技術(shù)宅

近日廣州移動聯(lián)合QualcommTechnologies和中興通訊宣布，三方共同合作，聯(lián)手開展“4G LTEAdvanced Cat.9三載波聚合”技術(shù)試驗。這種技術(shù)大幅提高4G網(wǎng)絡(luò)的下行速度，理論下行峰值速率將可以達到330Mbps，大幅超過普通4G下行速率（普通4G為100Mbps）。那么什么是LTEAdvanced Cat.9三載波聚合技術(shù)？它為什么可以提高4G網(wǎng)絡(luò)的下行峰值？

知識掃盲

認識三載波聚合技術(shù)

載波是一個特定頻率的無線電波，它是現(xiàn)在無線通信使用的信息載體，比如現(xiàn)在4G就使用1.4MHz、5MHz、15MHz和20MHz等頻段的載波。載波聚合簡單的說就是將多個不同頻率（或者相同）的載波聚合成一個更寬的頻譜，同時也可以把一些不連續(xù)的頻譜碎片聚合到一起，從而達到提高帶寬的效果，而三載波聚合就是把三個載波（可以是相同也可以為不同）聚合在一起。

如果我們把載波比喻成高速公路車道，載波聚合就像是高速公路的擴容，比如把原來四車道更改成八車道，顯然現(xiàn)在車道更多，這樣可以容納更多車輛同時通行，提高了高速公路的通行效率。比如這次廣州移動測試的4G LTEAdvanced Cat.9三載波聚合就是通過聚合2575MHz～2635MHz頻段帶寬為60MHz的三個載波（每載波20MHz），現(xiàn)場LTE網(wǎng)絡(luò)的實際峰值速率達到290Mbps以上，已經(jīng)非常接近330Mbps的理論極限，三路載波聚合大大提高4G網(wǎng)絡(luò)的下載速率（圖1）。

Mbps換算

Mbps即Milionbit pro second（百萬位每秒），1Mbps=1000Kbps=1000/8KBps=125KBps，即1M的帶寬下載的速度理論最高值是125KB/s。這里的Mbps即我們常說的100M、50M寬帶的單位，現(xiàn)在三載波聚合最高下載速度可以達到450Mbps，即最快下載速度可以達到54.93MB/S（即1S可完成50MB大小文件的下載），也就是說現(xiàn)在3GB大小的Windows 7安裝文件，大約1分鐘即可完成下載了。

為什么更快

三載波聚合背后的技術(shù)

那么為什么將多個頻率的載波聚合在一起就可以提高4G網(wǎng)絡(luò)的下載速率？其實這從香農(nóng)定理就可以推導(dǎo)得到。香農(nóng)定理的公式是：C=B ×log2（1+S/N），其中的C是信道支持的最大速度或者叫信道容量，這里我們也可以把C理解為下載速率；B是信道的帶寬，在4G網(wǎng)絡(luò)中就是載波的帶寬，S/N是信噪比。

顯然根據(jù)公式的定義，如果要提高下載速率，一是提高S/N的值，現(xiàn)在4G網(wǎng)絡(luò)采用高效的編碼方式和高階的調(diào)制方式進行優(yōu)化，基本上已經(jīng)將S/N優(yōu)化到最高值，另一個方法則是對信道的帶寬進行提升。實際上無線網(wǎng)絡(luò)從最初的撥號上網(wǎng)一直到現(xiàn)在的4G，網(wǎng)絡(luò)提速的方法也主要是通過提高信道的帶寬實現(xiàn)。如通常音頻電話連接支持的頻率范圍為300Hz到3300Hz，即公式中的B=3300Hz-300Hz=3000Hz，而一般鏈路典型的信噪比是30dB，即S/N=1000，因此我們可以求出電話撥號的理論下載速率是C=3000×log2（1+ 1000） ≈30Kbps，這就是28.8Kbps調(diào)制解調(diào)器下行的理論上的最大值。

移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在不斷進步，與之對應(yīng)的信道帶寬也在不斷提高。如2G的GSM每個頻點的帶寬200kHz，3G每個用戶的可用帶寬是5MHz，而現(xiàn)在4G-LTE的可用帶寬是20MHz。信道的帶寬（即B值）從GSM的200kHz提升到現(xiàn)在4G-LTE的20MHz，網(wǎng)速也相應(yīng)的從9.6Kpbs提高到100Mbps（理論最高值），其中的幕后功臣就主要是信道帶寬的提高（圖2）。

不過隨著高清電影、視頻通話等高帶寬需求的普及，用戶對移動帶寬的要求越來越高，因此運營商就通過載波聚合技術(shù)來提高信道的帶寬，通過疊加多條的載波來提高香農(nóng)定理中的B值，從而實現(xiàn)下載速率的提升（即提高C值）。目前載波聚合可以實現(xiàn)頻段內(nèi)連續(xù)載波聚合、頻段內(nèi)非連續(xù)載波聚合和跨頻段非連續(xù)載波聚合等多種聚合。比如“20MHz+20MHz+15MHz”三載波聚合，可以將下載速度提高到410Mbps，而理論上還可以做到“20MHz+20MHz+20MHz”載波聚合，峰值速度更是可以達到驚人的450Mbps，這個速度已經(jīng)遠遠超過我們?nèi)粘Ｊ褂玫?00M有線寬帶的速度了（圖3）。

網(wǎng)速更快 我們生活更愜意

由于載波聚合可以大幅提高無線網(wǎng)絡(luò)的下載速度，顯然下載速度的提升可以為我們的移動生活帶來更多的便利。比如隨著高清屏手機的普及，相應(yīng)的我們希望在手機上可以直接欣賞高清視頻，而載波聚合技術(shù)帶來的高速下載速度則可以很好地滿足我們這方面的需求。在這次廣州移動的測試中，即使是4K視頻的在線點播也基本沒有停頓，可以非常流暢地進行點播。同時載波聚合技術(shù)對于手機用戶之間高清圖片的傳輸、大型文件的共享也都會帶來更多的便利。

對于終端廠商來說，因為載波聚合技術(shù)需要手機終端芯片的支持，這樣廠商可以為他們的產(chǎn)品增加差異化，并大幅提升用戶體驗。顯然在同等價格的前提下，可以擁有更快下載速度的4G手機肯定更受消費者的歡迎，載波聚合技術(shù)的普及也會讓用戶更好地享受到極速4G的服務(wù)，同時加快4G手機的更新?lián)Q代（圖4）。