来由业界标准3GPPRelease-10版正式发布用于LTE-Advanced（LTE-A），让营运商得以更有效率地利用其频谱资产，提升用户服务所需的传输速度以及增加网路容量。

　　载波聚合主要透过数位讯号处理（DSP）技术接合2个或多个固定频宽的载波，使其发挥2倍或多倍频宽的效果。例如，将3种载波结合在一起，就能提供3倍频宽等等以此类推。在3GPP规格中，可以结合使用多达5种20MHzLTE载波，如图3所示。然而，在不久的将来，2倍与3倍的CA建置可说是更为可行。

　　

　　图3：载波聚合——定义未来的LTE-Advanced技术

　　在行动世界中，我们已经一路从2G、3G走向更大频宽，如今更透过旗舰级的LTE-A技术来到了4G时代。但是，在未来十年出现新一代5G行动通讯以前，LTE载波聚合技术正成为目前的技术首选。载波聚合技术可同时结合更低与更高频段——利用低频段的更广泛覆盖范围，并透过高频段实现更高可用性。

　　对于用户来说，载波聚合的重要性不只是更大频宽。因为更大频宽可带来更好的传输速率体验，特别是在蜂巢式基地台的边缘，如图4所示。显然，透过载波聚合技术强化了蜂巢式基地台边缘衰减的讯号，因而使远离城市中心的住户也能受益于更快的传输效率。

　　双载波的载波聚合技术可为突发性应用倍增传输容量，而3倍载波的载波聚合技术则可增加3倍。除了增加资料速率，同时还可在典型的网路负载下维持相同的用户体验。当载波聚合时，不仅带来了更多资源，而且由于中继效率，而使得整体性能更大于各个载波加总的能力。提高传输容量将有助于营运商解决智慧型手机带来突发性传输流量的挑战，从而更有效的利用社交媒体应用程式与即时传讯等。

　　对于营运商来说，载波聚合技术提供的网路效率比单独的无线通道更高，同时还能以任何用户传输速率提供更多容量。此外，即使是在网路负载与支援更丰富内容与服务的情况下，载波聚合也能提供更好的用户传输速率。

　　营运商部署LTECA网路

　　因此，目前已有许多网路采用2x20MHz聚合，达到了接近300Mbps的传输速率。一般来说，LTE-A第6类（Cat6）可定义更好的载波聚合功能，实现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类（Cat10）LTE数据机晶片，支援最高450Mbps下行速度和高达100Mbps上行速度的全域载波聚合，以及跨TDD与FDD频谱的载波聚合技术。

　　全球各大行动营运商也正急于展现更优于竞争对手的网路服务，因而迫使他们透过波聚合来升级其网路性能。

　　当他们将现有的Cat4LTE网路升级到Cat6（或其他类别），将会使用像中国移动（ChinaMobile）所采用的‘4G+’一词或类似的术语，藉以显示其载波聚合服务是更好（更快）的网路。例如，2015年4月，澳洲TelstraMobile率先推出450Mbps的LTE-ACat9 网路，并将新的网路功能称为4GX服务。另一家竞争的澳洲电信营运商Optus也推出LTE-A网路，称为‘4GPlus’。

　　根据全球行动装置供应商协会（GSA）最近的一项研究，在全球45个国家中约有88家LTE-A营运商分别处于部署载波聚合技术的不同阶段。14家营运商部署了CAT4网路，而73家已商用化推出CAT6系统，其中的37家现可支援300Mbps的峰值下行链路速度。

　　美国营运商目前看来脚步稍嫌缓慢，Sprint到了2015年7月才率先广泛部署双载波聚合服务。除了在29个城市率先推出服务以外，随后还将扩展到更多据点。

　　AT&T目前已在几个选定城市中启动载波聚合服务，预计2015年年底可全面启用。但是，Cat6作业已经普遍用于澳洲、俄罗斯、瑞士以及加拿大等20个国家了。

　　中国的三大行动营运商也开始推出LTE-A服务，中国电信（ChinaTelecom）率先在17个城市中部署了Cat6网路服务。

　　中国移动则使用基于高通Snapdragon810数据机晶片的Cat9装置，展示三频CA的300Mbps下载速度。中兴通讯（ZTE）提供可实现Cat9性能的营运商网路。预计中国三大网路将在明年全面部署LTE-A网路。

　　为了更有效地利用现有的频谱资产，有些服务供应商已经宣布即将淘汰其现存的2G网路了。

　　例如，AT&T设定在2017年停止GSM服务。藉由重新利用其2G资产，营运商们就能在有限的频谱资源下有效发挥更先进的4G技术优势。

　　虽然这将导致其可用频段更加零碎，但是，载波聚合将在此提供有效利用最新取得频谱片段的理想途径。因此，载波聚合技术更显得实用。

　　除了提供CAT4（或CAT6以上）网路作业的营运商以外，LTE-A智慧型手机也不可或缺。高通在此主导了LTE-A数据机晶片，在一系列支援载波聚合的智慧型手机中占据重要地位。

　　其他业者也计划在今年底到明年初之间开始推出相关产品，如海思（HiSilicon）、英特尔（Intel）、Marvell、联发科（MediaTek）、三星（Samsung）和展讯（Spreadtrum）。

　　结语

　　新一代行动通讯网路将在多方向不断演变。短期来看，可能聚合更多的载波（LTE-A定义最多5x）以及结合更多频段（3GPP中定义可达50个以上）；在上传链路中实现聚合。再者，载波聚合技术可涵盖FDD/TDD、不同的蜂巢式基地台，以及授权与未授权频段。

　　根据最新的3GPP标准（REL-12），目前可为60GHz通道定义最多3个20MHz的下行链路聚合，未来的标准可望支援高达 100MHz（5x20MHz）频宽。然而，3载波下行链路（如20+10+10MHz），以及1或2载波上行链路的建置预计将在未来一年左右变得更加普及。

　　未来，透过LTE-Advanced载波聚合，用户将可更快速地分享照片、快速存取云端中的大型档案、更快载入复杂的网站以及更多位置的更高品质视讯串流。

　　载波聚合技术不仅扩展了营运商的能力、增强用户的行动体验，同时也为迈向最终的5G建置铺路。