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| 本文作者： 程弢 | 2016-11-28 21:07 |
今年10月，高通和澳洲運(yùn)營(yíng)商Telstra 、愛立信以及NETGEAR共同推出了基于首款千兆級(jí)LTE調(diào)制解調(diào)器驍龍X16的移動(dòng)路由器MR1100，根據(jù)高通的計(jì)劃，下一代驍龍835也將集成該驍龍X16。
顧名思義，千兆級(jí)LTE的理論速度可以達(dá)到光纖級(jí)別的1Gbps，與國(guó)際電信聯(lián)盟對(duì)4G定義的標(biāo)準(zhǔn)一致，業(yè)界稱之為L(zhǎng)TE-A。雖然千兆級(jí)LTE無法和5G幾個(gè)Gbps的速度相提并論，但高通產(chǎn)品市場(chǎng)高級(jí)總監(jiān)沈磊認(rèn)為，前者是實(shí)現(xiàn)5G商用的第一步，而且未來還會(huì)和5G共存很長(zhǎng)一段時(shí)間。
每一代通信技術(shù)的原理都大同小異，而千兆級(jí)LTE之所以能達(dá)到第一代LTE十倍的速度，主要得益于三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：載波聚合、高階調(diào)制、更高階的MIMO。
在無線網(wǎng)絡(luò)中，提高傳輸速率最簡(jiǎn)單的方法之一就是增加傳輸帶寬。每一代移動(dòng)通信的升級(jí)，載波帶寬都在持續(xù)提升，LTE的一個(gè)載波最少是20MHz的帶寬（而GSM是200KHz，WCDMA和HSPA+是5MHz）。那在這一基礎(chǔ)上如何進(jìn)一步提升傳輸速度呢？在LTE到LTE-A演進(jìn)的過程中，3GPP提出了載波聚合技術(shù)，即將多個(gè)載波聚合成更高的帶寬，理論上LTE-A系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)2-5個(gè)LTE成員載波（ComponentCarrier，CC）的聚合。
沈磊用澳洲運(yùn)營(yíng)商Telstra舉了個(gè)例子，“Telstra有三個(gè)授權(quán)頻段，每個(gè)頻段都是20MHz，通過射頻和基帶技術(shù)，就可以把這三個(gè)載波、三個(gè)頻段聚合起來，以達(dá)到更高的傳輸速度。”
三載波聚合后的速度怎么算？
通俗點(diǎn)理解就是，三個(gè)射頻信道變成一個(gè)更寬的信道，3個(gè)20MHz實(shí)際上就相當(dāng)于60MHz，數(shù)據(jù)吞吐量提升了3倍。另外，因?yàn)?×2MIMO每個(gè)載波有2個(gè)數(shù)據(jù)流，三載波條件下就有6個(gè)數(shù)據(jù)流，以64-QAM的調(diào)制方式已知75Mbps的速度來算，三載波聚合后的6個(gè)數(shù)據(jù)流就相當(dāng)于75Mbps×6=450Mbps。
當(dāng)然，這種部署的方式并不是固定的。每個(gè)運(yùn)營(yíng)商擁有的頻段都有差異，所以三個(gè)載波事實(shí)上可以靈活部署，可以是連續(xù)的，也可以是離散的。
例如，一個(gè)700MHz，一個(gè)900MHz，一個(gè)1.8GHz可以聚合；TDD載波和FDD載波也可以混合地聚合在一起。
載波聚合是提升速率最直接最有效的方法，但移動(dòng)通信系統(tǒng)的帶寬資源是有限的，而高階調(diào)制就是利用有限帶寬資源提供高數(shù)據(jù)速率一種的手段。
高階調(diào)制方式是一種復(fù)雜的調(diào)制方式，例如提高收發(fā)器的復(fù)雜程度可以讓一個(gè)信號(hào)搬運(yùn)更多的比特。LTE最初的下行調(diào)制方式是64-QAM，這也是和2G、3G相比升級(jí)的地方。眾所周知，目前64-QAM（64個(gè)樣點(diǎn)，樣點(diǎn)數(shù)目越多傳輸效率越高）的一個(gè)信號(hào)可以承載6個(gè)比特，而如果擴(kuò)展到256-QAM（256個(gè)樣點(diǎn)），一個(gè)信號(hào)則可以承載8個(gè)比特，帶寬效率直接提升了33%。
再來算下256-QAM帶來的速度，一個(gè)數(shù)據(jù)流就從64-QAM的75Mbps提升33%，最后結(jié)果就是100Mbps。上面提到，三載波聚合有6個(gè)流，現(xiàn)在通過256-QAM調(diào)制一個(gè)數(shù)據(jù)流上有100Mbps，所以通過三載波聚合和高階調(diào)制后，可以達(dá)到600Mbps的傳輸速度。
LTE Cat.4以上的標(biāo)準(zhǔn)都需要采用MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技術(shù)，即在發(fā)射端和接收端分別使用多個(gè)發(fā)射天線和接收天線，這使信號(hào)通過發(fā)射端與接收端的多個(gè)天線傳送和接收，這大大增大了信道容量。最初LTE采用的是2×2 MIMO，有兩個(gè)數(shù)據(jù)流。
但2×2依然達(dá)不到千兆級(jí)的速度，通過部署更高階的MIMO，也就是更多的天線、更多的收發(fā)鏈路，來獲得更多的數(shù)據(jù)流也是提升傳輸速度的方式之一。
以Telstra的部署為例，它是在兩個(gè)載波上部署了4×4，剩下的一個(gè)載波采用的依然是2×2。所以，使用4x4MIMIO技術(shù)之后，一個(gè)載波上的數(shù)據(jù)流數(shù)量從2個(gè)變成了4個(gè)。這種部署下的三載波，兩個(gè)載波4x4MIMO，和一個(gè)載波2x2MIMO，總共就是4+4+2=10個(gè)數(shù)據(jù)流。
綜上所述，加上三載波聚合和256-QAM調(diào)制的支持，一個(gè)數(shù)據(jù)流可以達(dá)到100Mbps，而10個(gè)數(shù)據(jù)流就相當(dāng)于100Mbps×10=1Gbps。
當(dāng)然，數(shù)據(jù)流也不是能無線增加的，沈磊表示，目前高通X16調(diào)制解調(diào)器的射頻部分、基帶部分、處理部分做到10個(gè)數(shù)據(jù)流已經(jīng)是極限狀態(tài)，未來會(huì)朝著12甚至是15個(gè)數(shù)據(jù)流的方向發(fā)展。
除此之外，LTE的最低配置是兩個(gè)天線，也就是2x2MIMO，例如現(xiàn)在的手機(jī)一般都是兩個(gè)天線，在兩個(gè)對(duì)角的位置或者上下各一個(gè)。但兩個(gè)天線對(duì)手機(jī)設(shè)計(jì)已經(jīng)有很高的門檻，因?yàn)槭謾C(jī)要越來越薄，而電池、很多應(yīng)用處理器還有相機(jī)模組越來越大，所以留給天線的空間越來越小，單個(gè)天線的性能實(shí)際是在降低的，如果要部署4個(gè)天線對(duì)手機(jī)廠商來說是個(gè)挑戰(zhàn)。目前，只有面向北美T-Mobile的三星Galaxy S7/S7 Edge以及Sony Xperia XZ實(shí)現(xiàn)了4天線設(shè)計(jì)。
雖然千兆級(jí)LTE還存在技術(shù)挑戰(zhàn)，但至少就目前而言，它已經(jīng)是比5G更靠譜的技術(shù)，不是嗎？
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