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LTE-Advanced已箭在弦上,蓄勢待發
 

【作者: Jan Whitacre】   2011年08月25日 星期四

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隨著媒體不斷大篇幅報導4G行動通訊技術,消費者對此先進技術無不抱持高度的期待。第三代行動通訊組織(3GPP)的長期演進技術(LTE)已然成為遙遙領先的4G技術競逐者。正當行動通訊業者開始進行冗長的佈署和測試流程時,3GPP發表了下一代LTE標準,即眾所週知的長期演進技術增強版(LTE-Advanced)。此版本加強了許多效能特性,例如高達1Gbps的峰值資料傳輸速率,可符合甚或超出國際電信聯盟(ITU)之4G無線通訊標準IMT-Advanced的規格。


在LTE-Advanced可行性研究中,3GPP確認現行的LTE(第8和第9版)標準可符合ITU大部分的4G規格要求,例如上行鏈路頻譜效率以及峰值資料速率。而第10版LTE-Advanced標準具備頻寬更廣、支援載波聚合、更高的運作效率、增強的上行鏈路多重存取,以及增強的多天線傳輸(增強版MIMO技術)等多項新特性,更全面滿足了ITU之要求。


全新且複雜的第8版LTE技術結合各項特性,包括多通道頻寬、不同的下行鏈路和上行鏈路傳輸方式、兩種傳輸模式(FDD和TDD),並且採用多天線技術(MIMO)。LTE-Advanced則提高了業界對其效能表現的期待;然而,在未來幾年間,LTE和LTE-Advanced必須與2G/3G系統共存及交互運作。這些技術的設計與測試,帶來了複雜且令人卻步的挑戰。


LTE-Advanced的特性

3GPP Release 10完全符合 IMT-Advanced標準較高的需求,並且新增了以下多項LTE-Advanced特性:


載波聚合

為了獲致1Gbps的資料傳輸速率,LTE-Advanced可聚合5個20-MHz元件載波,以支援最高100 MHz的通道頻寬,並可透過連續與非連續元件載波聚合的方式,來建立較大的頻寬,如圖1所示。雖然載波聚合並不會影響到基地台運作,但無疑會為智慧型手機及其他LTE-Advanced使用者設備帶來重重困難,因其必須處理多個同步的發射與接收鏈路。此外,同時使用多個非連續的發射器,會形成一個在雜波管理與自動阻隔(self-blocking)方面皆極具挑戰的無線環境;而強制支援MIMO的同步發射或接收,則會大幅增加天線設計的難度。



《圖一  連續元件載波聚合》
《圖一 連續元件載波聚合》

增強版上行鏈路多重存取

LTE上行鏈路係採用強大的單載波分頻多工(SC-FDMA)技術。該技術會在連續的頻譜區塊中分配載波,因而限制了排程(scheduling)的彈性。LTE-Advanced並且在上行鏈路中使用叢集式SC-FDMA,因而可透過可選擇頻率的元件載波排程機制來改善鏈路效能。另外,將PUCCH和PUSCH排定在一起,則可縮短等待時間(latency)。然而,叢集式SC-FDMA會提高峰值對均值功率比(PAPR),使得發射器產生線性度(linearity)問題,而同時使用PUCCH和PUSCH也會提高PAPR。再者,使用多載波信號將會增加在通道內和相鄰通道產生突波的機率。


增強版MIMO

為了改善單一使用者的峰值資料傳輸速率並達到頻譜效率要求,LTE-Advanced指定了下行鏈路中多達8個發射器(在UE中必須要有8個接收器),以便在下行鏈路中支援8x8的空間多工傳輸。UE最多可支援4個發射器,當結合基地台的4個接收器時,可在上行鏈路形成4x4傳輸(參見圖二)。


MIMO會增加系統中的天線數量,而MIMO天線必須進行去關聯(de-correlated),因此設計出具備良好去關聯性的多頻段MIMO天線,使其能夠在LTE-Advanced UE的狹小空間內運作,成了一大挑戰。另一方面,我們需借助新方法來預測先進版MIMO終端設備在實際運作網路中的輻射效能,因此3GPP正考慮可針對LTE-Advanced進行MIMO OTA(Over The Air) 測試的方案。


《圖二  LTE-Advanced第10版發表了最多的天線埠數及空間層》
《圖二 LTE-Advanced第10版發表了最多的天線埠數及空間層》

3GPP正在考慮一些可彌補LTE-Advanced不足的特性,雖然它們並非達到ITU要求的必要條件,例如:


  • ◎協調式多點傳輸及接收 (Coordinated multipoint,CoMP)


  • ◎中繼技術(Relaying)


  • ◎異質網路支援


  • ◎LTE自我最佳化網路(SON)增強特性


  • ◎家用基地台(Home Node B,HNB)行動性增強特性


  • ◎固定式無線傳輸用戶端設備



LTE-Advanced網路部署

行動通訊產業進行的實地場測,證實了LTE-Advanced技術觀念的可行性。此外,許多業者對其高速資料速率以及頻譜效率提昇等特性,展現了高度的興趣。然而,我們很難預測LTE-Advanced的實際部署時間,這取決於產業需求以及現行的第8、9版LTE 的首次問市成功與否而定。由於LTE-Advanced進一步提高了系統與裝置的複雜度,它需要時間來靜待業界的回應。


當業界初次實地部署第10 版LTE-Advanced特性時,預料除了現有的LTE難題外,介面以及突波問題將成為主要的挑戰。藉由使用射頻分析儀等高效能手持裝置,業者將可在嚴苛的射頻環境中,嚴密監控頻譜並找出干擾信號。


《圖三  手持式射頻分析儀可在進行野外量測時快速找出干擾信號》
《圖三 手持式射頻分析儀可在進行野外量測時快速找出干擾信號》

---本文作者任職於安捷倫---


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