在台灣長程演進計畫(LTE)頻譜即將釋出，且全球LTE服務持續加快商轉之際，LTE用戶數可望從今年1.3億戶暴增至2015年的4.1億戶。然而，當多數人還在談論手機是否支援多頻多模LTE時，比LTE更先進的LTE-Advanced(簡稱LTE-A)已悄然到來，今年三星(Samsung)發表的Galaxy S4高階智慧型手機，以及Galaxy Note 3平板手機(Phablet)，皆已支援LTE-A功能。
這波可能由量帶來的質變，對全球電信產業而言，從電信營運商到設備商包括基站、高頻天線元件、印刷電路板(PCB)及射頻(RF)同軸線纜等元件供應商，都期盼LTE-A相關技術帶來的無限商機，並爭相投入LTE-A新技術及特性的研究。
LTE-A頻寬與訊號收發能力大躍進
LTE-A(3GPP R10標準)做為接替LTE(3GPP R8標準)的技術，到底有何先進之處？簡單來說，LTE上行、下行傳輸速率的理論值分別為170Mbit/s
和300Mbit/s，而LTE-A則可達到1,500Mbit/s及3,000Mbit/s，對消費者而言，將可體驗到十倍飆網速度的魅力。
LTE-A新增的先進技術規格中，尤以載波聚合(Carrier Aggregation, CA)最先也最常被提及。載波聚合可將沒有連續、不連續配置的載波頻段以合併的方式進行傳輸，若每個頻段的頻寬為20MHz，則聚合五個連續或不連續頻段最高可達100MHz頻寬(圖1)。
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| 圖1 載波聚合最多可聚合五個載波，提供100MHz的頻譜資源。 |
載波聚合技術的好處在於可把零碎(Fragmented)、閒置的頻譜資源再利用，同時聚合沒有限定一定要採行對稱配置(意指上行配置10MHz，下行就要跟著配置10MHz)，也沒有限定一定要同類型的雙工送收方式才能聚合，亦即可同時聚合分頻雙工(FDD)與分時雙工(TDD)的載波。就電信營運商的角度而言，徹底運用頻譜資源並靈活彈性配置頻段，將能創造更大的網路營運利益。
LTE-A也具備強化多重輸入多重輸出(Enhanced MIMO)功能。儘管在LTE規範中即已支援MIMO技術，允許下行最多使用4×4天線，上行則為1×4組天線(1發4收)，但LTE-A更進一步提升MIMO規格，下行最高至8×8，上行至4×4(圖2)。同時間提供更多組天線的收發，可讓每Hz頻率的傳輸速率再往上提升。舉例而言，若基地台為兩組天線發送，手機為兩組天線接收，將此下行傳輸認定為一倍傳輸率，則手機若改採四組天線接收，基地台仍維持兩組天線發送，則傳輸率可增至1.7倍。
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| 圖2 LTE-A的上行、下行天線數較LTE倍增。 |
另外，協調多點收發(Coordinated Multipoint Tx/Rx, CoMP)亦是LTE-A的重要功能之一。協調多點指的是多個基地台之間的協調，當一支手機進行電話撥打或上網，而該手機所處的位置是在兩個以上的基地台所共同覆蓋的區域，則基地台之間會相互協調由誰服務該手機(稱為Dynamic Cell Selection)；經協調後，未工作的基地台可暫時降低發送功率，減少區域的重疊覆蓋(動態調整覆蓋面積、覆蓋邊界)，使真正提供服務的基地台與手機間的干擾降低，以平順、快速完成傳輸。
此一概念在3G/LTE時代就已存在，但LTE-A再行強化，各基地台一樣進行溝通協調，決定由哪個基地台提供服務，但各基地台的連線改以光纖傳輸來實現，透過更快速光纖傳輸方案，就能縮短延遲(Latency)時間，使基地台之間的溝通協調更加順暢(圖3)。
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| 圖3 LTE-A CoMP可強化基地台間的溝通協調能力，圖中為A、B基地台暫時限縮相鄰基地台的覆蓋邊界，讓C基地台能在較少干擾的情況下服務終端裝置。 |
事實上，CoMP作法除有助提升電信服務品質外，也適合實現定址服務(Location-Based Service, LBS)，電信商利用該技術可讓後端網路管理系統掌握終端服務目前所處的位置，進一步提供附近位置的資訊內容。此外，CoMP還能動用相同覆蓋區內的多個基地台同時服務同一個終端裝置，如此可更快完成傳輸，此功能稱為聯合傳輸(Joint Transmission)。
LTE-A中繼器推升訊號覆蓋率
除在基本的通訊協定中新增多樣先進技術，LTE-A亦針對LTE標準定義的中繼器(Relay)(或稱繼波器、強波器)設備進行改良，實現更先進的無線中繼器(Wireless Relay)和中繼節點(Relay Node)等新解決方案(圖4)，協助電信商以較低投資成本擴大訊號覆蓋率。
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| 圖4 LTE-A中繼器提供低成本的訊號覆蓋面積延伸方案。 |
中繼器跟基地台不同，基地台後方連接的是固接網路(如T1/E1專線、光纖專線等，小規模的Picocell則連接ADSL、FTTH)，而中繼器只是將傳來的無線射頻訊號能量再放大，自身不用連接固接網路，且除了射頻訊號外，進一步的處理程序以交給基地台與更後端的系統負責。
相較於一般基地台，中繼器的構造與布建方式相對簡單，價格也相對低廉，電信商可在基地台覆蓋面積的末梢處改建置中繼器，毋須再設置一個新的基地台，如此即可延伸覆蓋距離/面積，或者也可用來補強正規基地台未顧及的覆蓋死角，以及支援機動、臨時性的服務。例如某處郊外少有人煙，在該處布建基地台不合乎投資效應，但該處每年會有一次為期數天的音樂祭，只有音樂祭期間會有眾多人聚集，其他時間恢復成少有人煙，如此即可布建臨時性的中繼器，以合乎成本的方式因應短暫的需求。
LTE-A尚有諸多新功能機制未能盡列說明，如自我組織網路(SON)、更強化的預編碼(Precoding)與前向錯誤校正(FEC)，以及空中介面(Air Interface)在地區域最佳化等。
生態系統更加健全 LTE-A高速時代來臨
事實上，LTE-A技術全貌尚未完全呈現，緊接在R10標準頒布後，3GPP也在2012年第三季發表R11，而更多技術與功能提案仍在研擬，並將列入R12規範中；據悉，許多新機制的靈感將來自其他通訊標準。例如LTE-A將導入LTE Direct，允許兩個LTE-A裝置直接相互傳輸，而非將所有傳輸一律交由基地台或中繼器等遠端設施進行，此技術概念明顯來自無線區域網路(Wi-Fi)的Wi-Fi Direct技術。
另外，LTE-A回程(Backhaul)網路方案也正在研擬中，可讓LTE-A基地台以非視線(NLOS)方式傳遞，此想法類似全球微波存取互通介面(WiMAX)，該技術最初訂立是扮演無線固網角色，只提供高速骨幹傳輸，而不直接服務末梢的終端裝置，讓尚未達到固網建置成本效益的地區，先行採用較低廉(與固網相比)的WiMAX基地台。
LTE-A電信服務已開始嶄露頭角，南韓的SK Telecom、LG U+及韓國電信(KT)三家業者已陸續在2013年6?9月取得執照，同時也將既有的基地台設備升級至符合LTE-A規格，正式開通電信網路服務。隨著LTE-A裝置與服務如火如荼的推展，LTE-A的滲透率將快速提升。
(本文作者皆任職於盟創科技行動寬頻及雲端應用事業處)