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载波聚合: 使整体胜于其各部分的总和
作者:Francis Sideco
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手机/通信/网络设备展厅
手机, 调制解调器, 网管控制器, 光传输系统, 程控交换机, ...
五年后的从最初的商业推出的长期演进(LTE), 到最新的第四代蜂窝技术, 为设备例如智能手机与平板电脑支持着完整的移动性连接,很显然,消费者对更快速度和更低的延迟连接的需求还未满足,事实上反而还在增加。鉴于下一代技术,如LTE可实现或启用,从高清视频流,到以无处不在的快速接入以云端技术为基础的信息,可看到现在消费者对于他们的移动设备和网络的要求比以往还要更高。

高清内容是这种需求增长的一个典型的例子。是由什么启动呢?是因为消费者已习惯看高清电影,视频和其他内容,已经演变成一个习惯性的高需求用于上传用户生成的内容,不仅在高清,而且也在诸如4K的分辨率上启用与享用,以及用在消耗更大屏幕显示例如用在支持4K以上的电视。高清内容消费的最初需求已是够用于解决指数倍增增长的信息下行,但由其带来的用户产生的内容增长使得上行也更具有挑战性。复合性双向的信息传送增长,高清和4K内容的文件也随着增长, 造成需要更高容量的带宽和更低的延迟性能以确保消费者不会花费太多时间等待在上传或下载自己的照片或影像。由于LTE的初步能力可提供较大的文件,不仅是消费者,而且网站设计师也纷纷开始再增加图像和影像的分辨率, 因而进一步增加了网路的需求与负担。

这仅仅是一个例子,现在,消费者已活在其数码世界中以高清快速分享和使用其信息与内容,况且, 也期盼现有服务提供商与设备能符合或接近需求。这种使用情况动态创建的需求正在迅速超越LTE基本功能,并拉动行业继续提供更有利的能力与技术以满足消费者的高清生活的要求。

因此,载波聚合可以帮助了解LTE的下一阶进化,IHS公司提供一系列的载波聚合见解,进一步探讨最新的发展,和针对对移动网络操作商(MNO),设备OEM与最终消费者的影响。本文是本系列中的第一份发行。

探索的关键领域

在一系列的过程中,IHS将探讨以下内容:

 什么是载波聚合?它是如何可以帮助MNO们和OEM们,以及如何以最佳方式传达知识给予不太了解其技术复杂性的消费者?
 在采用循环中,目前载波聚合所占的位置是哪里?这是否是真的还是仍然只是一个理论上的概念?
 什么是载波聚合接着下来的作为,以及其在实现高清晰度生活中所扮演的角色?

载波聚合技术:这是什么呢?

于第三代网络相比,LTE的主要优点是带宽的提高,延迟的减少和改进的频谱效率。然而,这些益处,相对于HSPA +还未完全实现,直到信道带宽被使用高于10兆赫。在10兆赫的信道宽度, 与HSPA + 同时相比,LTE的性能可以说是勉强比较好些。因此,为了优化用户体验以及运营商的投资回报构建出LTE网络,出现了查找使用15,20,40,甚至60兆赫以上频道方式的需求。不幸的是,由于现有许可的频谱使用量,大多数国家的频谱规划都不允许接近20兆赫的信道。另外,即使它确实有,该技术本身最大的单信道带宽只具有的20兆赫。因此,要让特定应用程序或网络设计需要的40或60兆赫,是必须使用载波聚合技术。这就是载波聚合,在LTE标准的第10版中引入的原因。在最简单的形式中,载波聚合可使启用设备将2个,更小的,和非连续的信道合并到一个较大的信道,此信道的优点是和相同尺寸较大的邻接信道相同。然而,如在有关LTE中最多的事,实施载波聚合将不局限于此最基本的形式。设计使得载波聚合将需要考虑到许多不同类型的信道组合,其中包括了但不局限于:

 多达5个相同或不同带宽的聚集频道
 在同一频带里有数个不相邻频道(即全部在700兆赫频段以内)
 数个使用相同频带相邻频道- 通常是在试图达到40和60兆赫的组合时使用,但是也可以和具有较小的带宽的一起使用。
 从2个不同的频带的频道,但是,从两者都是处于频谱的高端(一个频道是从1.9GHz的频带和另一个从2.1GHz的频带)
 从2个不同的频带的频道,但只有一个从频谱的低端,而另一个从频谱的高端是(一个频道从700MHz频段和另一个从2.1GHz频带)

后两种情况都是同一类型的带间载波聚合,但值得一提是,它们离聚集信道越远,将导致调制解调器为了解决这些RF信号中不同的物理特性,使设计更加复杂化。

聚集频道的数量及其个别带宽数会导致在理论中不同的最高速度,然后决定LTE用户设备(UE)所支持的种类。下面列表提供了载波聚合的组合和其中能使用 LTE UE 种类的一些例子。

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一旦结合,聚集的信道通常会得到比一般单独行动,但拥有同样数目的频道的表现的更好,尤其是对于突发流量的数据。除了其他的原因,这是由于聚集的信道能够分享信号和开销控制,及与不同的RF特性相关的信增益,环境,还有聚集频道的传播路径。

载波聚合其中一个挑战是为了正确实施,在LTE基本功能和后续的专业知识里奠定坚实的基础,由于每一级更高的类别上实现前一类建筑是需要的。这种类型的能力,在以前的分类建筑只能通过多年迭代的工程和设计开发。幸运的是,正当LTE不断成熟和实现其长期发展的承诺。现在消费者也开始从一些供应商的芯片组,设备和基础设施设备看到商用解决方案。

载波聚合:MNOs和消费者的最终胜利

由于在上行链路和下行链路的消费需求快速增长,频谱资源的稀缺性以及具有竞争力的价格压力限制收入增长,MNOs急于寻找更有效的方法使用他们已经拥有的频谱以提供更高的数据速率和更低的延迟,同时并没有增加他们成本基础–或者至少,如果他们需要投资新的频谱以实现CA,在这样一个资本支出的投资回报率将超过网络容量和性能提升,竞争力和用户体验方面的回收。由于固有的技术改进,从调制方案的纠错与信令和编码效率,LTE和随后的每一个更高类别的载波聚合为上行链路和下行链路提供了更高频谱效率。因此,当MNO实践越来越高水平的载波聚合,在提供相同或甚至更高的性能给最终消费者时,享有更低的每位成本。

对于消费者来说,每个高水平CA启动的更高的吞吐量和低延迟,不仅使某些实时应用可能发生,而且也增加其可用性。例如,4K视频流可能在前几代版本里出现。然而,如果消费者必须等待多分钟让足够的内容以在本地存储缓冲足够的数据来开始播放视频,然后又在5分钟或10分钟要等待更多的缓冲的发生,消费者体验就会降低到连这样的服务变得不可用了。此外,考虑到在传输和接收数据的过程中,移动设备的电源是最常用的,增加对调制解调器启用周期时间使这糟糕的用户体验,将大大减少电池寿命而导致更进一步的降低整体经验。与此相反,CA减少了缓冲时间,以及减少手机调制解调器使用的实际上发送和接收的时间。

这个在多个方面改进的用户体验的例子,会导致MNOs较低的流失率(计算一个MNO在竞争里,丧失了的用户人数) 和最终增加消费者使用的数据量,从而推进它们更高的数据资费水平。

我要注明的,这只是一个移动网络运营商和最终消费者都得益的例子。随着消费者越来越多地使用其他服务和需要实时或近实时通信的应用程序如以云端为基础的服务,将更有充分的理由,使CA从一个选择性的使用变成一种需要。

原厂设备制造商们: 忽略载波聚合(CA)技术的风险

由于,为了无线电的调制解调器设计,而增加了元件的容度,并且实际上并非所有芯片供应商都具有商业化的CA技术,因此此技术通常被认为是一种仅适用于高端设备和某些已经取舍其他功能的少数中端手机里的特点。然而,在过去的12至18个月里,芯片供应商已相继在市场推出了解决方案,已让CA能为不同层面的手机,从高端到低端,或者是中端的,专门设计不同类别的功能。

因此,现在不仅是小区域OEM开始在他们的进度表规划和实施CA,但IHS预计,就算没有此进度表,跨界且不管是针对最高革新阶段,或者是低成本,生命周期短设备的OEM,都会因在下一个设计周期里觉得竞争力不足,而感到压力。那些透过MNO们推销设备的OEMs已经看到这一点,因为他们已收到MNO们的上面所提到的高效率和功能更好要求的招标书(RFPs)。由于这些MNO们已开始通过那些需要CA的非技术性营销新服务向消费者推销改进的功能,即使是那些主要使用直接面向消费者渠道的OEM厂家也将开始感受到压力。由于竞争激烈,并且需在短时间内把之前所提的渠道需求推出市场,因此尽早把CA包含在当前的路线图,能在接着的设计周期里增加更多的利润。

另外,既然一样的OEMs提升了自己产品的其他功能,以增加竞争力,例如能支持更多的传感器,高分辨率相机,大屏幕显示等,显然的通过启用LTE的广域网连通性保持速率是当务之急,以确保当生产和消费内容,或者使用那些需要实时连接到云端的应用时,不会降低用户体验。这将是持续性的与今天和未来所提供的新一代应用和服务一同成长的一种趋势。

理论 vs 现实

很明显的,为了实现现今消费者所需的高清晰度的生活方式,CA是一个关键的进化步骤。但事实上有多么真实呢?在真正的蜂窝设备里,当涉及到先进功能时,往往出现鸡生蛋还是蛋生鸡的说法。即使该设备有可支持的能力,但其所使用的网络能否这样做呢?另一方面,假设MNO们为支持该功能,而在建立基础设施上投入了资金和时间,届时是否有配备将利用此功能的先天优势,进而让MNO们的投资得到回报呢?

在接着的LTE载波聚合见解的发行里,IHS将探索在大家在可用商业化的CA技术行业里所占的位置。也许还能解答,您的策略是否已经站稳脚步,还是已经在市场曲线里落后了?(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (5/27/2015)
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