陳化南

通稱為 4G的IMT-Advanced技術，ITU已于2010年十月確定采納3GPP的LTE-Advanced與WiMAX-Advanced （即IEEE 802.16m）兩組國際無線寬帶移動通訊標準，并都已完成其主要規(guī)范的制定。其中LTE/LTE-A的標準及技術目前不僅持續(xù)穩(wěn)定的演進中，相對的市場也不斷的在擴大增長，可以說整個LTE/LTE-A已經(jīng)進入穩(wěn)定增長的階段；相對于LTE/LTE-A的開發(fā)階段已經(jīng)完成，針對下一階段移動通訊的發(fā)展，也開始成為公眾注意的焦點。

對于許多人來說，隨時隨地運用無線上網(wǎng)已是現(xiàn)代人生活的一部份。然而，以現(xiàn)有的網(wǎng)絡和設備將難以支持移動上網(wǎng)需求日益增加所需的帶寬。要提供給大家一個，更具彈性和可靠性的無線上網(wǎng)環(huán)境，自然地就寄望于B4G/5G移動通訊的技術發(fā)展了。雖然我們可以通過擴建基礎設施和提高頻譜來得到一定程度上滿足。然而，在考慮成本效益的前提下，未來的無線接取互聯(lián)網(wǎng)的方法，將需要從跨網(wǎng)絡、綠能無線電技術、以及節(jié)能通訊協(xié)定著手，以提高網(wǎng)絡的感知和智能，以及包括對應用服務擴充的全程網(wǎng)絡管理的整體解決方案。

此外，由于目前無線寬帶網(wǎng)絡應用中，無線數(shù)據(jù)服務訊務量以每年倍增的增長率，已超越傳統(tǒng)以語音服務為主的移動通訊服務，預計未來十年的整體移動數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨罂赡軙鲩L500～1000倍。面對這樣的挑戰(zhàn)，除了從傳統(tǒng)增加無線接取系統(tǒng)容量的方法著手外，無線系統(tǒng)容量擴大后潛在的網(wǎng)絡管理問題，包含應用服務的整合、跨網(wǎng)絡資源協(xié)調等也是不可或缺的技術議題。總括來說，新一波的移動通訊應該不只是“通訊”，而應該是更具創(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。

4G技術發(fā)展趨勢

LTE-Advanced擁有更大帶寬和速率，針對網(wǎng)絡應用優(yōu)化、新的網(wǎng)絡布建形式方面深入探討，目前R11版本已進入討論規(guī)劃的尾聲，在載波聚合、MIMO增強、中繼基站、異質網(wǎng)絡、M2M等技術提升均有較R10版本更進一層提升系統(tǒng)效能。此外，在載波聚合技術方面，R11引進新的載波聚合類型以提升系統(tǒng)運作的彈性，并進一步考慮TDD聚合的載波可采用不同的上下行配比等；在MIMO技術方面針對特定場景進一步優(yōu)化，增強系統(tǒng)性能，包括低功率基站、交叉極化4天線等；在中繼基站技術針對回傳鏈路的改善，并針對R11納入移動中繼站有更進一步的探討；在異質網(wǎng)絡運作方面，R11針對干擾處理有進一步的探討；在M2M技術方面，R11著重在接入網(wǎng)的負載控制特別做討論。以下就探討載波聚合技術及待解決的問題作一介紹。

載波聚合技術

隨著不斷增加的多媒體網(wǎng)絡應用服務與日漸豐富的網(wǎng)絡信息內容，使得現(xiàn)代人與網(wǎng)絡的關系變得越來越緊密。這樣的需求也反應到無線通訊技術上，使得新一代無線通訊LTE-Advanced系統(tǒng)，也逐步朝向超大寬帶的技術發(fā)展。載波聚合（Carrier Aggregation）技術是LTE-Advanced系統(tǒng)的一個重要特點，也是讓LTE-Advanced系統(tǒng)可以實現(xiàn)100MHz帶寬的最為關鍵技術，但該技術同時也為LTE-Advanced系統(tǒng)帶來了諸多的挑戰(zhàn)。

LTE-Advanced技術是采用新一代無線寬帶接取技術（MIMO-OFDMA），并結合All-IP局端網(wǎng)絡的新系統(tǒng)；且其要求可以在100MHz的帶寬內，提供下傳速率達1 Gbps、上傳達500Mbps的資料傳輸率的需求。一般認為這就是所謂第四代無線通訊系統(tǒng)。面對未來高帶寬、高資料傳輸率的應用，LTE-Advanced系統(tǒng)引進了載波聚合（Carrier Aggregation）的技術；亦即以LTE現(xiàn)有的載波為基礎，集合多個載波以形成一更大帶寬的載波，以滿足未來高寬帶的需求。以圖一為例，LTE-Advanced系統(tǒng)可借助聚合最多達五個20MHz的載波，以提供并實現(xiàn)100MHz載波的未來應用。

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

非對稱性載波

由于上行與下行傳輸帶寬的需求不一樣（針對頻分雙工（FDD）系統(tǒng)），所以上行與下行小段帶寬聚合的個數(shù)也可能不相同，因此無法直接使用單一載波系統(tǒng)一對一的技術，所以需要更進一步研究上行與下行載波的對應關系與控制訊號的設計。

控制訊號設計

除了上行與下行載波聚合個數(shù)不同會影響控制訊號設計，另一個控制訊號設計是針對無線帶寬資源的調度，控制訊號可以放在同一載波上而分別指向不同載波上的資料，可以減少用戶端設備解控制訊號的復雜度，還可以彈性調度帶寬資源。

載波管理

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

省電機制

由于多載波設計是為大帶寬需求所設計，但用戶端并非隨時都有大帶寬需求，因此必須兼顧用戶的動態(tài)帶寬需求，適當?shù)恼{節(jié)多個載波的使用方式，以兼顧用戶端設計所必須考慮的省電需求。

協(xié)調式多點傳送與接收（CoMP）

在基地臺傳輸邊界，協(xié)調式多點傳送與接收可以同時接收多個基地臺來的訊號，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。

載波聚合的技術主要用來增加傳輸帶寬，但是在未來的異質網(wǎng)絡中，如何在異質網(wǎng)絡中使用多載波聚合將會是一個主要的研究重點。