支援跨頻段/異質網路　LTE-A載波聚合技術再升級

LTE-Advanced技術涵蓋Rel. 10以後的3GPP技術，主要功能包括載波聚合(運用更多頻譜、增加資料速率)、先進天線技術／MIMO提升(更多容量)、中繼等，改善項目包括優化異質網絡，進一步提高容量及先進干擾管理等(圖1)。

圖1 LTE-Advanced帶來不同方面的改善。

Rel. 10於2010年定案，Rel. 11除了改善Rel. 10部分功能外，亦增加多點協調(CoMP)基礎功能傳送與接收，並改善增強型蜂巢式區域間干擾消除(eICIC)異質建置(CoMP)的支援，這些功能正逐步推行。

LTE-Advanced第一項商業化功能為載波聚合，自2013年中開始，LTE-Advanced為業界主要趨勢，超過30%的營運商均已投入系統建置或測試。

而依據GSA 2015年「LTE生態系現況」報告，共有一千一百三十二種裝置支援UE Category 4(下行鏈路最高達150Mbit/s)，占所有LTE裝置的35%；而有一百零八項裝置支援用戶端設備UE Category 6(下行鏈路速率介於150∼300Mbit/s之間)，目前發表的Category 6裝置包括小型基地台、路由器、MiFi、智慧型手機與平板電腦。

載波聚合滿足頻寬增加需求

隨著行動資料服務增加，高資料速率與網絡容量的需求也不斷上揚，LTE雖可支援最高20MHz的彈性載波頻段，但許多營運商的頻譜和頻段卻很破碎，只有部分營運商的連續頻寬超過20MHz。LTE-Advanced可滿足頻寬增加需求，方便營運商聚合最高五項載波，建立更巨大的資料管線，總頻寬最高可達100MHz，讓營運商運用手中所有頻段資產，且不論來自相同或不同頻段的元件載波皆可應用。

LTE載波聚合由3GPP Rel 10定義，用戶端設備(UE)在載波聚合模式中，包括一項主元件載波(PCC)及一項或多項次元件載波(SCC)，PCC做為錨載波，可選擇在SCC上交叉安排資料傳輸。Rel 10支援分頻多工(FDD)+FDD與分時多工(TDD)+TDD聚合，FDD+TDD聚合則為3GPP Rel-12目前的研究範圍，未配對頻段亦能以補充下行鏈路(SDL)方式聚合，提升下行容量及使用者經驗。

增加聚合頻寬後，載波聚合可大幅提升用戶資料速率，例如聚合兩項10MHz LTE載波後，峰值、中間與基地台邊緣用戶速率均可以翻倍，使用載波聚合的額外優點包括有效運用資源，在各種載波之間動態平衡負載；對突增流量而言，載波聚合可提高容量，藉由群集效率(Trunking Efficiency)超越線性增益，此外，載波聚合也能在用戶數與突增流量負載不變時，提供更佳的使用者體驗(圖2)。

圖2 載波聚合最高可聚合五項載波，提升資料傳輸速度，帶給用戶更佳的體驗。

一加一大於二　載波聚合提高資料速率

載波聚合概念很簡單，集結多種載波後，每位用戶可得更多資源，進而提升資料速率與使用者體驗，符合「愈多愈好」的原則。只要集結愈多載波，用戶獲得愈多資源，表現也愈好，LTE Advanced理論上可聚合五項載波，峰值資料速率最高可突破1Mbit/s。

最初的載波聚合可在下行鏈路中聚合兩項10MHz載波，讓峰值資料速率達到150Mbit/s (Cat 4裝置)，基地台覆蓋範圍內的用戶資料速率因此翻倍。換言之，用戶在單一載波內的資料速率增加一倍，無論在基地台附近或覆蓋範圍邊緣皆是如此，故用戶不需四處移動，緊盯手機的訊號變化，希望藉此提高速率。而在一般負載條件下，每項載波資料速率增加可用來交換兩倍以上容量，例如智慧型手機使用、社群媒體應用程式、即時通、網路瀏覽等突增型應用(圖3)。

圖3 載波聚合增加網路容量，滿足突增型應用。

此外，載波聚合也是營運商善用所有可用頻譜的重要工具，各家營運商手中頻譜的頻段與頻寬不一，載波聚合就像黏著劑，串連所有頻譜。未來載波聚合顯然演進方向眾多，例如聚合更多載波、更多頻段組合，目前在3GPP超過四十五種，聚合種類也各有不同，包括補充下行鏈路(聚合已配對及未配對頻譜)、上行聚合、各基地台聚合(MultiFlow)、LTE FDD與TDD聚合等(圖4)。

圖4 載波聚合朝多種方向持續演進。

載波聚合發展過程

載波聚合是HSPA+最重要的功能之一，為所有用戶提供更高的資料速率、更高容量以應付突增應用及更佳寬頻體驗，而載波聚合也持續演進，以支援更多載波、更多頻段、聚合上行鏈路等。而HSPA+商業化從2010年開始，第一步聚合兩項載波，即雙載波，做為Rel. 8的一部分，此後載波聚合持續演進，發展至上行鏈路、增加下行鏈路載波、增加頻段，以及未配對頻譜聚合等。

而以高通為例，該公司目前已推出晶片組解決方案，支援HSPA+載波聚合快速演進。該公司的LTE/HSPA+共同平台解決方案中，可在下行鏈路最高聚合三項HSPA+載波，在上行鏈路支援兩項載波，並支援跨頻段聚合(如2.1GHz及900MHz)。

更多載波創造更高速度/容量

雙載波在下行鏈路支援兩項載波，於Rel. 8推出，自2010年推出商業化版本後已迅速拓展，到2014年初時已建置於全球約一百六十項網絡。載波聚合不斷演進，在Rel. 9達到不同頻段聚合及上行鏈路聚合，在Rel. 10達到三、四項載波聚合，在Rel. 11達到非連續頻段、最高八項載波及跨基地台聚合(MultiFlow)，而Rel. 9另有一項特殊的補充下行鏈路，聚合未配對頻譜與配對頻譜的下行鏈路。載波聚合不僅增加峰值資料速率，也增加所有用戶的資料速率，高低與聚合載波數量成正比，例如兩項載波即增為兩倍、四項載波即增為四倍。

為突增應用提高容量　改善異質網絡表現

載波聚合資料速率提高之後，亦可為突增應用提供更多容量，如兩項載波可增加兩倍以上速率，並在一般網絡負載條件下，維持相同用戶體驗。因此，透過載波聚合可有更多資源，藉由群聚效率，整體容量可超過個別載波容量的總合。增加容量後，能幫助營運商處理突增智慧型手機流量，以及應付社群媒體的應用、即時通訊以及其他功能用量增加。

而今日小型基地台擴增範圍等異質網路功能皆運用載波聚合技術，進一步來說，跨基地台聚合方便用戶從多個基地台選擇最佳鏈路，例如用戶可聚合小型基地台的範圍擴增載波，以及大型基地台的主載波，因此享受前者更高容量，以及後者更大覆蓋範圍，進而提升小型基地台使用情況，以及從大型基地台卸載更多流量，為所有的用戶提高資料速率。

聚合授權/未授權頻譜發揮最佳性能

使用未授權5GHz頻譜的LTE網絡適合建置小型基地台，並提供高容量、高覆蓋範圍，以提升使用者體驗。而營運商為了解決困境，必須以授權頻譜為基礎，同時透過5GHz頻段的未授權頻譜，即可提升容量。

與Wi-Fi合理並存是LTE未授權設計的重要原則，若以LTE-U或LAA取代一項Wi-Fi節點，其他Wi-Fi節點並不會受到影響，且在許多情況下將有更多助益。LTE-U或LAA的一大優點在於其效能比載波Wi-Fi更好，可提供更大的覆蓋範圍、更多的容量，且適合高密度建置(圖5)。

圖5 LTE未授權設計的重要原則為與Wi-Fi合理並存，且優點在於可提供更大的覆蓋範圍、更多的容量，並適合高密度建置。

透過載波聚合，未授權頻譜的LTE結合授權頻段的LTE，由後者為主，傳輸所有控制及訊號資訊，由於以授權頻段為主及其他的功能，LTE-U與LAA可提供更佳的效能與行動力。對建置載波Wi-Fi的營運商而言，透過LTE-Wi-Fi的鏈路聚合(LWA)，並同時運用2.4GHz及5GHz，以創造類似優點。

發展測試規範以提升用戶體驗

拜授權頻譜聚合之賜，終端用戶得以使用容量較大的資料管線，滿足資料突增需求，整體而言，用戶可獲得更優質的行動寬頻體驗，享受LTE-Advanced的所有優點。行動營運商可從整合的網絡中獲益，簡化各種頻譜類型的管理，高容量結合整合LTE網絡後，能為營運商節省成本，包含網絡建置、運作與管理。

為了確保合理並存，除了遵循頻譜規範之外，LTE未授權頻譜也支援並存功能的相關標準，在進行嚴格的符合性測試之後，才會進入商用市場。而LTE-U的共存規範，是由LTE-U論壇(LTE-U Forum)所制定，並搭配CSAT等功能執行，目前3GPP已將LAA納入第13版之中，也將發展並存/效能規範與測試。