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迈向Gigabits移动速率时代——LTE数据速率的提升技术

2017/5/21    来源:LAOGUO与技术    作者:佚名      
关键字:Gigabits  LTE数据速率  
每天都有新的文章,宣传和公告,告诉我们5G到达时我们的生活将会有多美好。然而,我们究竟在等什么呢-它是一场演变还是一场革命?

    为了实现更高的信道容量或者更高的数据速率,我们需要:
 
    增加带宽增加MIMO序列(M,传输数据的路径数)增加发射功率(S)降低噪声(N)和提高接收(Rx)灵敏度
 
    在3GPPLTEAdvanced中的可用的所有技术中,获得更高数据速率的关键(见图12)与四大类举措有关:
 
    增加网络密度(S/N)使用载波聚合增加信道带宽(B)利用更高阶调制或者增加每符号的比特数(S/N)利用MIMO来增加数据流的数量(M)
 
    在以下部分中,我们将重点介绍RF前端可以做什么来支持影响用户设备的功能的基本原理,并详细阐述其对性能改进的影响,随着时间的推移网络成熟当然会变得更加复杂而密集。
 
    总而言之,增加带宽,调制和MIMO的任何组合将导致更高的数据速率-这就是我们在2015到2020年期间发生的事件,以推动行业发展。因此,有三种LTE高级(LTEAdvanced)关键技术:
 
    通过载波聚合获得更宽的带宽高阶调制利用MIMO
 
    载波聚合(CA:CarrierAggregation)
 
    通过CA来增加带宽
 
    LTE允许每信道有高达20MHz的信道带宽。在移动运营商在一个频带内拥有多个频段或者更大带宽的频谱的地理位置,3GPP允许这些载波单元在相同或者不同的频带内进行组合(CA)成更大的带宽。CA在下行链路方向上多达五个信道或者载波(CC)分量的组合,而在上行链路方向上允许多达三个载波分量的组合。每个20MHz信道由100个资源块(resourceblocks)组成,因此聚合信道将允许增加数据速率(见图4)。
 
LTEAdvancedPro-UE功能日益复杂:需要支持CA和CA组合
 
    图4、LTEAdvancedPro-UE功能日益复杂:需要支持CA和CA组合
 
    载波聚合(CA-2-->5CC下行链路/上行链路)
 
    移动运营商为增强移动宽带服务实现更高数据速率的最快捷方式之一就是支持CA(CarrierAggregation)。在这样做时,运营商可以通过利用不同频段的频谱资源或者通过分离在任何区域中拥有的相同频带中的信道并将它们耦合在一起,来扩大任何一个用户的传输带宽。这有效地分配了这些不同带宽(有时跨多个频带)的频谱,同时使用以向单个用户授予更多的总频谱,以提高数据速率和更好的用户体验。在3GPPRelease10中,CA被认为是提高网络效率以及每个用户的峰值和平均数据速率的关键。还可以利用它来在用户体验和网络容量之间取得最佳的平衡。CA是一种通常被分配的主分量载波(PCC)由附加的辅助分量载波(SCC)补充--有时更多的辅助下行链路载波(参见图5)的过程,以便增加总的可用发射和接收带宽,有效地“扩大管道”,以增加该用户的瞬时数据速率。
 
增加CA对数据速率的影响
 
    图5、增加CA对数据速率的影响
 
    然而,如果没有共享频段,则在同一网络运营商中必须拥有分开的频谱信道,以便在当前的实现中协调CA。这种聚合通过简单地添加每个载波分量带宽而发生的。只要在终端和网络中支持,用户几乎可以立即获得双倍或三倍的可用带宽。
 
    CA的实现细节取决于特定区域和运营商或者移动设备,导致每个3GPPrelease版本中CA组合的数量在不断增加,如图4所示。
 
    CA的第一个实现主要在下行链路方向,这意味着聚合的载波组件作为多个数据流从基站的远程射频模块同时发送并在用户设备中接收。这是人们通常在描述CA的好处时的意思。3GPP标准还允许在上行链路方向上多达两个载波分量的CA,并且当前规定了3个上行链路载波的CA,从而增加从用户设备传输到云的数据速率。
 
    目前最先进的LTE网络正在下行链路中从两个载波分量转换到三个载波分量的CA。我们预测,到2018年,两个载波分量的下行链路CA将在多个网络中可用,更先进的网络向四个和五个载波分量的下行链路CA演进。甚至还有活动将CA扩展到32个载波分量,以及使用无许可频谱或LAA作为辅助。结果将增加网络的容量和数据吞吐量。这将导致我们之前讨论的复杂性的增长。RF前端支持相同的LTE频段,但是现在还有更多的同时接收多个工作频段来有效地增加下行数据速率。下行链路CA的增长是提高接收灵敏度的最大推动力,并且对接收路径上的分集接收模块产生爆炸性的需求。
 
    调制(每符号的位数(Bits))
 
    增加调制和编码复杂度[从正交相移键控(QPSK)到16-64-256正交幅度调制(QAM)]
 
    3GPPLTE允许使用复杂调制方案来增加每个符号的比特数或者数据密度。
 
    该技术旨在提高该带宽的频谱效率,有效地以增加比特(Bits)/Hz来增加数据速率。我们可以将“频谱”视为地球上的土地-一个有限和全球共享的资源,更复杂的调整增加了该地区土地的入住率。使用相同的信道带宽,增加调制的阶数(每符号的位数(Bits数))将增加数据速率。定义的高阶调制,在3GPP的Release12(2015年春季)中定义为下行链路最大256QAM,3GPP的Release14(预计将在2017年发布)将支持上行链路最大256QAM调制。
 
    更高阶调制或者不同的状态意味着传输一定量的数据块能够传输的数据速率就越快。
 
    由于标准开始于QPSK调制(2位/符号),然后逐渐迁移到16QAM(4位/符号)到64QAM(6位/符号),并且现在到了256QAM(8位/符号),频谱效率的增加因子与每符号携带的信息bits增加的因子相同。比特(bits)/符号的这种增加需要相应较高的信噪比(SNR)。以最高可能的调制方式传输数据的效率更高。
 
    在LTE系统中,无线电调制解调器在监测实际信号的质量,并且将根据接收信号的质量来增加或减少调制阶数。因此,针对最快数据速率的设备需要支持系统中可用的最高阶数的调制方式。

责任编辑:李欢
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