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LWA/LTE-U/LAA活用免執照頻率 LTE聚合5GHz頻段飆出極速
新通訊 20177 月號 197 期《 封面故事 》
文.蔡玉青
資料傳輸量迭創新高,既有頻段已不敷使用,如果讓LTE能夠在5GHz頻段上運行,或可稍解燃眉之急。相關技術包括LWA、LTE-U、LAA等,有些能夠沿用舊有硬體減少成本支出,有的則是利用載波聚合技術以及避免干擾機制來運行,何者能夠勝出,仍待觀察。
現有商用授權頻段難以應付龐大的傳輸量,使長程演進計畫(LTE)技術朝提升頻譜使用效率及頻段整合邁進。未授權頻譜LTE(LTE-U)、授權輔助接取(LAA)、LTE/Wi-Fi聚合(LWA)等是讓LTE能在5GHz上運行的接取模式,利用免執照頻段彌補現有執照頻段的不足,提高資料傳輸效率。 

LWA指的是LTE Wi-Fi聚合(LTE-Wi-Fi Link Aggregation),其標準於2016年3月發布的R13中底定。LWA的運作概念是利用既有Wi-Fi存取點(AP),將一部分流量經由Wi-Fi AP傳輸,其他則透過LTE本身傳送,以進行數據分流進而提升LTE服務的容量。 

LWA架構中包含LTE基地台(Evolved Node B, eNB)、LWA-aware Wi-Fi AP以及用戶端(UE);用戶終端採用LWA,部分LTE流量透過Wi-Fi AP進行傳輸,剩餘流量通過LTE自身運行。在Wi-Fi接入點收集的流量經Wi-Fi AP,隨即會被傳送回LTE小蜂巢基地台,這些流量在LTE小蜂巢基地台結合一起,然後發送到核心網站(Evolved Packet Core, EPC)。 

LWA Wi-Fi AP和LTE eNB連接,將通道狀況回報eNB,藉由LTE與Wi-Fi的射頻與負載條件判斷是否啟用LWA Wi-Fi AP,達到管理無線電資源的目的,當LWA Wi-Fi AP未啟用時,可作為本地Wi-Fi AP使用。 

LWA技術是利用既有的硬體設備,只要LTE基地台、Wi-Fi AP、用戶終端導入支援LWA的軟體即可運作。在導入成本相對較低的情況下,已布建大量Wi-Fi AP的業者將可望優先導入。 

例如2016年8月新加坡第三大電信營運商第一通(M1)宣布將於新加坡全島500多個熱點安裝小型基地台(Small Cell)和無線網路設備,建立當地規模最大的異構網路(HetNet),計畫包括在新加坡高流量站點構建小型基地台和Wi-Fi接入平台,並透過LWA技術完善第一通公司的4G+網路,預計2017年開始接入速度可提升至1Gbit/s以上。 

載波聚合技術衍生 LTE-U/LAA搶市 

LTE-U與LAA LTE都是基於載波聚合(Carrier Aggregation, CA)以及補充下行鏈路(Supplemental Downlink, SDL)技術衍生出來的應用模式,運作時須配備支援5GHz的LTE設備以及小型基地台。 

LTE-U與LAA的運作基本概念是將5GHz免執照頻率與LTE執照頻率進行載波聚合,並於LTE網路上進行資料傳輸。LTE-U和LAA以LTE執照頻段作為主要載波、免執照頻段作為補充載波,彌補現有執照頻段的不足。為了避免干擾目前已使用5GHz頻段的裝置,LTE-U與LAA均採用動態頻率選擇(Dynamic Frequency Selection, DFS)技術,在適當時機啟動換頻道機制。 

LTE-U與LAA主要差異在於採用不同的避免干擾機制。LTE-U以Rel.10/11/12做為設計基礎,採用載波感測調適傳輸(Carrier Sense Adaptation Transmission, CSAT)技術避免干擾,CSAT會感測鄰近節點的使用情況,調整未授權頻段內次級基地台的LTE-U開關工作週期,工作週期依據活躍Wi-Fi AP數量和通道用量決定,以達成在同一通道與其他裝置公平分享。LAA則採用先聽後送(Listen Before Talk, LBT)機制,先對欲使用的免執照頻段進行偵測,無其他設備占用時才會進行連線,此技術標準於2016上半年公布的Rel.13確立(表1)。 

表1 LTE-U及LAA比較

資料來源:資策會MIC(12/2016)

協調免執照頻段 LBT機制先聽後送 

歐洲與日本對未授權頻段設有額外的規範,其中包含對通道占用的限制、最低占據頻寬等,所以這些國家將適用LAA技術,因為LAA選擇通道時採用LBT機制,LBT是由第三代合作夥伴計畫(3GPP)與國際電機電子工程師學會(IEEE)共識發展而來,在使用頻段前會先偵測該頻段是否已被使用,能符合歐洲的歐洲電信標準協會(ETSI) EN 301 893內的LBT規範。 

LBT機制對公平分享未授權通道而言相當重要,而LTE-U並未執行這種機制,LTE-U採取的CSAT機制其問題在於傳輸之前不會對通道進行偵聽和感應,會干擾Wi-Fi傳輸。此外,傳輸時間和資源分配將完全由LTE-U控制,這些因素影響使用未授權頻段的公平性。 

歐洲與日本等地區的法規規定未授權頻譜必須採用LBT,因此這些地區無法部署LTE-U,而美國、南韓、歐洲、中國大陸及印度對免執照頻段無特別規定,可部署TEL-U,但由於LTE-U的本質有爭議,美國聯邦通訊委員會(FCC)主管機關也在檢視無線通訊業者的反應,並評估是否有需要修訂相關法規。 

公平分享頻譜待解 各方爭議未達共識 

針對LTE-U設備公平分享頻譜的問題,Wi-Fi聯盟於2016年9月底發布「LTE共存模擬與測試指導原則(LTE Coexistence Simulation and Testing Guidelines)」,此計畫受到來自高通(Qualcomm)等業者反對,認為其中的Wi-Fi接收訊號強度(RSSI)值訂定太過嚴苛,且計畫缺乏技術優勢。 

至今在美國LTE-U與Wi-Fi共存問題仍未達成共識,仍然處於測試階段,例如除了2016年9月高通就曾要求美國FCC核准電信營運商T-Mobile的LTE-U拓展測試外,2016年11月Verizon進一步向FCC提出802.11 Wi-Fi技術以及LTE免執照5GHz頻段的測試申請。雙方陣營仍在較勁之中,使得美國LTE-U商轉時程一直被延後。 

LAA在公平使用原則沒有爭議,但在部署上也有少許問題要被解決。首先是大多數的國家電波監管機構對免執照頻段的使用規範仍然有諸多前提,譬如發射功率的限制大多在20∼25dBm間。在5GHz如此高的頻段有效涵蓋範圍頂多只有100∼200公尺(m),比起低頻的執照頻段涵蓋距離短得多,造成實際部署上主要載波與次要載波不對稱的困難問題,使得大多數的用戶端無法接取到免執照次要頻段,降低了LAA的實用性,除非電信業者建置大量的小型基地台才能發揮LAA的效能。 

技術可以商業化,並不是業者導入的唯一考量因素,以下就LTE-U、LAA和LWA技術特性背後代表意涵,討論業者導入時仍需考量的因素。 

就企業內部而言,營運商是否獲利與用戶數以及通話量相關,在導入LTE-U等技術後,原本行動電話用戶經由Wi-Fi AP上網的免費流量將由LTE-U/LAA/LWA方式回歸LTE核心網站,成為計費的數據流量,可能因此提高每用戶平均收入(Average Revenue Per User, ARPU)。 

此外,統一的管理提升網路的可視性,有助提升網路效益。導入LTE-U/LAA只須維運LTE網路,比原本維運LTE和Wi-Fi AP兩套網路的管理相對簡化。 

但是另外一方面,由於LTE-U/LAA是整合免執照5GHz頻譜,不是電信業者的專屬頻譜,越多第三方使用該頻譜,頻譜性能將會越低,造成電信業者不易評估投資報酬率而裹足不前。 

就企業外在因素而言,可分為兩種不同客戶討論,一是企業用戶、二是一般消費者。企業用戶方面,5GHz頻率的覆蓋半徑較小,應用情境主要是具有高數據流量的公共場所或企業,設備以小型基地台為主。然而,前述的場所大多已經覆蓋Wi-Fi AP,對現行用戶而言,電信業者是否能夠提出完善的配套採購方案,誘使企業用戶更換現有設備是一個問題,因為服務企業用戶需要的整體性的考量,而非單一因素。至於一般消費者,目前在公共場所包含機場、車站等通常有提供免費Wi-Fi,消費者是否會因為追求高速傳輸,轉而使用須付費的網路也是需要考慮的問題。 

(本文作者為資策會MIC資深產業分析師)

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