LTE載波聚合為5G移動(dòng)通訊鋪路

　　隨著(zhù)智慧型手機不斷增加越來(lái)越多的照片與視訊傳輸（如Instagram、YouTube和Skype等），推動(dòng)對于更多無(wú)線(xiàn)資料的需求日益成長(cháng)。然而，當你在手機上觀(guān)看視訊時(shí)，仍然免不了經(jīng)常因為蜂巢式服務(wù)太慢而出現緩沖中的畫(huà)面，那真是十分令人沮喪??！

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

　　另一方面，隨著(zhù)每一個(gè)新世代的智慧型手機上市，用戶(hù)對于更大螢幕尺寸以及越來(lái)越高解析度的喜好也意味著(zhù)需要使用更多的資料量。然而，用戶(hù)通常不會(huì )把他們的新款大尺寸手機跟‘較大螢幕及其高解析度耗用更多資料’聯(lián)想在一起，事實(shí)上，這卻是資料量預算的重要因素之一。

　　智慧型手機的相機解析度正不斷提高，2千萬(wàn)晝素的后置相機以及500萬(wàn)畫(huà)素的前相機解析度變得越來(lái)越普遍。你可以想像未來(lái)還將出現更高畫(huà)素，以及隨之而來(lái)的更高資料量消耗。圖1顯示從QVGA演進(jìn)到超高畫(huà)質(zhì)（UHD），每一新世代手機顯示器所需的頻寬正呈指數級成長(cháng)。

　　圖1：智慧型手機硬體革新——更先進(jìn)硬體的App流量相對增加

　　根據愛(ài)立信（Ericsson）在2015年6月的《行動(dòng)趨勢報告》（MobilityReport），視訊串流和社群網(wǎng)路主導整體應用流量。在許多行動(dòng)網(wǎng)路中，愛(ài)立信發(fā)現，目前約有40%-60%的視訊流量都來(lái)自于YouTube。

　　該報告并預測，行動(dòng)視訊流量每年將成長(cháng)55%，到了2020年，約有60%的行動(dòng)數據流量都將來(lái)自視訊。尤其是在YouTube與Netflix等OTT供應商的大力推動(dòng)下，用戶(hù)行為導致的視訊串流媒體成長(cháng)十分快速。

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

　　圖2：上傳資料流量增加的來(lái)源？

　　為了滿(mǎn)足手機用戶(hù)對于更多娛樂(lè )視訊、串流音樂(lè )、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(yíng)運商亟需強化其網(wǎng)路服務(wù)。但這需要更大的通道頻寬，才能達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(yíng)運商使用的頻譜通常像是幾個(gè)不同的頻段拼湊起來(lái)，營(yíng)運商可能無(wú)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宜之計，例如結合LTE和Wi-Fi載波等，但這無(wú)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(guò)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(xiàn)路ISDN，后來(lái)由業(yè)界標準3GPPRelease-10版正式發(fā)布用于LTE-Advanced（LTE-A），讓營(yíng)運商得以更有效率地利用其頻譜資產(chǎn)，提升用戶(hù)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(guò)數位訊號處理（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種載波結合在一起，就能提供3倍頻寬等等以此類(lèi)推。在3GPP規格中，可以結合使用多達5種20MHzLTE載波，如圖3所示。然而，在不久的將來(lái)，2倍與3倍的CA建置可說(shuō)是更為可行。

　　圖3：載波聚合——定義未來(lái)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(guò)旗艦級的LTE-A技術(shù)來(lái)到了4G時(shí)代。但是，在未來(lái)十年出現新一代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)結合更低與更高頻段——利用低頻段的更廣泛覆蓋范圍，并透過(guò)高頻段實(shí)現更高可用性。

　　對于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，載波聚合的重要性不只是更大頻寬。因為更大頻寬可帶來(lái)更好的傳輸速率體驗，特別是在蜂巢式基地臺的邊緣，如圖4所示。顯然，透過(guò)載波聚合技術(shù)強化了蜂巢式基地臺邊緣衰減的訊號，因而使遠離城市中心的住戶(hù)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)路負載下維持相同的用戶(hù)體驗。當載波聚合時(shí)，不僅帶來(lái)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(yíng)運商解決智慧型手機帶來(lái)突發(fā)性傳輸流量的挑戰，從而更有效的利用社交媒體應用程式與即時(shí)傳訊等。

　　對于營(yíng)運商來(lái)說(shuō)，載波聚合技術(shù)提供的網(wǎng)路效率比單獨的無(wú)線(xiàn)通道更高，同時(shí)還能以任何用戶(hù)傳輸速率提供更多容量。此外，即使是在網(wǎng)路負載與支援更豐富內容與服務(wù)的情況下，載波聚合也能提供更好的用戶(hù)傳輸速率。

　　營(yíng)運商部署LTECA網(wǎng)路

　　因此，目前已有許多網(wǎng)路采用2x20MHz聚合，達到了接近300Mbps的傳輸速率。一般來(lái)說(shuō)，LTE-A第6類(lèi)（Cat6）可定義更好的載波聚合功能，實(shí)現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(lèi)（Cat10(＄0.0384)）LTE數據機晶片，支援最高450Mbps下行速度和高達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(yíng)運商也正急于展現更優(yōu)于競爭對手的網(wǎng)路服務(wù)，因而迫使他們透過(guò)波聚合來(lái)升級其網(wǎng)路性能。

　　當他們將現有的Cat4LTE網(wǎng)路升級到Cat6（或其他類(lèi)別），將會(huì )使用像中國移動(dòng)（ChinaMobile）所采用的‘4G+’一詞或類(lèi)似的術(shù)語(yǔ)，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(chēng)為4GX服務(wù)。另一家競爭的澳洲電信營(yíng)運商O(píng)ptus也推出LTE-A網(wǎng)路，稱(chēng)為‘4GPlus’。

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

　　美國營(yíng)運商目前看來(lái)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，隨后還將擴展到更多據點(diǎn)。

　　ATT目前已在幾個(gè)選定城市中啟動(dòng)載波聚合服務(wù)，預計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(yíng)運商也開(kāi)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數據機晶片的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Cat9性能的營(yíng)運商網(wǎng)路。預計中國三大網(wǎng)路將在明年全面部署LTE-A網(wǎng)路。

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

　　例如，ATT設定在2017年停止GSM服務(wù)。藉由重新利用其2G資產(chǎn)，營(yíng)運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(yíng)運商以外，LTE-A智慧型手機也不可或缺。高通在此主導了LTE-A數據機晶片，在一系列支援載波聚合的智慧型手機中占據重要地位。

　　其他業(yè)者也計劃在今年底到明年初之間開(kāi)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）。

　　結語(yǔ)

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

　　根據最新的3GPP標準（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(lái)的標準可望支援高達 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計將在未來(lái)一年左右變得更加普及。

　　未來(lái)，透過(guò)LTE-Advanced載波聚合，用戶(hù)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)不僅擴展了營(yíng)運商的能力、增強用戶(hù)的行動(dòng)體驗，同時(shí)也為邁向最終的5G建置鋪路。