千兆LTE：高速蜂窩寬帶的4G解決方案

5G備受關注，因為它已成為消費者的籌碼。千兆LTE是在智能手機上引入不間斷流媒體視頻的4G技術，一直鮮為人知。它是4G LTE的演進，能夠以超過有線寬帶的速度提供可靠的移動寬帶接入。

隨著運營商以極快的速度推出5G，覆蓋范圍正在迅速擴大。但是，千兆LTE仍然可以在全球范圍內使用。5G是一項具有新型無線電波形和新調制解調器的最新技術。因此，在一段時間內，5G的價格會高于4G產品。

由于設備中的所有新功能，新5G芯片組的成本將包括價格溢價。另一方面，隨著4G設備通過大規模部署實現規模經濟，價格將會下降。

千兆LTE與4G LTE

隨著第四代移動通信標準(4G)的出現，人們更加關注數據傳輸。前幾代蜂窩標準（2G和3G）以語音和文本功能為中心，迎合智能手機出現之前的消費者。

對于智能手機和移動寬帶通信，LTE-Advanced(LTE-A)標準于2011年獲得批準（3GPP第10版）。它提供了1 Gbps的峰值下載數據速率。

LTE-Advanced Pro(LTE-A Pro)增強了千兆LTE功能。3GPP于2015年左右通過版本(Rel)13批準了此標準。LTE-A Pro使4G更進一步。它提供3 Gbps范圍內的峰值下載速度，具體取決于網絡的高載波聚合可用性（LTE-A Pro允許多達32個20-MHz載波）。

關鍵的5G技術和策略，使LTE-A Pro能夠證明這些超高速連接的穩健性和彈性。連接速度可以比有線寬帶更快。這些包括：

• 載波聚合

移動網絡運營商(MNO)可以提供更高的數據速度。它們結合了無線電頻譜多個部分（稱為“載波”）的數據承載能力來發送和接收數據。

載波聚合將MNO通常不連續的載波組合在一個或多個頻帶內。它擴展了數據通路寬度和承載能力，以實現更高的容量和速度。千兆LTE需要聚合5個或更多載波，才能將理論數據速率推至高于3 Gbps的峰值。

隨著5G占據更多的頻譜份額，行業趨勢最終將所有設備遷移到5G。然而，這需要十多年的時間才能實現。到那時，LTE將填補中端設備的空白。

借助3xCA，LTE設備將在許多寬帶用例中獲得不錯的速度。此外，需要數千兆比特速度的高端設備最終將遷移到5G。

• 許可輔助訪問(LAA)

為了增加承載數據的無線電頻譜容量，LAA將未許可的5 GHz頻段與MNO的許可頻譜結合使用。許可頻譜被稱為“清除頻譜”。除了被許可方之外，沒有人在許可的區域邊界內使用該頻譜。

未經許可的頻譜可用于各種用途，例如Wi-Fi，其也在5 GHz頻段內運行。LAA必須繞過這些其他用戶，應用諸如Listen-Before-Talk(LBT)功能等技術來識別和利用未使用的通道。

• 256-QAM

正交調幅(QAM)是一種高效的雙域編碼策略。它利用幅度和頻率調制來編碼無線電波形中的信息。QAM值越高，波形可以攜帶的信息越多。

在256-QAM之前，有64-QAM。當使用64-QAM時，每個編碼符號中可以包含6位信息，因此2^6等于64。在256-QAM中，8位數據可以打包在同一個符號中，因此2^8等于256。256-QAM比特率比64-QAM比特率快30%。

這種增加的數據速率意味著256-QAM需要比64-QAM更好的信噪比(SNR)。因此，當無線電接收良好并獲得強大信號時，其性能可以比基于64-QAM的舊系統好30%。

• 4 x 4多輸入多輸出(MIMO)技術

隨著載波聚合通過多個載波實現更高的帶寬，每個頻段具有多個天線路徑的MIMO也是如此。千兆LTE網絡在基站上標準化了四根天線，在設備上標準化了四根天線。這些天線提高了頻譜效率和數據速度，使設備能夠連接到最穩定的可用信號。

千兆LTE與5G

雖然千兆LTE和5G很相似，但有些關鍵細節可將它們區分開來。5G在低于6 GHz范圍和超高毫米波(mmWave)頻譜（高達40 GHz）的可用頻率中添加了新頻段。4G主要部署在較低頻率（最高2.5 GHz），除了少數3.5 GHz頻段（也稱為中頻段）。

此外，4G頻譜的最大帶寬限制為20 MHz。這意味著每個4G載波的容量限制為20 MHz。另一方面，5G定義了100 MHz寬的新頻段。我們可以想象，幾家運營商如何在5G網絡中實現高速。

由于寬帶豐富的毫米波單元覆蓋面積小，因此必須密集集中才能達到目標用戶體驗水平。5G體驗與千兆級LTE截然不同，需要建設新的基礎設施，這需要時間。

另一個區別是5G網絡可以在兩種模式下工作：獨立(SA)或非獨立(NSA)。SA表示系統與所有5G無線電和核心網絡一起運行。NSA使用以不同模式組合的LTE和5G資源。

隨著2020年發布的3GPP Rel 16，5G成為關鍵工業過程中使用的有線網絡的可靠替代方案。這些過程由各種基于有線和光纖的時間敏感網絡(TSN)主導。Rel 16的超可靠低延遲通信(URLLC)功能規定鏈路可靠性優于99.9999%，延遲在毫秒范圍內。

千兆LTE網絡的應用和用例

千兆LTE的廣泛可用性和不斷下降的連接成本提供了更容易采用的優勢。與5G不同，它不需要建造新塔或重新設計設備天線來應對毫米波或URLLC技術的需求。千兆LTE為全球企業提供了許多與5G相關的好處，例如高速數據，而沒有設計上的挑戰。

以下是千兆LTE的一些理想用例：

• 偏遠地區

企業和機構必須經常將網絡連接添加到現有基礎設施無法觸及的站點和場所。使用銅線或光纖的有線連接可能非常昂貴，并且需要很長的安裝準備時間。部署蜂窩路由器來為這些站點提供千兆LTE寬帶訪問更具成本效益。在自然災害和彈出事件等情況下，這是唯一可用的選擇。

• 工業應用

千兆級LTE在一些工業應用中至關重要，例如需要高帶寬的安全應用。如果一家企業需要全天候監控遠程位置，千兆LTE是最可靠的方法。

高清(HD)、超高清(UHD)攝像頭，以及用于監控和工業應用的攝像頭對上行鏈路的帶寬要求較高。然而，并不是所有的千兆LTE模塊都能提供完整的規格。千兆LTE模塊必須在上行鏈路端實現兩條無線電鏈，以提供帶間載波聚合。否則，設備只能從網絡容量的一半中獲益。

• 分支機構或新店

千兆LTE為必須在分支機構或臨時商店建立互聯網連接的企業提供了一種廉價、高效的解決方案。它只需要極少的設置:運營商只需打開LTE路由器，幾分鐘就能提供連接。

• 故障轉移訪問以減少停機時間

即使辦公室與互聯網和總公司保持有線連接，千兆LTE也可以作為備份系統。停機時間可能代價高昂，小企業每分鐘損失約423美元，大企業每分鐘損失約9,000美元。相比之下，千兆LTE備份系統的成本非常低，并且可以為此類損失提供保險。

當我們等待5G更密集的覆蓋時，千兆LTE已提供了一種方便且高效的解決方案。