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在上一篇文章中，我們介紹了4G LTE移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的升級(jí)——千兆級(jí)LTE技術(shù)，并以高通公司的驍龍X16 LTE調(diào)制解調(diào)器為例，深入探討了千兆級(jí)LTE的幾大關(guān)鍵技術(shù)細(xì)節(jié)。其中我們提到，有兩種創(chuàng)新技術(shù)可以幫助運(yùn)營(yíng)商更快、更好地部署千兆級(jí)LTE網(wǎng)絡(luò)，它們就是免許可頻譜接入和小型基站。本文就將具體介紹這兩種技術(shù)的細(xì)節(jié)內(nèi)容。
與陽(yáng)光、空氣、水一樣，電磁波頻譜也是一種自然資源。不同頻段的電磁波的傳輸距離、障礙物穿透能力各有區(qū)別，適合不同場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。例如，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)常用的頻段在700MHZ到2GHZ左右，而WiFi網(wǎng)絡(luò)常用的頻段是2.4GHZ與5GHZ。
圖1：各國(guó)使用的授權(quán)4G網(wǎng)絡(luò)頻譜
為了更好地管理頻譜資源，各國(guó)都對(duì)頻譜資源的使用做出了一些規(guī)范。例如，中國(guó)工信部規(guī)定，中國(guó)移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)可以使用的頻譜資源分別是1880-1890MHZ、2320-2370MHZ、2575-2635MHZ頻段，中國(guó)聯(lián)通和電信也各分配到了三個(gè)類(lèi)似的頻段用于4G網(wǎng)絡(luò)通信。這種由國(guó)家規(guī)范使用的頻譜資源一般稱(chēng)為授權(quán)頻譜，通常只允許被授權(quán)單位、組織使用；其他未經(jīng)規(guī)范、授權(quán)的頻譜則可以自由使用，稱(chēng)為免許可頻譜。WiFi就是典型的，使用免許可頻譜工作的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。
以往，運(yùn)營(yíng)商建設(shè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)只會(huì)使用授權(quán)頻譜資源就能滿(mǎn)足通信需求；但隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬、覆蓋率、穩(wěn)定性等指標(biāo)要求越來(lái)越高，少量的免許可頻譜也顯得愈加捉襟見(jiàn)肘。例如，在人流密集的商場(chǎng)、影院、酒店等室內(nèi)場(chǎng)所，僅使用授權(quán)頻譜往往會(huì)面臨性能不足的窘境。
這種矛盾在千兆級(jí)LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中變得更加突出。千兆級(jí)LTE網(wǎng)絡(luò)帶寬高、延遲低，在室內(nèi)等環(huán)境下對(duì)基站的壓力更大。如果只依賴(lài)授權(quán)頻譜提供高水準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，運(yùn)營(yíng)商就需要部署數(shù)量非常多的基站，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)成本都會(huì)明顯提升，顯然這不利于千兆級(jí)LTE網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和普及。
圖2：高通公司引入了免許可頻譜接入技術(shù)
為了解決這一難題，美國(guó)高通公司在制定千兆級(jí)LTE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程中，創(chuàng)新地引入了免許可頻譜通信技術(shù)。在這一技術(shù)的幫助下，運(yùn)營(yíng)商可以使用免許可頻譜資源（如3.5g頻段）在授權(quán)頻譜效率不足的場(chǎng)景（如室內(nèi)）擴(kuò)展通信網(wǎng)絡(luò)的容量、覆蓋率和性能。網(wǎng)絡(luò)使用的頻譜資源更多，加上很多場(chǎng)景中免許可頻譜有著更好的適應(yīng)性和性能表現(xiàn)，運(yùn)營(yíng)商就可以用相同數(shù)量、密度的基站來(lái)處理更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)通信需求，降低千兆級(jí)LTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本和難度。
要在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中利用免許可頻譜資源，關(guān)鍵之處在于終端使用的調(diào)制解調(diào)器。
調(diào)制解調(diào)器是無(wú)線(xiàn)終端接入無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的核心組件。調(diào)制解調(diào)器支持哪些頻段，終端就只能使用這些頻段與運(yùn)營(yíng)商基站通信。
但調(diào)制解調(diào)器支持的通信頻段越多，技術(shù)難度就越大。一方面，支持更多的頻段需要更多天線(xiàn)、更強(qiáng)的信號(hào)處理性能與更復(fù)雜的軟件架構(gòu)；另一方面，調(diào)制解調(diào)器需要更多功耗和面積來(lái)應(yīng)對(duì)多出來(lái)的頻段。頻段越多，調(diào)制解調(diào)器也需要更好的措施來(lái)解決不同頻段之間的干擾問(wèn)題，還要保證不同頻段之間的流暢切換。所有這些，都對(duì)調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)和制造提出了非?？量痰囊蟆?/p>
圖3：高通驍龍X16 LTE調(diào)制解調(diào)器是第一款支持千兆級(jí)LTE網(wǎng)絡(luò)的調(diào)制解調(diào)器，也支持免許可頻譜接入
然而，這些困難并不能阻擋行業(yè)前進(jìn)的腳步。2016年初，美國(guó)高通公司發(fā)布了全球第一款支持千兆級(jí)LTE網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品，驍龍X16 LTE調(diào)制解調(diào)器。驍龍X16 LTE調(diào)制解調(diào)器率先引入了對(duì)免許可頻譜資源的支持，可以在授權(quán)LTE頻段和免許可頻段之間無(wú)縫切換，在不同場(chǎng)景中自動(dòng)選擇最合適的頻段接入運(yùn)營(yíng)商的千兆級(jí)LTE網(wǎng)絡(luò)。
驍龍X16 LTE調(diào)制解調(diào)器基于先進(jìn)的14nm制造工藝，在保持較低功耗和芯片面積的前提下性能和集成度大幅提升。其集成的高通WTR5975 RF收發(fā)器，以單個(gè)收發(fā)器就能覆蓋所有的LTE頻段與免許可頻段，避免了多個(gè)頻段之間可能出現(xiàn)的干擾，也讓頻段之間的遷移更加迅速。隨著2017年初，高通驍龍835移動(dòng)平臺(tái)集成驍龍X16 LTE調(diào)制解調(diào)器，數(shù)以千萬(wàn)計(jì)的移動(dòng)終端從此具備了對(duì)免許可頻譜資源的兼容和支持能力。
圖4：利用ASA技術(shù)，運(yùn)營(yíng)商可以高效、有序地使用各種空余的免許可頻譜資源
在利用免許可頻譜資源的場(chǎng)景中，高通公司還提出了一種創(chuàng)新體制，名為ASA（授權(quán)共享接入技術(shù)）?；贏SA技術(shù)，配備驍龍835移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)終端可以從運(yùn)營(yíng)商4G基站得到授權(quán)，根據(jù)需要使用諸如3.5G、5G等免許可頻譜，甚至在條件許可的情況下使用空余的其他現(xiàn)有系統(tǒng)（如政府機(jī)構(gòu)或電視廣播網(wǎng)絡(luò)）的頻譜資源。ASA還保證了終端在使用免許可頻譜資源時(shí)一直保持在監(jiān)管范圍之內(nèi)，避免了潛在的沖突和干擾。
圖5：ASA等技術(shù)可以充分利用現(xiàn)有資源，降低網(wǎng)絡(luò)部署成本、提升靈活性
此外，高通還發(fā)展了LAA（授權(quán)輔助接入技術(shù)）、LWA（LTE-WiFi鏈路聚合技術(shù)）、MultiFireTM（免許可頻段獨(dú)立接入）等創(chuàng)新技術(shù)，進(jìn)一步提升了免許可頻譜資源應(yīng)用的靈活性。
更適合免許可頻譜資源的場(chǎng)景往往是室內(nèi)、地下等傳統(tǒng)大型通信基站難以高效覆蓋的區(qū)域。這又引出了一個(gè)新的概念，即小型基站。
移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是由大量通信基站組建而成的。傳統(tǒng)的基站體積巨大，往往高達(dá)數(shù)米，占地?cái)?shù)十平米，服務(wù)半徑也有幾千米的范圍。
圖6：小型基站的體積往往只和普通的無(wú)線(xiàn)路由器相當(dāng)
但在室內(nèi)等場(chǎng)景中，大型基站的信號(hào)由于多種障礙物阻擋，覆蓋范圍往往不盡人意。在這種背景下，更適合此類(lèi)場(chǎng)景的小型基站應(yīng)運(yùn)而生。
小型基站的體積往往只和普通的WiFi路由器相當(dāng)，其工作方式也與WiFi熱點(diǎn)類(lèi)似。每個(gè)小型基站可以覆蓋一定的室內(nèi)空間，可以通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)或者LTE信號(hào)與大型基站直接相連。
由于小型基站體積小巧、部署容易、維護(hù)簡(jiǎn)便，成本低廉，非常適合在室內(nèi)或人流密集的場(chǎng)所大量部署，以充分覆蓋室內(nèi)場(chǎng)景，并提升特定區(qū)域的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)承載能力。因此，小型基站也是千兆級(jí)LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的關(guān)鍵一環(huán)。
圖7：高通小型基站可以覆蓋多種場(chǎng)景
高通公司意識(shí)到了運(yùn)營(yíng)商對(duì)小型基站的需求，創(chuàng)新地推出了多種技術(shù)以增強(qiáng)小型基站的能力。
1. UltraSonTM是高通研發(fā)的一套自組織和自管理模式。在UltraSonTM的幫助下，運(yùn)營(yíng)商可以在住宅區(qū)、企業(yè)辦公場(chǎng)所、體育館等各種類(lèi)型的場(chǎng)所中針對(duì)性地部署各種類(lèi)型的小型基站，而這些小型基站能做到即插即用、自主設(shè)置并對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自主優(yōu)化，大大減輕了運(yùn)營(yíng)商在大規(guī)模部署時(shí)的工作壓力，提升了小型基站網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同性能和穩(wěn)定性。
圖8：UltraSonTM技術(shù)使運(yùn)營(yíng)商可以更好地部署小型基站網(wǎng)絡(luò)
2. 近鄰小型基站（Neighborhood small cell，NSC）是高通研發(fā)的一種小型基站方案，這種小型基站不僅能以極低的成本提供即插即用的高效能室內(nèi)連接能力，還具備一定的室外連接性能，非常適合諸如門(mén)店、酒店等場(chǎng)所的網(wǎng)絡(luò)部署。
圖9：ASA技術(shù)天生就適合小型基站使用
3. 前文提到的ASA、LAA、LWA等技術(shù)則使小型基站可以使用諸多免許可頻譜進(jìn)行通信。在室內(nèi)等場(chǎng)所，3.5g、5g甚至60g的免許可頻段更加適合小范圍的數(shù)據(jù)傳輸。利用這些免許可頻譜資源，小型基站可以在更低的成本、能耗條件下實(shí)現(xiàn)更好的特殊場(chǎng)景覆蓋率，提供更高的網(wǎng)絡(luò)接入性能。
圖10：納斯卡汽車(chē)賽事中的高通小型基站
2014年，高通公司在美國(guó)納斯卡汽車(chē)賽事中演示了大規(guī)模小型基站網(wǎng)絡(luò)的部署，展示了相當(dāng)于每平方公里1000個(gè)小型基站的網(wǎng)絡(luò)部署實(shí)踐。之后，全球諸多運(yùn)營(yíng)商都開(kāi)始與高通公司合作，準(zhǔn)備在千兆級(jí)LTE網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用高通的小型基站創(chuàng)新技術(shù)與部署方案。
免許可頻譜接入與小型基站技術(shù)都是千兆級(jí)LTE網(wǎng)絡(luò)部署中的重要技術(shù)和環(huán)節(jié)。在它們的幫助下，運(yùn)營(yíng)商得以在復(fù)雜的室內(nèi)、地下與特殊環(huán)境中全面部署千兆級(jí)LTE網(wǎng)絡(luò)，充分發(fā)揮各種頻譜資源的優(yōu)勢(shì)，并有效降低網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本。
高通公司的諸多創(chuàng)新技術(shù)使運(yùn)營(yíng)商能夠更容易地應(yīng)用免許可頻譜接入與小型基站，并在終端層面為免許可頻譜的廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)條件。它們是高通公司對(duì)千兆級(jí)LTE網(wǎng)絡(luò)普及的重大貢獻(xiàn)，也使全球運(yùn)營(yíng)商與高通公司的合作更加緊密。
高通公司還在進(jìn)一步發(fā)展免許可頻譜接入與小型基站技術(shù)，使其能夠在未來(lái)的5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代發(fā)揮更大的作用?？梢灶A(yù)計(jì)，隨著千兆級(jí)LTE網(wǎng)絡(luò)的普及和5G網(wǎng)絡(luò)的商用，高通公司還將在這一領(lǐng)域推出更多創(chuàng)新，為運(yùn)營(yíng)商和消費(fèi)者創(chuàng)造更多價(jià)值，推動(dòng)移動(dòng)互聯(lián)社會(huì)走上新的高度。
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