對(duì)頻譜的渴望

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的部署和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的告訴發(fā)展，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)迎來(lái)了大爆發(fā)，視頻業(yè)務(wù)成為流量的主要類(lèi)型，移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)流量連年呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

在這樣的情況下，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商要怎樣提供如此高的下行吞吐率來(lái)保證絕佳的用戶(hù)體驗(yàn)?zāi)兀?/span> 

增加頻譜帶寬是提升速率最根本最重要的方式。然而，作為運(yùn)營(yíng)商最重要的資產(chǎn)，頻譜資源往往是非常緊缺的。

雖然3GPP在LTE-A Pro版本已經(jīng)支持來(lái)32載波聚合，但同一個(gè)運(yùn)營(yíng)商很難拿出好幾個(gè)10M甚至20M的LTE載波進(jìn)行聚合，甚至同一區(qū)域的各個(gè)運(yùn)營(yíng)商之間經(jīng)常為了爭(zhēng)奪優(yōu)勢(shì)頻譜資源進(jìn)行激烈的競(jìng)爭(zhēng)和拍賣(mài)。

從LTE-U到LAA

由于授權(quán)頻譜的短缺，運(yùn)營(yíng)商自然而然地把眼光投向了非授權(quán)頻譜，尤其是未經(jīng)充分利用的5GHz頻段。在非授權(quán)頻譜上部署LTE載波，可以使運(yùn)營(yíng)商在幾乎不付出任何成本的情況下增加新的可用頻譜。此類(lèi)技術(shù)統(tǒng)稱(chēng)為LTE-U (LTE-Unlicensed)。

且慢，什么是非授權(quán)頻譜？其實(shí)就是國(guó)家開(kāi)放給民眾免費(fèi)使用的頻譜資源，只要符合占用帶寬，發(fā)射功率限制等監(jiān)管要求，大家都可以使用。我們最熟悉的非授權(quán)頻譜就是Wifi頻譜了，包含2.4GHz和5GHz這兩個(gè)頻段。

2014年，美國(guó)的Verizon聯(lián)合高通、諾基亞、愛(ài)立信、三星等企業(yè)成立了LTE-U論壇，對(duì)LTE標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了部分修改以適用于非授權(quán)頻譜，共同推進(jìn)LTE-U的商用化進(jìn)程。

當(dāng)然，天下沒(méi)有免費(fèi)的午餐。非授權(quán)頻譜雖然不用經(jīng)過(guò)授權(quán)即可使用，但真要使用起來(lái)，還是有諸多限制和阻礙的。

LTE-U的概念剛一提出就遭到了IEEE（補(bǔ)充IEEE的介紹）等組織的質(zhì)疑，因?yàn)樵诜鞘跈?quán)頻段，以WIFI為主的WLAN是承載在其上的主流通信技術(shù)，最新的IEEE 802.11ac協(xié)議也已將WIFI的頻段擴(kuò)展到了5GHz，LTE-U的出現(xiàn)無(wú)疑是要在非授權(quán)頻譜上和WIFI展開(kāi)了正面競(jìng)爭(zhēng)。

LTE-U是否會(huì)對(duì)WIFI信號(hào)產(chǎn)生強(qiáng)干擾？能否和WIFI公平共存？這一切都需要各個(gè)組織之間的碰撞和妥協(xié)。然而，在非授權(quán)頻譜上部署LTE的思路一經(jīng)提出，便順理成章地被標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP所接納，并成為了LTE技術(shù)演進(jìn)的重要方向。 

在綜合考慮了LTE技術(shù)實(shí)現(xiàn)以及和WLAN的公平共存的基礎(chǔ)上，3GPP在R13版本中正式引入了LAA（Licence Assisted Access）技術(shù)，以載波聚合或者雙連接為基礎(chǔ)，由授權(quán)載波輔助非授權(quán)載波接入，以實(shí)現(xiàn)LTE網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載的補(bǔ)充，并且引入了LBT（listen before talk）等功能，和其他無(wú)線(xiàn)技術(shù)可以公平共存。

自此，通過(guò)3GPP的標(biāo)準(zhǔn)化，LTE-U進(jìn)化成了LAA。鑒于室內(nèi)環(huán)境是流量消費(fèi)的主要場(chǎng)所，LAA首先是在室內(nèi)覆蓋方案中部署。

LAA的工作頻譜

LAA當(dāng)前考慮使用的頻譜是在5GHz的頻段上，因?yàn)?span style="font-size: 15px;font-family: Calibri;">2.4GHz頻段帶寬只有84.5M且已基本完全被WIFI所占據(jù)，而像10GHz這樣的高頻對(duì)于LTE的實(shí)現(xiàn)來(lái)說(shuō)目前還不現(xiàn)實(shí)。

5GHz的頻譜范圍是5150~5925MHz，被分為4個(gè)頻域，分別命名為UNII-1、UNII-2、UNII-3和UNII-4，其中的UNII表示為授權(quán)國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施（Unlicensed National Information Infrastructure）。

3GPP據(jù)此在原有的LTE頻段分配表上為LAA增加了一個(gè)新的頻段編號(hào)：band 46。可以看出，LAA頻譜當(dāng)前在3GPP中定義為TDD模式，囊括了從5150MHz到5925MHz這775MHz的段廣闊的帶寬。

在5GHz的不同頻域上，各個(gè)國(guó)家可以使用的帶寬以及監(jiān)管方式都有所不同。

LAA的工作模式和部署場(chǎng)景

LAA的工作模式當(dāng)前主要考慮下面這兩種：基于載波聚合或者雙連接。在這兩種模式中，非授權(quán)頻譜都僅用于用戶(hù)面，所有控制面的流量都由授權(quán)載波承載，運(yùn)營(yíng)商對(duì)授權(quán)和非授權(quán)頻段資源同時(shí)進(jìn)行控制。在目前的R13協(xié)議版本中只考慮載波聚合的工作方式。

對(duì)于非授權(quán)載波，由補(bǔ)充下行（SDL）和時(shí)分多址（TDD）這兩種工作模式。在SDL模式下，非授權(quán)載波只用作下行；而在TDD模式下，非授權(quán)載波以TDD的方式，同時(shí)支持上下行數(shù)據(jù)傳輸。在目前的R13協(xié)議版本中只考慮補(bǔ)充下行的工作方式。

LAA最適宜的部署場(chǎng)景是室內(nèi)覆蓋，由以下原因：

1. 更高的室內(nèi)需求：70%的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)產(chǎn)生于室內(nèi)，因此室內(nèi)覆蓋對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)非常重要；

2. 5GHz高頻段：頻段越高，覆蓋范圍越小。5GHz的覆蓋范圍比900MHz或者1800MHz要小很多；

3. 地區(qū)政策要求：不同地區(qū)有不同政策，多數(shù)地區(qū)對(duì)于5GHz的大部分頻段，都要求應(yīng)用在室內(nèi)場(chǎng)景，且要求低發(fā)射功率。

LAA和WIFI的公平共存

因?yàn)長(zhǎng)AA是基于非授權(quán)頻譜的，不能將頻譜獨(dú)占，必須要考慮和其他無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)（主要是WIFI）的公平共存問(wèn)題。LAA對(duì)于WIFI的影響不應(yīng)超過(guò)新增WIFI對(duì)已有WIFI的影響，并還要服從各個(gè)國(guó)家電信管理部門(mén)對(duì)于非授權(quán)頻譜使用的規(guī)定和限制條件。

下面是LAA和WIFI共存時(shí)需要考慮的幾個(gè)技術(shù)點(diǎn)：

1. 動(dòng)態(tài)頻率選擇DFS（Dynamic Frequency Selection）

動(dòng)態(tài)頻率選擇是為了規(guī)避來(lái)自同頻段的Wifi干擾，并進(jìn)行非授權(quán)載波之間的復(fù)合均衡，此技術(shù)會(huì)在所有可用的非授權(quán)頻段掃描，選擇干擾最小的載波。 

該技術(shù)會(huì)在授權(quán)載波無(wú)法很好滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需求的情況下，系統(tǒng)通過(guò)啟動(dòng)DFS搜索空閑的非授權(quán)頻譜，并通過(guò)授權(quán)載波輔助的載波聚合方式，提升系統(tǒng)帶寬和傳輸容量。

進(jìn)一步地，為了保證非授權(quán)頻譜的傳輸質(zhì)量，啟動(dòng)對(duì)于非授權(quán)頻譜傳輸質(zhì)量的監(jiān)控，如果非授權(quán)載波由于受到干擾，傳輸質(zhì)量下降，便啟動(dòng)新的DFS檢測(cè)和空閑頻譜獲取。

2. 先聽(tīng)后說(shuō)LBT（Listen Before Talk）

使用非授權(quán)載波之前需要執(zhí)行載波偵聽(tīng)，進(jìn)行信道干擾評(píng)估，以毫秒級(jí)別偵聽(tīng)周?chē)臒o(wú)線(xiàn)環(huán)境，確認(rèn)載波空閑后才能使用非授權(quán)頻譜，從而實(shí)現(xiàn)和WIFI系統(tǒng)分時(shí)恭喜同一信道的目的。

在歐洲、日本等地區(qū)要求執(zhí)行LBT，中國(guó)、美國(guó)等地區(qū)則不要求必須執(zhí)行LBT。

3. 連續(xù)最大占用時(shí)長(zhǎng)

不同地區(qū)對(duì)非授權(quán)載波使用的連續(xù)最大占用時(shí)長(zhǎng)管制規(guī)定不同。例如，歐洲規(guī)定FBE（Frame Based Equipment）的最大占用時(shí)長(zhǎng)為1~10ms，日本規(guī)定4ms。

4. 發(fā)射功率控制TPC（Transmit Power Control）

在非授權(quán)頻段上工作有低功率要求，不同地區(qū)有不同的輸出功率要求。一般情況下，不管是室內(nèi)還是室外，非授權(quán)載波的輸出功率均要求<=4W。

結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，美國(guó)的T-mobile和泰國(guó)的AIS已經(jīng)在他們的部分網(wǎng)絡(luò)商用的LAA，高通的驍龍820、821、835和845，以及三星的獵戶(hù)座8895/9810等芯片也已支持了LAA，對(duì)于LAA的標(biāo)準(zhǔn)化以及商用推廣起了極大的作用；愛(ài)立信，華為，高通等設(shè)備及芯片廠(chǎng)家也在積極推動(dòng)，并在全球進(jìn)行了多個(gè)點(diǎn)的LAA驗(yàn)證測(cè)試。

客觀(guān)來(lái)看，LTE利用非授權(quán)載波技術(shù)仍面臨很多挑戰(zhàn)和不確定性，干擾共存的技術(shù)問(wèn)題、監(jiān)管機(jī)構(gòu)的態(tài)度、兩大產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和博弈等，都可能對(duì)LTE-U及LAA的發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響。

盡管LAA的全球產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展還不樂(lè)觀(guān)，但其在室內(nèi)覆蓋場(chǎng)景，LTE和Wifi相互協(xié)作，頻譜向非授權(quán)頻段擴(kuò)展已是大勢(shì)所趨。

END