科普：千兆级LTE技能深度解析_载波_调制解调器

图1：从LTE到千兆级LTE的演进进程

要理解千兆级LTE技能，首先我们要熟习一下LTE技能的观点。
LTE，全称长期演进（Long Time Evolution），是由3GPP（The 3rd Generation Patnership Project，第三代互助伙伴操持）组织制订的，关于UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）技能标准的长期进化方案，又称4G（4th Generation，第四代移动通信）技能，是3G技能的后继者。
与3G通信技能比较，4G的最大进化便是数据传输带宽大幅提升，由10Mbps级别提升到了100Mbps级别。
4G网络在环球的广泛遍及，|极大推动了移动互联网行业的发展。

随着4G网络培植基本完毕，通信行业又将目光转向了新一代通信技能，以进一步提升网络带宽、降落网络延迟、扩大做事范围。
在这样的需求下，4G LTE标准的紧张贡献者美国高通公司，又主导推动了千兆级LTE标准，又称LTE A-Pro。

与4G LTE比较，千兆级LTE是前者的技能升级，仍属于4G通信技能的范畴，但也是通向5G（第五代移动通信）技能的基石。
千兆级LTE的最大特性，便是通信带宽从100Mbps提升到了1Gbps乃至更高，达到了高速光纤宽带的水平。

作为LTE技能的升级方案，运营商迁移到千兆级LTE网络须要做的事情不是太多，技能实用化的关键是用户真个调制解调器技能升级。
高通公司在2016年发布的骁龙X16 LTE调制解调器是业内第一颗支持千兆级LTE技能的调制解调器，同样也是首款商用的千兆级调制解调器。
2017年初发布的骁龙835移动平台就集成了骁龙X16 LTE调制解调器，标志着千兆级LTE技能在用户端正式实用化。

接下来，我们就以骁龙X16 LTE调制解调器为例，先容千兆级LTE技能的关键特性和实现事理，它们分别是高等载波聚合、高阶调制、高等MIMO、增强频段接入和超低延迟。

1、高等载波聚合

图2：高等载波聚合——最多5个20MHZ载波

所谓载波，便是通信网络中用来传输数据的频谱资源。
例如，基站与终端利用一个700-710MHZ的频段来传输数据，这便是一个10MHZ的载波。
显然，传输数据的频谱越宽，带宽也就越高。

但是可用于长间隔通信的频谱资源是有限的，加上抗滋扰能力、功耗发热等成分，网络通信可用的频谱并不多，且较为分散。
在4G网络中，常用的载波频谱宽度只有20MHZ，这一数字短期是很难大幅提升的。

为了实现更高的数据传输带宽，高通公司创新地引入了载波聚合这一观点。
所谓载波聚合，便是同时利用多个分散的载波传输数据，使得总频谱宽度大幅提升，从而显著提升带宽的方案。
在千兆级LTE标准中，最多可以同时利用5个20MHZ的载波进行数据下传，总带宽最高100MHZ。

骁龙X16 LTE调制解调器支持4个载波聚合传输，而今年发布的骁龙X20 LTE调制解调器则更是支持5个载波聚合。
载波聚合不仅大幅提升了数据传输效率，还明显增强了数据传输的稳定性。
多个载波即便有一两个受到滋扰也不会导致传输中断或带宽明显低落，用户体验更出色。
此外，载波聚合充分利用了碎片化的频谱资源，无需运营商进行大规模技能升级（不用去扩大每个载波的带宽），也降落了千兆级LTE网络的支配本钱。

然而，载波聚合技能实现起来也有一些困难。
将数据分散在多个载波上传输，调制解调器就须要很高的处理速率来实时分配数据包，确保数据流均匀分配到每个载波上；当某个载波涌现滋扰，有效带宽降落时，调制解调器还须要迅速相应，减少这一载波的负载；不同载波的数据传输到调制解调器端时，调制解调器要精确地对数据进行合并，避免出错；多个载波同时事情，对调制解调器的功耗、抗滋扰能力的压力也要大得多。

高通在研发千兆级LTE调制解调器时，付出了大量努力来办理上述问题。
骁龙X16 LTE调制解调器基于前辈的14nm工艺制造，核心数据处理性能远超其它产品，抗滋扰性能也更胜一筹。
结果，实现4载波聚合的同时，骁龙X16 LTE调制解调器的功耗水平更低，稳定性更好，表现非常出色。

2、高阶调制

图3：高阶调制——从64QAM到256QAM

千兆级LTE的第二大关键技能是256-QAM。
QAM全称正交振幅调制，是将传输数据的载波进行旗子暗记调幅以扩展带宽的办法。
数据在传送前被分解为多路，经由QAM处理后同时由载波发送出去，从而提升传输带宽。

4G LTE标准利用的QAM规格是64-QAM。
64是2的6次幂，以是64-QAM每次发送的旗子暗记有6bit。
高通在千兆级LTE标准中将QAM扩展到了256-QAM，也便是每次发送8bit的数据，有效带宽比64-QAM提升1/3。

更风雅的QAM调制也须要调制解调器有更高水平的运算速率与抗滋扰能力。
为此，高通大幅提升了骁龙X16 LTE调制解调器的核心性能，并引入了更加可靠的误码处理机制，使256-QAM的可靠性、稳定性达到了与64-QAM相称的水平。
而前辈的制造工艺也让骁龙X16 LTE调制解调器不会因更繁芜的调制解调任务而花费更多的电力。

3、高等MIMO

图4：高等MIMO——4到8路天线同时收发

MIMO，亦即多路发射/接管，是指在数据的发射端和吸收端分别利用多个天线，同时传输数据以成倍提升带宽的办法。

在4G LTE技能中，MIMO的规格被限定在了2x2，也便是2路天线收发数据。
千兆级LTE标准最高支持8x8的MIMO。
而骁龙X16 LTE调制解调器目前支持在两个载波上实现4x4MIMO的传输，也便是用四根天线同时吸收数据。

MIMO的技能难点在于不同天线之间的相互关扰，以及对分流数据的处理和聚合。
骁龙X16 LTE调制解调器利用了全新的高通WTR5975 RF收发器，利用一颗芯片就可同时处理四路天线的数据收发事情，最大程度降落了不同天线数据滋扰的几率。
同时，骁龙X16 LTE调制解调器强大的核心处理性能让多路天线的数据分发、聚合事情也变得非常轻松，充分利用了多天线的带宽上风。

4、增强频段接入

图5：增强频段接入——多种频段无缝切换

增强频段接入是高通在千兆级LTE技能上的又一主要创新。
众所周知，4G LTE标准分为FDD和TDD两大分支，很多运营商都会同时支配TDD和FDD网络。
此外，还有很多频段（如2.4G/5G，常用于WiFi连接）也可以在LTE传输中加以利用。
通过增强频段接入，千兆级LTE网络可以同时利用FDD、TDD与其他频段进行数据传输，或者在不同频段间无缝切换，提升性能和稳定性。

例如，某地区的TDD网络旗子暗记较好，此时终端以TDD标准接入网络；终端移动到室内时，室内的5GHZ频段连接条件更佳，则终端就可以无缝切换到这一频段以担保传输速率和稳定性，过程中用户完备不会察觉。
在增强频段的支持下，运营商可以在不同环境中支配最得当的网络接入频段，充分利用不同频段的各自上风，降落网络的培植和运营本钱。

骁龙X16 LTE调制解调器是最先运用增强频段接入的调制解调器产品。
今年早前发布的环球首款1.2Gbps调制解调器——骁龙X20 LTE 调制解调器继续了这一特性。
关于增强频段接入与运营商网络支配的更多细节将不才一篇文章中详细剖析。

5、超低延迟

图6：超低延迟

此外，千兆级LTE标准还在降落数据传输延迟方面做出了努力。
通过改进LTE的数据传输构造，缩短各个传输环节中的旗子暗记处理周期，千兆级LTE的传输延迟可以比4G LTE降落一个数量级。

图7：超低延迟的实现

高通在调制解调器中的改进也使传输延迟进一步缩短。
得益于更高的处理速率、优化的软件架构、高度集成的芯片设计与前辈工艺带来的低功耗、低滋扰特性，骁龙X16和X20 LTE调制解调器在数据延迟方面有了明显进步。
传输延迟显著缩短之后，用户的通话、游戏、直播视频等体验就会更加流畅自然，很多须要实时相应的工业设备也可以利用移动互联网进行远程掌握和交互了。

千兆不是终点，只是新的开始

在多种全新技能创新的帮助下，骁龙X16 LTE调制解调器得以实现最多10个数据流，每个数据流100Mbps的并行传输，下载速率最高可达1Gbps。
然而，骁龙X16 LTE调制解调器并不是千兆级LTE的终点：今年初，高通发布了环球首款1.2Gbps调制解调器——骁龙X20 LTE 调制解调器，通过5路载波聚合使下载速率提升到了1.2Gbps，代表了当前LTE技能的顶峰。

事实上，千兆级LTE技能是5G技能的基石，而本日的高通已经在为5G做准备了。
业界第一颗5G标准的调制解调器，骁龙X50将于今年下半年出样片，明年推出客户终端产品，并在2018年韩国平昌冬奥会正式首次利用5G技能。
骁龙X50 LTE调制解调器将支持8载波，采取自适应波速成型和波速追踪的MIMO天线技能，实现最高5Gbps的峰值下载速率，只需8秒中即可下载5GB大小的电影。

图8：5G技能展望

从骁龙X16到X50，高通公司帮助运营商和用户无缝从4G LTE过渡到5G技能，并将在2019岁首年月次上马5G。
无论对高通公司，还是对运营商和用户而言，千兆带宽都只是移动互联网下一波浪潮的开始。
未来的移动互联网将在此根本上产生若何的改造与变革，让我们一起期待。

版权声明：文中引用图片皆经美国高通公司授权利用，未经容许不得引用