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新興市場聯網需求激增 多頻多模行動寬頻錢潮湧現

2013-10-14
多頻多模LTE商機一波接一波。繼先進國家陸續啟動LTE網路商轉後,新興國家發展LTE的需求也開始湧現,電信商和晶片業者因應中國大陸、印度等新興國家的頻譜規畫,正競相加碼多頻多模LTE解決方案的投資布局,期順利掌握新一波市場商機。
2013年是全球智慧型手機產業轉變的關鍵一年。今年第一季,全球智慧型手機共出貨兩千一百六十二億支,占全球手機出貨量的51.6%,首次超越功能型手機出貨量。

由於智慧型手機可搭載各種聯網服務及應用程式,因此終端用戶對於行動寬頻的要求愈來愈高。

全球電信營運商和網路服務供應商也加緊腳步升級網路至下世代行動通訊技術,以滿足日益高漲的網路流量需求。

就市場面而言,智慧型手機價格不斷下滑、新的行動作業平台切入、平板電腦的快速增長,加上市場逐漸從發展成熟地區轉向中國大陸、印度等新興市場,讓智慧型手機走向兩極化發展,整體產業鏈也大幅改變中。

除此之外,中國大陸的行動通訊市場與主導技術發展的能力,也將影響2013年行動通訊市場。

中國大陸TD-LTE市場商機熱燒

2013年智慧型手機發展的成長動力,開始轉向新興市場,由於市場高度競爭以及零組件降價,促使價格不斷下滑,且中低階手機界線日漸模糊,市場走向兩極化發展;而中國大陸本土品牌的低價模式,已逐步擴散至全球,中興、華為與聯想更居全球智慧手機市場前十大之列。

在自主技術方面,中國大陸方面為了擁有較高的技術、專利掌握度,從過去就以分時-同步分碼多重存取(TD-SCDMA)為主,現在正進行TD-SCDMA升級分時-長程演進計畫(TD-LTE)。

中國移動在2013年將採購二十餘萬座TD-LTE基地台,且已啟動第一波TD-LTE終端採購計畫,讓整個產業鏈活絡起來。

此外,大陸工信部也已經開始啟動TD-LTE-Advanced的實驗計畫,盼能為大陸4G長遠發展預先鋪路,並就載波聚合(CA)技術、中繼(Relay)通訊技術與整合異質網路技術進行研究與實網布建。中國大陸的崛起,將為2013年行動通訊市場注入一劑強心針,也挑戰整個產業鏈的生態。

多標準無線通訊技術重要性與日俱增

隨著蜂巢網路持續向3.9G和4G邁進,基地台發射器也將全面過渡到新的階段。下一代基地台發射器與接收器可支援較高的頻寬,而且在一條發射器路徑中不只包含一種無線格式的多載波(Multiple Carriers, MC),而是可包含多種格式。

圖1 MSR單一收發機路徑支援多種行動通訊規格的多載波訊號。
舉例來說,現在一個多標準無線(MSR)基地台,可以同時發射全球行動通訊系統(GSM)、寬頻分碼多重存取(WCDMA)和LTE多載波訊號(圖1)。

根據ABI Research研究,預估2015年時,MSR基地台將占93%的整體出貨量。

由於在蜂巢式網路中支援多種格式的能力,對於縮小基地台的尺寸和降低其成本極為重要。

因此,MSR基地台可望使目前建置的2/3G無線格式,順利且完美地移轉到3.9G,甚至4G技術。

儘管這項優點可以嘉惠網路業者、服務提供者和消費者,但採用MSR MC配置是要付出代價的,亦即必須重新考量MSR基地台發射器的設計與測試問題。

多天線技術提高細胞邊緣傳輸效能

提高細胞邊緣傳輸效能是所有無線蜂巢式通訊系統的最大挑戰,因為周遭充斥著大量雜訊與極高的細胞間干擾,導致用戶端裝置的傳輸嚴重惡化。如圖2所示,多天線波束成形(Beamforming)傳輸技術發揮了關鍵作用,特別是當TD-LTE網路的上行鏈路和下行鏈路具有相同的頻率,而且通道可以互易。波束成形技術具有選擇性、干擾管理和同調訊號增益等優點,可確保更一致的使用者體驗,並且讓所有細胞提供的重要服務都具有可接受的效能。

圖2 (a)透過波束成形技術提升細胞邊緣的傳輸效能;(b)透過波束成形技術與MU-MIMO增加細胞容量。

不過從eNB發展的角度來看,多天線波束成形傳輸技術同時也帶來了各種測試挑戰,包括須要驗證用來產生波束成形權重的基地台基頻接收/發射演算法是否正確執行,並須準確驗證射頻(RF)天線的基地台校驗效能。測試波束成形傳輸系統時,必須小心修正所採用的實體量測配置。

另外,由於波束成形技術必須與空間多工技術結合使用,因此還須驗證RF天線每個多重輸入多重輸出(MIMO)層的EVM性能。

多點協調技術提升頻譜使用效益

如圖2所示,在行動通訊系統中,位於細胞邊界的用戶通常會因為訊號較弱,且易遭受其他細胞的訊號干擾因而訊號品質較差。因此基於各基站間相互協調與合作的技術已成為第四代行動通訊中不可或缺的重要技術之一。

目前在3GPP Rel-11下行鏈路多點協調(CoMP)技術定義了四種應用場景,主要包含應用於同質網路的場景1與2,和異質網絡的場景3與4,技術上須克服干擾協調/排程、控制通道與參考訊號特性等議題與研究。

LTE網路語音傳輸朝完全覆蓋目標前進

第三代合作夥伴計畫(3GPP)在LTE蜂巢式無線行動通訊標準的設計上,基於其全IP封包環境的特性,故意不支援現有的電路交換(Circuit-switched)語音服務。這項決定是基於行動電信業者將直接採用此基於IP的全新基礎建設(圖3),來取代他們既有2G和3G網路的想法。

圖3 通訊產業正朝向完整的LTE網路語音服務發展。

產業最後可能會朝向純LTE網路發展,不僅要達到完全覆蓋,還要在LTE網路上透過IP來傳輸所有的服務,如數據、語音、SMS和上網應用。

載波聚合技術將成為通訊市場主流

載波聚合不是LTE-Advanced新創的,過去已曾用於高速封包存取(HSPA)和1xEV-DO Release B。LTE-Advanced具有多項顯著效益,包括能夠發揮先進行動網路的優勢,並可實現下行1Gbit/s和上行500Mbit/s的目標峰值資料速率。LTE-Advanced標準是3GPP第十版標準(Release 10)的核心,並已被正式訂為4G IMT-Advanced標準。

LTE-Advanced主要建構於LTE標準之上,並維持其基本結構。同時,它也加入了某些新功能,包括多項LTE Release 8/9實體層增強特性,以及未來將於LTE Release 10和更高版本中發展的其他技術。

此外,多數服務供應商都沒有大量的連續頻寬資源可用,因此IMT-Advanced載波聚合技術可為業者提供更大的頻寬。目前北美電信營運商T-Mobile、Verizon已計畫可望於今年下半年啟動部分LTE-Advanced網路商用服務。在終端晶片方面,博通(Broadcom)與高通(Qualcomm)均在2013年行動通訊大會(MWC)展場針對載波聚合進行示範活動,藉此布局市場商機。

多模多頻的發展基調逐步成形

雖然全球分頻雙工(FDD)LTE商業化運營服務如火如荼展開,但在中國移動積極推動下,全球投入TD-LTE網路建置的營運商也日益增多。

截至2012年11月已有十一個TD-LTE商用網路,更有約四十個TD-LTE網路正在測試實驗階段。

中國移動公布TD-LTE終端採購標案,要求部分終端應兼容FDD-LTE、TD-LTE、TD-SCDMA、WCDMA、GSM等五大模式且支持的十二個頻段,提供國際版漫遊頻段規格,進一步加快大陸TD系列技術標準在全球化的發展腳步,然多模多頻也同時帶來終端裝置與整體測試成本增加的挑戰。

增強型多天線傳輸提高頻譜效率

為改善單一用戶的最高資料速率並達到頻譜效率要求,LTE-Advanced在下行鏈路指定多達八個發射器,以使用8×8空間多工。

使用者設備(UE)則最多可支援四個發射器,結合基地台的四個接收器,可在上行鏈路進行4×4傳輸。MIMO會增加系統中的天線數量,而MIMO天線必須進行去關聯(De-correlated)處理。設計具良好去關聯的多頻帶MIMO天線,使其能夠在LTE-Advanced UE的狹小空間內運作是一大挑戰。

增強型上行鏈路提高頻譜效率與彈性

今日的LTE上行鏈路係採用強大的單載波分頻多工(SC-FDMA)技術,其結合正交分頻多工(OFDM)技術的許多彈性部分,以及單載波系統的低峰值平均功率比(PAPR)。

SC-FDMA會在連續的頻譜區塊中分配載波,因而限制了排程(Scheduling)的彈性。LTE-A在上行鏈路中使用叢集式(Clustered)SC-FDMA,可同時傳輸在不同的頻譜區塊上的載波。

也就是說,不再限制一次只能傳送一個載波,透過可選擇頻率的元件載波排程方式來改善鏈路效能。另外,將PUCCH和PUSCH排定在一起,則可以大幅縮短延遲。

叢集式SC-FDMA有助於達到上行鏈路的頻譜效率要求,並可向下相容於現今的LTE。但該技術會提高PAPR而使發射器產生線性度問題,而同時使用PUCCH和PUSCH也會提高PAPR值,對於手機放大器的設計、最大發射功率的考量就相對複雜。再者,使用多載波訊號將會增加在通道內和相鄰通道產生雜波干擾訊號的機會。

異質網路將是未來網路的技術核心

行動通訊已進展至LTE/LTE-Advanced技術,各家電信業者積極布局以擴大無線寬頻網路容量與網路覆蓋率,以提供更優質的服務品質。電信業者須掌握具可擴展性的頻寬和低成本而高品質的寬頻技術,才能負擔營運成本和資本支出,提升網路建置的投資報酬率,異質網路(Heterogeneous Network)便應運而生。

異質網路能夠改善行動網路寬頻壅塞、室內訊號不良等問題,並具備商用終端連結的功能。

異質網路是由大型基站、RRH(Remote Radio Head)、分散式天線系統(Distributed Antenna System, DAS)、中繼與小型基地台(Small Cell)組成(表1),並整合無線區域網路技術。透過各種小型基站與節點,可以依照網路流量或涵蓋情況的特定區域,彈性與迅速地建置異質網路。此外,異質網路不論在網路或用戶端所消耗電量較低,也朝向綠色節能網路的目標前進。

(本文作者為安捷倫行銷處資深產品經理)

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