陳化南

通稱為 4G的IMT-Advanced技術(shù)，ITU已于2010年十月確定采納3GPP的LTE-Advanced與WiMAX-Advanced （即IEEE 802.16m）兩組國(guó)際無(wú)線寬帶移動(dòng)通訊標(biāo)準(zhǔn)，并都已完成其主要規(guī)范的制定。其中LTE/LTE-A的標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)目前不僅持續(xù)穩(wěn)定的演進(jìn)中，相對(duì)的市場(chǎng)也不斷的在擴(kuò)大增長(zhǎng)，可以說(shuō)整個(gè)LTE/LTE-A已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定增長(zhǎng)的階段；相對(duì)于LTE/LTE-A的開發(fā)階段已經(jīng)完成，針對(duì)下一階段移動(dòng)通訊的發(fā)展，也開始成為公眾注意的焦點(diǎn)。

對(duì)于許多人來(lái)說(shuō)，隨時(shí)隨地運(yùn)用無(wú)線上網(wǎng)已是現(xiàn)代人生活的一部份。然而，以現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備將難以支持移動(dòng)上網(wǎng)需求日益增加所需的帶寬。要提供給大家一個(gè)，更具彈性和可靠性的無(wú)線上網(wǎng)環(huán)境，自然地就寄望于B4G/5G移動(dòng)通訊的技術(shù)發(fā)展了。雖然我們可以通過(guò)擴(kuò)建基礎(chǔ)設(shè)施和提高頻譜來(lái)得到一定程度上滿足。然而，在考慮成本效益的前提下，未來(lái)的無(wú)線接取互聯(lián)網(wǎng)的方法，將需要從跨網(wǎng)絡(luò)、綠能無(wú)線電技術(shù)、以及節(jié)能通訊協(xié)定著手，以提高網(wǎng)絡(luò)的感知和智能，以及包括對(duì)應(yīng)用服務(wù)擴(kuò)充的全程網(wǎng)絡(luò)管理的整體解決方案。

此外，由于目前無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，無(wú)線數(shù)據(jù)服務(wù)訊務(wù)量以每年倍增的增長(zhǎng)率，已超越傳統(tǒng)以語(yǔ)音服務(wù)為主的移動(dòng)通訊服務(wù)，預(yù)計(jì)未來(lái)十年的整體移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨罂赡軙?huì)增長(zhǎng)500～1000倍。面對(duì)這樣的挑戰(zhàn)，除了從傳統(tǒng)增加無(wú)線接取系統(tǒng)容量的方法著手外，無(wú)線系統(tǒng)容量擴(kuò)大后潛在的網(wǎng)絡(luò)管理問(wèn)題，包含應(yīng)用服務(wù)的整合、跨網(wǎng)絡(luò)資源協(xié)調(diào)等也是不可或缺的技術(shù)議題?？偫▉?lái)說(shuō)，新一波的移動(dòng)通訊應(yīng)該不只是“通訊”，而應(yīng)該是更具創(chuàng)造性（Innovative）、智能性（Intelligent）、以及整合性（Integration）的通盤考慮的系統(tǒng)與服務(wù)。

4G技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

LTE-Advanced擁有更大帶寬和速率，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用優(yōu)化、新的網(wǎng)絡(luò)布建形式方面深入探討，目前R11版本已進(jìn)入討論規(guī)劃的尾聲，在載波聚合、MIMO增強(qiáng)、中繼基站、異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)、M2M等技術(shù)提升均有較R10版本更進(jìn)一層提升系統(tǒng)效能。此外，在載波聚合技術(shù)方面，R11引進(jìn)新的載波聚合類型以提升系統(tǒng)運(yùn)作的彈性，并進(jìn)一步考慮TDD聚合的載波可采用不同的上下行配比等；在MIMO技術(shù)方面針對(duì)特定場(chǎng)景進(jìn)一步優(yōu)化，增強(qiáng)系統(tǒng)性能，包括低功率基站、交叉極化4天線等；在中繼基站技術(shù)針對(duì)回傳鏈路的改善，并針對(duì)R11納入移動(dòng)中繼站有更進(jìn)一步的探討；在異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)作方面，R11針對(duì)干擾處理有進(jìn)一步的探討；在M2M技術(shù)方面，R11著重在接入網(wǎng)的負(fù)載控制特別做討論。以下就探討載波聚合技術(shù)及待解決的問(wèn)題作一介紹。

載波聚合技術(shù)

隨著不斷增加的多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)與日漸豐富的網(wǎng)絡(luò)信息內(nèi)容，使得現(xiàn)代人與網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系變得越來(lái)越緊密。這樣的需求也反應(yīng)到無(wú)線通訊技術(shù)上，使得新一代無(wú)線通訊LTE-Advanced系統(tǒng)，也逐步朝向超大寬帶的技術(shù)發(fā)展。載波聚合（Carrier Aggregation）技術(shù)是LTE-Advanced系統(tǒng)的一個(gè)重要特點(diǎn)，也是讓LTE-Advanced系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)100MHz帶寬的最為關(guān)鍵技術(shù)，但該技術(shù)同時(shí)也為L(zhǎng)TE-Advanced系統(tǒng)帶來(lái)了諸多的挑戰(zhàn)。

LTE-Advanced技術(shù)是采用新一代無(wú)線寬帶接取技術(shù)（MIMO-OFDMA），并結(jié)合All-IP局端網(wǎng)絡(luò)的新系統(tǒng)；且其要求可以在100MHz的帶寬內(nèi)，提供下傳速率達(dá)1 Gbps、上傳達(dá)500Mbps的資料傳輸率的需求。一般認(rèn)為這就是所謂第四代無(wú)線通訊系統(tǒng)。面對(duì)未來(lái)高帶寬、高資料傳輸率的應(yīng)用，LTE-Advanced系統(tǒng)引進(jìn)了載波聚合（Carrier Aggregation）的技術(shù)；亦即以LTE現(xiàn)有的載波為基礎(chǔ)，集合多個(gè)載波以形成一更大帶寬的載波，以滿足未來(lái)高寬帶的需求。以圖一為例，LTE-Advanced系統(tǒng)可借助聚合最多達(dá)五個(gè)20MHz的載波，以提供并實(shí)現(xiàn)100MHz載波的未來(lái)應(yīng)用。

由于多載波聚合技術(shù)主要是由單一載波系統(tǒng)延伸；因此多載波聚合技術(shù)的研究多著重在單一載波系統(tǒng)技術(shù)的延伸。主要的研究方向包含有：

非對(duì)稱性載波

由于上行與下行傳輸帶寬的需求不一樣（針對(duì)頻分雙工（FDD）系統(tǒng)），所以上行與下行小段帶寬聚合的個(gè)數(shù)也可能不相同，因此無(wú)法直接使用單一載波系統(tǒng)一對(duì)一的技術(shù)，所以需要更進(jìn)一步研究上行與下行載波的對(duì)應(yīng)關(guān)系與控制訊號(hào)的設(shè)計(jì)。

控制訊號(hào)設(shè)計(jì)

除了上行與下行載波聚合個(gè)數(shù)不同會(huì)影響控制訊號(hào)設(shè)計(jì)，另一個(gè)控制訊號(hào)設(shè)計(jì)是針對(duì)無(wú)線帶寬資源的調(diào)度，控制訊號(hào)可以放在同一載波上而分別指向不同載波上的資料，可以減少用戶端設(shè)備解控制訊號(hào)的復(fù)雜度，還可以彈性調(diào)度帶寬資源。

載波管理

載波聚合個(gè)數(shù)會(huì)因使用服務(wù)的帶寬需求增加或減少，因此，需要有效的方法來(lái)管理。另外，由于每一個(gè)頻段可以傳輸?shù)木嚯x不一樣，也會(huì)影響可以聚合的個(gè)數(shù)；另一方面，用戶的移動(dòng)也會(huì)影響可以使用的載波。

省電機(jī)制

由于多載波設(shè)計(jì)是為大帶寬需求所設(shè)計(jì)，但用戶端并非隨時(shí)都有大帶寬需求，因此必須兼顧用戶的動(dòng)態(tài)帶寬需求，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)多個(gè)載波的使用方式，以兼顧用戶端設(shè)計(jì)所必須考慮的省電需求。

協(xié)調(diào)式多點(diǎn)傳送與接收（CoMP）

在基地臺(tái)傳輸邊界，協(xié)調(diào)式多點(diǎn)傳送與接收可以同時(shí)接收多個(gè)基地臺(tái)來(lái)的訊號(hào)，除了使用同一載波之外，使用不同載波也需要載波聚合的技術(shù)。

載波聚合的技術(shù)主要用來(lái)增加傳輸帶寬，但是在未來(lái)的異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中，如何在異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中使用多載波聚合將會(huì)是一個(gè)主要的研究重點(diǎn)。