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[业界] 5G到来之前 我们先聊聊千兆级LTE是什么

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路人鱼 发表于 2016-11-29 00:09:55
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今年10月,高通和澳洲运营商Telstra 、爱立信以及NETGEAR共同推出了基于首款千兆级LTE调制解调器骁龙X16的移动路由器MR1100,根据高通的计划,下一代骁龙835也将集成该骁龙X16。顾名思义,千兆级LTE的理论速度可以达到光纤级别的1Gbps,与国际电信联盟对4G定义的标准一致,业界称之为LTE-A。虽然千兆级LTE无法和5G几个Gbps的速度相提并论,但高通产品市场高级总监沈磊认为,前者是实现5G商用的第一步,而且未来还会和5G共存很长一段时间。
                    

5G到来之前 我们先聊聊千兆级LTE是什么

5G到来之前 我们先聊聊千兆级LTE是什么

每一代通信技术的原理都大同小异,而千兆级LTE之所以能达到第一代LTE十倍的速度,主要得益于三个关键技术:载波聚合、高阶调制、更高阶的MIMO。
载波聚合——增加信道数量
在无线网络中,提高传输速率最简单的方法之一就是增加传输带宽。每一代移动通信的升级,载波带宽都在持续提升,LTE的一个载波最少是20MHz的带宽(而GSM是200KHz,WCDMA和HSPA+是5MHz)。那在这一基础上如何进一步提升传输速度呢?在LTE到LTE-A演进的过程中,3GPP提出了载波聚合技术,即将多个载波聚合成更高的带宽,理论上LTE-A系统中可以实现2-5个LTE成员载波(ComponentCarrier,CC)的聚合。
沈磊用澳洲运营商Telstra举了个例子,“Telstra有三个授权频段,每个频段都是20MHz,通过射频和基带技术,就可以把这三个载波、三个频段聚合起来,以达到更高的传输速度。”
三载波聚合后的速度怎么算?

5G到来之前 我们先聊聊千兆级LTE是什么

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通俗点理解就是,三个射频信道变成一个更宽的信道,3个20MHz实际上就相当于60MHz,数据吞吐量提升了3倍。另外,因为2×2MIMO每个载波有2个数据流,三载波条件下就有6个数据流,以64-QAM的调制方式已知75Mbps的速度来算,三载波聚合后的6个数据流就相当于75Mbps×6=450Mbps。
当然,这种部署的方式并不是固定的。每个运营商拥有的频段都有差异,所以三个载波事实上可以灵活部署,可以是连续的,也可以是离散的。
例如,一个700MHz,一个900MHz,一个1.8GHz可以聚合;TDD载波和FDD载波也可以混合地聚合在一起。
高阶调制——增加传输信号比特数
载波聚合是提升速率最直接最有效的方法,但移动通信系统的带宽资源是有限的,而高阶调制就是利用有限带宽资源提供高数据速率一种的手段。
高阶调制方式是一种复杂的调制方式,例如提高收发器的复杂程度可以让一个信号搬运更多的比特。LTE最初的下行调制方式是64-QAM,这也是和2G、3G相比升级的地方。众所周知,目前64-QAM(64个样点,样点数目越多传输效率越高)的一个信号可以承载6个比特,而如果扩展到256-QAM(256个样点),一个信号则可以承载8个比特,带宽效率直接提升了33%。

5G到来之前 我们先聊聊千兆级LTE是什么

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再来算下256-QAM带来的速度,一个数据流就从64-QAM的75Mbps提升33%,最后结果就是100Mbps。上面提到,三载波聚合有6个流,现在通过256-QAM调制一个数据流上有100Mbps,所以通过三载波聚合和高阶调制后,可以达到600Mbps的传输速度。
高阶MIMO——增加数据流
LTE Cat.4以上的标准都需要采用MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技术,即在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线,这使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收,这大大增大了信道容量。最初LTE采用的是2×2 MIMO,有两个数据流。
但2×2依然达不到千兆级的速度,通过部署更高阶的MIMO,也就是更多的天线、更多的收发链路,来获得更多的数据流也是提升传输速度的方式之一。
以Telstra的部署为例,它是在两个载波上部署了4×4,剩下的一个载波采用的依然是2×2。所以,使用4x4MIMIO技术之后,一个载波上的数据流数量从2个变成了4个。这种部署下的三载波,两个载波4x4MIMO,和一个载波2x2MIMO,总共就是4+4+2=10个数据流。

5G到来之前 我们先聊聊千兆级LTE是什么

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综上所述,加上三载波聚合和256-QAM调制的支持,一个数据流可以达到100Mbps,而10个数据流就相当于100Mbps×10=1Gbps。
当然,数据流也不是能无线增加的,沈磊表示,目前高通X16调制解调器的射频部分、基带部分、处理部分做到10个数据流已经是极限状态,未来会朝着12甚至是15个数据流的方向发展。
除此之外,LTE的最低配置是两个天线,也就是2x2MIMO,例如现在的手机一般都是两个天线,在两个对角的位置或者上下各一个。但两个天线对手机设计已经有很高的门槛,因为手机要越来越薄,而电池、很多应用处理器还有相机模组越来越大,所以留给天线的空间越来越小,单个天线的性能实际是在降低的,如果要部署4个天线对手机厂商来说是个挑战。目前,只有面向北美T-Mobile的三星Galaxy S7/S7 Edge以及Sony Xperia XZ实现了4天线设计。
虽然千兆级LTE还存在技术挑战,但至少就目前而言,它已经是比5G更靠谱的技术,不是吗?
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346215911 发表于 2016-12-27 02:45:30
好,很好,非常好!
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再见 发表于 2016-12-27 03:06:09
看这种帖子就要有种“雾里看花”的意境。
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