全球通用行動通訊系統(Universal Mobile Telecommunications System, UMTS)營運商正體驗高速封包存取(HSPA)帶來的極大成功，且正迅速推出具備行動寬頻能力與大量資料傳輸容量的HSPA新服務。3GPP目前正定義長程演進計畫(LTE)，使UMTS營運商以HSPA的成功為基礎，提供更高的傳輸峰值速率與更低的網路延遲，同時與HSPA相輔相成，在高需求地區支援更佳的寬頻經驗，同時運用更寬的新頻譜。
LTE為先進並以正交分頻多工存取(OFDMA)技術為基礎的行動寬頻技術，由3GPP研發的新核心網路所支援。LTE的設計目的是為提供與現有UMTS網路共通且持續服務的能力，讓UMTS營運商能繼續運用現有在UMTS/HSPA與未來HSPA+的投資。LTE提供極佳的頻譜效率、低時間延遲和高數據傳輸峰值，如在20MHz時，支援下行高達150Mbit/s及上行75Mbit/s的速率，並且運用HSPA/LTE多模裝置，發揮最大效益。LTE也整合先進的OFDMA與天線技術，例如多重輸入多重輸出(MIMO)、分區多重存取(SDMA)、波束成形(Beam Forming)等，強化傳輸速率與穩定性。
頻寬擴增如虎添翼
LTE運用更寬的新頻段，藉由在高需求區域提供更大容量，輔助HSPA與HSPA+網路部署。LTE的OFDMA技術在更大頻寬中提供逐步增加的容量。就效能觀點而言，LTE充分運用OFDMA優點，最適用於10M～20MHz頻段。LTE則較不適用於5 MHz以下頻段；在5MHz頻段且使用同樣數目的天線時，HSPA+提供與LTE相似的容量與傳輸峰值速率。
如圖1所示，LTE可彈性支援20MHz以下多個頻段，且每位用戶的可用峰值速率及平均使用速率與頻寬成正比。LTE更支援分頻多工(FDD)與分時多工(TDD)模式，讓營運商可因應所有頻譜類型。
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| 圖1 LTE在更大頻寬中，具有較佳的傳輸效率。 |
攜手HSPA相輔相成
HSPA+運用後續的投資與後向相容裝置，進一步提升網路效能。HSPA+將確保整個網路擁有一致的用戶體驗，且讓營運商可分階段推出LTE，使LTE可於人口稠密的都市先行推出，然後逐步擴展至其他地區。無論空中連線(Airlink)為何，共通的IP多媒體子系統(IP Multimedia Subsystem, IMS)網路都可在整個網路提供用戶同樣的服務體驗。
在5MHz範圍，HSPA+提供與LTE相似的容量與峰值速率，且在LTE覆蓋範圍之外提供相似的用戶體驗與延續服務。在4×4MIMO技術下，透過在Node B與用戶裝置使用四個接收和傳送天線，LTE可提供更高的峰值速率與平均速率。此外，HSPA+支援高容量網路語音通訊協定(VoIP)，讓仰賴VoIP的LTE系統持續提供語音服務。
LTE使用名為升級封包核心(Enhanced Packet Core, EPC)的新核心網路，容許建立更扁平、以網際網路協定(IP)為基礎的基礎網路架構。LTE與EPC的設計過程強調與UMTS及GSM等現有3GPP科技維持互通，這點將確保HSPA+和LTE能夠共存。此外，EPC同時可以減少網路延遲時間，並且簡化網路營運與維護工作。
如圖2所示，營運商初期以高需求區域為重點，在LTE覆蓋區域外使用HSPA/HSPA+，然後在數據服務需求漸增時分階段建立LTE網路。支援LTE與現有3GPP科技的多模裝置將可確保在LTE覆蓋區域外提供後向相容能力。且LTE網路支援無縫轉移至UMTS/HSPA網路，在整個UMTS網路提供不間斷的持續服務。
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| 圖2 LTE覆蓋於3G網路之上 |
數據服務/語音通訊一次囊括
從設計之初，LTE重點就是行動性與高容量，以及有效提供VoIP語音服務等即時應用。在同一網路同時提供語音與資訊服務，能讓營運商因應各種市場區隔所有服務需求。然而最初的商業營運重點將是資料服務，語音則會在未來的LTE階段執行。
運用MIMO、SDMA與波束成形等先進天線技術，LTE無論在高低訊號強度區都可使用戶獲益。與HSPA+相比，LTE引進了更高階的MIMO下行與上行技術，進一步提升傳輸峰值速率與效能表現。這些技術的目標都是為提升用戶體驗的數據傳輸速率與系統容量。
如表1所示，LTE峰值速率隨可用頻寬增加。以單一用戶在20MHz使用2×2MIMO的理想無線電狀況下，最高下行速率可達150Mbit/s。
| 表1 LTE在10MHz與20MHz分頻雙工下的數據傳輸速率 |
| LTE峰值傳輸速率
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10MHz(2x2 MIMO) |
20MHz(2x2 MIMO) |
下行 |
73Mbit/s |
150Mbit/s |
上行 |
36Mbit/s |
75Mbit/s |
另外，MIMO可經由多個接收與傳送器天線傳輸多個串流訊號(Multiple Streams)，因此毋需額外功耗或頻寬，即可增加系統容量與使用者數據速率。無論是否傳輸多重正交串流(Multiple Orthogonal Streams)，MIMO都提供非常高的數據傳輸速率，尤其對接近基地台的使用者。多重訊號需要強散射環境(Rich Scattering Environment)以確保維持正交。因為MIMO具有足夠訊號散射，且使用者接近eNode B，因此可在人口稠密的市區環境中發揮極大功效。
波束形成可將傳輸功率定向瞄準用戶，增加用戶的數據傳輸速率，有效增強用戶收到的訊號。波束形成可在訊號較弱的區域發揮優勢，例如基地台覆蓋區域邊緣。SDMA是另一種先進技術，經由使用同樣的實體資源向分散的不同用戶同時傳輸，以提高網路的容量。這項技術能與MIMO結合，同步提供更高的資料傳輸速率。
圖3說明LTE在10MHz FDD與更小網路區域的LTE下行容量，顯示先進天線技術的優點。使用同樣數目的天線與MIMO，HSPA+與LTE能夠提供相似的性能表現。
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資料來源：高通公司試驗，D1：500m，HSPA+達到5MHz，具體內容請見3GPP R1-070674
圖3 HSPA+與LTE在10MHz分頻雙工的下行容量 |
滿足行動寬頻服務需求
LTE是一種專為行動化設計，具備高度最佳化、有效運用頻譜特性的行動OFDMA解決方案，讓營運商以更寬的新頻寬提供先進服務與更佳效能。LTE則是以HSPA的成功為基礎，能與現有HSPA以及HSPA+網路相輔相成，在高需求區域提高容量。
LTE的高效能表現、整合服務品質(QoS)支援與低時間延遲特點，讓營運商能有效地提供所有IP服務，包括對時間延遲較敏感的電話品質VoIP以及高畫質的串流影像。
LTE將支援多種形式裝置，包括桌上型電腦數據機、行動電話、筆記型電腦以及超級行動電腦，並且有效滿足新一代消費性電子裝置的連線需求。LTE讓營運商以更符合經濟效益的方式因應所有市場定位與多種創新服務的需求，包括企業用戶對高頻寬的嚴格需求。
LTE是以扁平化的IP網路架構為基礎，可改善網路延遲時間，且能與3GPP網路互通，確保服務持續與不間斷。LTE運用現有3G科技的優點，並以額外天線技術如高階MIMO等進行提升。裝置製造商的3G生態系統將可運用3G知識與經驗，確保多模裝置在未來這些年中滿足各種應用與終端用戶喜好。
(本文作者為高通公司資深副總裁暨大中華區總裁)