解決頻段零散化問題 LTE數(shù)據(jù)機支援載波聚合 - 全文

載波聚合（Carrier Aggregation）技術(shù)將有助長程演進計畫（LTE）加速普及。 LTE使用頻段過于紛亂，已成為全球電信業(yè)者布建基礎(chǔ)設(shè)施時的一大挑戰(zhàn)，因此晶片與設(shè)備商已積極導(dǎo)入載波聚合技術(shù)，協(xié)助電信業(yè)者提高頻段利用率與使用彈性，以加快其商轉(zhuǎn)腳步。

　　隨著消費者對移動網(wǎng)路頻寬需求日益提高，如何有效處理資料流量已成為智能手機、平板裝置和其他資料運算設(shè)備的重要賣點。為此，負(fù)責(zé)推廣全球移動通訊系統(tǒng)（GSM）、寬頻分碼多重存?。╓CDMA）、長程演進計畫（LTE）的工作組織--3GPP，早在數(shù)年前就開始投入研究下一階段移動通訊技術(shù)演進方向，以因應(yīng)未來移動市場對以資料為中心的無線解決方案的需求。

　　增進頻譜效率/頻寬LTE載波聚合發(fā)功

　　4G LTE有助移動通訊技術(shù)統(tǒng)一，并改善以往2G、3G時代中，各種技術(shù)分散發(fā)展的紛亂狀況，而4G設(shè)備也將為電信、晶片和終端品牌商帶來新的獲利契機。不過，由于全球可用頻段相當(dāng)復(fù)雜，因此，如何解決頻段支持問題將是上述業(yè)者最大的挑戰(zhàn)。

　　以GSM為例，要覆蓋全球范圍須支持四個頻段，而WCDMA、高速封包存?。℉SPA）則需五個頻段，截至2012年12月，更已有超過十個頻段部署LTE，且數(shù)目還會持續(xù)增加。

　　這種頻段分散化的狀況，系各地區(qū)自行決定頻譜分配的結(jié)果，當(dāng)然，各國亦計畫提議將部分頻段指定為全球漫游頻段，以解決頻段過多的困擾，但目前仍未有明確進展。到2014年，一部設(shè)備可能須支持五到六個頻段才能滿足一個電信營運商的要求；況且，未來LTE在全球范圍內(nèi)，最多可望使用約十八個頻段（圖1），意味著高效率的多頻段支持對于解決設(shè)備全球通用問題的至關(guān)重要。

　　事實上，早在LTE標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布以前，很多電信營運商就開始為下一步部署LTE-Advanced做準(zhǔn)備，此技術(shù)提出載波聚合（Carrier Aggregation， CA）的概念，將為終端用戶帶來更高的網(wǎng)路效率和傳輸速率，并支持各種先進應(yīng)用場景。

　　由于頻寬與資料吞吐量是兩個典型的正相關(guān)因素，頻寬愈大，吞吐量愈高。一般來說，一部手機在同一時間只使用一個頻段內(nèi)的一個載波，透過整合兩個頻段或同一頻段的多個載波（圖2），就達成所謂的載波聚合，可利用更多射頻（RF ）資源，擴增有效頻寬。目前在所有的連續(xù)頻譜分配中，超過90%的頻譜只能空出15MHz的頻寬或更低，大部分甚至低于10MHz，這一限制使很多營運商須使用載波聚合，否則很難支持100Mbit /s或更高傳輸速率。

　　尤其美國頻譜資源切割非常細，零散化情形嚴(yán)重，少有營運商能擁有連續(xù)20MHz的頻譜，因此美國市場未來將是載波聚合技術(shù)的最主要推動力之一，相關(guān)電信商的LTE載波聚合解決方案將于2013年推出，預(yù)計2014年將更進一步擴大發(fā)展規(guī)模。

　　此外，韓國與日本電信商亦已有實質(zhì)性的載波聚合方案，第一階段將聚合最高20MHz頻譜，讓用戶獲得150Mbit/s的下行資料傳輸速率，未來此數(shù)字甚至還會更高。同時，歐洲電信業(yè)者也有意采用載波聚合，但并不急于推廣，因營運商已在1.8或2.6GHz頻段擁有20MHz頻譜資源。
加速實現(xiàn)載波聚合RF/數(shù)據(jù)機設(shè)計至為關(guān)鍵

　　開發(fā)靈活的RF前端則是支持大部分國際頻段及載波聚合的一大關(guān)鍵，因設(shè)備制造商希望設(shè)備在不犧牲產(chǎn)品尺寸和續(xù)航力的條件下，取得最高的資料傳輸速率，這些問題都須在未來的載波聚合商用平臺中得到解決，電信業(yè)者才能順利在主流市場推出LTE、LTE-Advanced載波聚合服務(wù)。

　　此外，設(shè)備制造商在未來數(shù)年內(nèi)將面臨重大挑戰(zhàn)。一方面營運商將要求原始設(shè)備制造商（OEM）在降低功耗、不增加成本的同時，為用戶提供能支持多個頻段、且傳輸速率更高的終端產(chǎn)品；另一方面，OEM不想因數(shù)據(jù)機（Modem）晶片尺寸變大而限制產(chǎn)品設(shè)計，且希望盡量減少產(chǎn)品型號，在最短時間內(nèi)投入市場。

　　有兩個因素決定智能手機的設(shè)計良窳，包括螢?zāi)怀叽绾碗姵厝萘?。目前看來，透過加大設(shè)備尺寸來實現(xiàn)更高傳輸速率是行不通的；同時，減少電池容量也不可能，因為電池容量縮小將使手機通話、上網(wǎng)、待機時間隨之縮短，因此，在智能手機內(nèi)，數(shù)據(jù)機方案的電路面積應(yīng)保持不變。

　　同樣的設(shè)計原則也適用于其他類型的設(shè)備。通用序列匯流排（USB）無線上網(wǎng)卡在市場上有公認(rèn)的尺寸限制，不得隨意大幅增加尺寸，個人電腦（PC）無線網(wǎng)卡的模組設(shè)計亦已有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，難以做出重大改變，而且無線區(qū)域網(wǎng)路（Wi-Fi）熱點（Hot Spot）設(shè)備要盡可能小又有足夠電量，才具吸引力和競爭力。

　　很多營運商會使用多達五個頻段供WCDMA和LTE使用，在每個頻段內(nèi)，通常只有10M？15MHz的頻寬分配給WCDMA與LTE共用，LTE僅能分配到5MHz或10MHz頻寬。為實現(xiàn)CAT3和4對應(yīng)的最高100Mbit/s和150Mbit/s傳輸速率，總頻寬須達20MHz，而載波聚合技術(shù)即可實現(xiàn)這個要求。

　　考量不同地區(qū)的頻段與頻寬分配有所差異，很多營運商將使用多個載波聚合頻段組合，在添加兩到三個漫游頻段后，一支智能手機光是支持LTE就須要用到五到七個頻段，還要再加上一到兩個載波聚合頻段，這些都只是為滿足一個營運商的需求而已。

　　眾所周知，手機制造商想盡量減少產(chǎn)品型號數(shù)量以控制開發(fā)成本，縮短產(chǎn)品上市時間，并盡可能簡化組件物流；因此手機并不僅為一家營運商設(shè)計，而是為一個地區(qū)或廣大的全球市場開發(fā)，加上還須保留GSM與HSPA頻段，未來僅一支手機將支持總計大約十五個頻段。

　　因應(yīng)各國頻譜規(guī)畫LTE數(shù)據(jù)機力求靈活設(shè)計

　　盡管未來RF子系統(tǒng)將變得十分復(fù)雜，并浪費大量設(shè)計時間，然而，沒有一家設(shè)備制造商或營運商會接受設(shè)備數(shù)據(jù)機成本大幅增加。顯然，具有競爭力的解決方案須降低支持每個頻段的成本，才能脫穎而出。

　　為實現(xiàn)尺寸精巧且具備商業(yè)競爭力的載波聚合解決方案，并控制終端產(chǎn)品型號的數(shù)量，須達到下列標(biāo)準(zhǔn)，包括小尺寸的核心晶片組，以及支持廣泛頻段的系統(tǒng)零組件，透過整合支持核心頻段的模組與支持附加頻段的元件，方能提高設(shè)計靈活性，借以控管成本并沿用大部分印刷電路板（PCB）設(shè)計，節(jié)省開發(fā)時間。

　　預(yù)計2014？2015年仍存在不需載波聚合的細分市場，因此支持載波聚合的RF收發(fā)器、數(shù)據(jù)機對設(shè)計影響極小，且能靈活配置是否具備載波聚合能力的產(chǎn)品將極具優(yōu)勢。