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5G到來之前,我們先聊聊千兆級LTE是什麼

今年10月,高通和澳洲運營商Telstra 、愛立信以及NETGEAR共同推出了基於首款千兆級LTE數據機驍龍X16的移動路由器MR1100,根據高通的計畫,下一代驍龍835也將集成該驍龍X16。

顧名思義,千兆級LTE的理論速度可以達到光纖級別的1Gbps,與國際電信聯盟對4G定義的標準一致,業界稱之為LTE-A。雖然千兆級LTE無法和5G幾個Gbps的速度相提並論,但高通產品市場高級總監沈磊認為,前者是實現5G商用的第一步,而且未來還會和5G共存很長一段時間。

每一代通信技術的原理都大同小異,而千兆級LTE之所以能達到第一代LTE十倍的速度,主要得益於三個關鍵技術:載波聚合、高階調製、更高階的MIMO。

載波聚合——增加通道數量

在無線網路中,提高傳輸速率最簡單的方法之一就是增加傳輸頻寬。每一代移動通信的升級,載波頻寬都在持續提升,LTE的一個載波最少是20MHz的頻寬(而GSM是200KHz,WCDMA和HSPA+是5MHz)。那在這一基礎上如何進一步提升傳送速率呢?在LTE到LTE-A演進的過程中,3GPP提出了載波聚合技術,即將多個載波聚合成更高的頻寬,理論上LTE-A系統中可以實現2-5個LTE成員載波(ComponentCarrier,CC)的聚合。

沈磊用澳洲運營商Telstra舉了個例子,“Telstra有三個授權頻段,每個頻段都是20MHz,通過射頻和基帶技術,就可以把這三個載波、三個頻段聚合起來,以達到更高的傳送速率。”

三載波聚合後的速度怎麼算?

通俗點理解就是,三個射頻通道變成一個更寬的通道,3個20MHz實際上就相當於60MHz,資料輸送量提升了3倍。另外,因為2×2MIMO每個載波有2個資料流程,三載波條件下就有6個資料流程,以64-QAM的調製方式已知75Mbps的速度來算,三載波聚合後的6個資料流程就相當於75Mbps×6=450Mbps。

當然,這種部署的方式並不是固定的。每個運營商擁有的頻段都有差異,所以三個載波事實上可以靈活部署,可以是連續的,也可以是離散的。

例如,一個700MHz,一個900MHz,一個1.8GHz可以聚合;TDD載波和FDD載波也可以混合地聚合在一起。

高階調製——增加傳輸信號比特數

載波聚合是提升速率最直接最有效的方法,但移動通信系統的頻寬資源是有限的,而高階調製就是利用有限頻寬資源提供高資料速率一種的手段。

高階調製方式是一種複雜的調製方式,例如提高收發器的複雜程度可以讓一個信號搬運更多的比特。

LTE最初

的下行調製方式是64-QAM,這也是和

2G、3G相比升級的地方。

眾所周知,目前64-QAM(64個樣點,樣點數目越多傳輸效率越高)的一個信號可以承載6個比特,而如果擴展到256-QAM(256個樣點),一個信號則可以承載8個比特,頻寬效率直接提升了33%。

再來算下256-QAM帶來的速度,一個資料流程就從64-QAM的75Mbps提升33%,最後結果就是100Mbps。上面提到,三載波聚合有6個流,現在通過256-QAM調製一個資料流程上有100Mbps,所以通過三載波聚合和高階調製後,可以達到600Mbps的傳送速率。

高階MIMO——增加資料流程

LTE Cat.4以上的標準都需要採用MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技術,即在發射端和接收端分別使用多個發射天線和接收天線,這使信號通過發射端與接收端的多個天線傳送和接收,這大大增大了通道容量。最初LTE採用的是2×2 MIMO,有兩個資料流程。

但2×2依然達不到千兆級的速度,通過部署更高階的MIMO,也就是更多的天線、更多的收發鏈路,來獲得更多的資料流程也是提升傳送速率的方式之一。

以Telstra的部署為例,它是在兩個載波上部署了4×4,剩下的一個載波採用的依然是2×2。所以,使用4x4MIMIO技術之後,一個載波上的資料流程數量從2個變成了4個。這種部署下的三載波,兩個載波4x4MIMO,和一個載波2x2MIMO,總共就是4+4+2=10個資料流程。

綜上所述,加上三載波聚合和256-QAM調製的支援,一個資料流程可以達到100Mbps,而10個資料流程就相當於100Mbps×10=1Gbps。

當然,資料流程也不是能無線增加的,沈磊表示,目前高通X16數據機的射頻部分、基帶部分、處理部分做到10個資料流程已經是極限狀態,未來會朝著12甚至是15個資料流程的方向發展。

除此之外,LTE的最低配置是兩個天線,也就是2x2MIMO,例如現在的手機一般都是兩個天線,在兩個對角的位置或者上下各一個。但兩個天線對手機設計已經有很高的門檻,因為手機要越來越薄,而電池、很多應用處理器還有相機模組越來越大,所以留給天線的空間越來越小,單個天線的性能實際是在降低的,如果要部署4個天線對手機廠商來說是個挑戰。目前,只有面向北美T-Mobile的三星Galaxy S7/S7 Edge以及Sony Xperia XZ實現了4天線設計。

雖然千兆級LTE還存在技術挑戰,但至少就目前而言,它已經是比5G更靠譜的技術,不是嗎?