LTE上線在即　寬頻收發器扮開路先鋒

2010-03-22

Ebrahim Bushehri

長期演進計畫(Long Term Evolution, LTE)以穩定的步伐前進，目標是成為未來10年無線通訊的主流標準。為數眾多的電信業者採用LTE標準的原因，是因為它必然會為用戶帶來許多利益，其好處甚至多過它所要承繼的3G技術。本文將介紹全球各地採用LTE的電信業者，並分析LTE對射頻(RF)收發器技術帶來的各種挑戰，業界必須解決這些問題才能邁入實際營運階段，並探討如何克服眼前的這些問題。

看似坦途　惟問題仍多LTE前景普遍看好

全球各地超過二十家一線電信業者均已著手在約一百二十個網路中建置LTE，這個比率代表約十八億個使用者--亦即涵蓋大約全球一半的用戶。現已採納LTE標準的重要業者包括威瑞森(Verizon Wireless)、沃達豐(Vodafone)、T-Mobile、NTT DoCoMo、AT&T以及中國移動通信。

根據市調機構ABI Research的報告，寬頻分碼多重存取(Wideband Code Division Multiple Access, WCDMA)與CMDA2000(3G)手機在2009年的銷售量占所有手機銷量的比重預估將超過50%。尤其是在景氣低迷的時期，2009年WCDMA手機的出貨量成長將近三倍，從2008年二億五千八百萬支增加到七億二千五百萬支。在2013年，預估所有手機中將有超過67%會是3G、3G+或4G機種，這些手機的使用者中會有超過三千二百萬是LTE的用戶。

上線營運　才是挑戰開始

雖然許多電信業者保證在LTE開始營運之際不會像3G最初上線時那樣令人失望，但在用戶開始得到LTE服務之前，預料仍將會出現許多延遲的狀況。LTE發展的主要推動力，無疑是其數據傳輸率-預估比現今高速封包存取(HSPA)用戶享受到的速度還高出十倍。然而電信業者在部署LTE的步調，將取決於以往的經驗以及現有網路的狀態。包括NTT DoCoMo這些率先採納3G的業者，積極提升其網路的容量，準備在第一時間搶先推出LTE服務。Verizon Wireless的CMDA2000網路並不像歐洲WCDMA系統一樣還有擴充的空間，因此Verizon才會急於採納3G技術。相較之下，WCDMA與中國的分時同步分碼多重存取(TD-SCDMA)系統，仍有提升速度與容量的空間，因此邁向LTE的腳步預料就會較為保守。圖1顯示全球各種標準可能的演進路徑，表1則比較大多數常見手機標準的資料傳輸率與頻道頻寬。

圖1　LTE演進圖

表1　無線標準之資料傳輸率與頻道頻寬比較
Air Interface	Peak Data Rate	Channel Bandwidth
GSM	9.6 – 14.4kbit/s	200kHz
GPRS	171kbit/s	200kHz
EDGE	474kbit/s	200kHz
W-CDMA	2Mbit/s	5MHz
HSDPA	10Mp/s	5MHz
HSDPA+64QAM & 2x2 MIMO	42Mbit/s	5MHz
LTE	100Mbit/s	20MHz
LTE 2x2 MIMO	172.8Mbit/s	20MHz
LTE 4x4 MIMO	326.4Mbit/s	20MHz
IMT-Advanced Targets	1Gb/s	100MHz

GSM最初的重心放在語音服務，之後在加入通用封包無線服務(GPRS)與加強型GSM數據傳輸(EDGE)後，才強化數據通訊的功能。全球行動電信系統(UMTS)主要焦點是提供語音與中等速度的數據服務，而LTE則將提供高速的數據服務，這也是初期的發展重心。美國EV-DO(Evolution Data Optimized)技術的傳輸速度，仍比不上WCDMA/HSPA網路。

回溯相容性必不可少

不論市場演進的腳步是快是慢，手機與基地台製造商需要高彈性的系統，能在未來數年支援多種標準以及發展多種品牌。回顧以往的歷史，任何新世代的元件都會與先前世代技術維持回溯相容性，在可預見的未來，這個趨勢仍將維持。未來要提供資料服務，不僅須要高速的資料傳輸，還須具備涵蓋整個建築物的訊號穿透力，以及能夠有效率地運用可用的訊號頻譜。

分析師大多同意LTE將大幅依賴小型蜂巢式基地台，包括超微型蜂巢式(Picocell)基地台及毫微微型蜂巢式(Femtocell)基地台，來因應商業與技術方面的需求，這方面將須運用新類型的晶片組。Femtocell基地台具有許多優點，例如能夠解決3G在室內訊號覆蓋率的問題，使用室內有官方授權的通訊頻譜，能在住家與小型辦公室環境提供更多的容量、覆蓋率及服務，能運用住家IP網路作為回程傳輸通道，進而降低營運成本。Femtocell基地台亦為許多新的住家網路解決方案、內容及應用創造出發展空間，還有能採用發展成熟、標準化且市面上可輕易買到的使用者平台。

除部署Femtocell基地台外，LTE還將被用來在郊區「填補」非對稱式數位用戶迴路(ADSL)或光纖到府(FTTH)服務無法涵蓋的區域。

這裡必須要提到的一個重點，是3GPP在上行與下行方向設定四十個頻段，其中至少十五個頻段會由LTE使用，這些頻段的範圍介於700MHz與2.7GHz之間。450MHz的頻段未來還會進一步切割，提供區域性的類比應用來使用。這種狀況對矽元件廠商形成一項嚴苛的挑戰，尤其是一些射頻收發器，這類元件會用到頻帶中的多個頻率。此外還須支援多種標準和多種無線電技術，必須維持回溯相容性，以及涵蓋其他無線傳輸的介面，讓整個涵蓋的頻率範圍從450MHz一直延伸到4GHz。這些因素加總起來，未來的設備必須在同一個硬體上同時支援成對頻譜與非成對頻譜，以及支援可觀的頻道頻寬，藉以維持回溯相容性或其他標準。

訊號覆蓋率與傳輸速度，還會衍生更多的挑戰，要解決這些問題，必須採用分層化模式，運用大量的小型蜂巢單元，以及多重輸入多重輸出(MIMO)天線技術。不論運用何種類型的解決方案，整體成本的限制都是必須考量的一大問題。

整合新方案　希望之所繫

圖2所示為Lime Microsystems的LMS6002FN射頻收發器，其為一款支援多種標準的平台，並涵蓋3G與LTE所使用的所有通訊頻率、介面及頻寬，包括3GPP與3GPP2。這款收發器可滿足此類應用嚴苛的無線電要求，其中包括：增益控制解析度、動態範圍、頻率調整的速度、接收端的阻絕雜訊(Blocking)效能與靈敏度，以及發送端的雜訊與線性度。寬頻的設計讓系統不須要運用多個支援不同頻段的收發器晶片，藉以開發出微型化的蜂巢式基地台，快速且輕易地重新規畫這類產品。