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01 — 对频谱的渴望 随着LTE网络的部署和移动互联网的告诉发展，数据业务迎来了大爆发，视频业务成为流量的主要类型，移动宽带数据流量连年呈指数级增长。 在这样的情况下，移动运营商要怎样提供如此高的下行吞吐率来保证绝佳的用户体验呢？ 增加频谱带宽是提升速率最根本最重要的方式。然而，作为运营商最重要的资产，频谱资源往往是非常紧缺的。 虽然3GPP在LTE-A Pro版本已经支持来32载波聚合，但同一个运营商很难拿出好几个10M甚至20M的LTE载波进行聚合，甚至同一区域的各个运营商之间经常为了争夺优势频谱资源进行激烈的竞争和拍卖。 02 — 从LTE-U到LAA 由于授权频谱的短缺，运营商自然而然地把眼光投向了非授权频谱，尤其是未经充分利用的5GHz频段。在非授权频谱上部署LTE载波，可以使运营商在几乎不付出任何成本的情况下增加新的可用频谱。此类技术统称为LTE-U (LTE-Unlicensed)。 且慢，什么是非授权频谱？其实就是国家开放给民众免费使用的频谱资源，只要符合占用带宽，发射功率限制等监管要求，大家都可以使用。我们最熟悉的非授权频谱就是Wifi频谱了，包含2.4GHz和5GHz这两个频段。 2014年，美国的Verizon联合高通、诺基亚、爱立信、三星等企业成立了LTE-U论坛，对LTE标准进行了部分修改以适用于非授权频谱，共同推进LTE-U的商用化进程。 当然，天下没有免费的午餐。非授权频谱虽然不用经过授权即可使用，但真要使用起来，还是有诸多限制和阻碍的。 LTE-U的概念刚一提出就遭到了IEEE（补充IEEE的介绍）等组织的质疑，因为在非授权频段，以WIFI为主的WLAN是承载在其上的主流通信技术，最新的IEEE 802.11ac协议也已将WIFI的频段扩展到了5GHz，LTE-U的出现无疑是要在非授权频谱上和WIFI展开了正面竞争。 LTE-U是否会对WIFI信号产生强干扰？能否和WIFI公平共存？这一切都需要各个组织之间的碰撞和妥协。然而，在非授权频谱上部署LTE的思路一经提出，便顺理成章地被标准化组织3GPP所接纳，并成为了LTE技术演进的重要方向。 在综合考虑了LTE技术实现以及和WLAN的公平共存的基础上，3GPP在R13版本中正式引入了LAA（Licence Assisted Access）技术，以载波聚合或者双连接为基础，由授权载波辅助非授权载波接入，以实现LTE网络的数据业务承载的补充，并且引入了LBT（listen before talk）等功能，和其他无线技术可以公平共存。 自此，通过3GPP的标准化，LTE-U进化成了LAA。鉴于室内环境是流量消费的主要场所，LAA首先是在室内覆盖方案中部署。 03 — LAA的工作频谱 LAA当前考虑使用的频谱是在5GHz的频段上，因为2.4GHz频段带宽只有84.5M且已基本完全被WIFI所占据，而像10GHz这样的高频对于LTE的实现来说目前还不现实。 5GHz的频谱范围是5150~5925MHz，被分为4个频域，分别命名为UNII-1、UNII-2、UNII-3和UNII-4，其中的UNII表示为授权国家信息基础设施（Unlicensed National Information Infrastructure）。 3GPP据此在原有的LTE频段分配表上为LAA增加了一个新的频段编号：band 46。可以看出，LAA频谱当前在3GPP中定义为TDD模式，囊括了从5150MHz到5925MHz这775MHz的段广阔的带宽。 在5GHz的不同频域上，各个国家可以使用的带宽以及监管方式都有所不同。 04 — LAA的工作模式和部署场景 LAA的工作模式当前主要考虑下面这两种：基于载波聚合或者双连接。在这两种模式中，非授权频谱都仅用于用户面，所有控制面的流量都由授权载波承载，运营商对授权和非授权频段资源同时进行控制。在目前的R13协议版本中只考虑载波聚合的工作方式。 对于非授权载波，由补充下行（SDL）和时分多址（TDD）这两种工作模式。在SDL模式下，非授权载波只用作下行；而在TDD模式下，非授权载波以TDD的方式，同时支持上下行数据传输。在目前的R13协议版本中只考虑补充下行的工作方式。 LAA最适宜的部署场景是室内覆盖，由以下原因： 1. 更高的室内需求：70%的数据业务产生于室内，因此室内覆盖对于运营商来说非常重要； 2. 5GHz高频段：频段越高，覆盖范围越小。5GHz的覆盖范围比900MHz或者1800MHz要小很多； 3. 地区政策要求：不同地区有不同政策，多数地区对于5GHz的大部分频段，都要求应用在室内场景，且要求低发射功率。 05 — LAA和WIFI的公平共存 因为LAA是基于非授权频谱的，不能将频谱独占，必须要考虑和其他无线系统（主要是WIFI）的公平共存问题。LAA对于WIFI的影响不应超过新增WIFI对已有WIFI的影响，并还要服从各个国家电信管理部门对于非授权频谱使用的规定和限制条件。 下面是LAA和WIFI共存时需要考虑的几个技术点： 1. 动态频率选择DFS（Dynamic Frequency Selection） 动态频率选择是为了规避来自同频段的Wifi干扰，并进行非授权载波之间的复合均衡，此技术会在所有可用的非授权频段扫描，选择干扰最小的载波。 该技术会在授权载波无法很好满足业务需求的情况下，系统通过启动DFS搜索空闲的非授权频谱，并通过授权载波辅助的载波聚合方式，提升系统带宽和传输容量。 进一步地，为了保证非授权频谱的传输质量，启动对于非授权频谱传输质量的监控，如果非授权载波由于受到干扰，传输质量下降，便启动新的DFS检测和空闲频谱获取。 2. 先听后说LBT（Listen Before Talk） 使用非授权载波之前需要执行载波侦听，进行信道干扰评估，以毫秒级别侦听周围的无线环境，确认载波空闲后才能使用非授权频谱，从而实现和WIFI系统分时恭喜同一信道的目的。
在欧洲、日本等地区要求执行LBT，中国、美国等地区则不要求必须执行LBT。 3. 连续最大占用时长 不同地区对非授权载波使用的连续最大占用时长管制规定不同。例如，欧洲规定FBE（Frame Based Equipment）的最大占用时长为1~10ms，日本规定4ms。 4. 发射功率控制TPC（Transmit Power Control） 在非授权频段上工作有低功率要求，不同地区有不同的输出功率要求。一般情况下，不管是室内还是室外，非授权载波的输出功率均要求<=4W。 06 — 结语 当前，美国的T-mobile和泰国的AIS已经在他们的部分网络商用的LAA，高通的骁龙820、821、835和845，以及三星的猎户座8895/9810等芯片也已支持了LAA，对于LAA的标准化以及商用推广起了极大的作用；爱立信，华为，高通等设备及芯片厂家也在积极推动，并在全球进行了多个点的LAA验证测试。 客观来看，LTE利用非授权载波技术仍面临很多挑战和不确定性，干扰共存的技术问题、监管机构的态度、两大产业的发展和博弈等，都可能对LTE-U及LAA的发展产生巨大的影响。 尽管LAA的全球产业链发展还不乐观，但其在室内覆盖场景，LTE和Wifi相互协作，频谱向非授权频段扩展已是大势所趋。 END |
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