為什么更快解讀LTE—ACat.9三載波聚合

技術宅

近日廣州移動聯合QualcommTechnologies和中興通訊宣布，三方共同合作，聯手開展“4G LTEAdvanced Cat.9三載波聚合”技術試驗。這種技術大幅提高4G網絡的下行速度，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？它為什么可以提高4G網絡的下行峰值？

知識掃盲

認識三載波聚合技術

載波是一個特定頻率的無線電波，它是現在無線通信使用的信息載體，比如現在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），現場LTE網絡的實際峰值速率達到290Mbps以上，已經非常接近330Mbps的理論極限，三路載波聚合大大提高4G網絡的下載速率（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

那么為什么將多個頻率的載波聚合在一起就可以提高4G網絡的下載速率？其實這從香農定理就可以推導得到。香農定理的公式是：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網絡中就是載波的帶寬，S/N是信噪比。

顯然根據公式的定義，如果要提高下載速率，一是提高S/N的值，現在4G網絡采用高效的編碼方式和高階的調制方式進行優化，基本上已經將S/N優化到最高值，另一個方法則是對信道的帶寬進行提升。實際上無線網絡從最初的撥號上網一直到現在的4G，網絡提速的方法也主要是通過提高信道的帶寬實現。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調制解調器下行的理論上的最大值。

移動網絡技術在不斷進步，與之對應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提升到現在4G-LTE的20MHz，網速也相應的從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來提高信道的帶寬，通過疊加多條的載波來提高香農定理中的B值，從而實現下載速率的提升（即提高C值）。目前載波聚合可以實現頻段內連續載波聚合、頻段內非連續載波聚合和跨頻段非連續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，這個速度已經遠遠超過我們日常使用的100M有線寬帶的速度了（圖3）。

網速更快 我們生活更愜意

由于載波聚合可以大幅提高無線網絡的下載速度，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，因為載波聚合技術需要手機終端芯片的支持，這樣廠商可以為他們的產品增加差異化，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，載波聚合技術的普及也會讓用戶更好地享受到極速4G的服務，同時加快4G手機的更新換代（圖4）。