LTE-Advanced是新興的行動通訊標準，具有多項顯著效益，包括能夠發揮先進行動網路的優勢，並可實現下行1Gbit/s和上行500Mbit/s的目標峰值資料速率。LTE-Advanced標準是第三代夥伴計畫(3GPP)第10版標準(Release 10)的核心，並已被正式訂為4G IMT-Advanced標準。
LTE-Advanced主要建構於長程演進計畫(LTE)標準之上，並維持其基本結構。同時，它也加入某些新功能，包括多項LTE Release 8/9實體層增強特性，以及未來將於LTE Release 10和更高版本中發展的其他技術。
載波聚合(Carrier Aggregation)是LTE Release 10的一項重要增強特性。藉由聚集兩個以上的組成載波(Component Carrier)，LTE-Advanced最高可實現100MHz的頻譜分配。由於LTE Release 8/9最多只能分配20MHz的頻寬，並不足以達成IMT-Advanced的峰值資料傳輸速率目標。此外，多數服務供應商都沒有大量的連續頻寬資源可用，因此IMT-Advanced載波聚合技術可為業者提供更大的頻寬。
載波聚合實現更高傳輸速率
LTE-Advanced在Release 10中制定了三種載波聚合方式，連續單頻段或頻段內(Intra-band)、非連續單頻段，以及非連續多頻段或頻段間(Inter-band)。載波聚合技術可聚集1.4M～20MHz等不同頻寬的組成載波，因而產生不同大小的訊號。
由於Release 10的組成載波具有與Release 8/9相同的頻寬，LTE-Advanced可維持與LTE標準的向後相容性。支援接收與發射載波聚合機制的Release 10用戶端裝置(UE)，可在對應到多個基地台(Serving Cell)的多個組成載波上，同時接收或發送訊號。相較之下，Release 8/9 UE只能在對應到一個基地台的單一組成載波上接收或發送訊號。
連續/非連續載波聚合各有利弊
圖1描繪連續和非連續載波聚合的概念，並且對比LTE和LTE-Advanced用戶設備的潛在頻寬支援需求。
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| 圖1 連續與非連續載波聚合圖示 |
圖1上方的第一個範例聚集五個頻寬為20MHz的相鄰組成載波，以提供最大100MHz的LTE-Advanced頻寬。雖然多數服務供應商現在都還無法獲得這樣大的頻寬，不過等到某些國家擁有3.5GHz等新頻譜後，這種連續聚集多個組成載波的頻譜分配方式就變得可行。
如果多家服務供應商共用一個網路，或是某家服務供應商被分配到零散的頻段，在此情況下，可用非連續聚合方式，聚集分散於單一頻段中的組成載波。非連續聚合的組成載波分屬於不同的頻段，例如，在歐洲某些地區是分屬於1.8GHz和2.6GHz頻段，由於分配給服務供應商的頻譜多半散布於多個頻段中，非連續聚合是落實高速下行傳輸(基地台到UE)的可行方案。然而，如欲支援高速上行傳輸(UE到基地台)，這種方案將面臨極大的挑戰，因為需在UE中配備多個收發器。
UE實現非連續聚合挑戰大
載波聚合不是LTE-Advanced新創，過去已曾用於高速封包存取(HSPA)和1xEV-DO Release B。然而，在設計LTE-Advanced系統時，載波聚合帶來新的技術挑戰，特別是UE的設計。首先，如果採用載波聚合，不同的LTE-Advanced UE，其射頻(RF)前端部署會有很大的差異，取決於所支援的機制而定。由於連續載波聚合是最簡易的載波聚合機制，而且Release 10裝置不能聚集超過兩個組成載波(最大40MHz的頻寬)，那麼配備單一寬頻收發器的UE很適合使用此配置。
若想要執行非連續頻寬分配，UE必須配備多個收發器，或是一個超寬頻收發器。可是，配置多個收發器之後，行動裝置的體積與成本將隨之增加，而且頻寬加大很可能會導致行動裝置接收到其他不相關的服訊號，會導致有效雜訊變多。為克服非連續聚合的問題，目前的提案傾向於採用在單一寬頻段中配置多個收發器的做法。
除了射頻前端的問題外，使用多個非連續發射器還會帶來叢發訊號管理(Spur Management)和自我阻隔(Self-blocking)等種種挑戰。藉由支援強制性多重輸入多重輸出(MIMO)同時發送或接收訊號，也提高天線設計的困難度。此外，由於設計與測試工程須研究連續、非連續、頻段內、頻段間等所有載波聚合機制，使得測試案例的數量激增。3GPP現正討論LTE-Advanced的特殊射頻要求。
在UE中配置多個同步收發器，意味著工程師必須同時測試多個發射器。以頻段間聚合為例，多個收發器必須維持同步，以便量測多個組成載波的同步誤差向量振幅(EVM)。因此，標準組織建議如果兩種載波分配的功率密度一樣，才須要指定EVM。
而頻段內的非連續載波聚合則使得組合載波之間出現間隙(Gap)，全球行動通訊系統(GSM)或寬頻分碼多重存取(WCDMA)等其他類型的訊號均可在裝置上傳送。為此，工程師也須對整個間隙執行實體層發送和接收量測，以便評估因多個不協調系統並存所產生的干擾。如此進一步提高訂定頻外(Out-of-band)輻射量測試之限制值的難度。
其他挑戰還包括訂定多載波頻內輻射量測試規格，以及尋找合適的LTE-Advanced功率放大器特性分析方法。如果採用不同的載波聚合配置，則所需的測試方法將有所不同。克服設計和測試LTE-Advanced設備的所有技術挑戰，是成功部署LTE-Advanced網路的關鍵。
透過軟體同步多台訊號分析儀
在測試聚合訊號時，設計與測試工程師須要使用先進儀器同時擷取並分析所有的組成載波，其困難度相當高，特別是執行頻段間載波聚合時，因為目前市面上沒有任何訊號分析儀可提供足以覆蓋多個頻段的頻寬。現有的量測儀器一次只能分析一個組成載波。藉由使用兩台訊號分析儀，每一台都調整到相關頻段並進行同步，可解決這個問題。這些分析儀可用專為LTE-Advanced測試開發的軟體控制，以便擷取來自兩部分析儀的頻段間訊號，並同時分析所有的組成載波。
圖2顯示一個包含三個組成載波的測試訊號，兩個在800MHz頻段，一個在2,100MHz頻段。安捷倫(Agilent)89600 VSA軟體可透過經同步的訊號分析儀，同時擷取兩個頻段中的三個組成載波並同步完成分析。工程師可選擇使用十多種不同類型的波形、頻譜、誤差及摘要軌跡，並可在畫面中安排多達二十組軌跡，以便查看實際須要執行的處理。
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| 圖2 Agilent 89600 VSA軟體可透過兩台訊號分析儀擷取頻段間的訊號，並同時分析所有的組成載波。 |
為了測試LTE-Advanced元件和發射器的電源及調變特性，工程師須用到與Release 10相容的下行和上行訊號。圖3顯示使用Agilent Signal Studio訊號產生軟體來產生內含五個組成載波的聚合訊號範例。該軟體內建CCDF及頻譜圖、時域圖等工具，可用來調查功率諧波、調變格式、功率變化、截波(Clipping)，以及其他設備會影響到裝置效能的效應。
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| 圖3 Agilent Signal Studio軟體可產生由五個組成載波構成的聚合訊號 |
載波聚合技術使現有的LTE實體層產生複雜的變化。在部署此技術時，由於不同大小的聚合訊號具有不同的組成載波數量和頻寬，因而導致不對稱的上行和下行頻譜分配，並大幅增加測試案例的數量。如何限制可分配的頻譜是3GPP現正處理的議題，與此同時，測試設備廠商正努力開發並提供先進的工具，以滿足同時擷取並分析頻段內或頻段間的組成載波的需求。這些工具可迅速有效地完成部署，以便測試各種LTE-Advanced載波聚合機制。
(本文作者任職於安捷倫)