在10多年前，笔者在用33.6Kbps“猫儿”挣扎着登陆互联网，后来升级到能以Mbps计算网速的ADSL，数年前随着光纤入户，带宽终于提高到10Mbps级别，现在带宽不过200Mbps而已。所以当高通（Qualcomm）在年初发布了千兆级骁龙 X16 LTE调制解调器时多么让人感叹，手机网速不但超越家庭宽带，而且直逼有线网路了。骁龙X16 LTE调制解调器把计量单位从Mbps推进到Gbps无疑是移动通讯技术发展上一座里程碑，但任何先进技术都离不开积累，那该调制调解器如何实现1Gbps成就的呢？

  基石：骁龙X12 LTE调制解调器

  在移动Modem模块领域中，高通自始至终处于领先水平，即使是定位高端的骁龙652/650上的骁龙X8 LTE调制解调器，也在现有市场中足以战胜任何对手，更别说旗舰骁龙820所搭载的骁龙X12 LTE调制解调器。任何先进的技术都脱离不了积累，骁龙X12 LTE调制解调器正是骁龙 X16 LTE调制解调器能实现1Gpbs速度的铺垫基石。

  在骁龙X12 LTE调制解调器上高通已经实现了非常漂亮的数据——下行速度达到了600Mbps、上行速度达到了150Mbps，达到了LTE Cat 12/13标准，这些漂亮数据实现离开不了4×4 MIMO、3×20MHz CA、256-QAM与LTE-U多项技术采用。

  （相比2×2 MIMO，4×4 MIMO频谱利用效率提升了80%）

  在3GPP在制定LTE-Advanced标准之时，提出了在100MHz频谱下实现1Gbps目标，可运营商手上频谱资源非常零碎，散落在2G/3G/4G不同频率之上，无法拿出连续的100MHz频宽，韩国运营商SK Telecom甚至只有10MHz的连续频宽，于是CA（Carrier Aggregation，载波聚合）应运而生了。CA可以通过多个连续或者非连续的分量载波聚合获取更大的传输带宽，从而获取更高的峰值速率和吞吐量，在3GPP Rel-12版本中还加入了FDD+TDD组网支持。而骁龙X12 LTE调制解调器依靠4×4 MIMO、3×20MHz CA可实现6串流（spatial stream）同时传输，达到600Mbps下行速度。

  当然600Mbps下行速度实现没这么简单，骁龙X12 LTE调制解调器还支持256-QAM高阶调制技术。QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制）是一种在两个正交载波上进行幅度调制的调制方式，通常两个载波相位差为90°的正弦波，与AM（Amplitude Modulation，幅度调制）相比，QAM频谱利用率提高了1倍。与其它调制方式相似，QAM发射信号集可以用星座图方便地表示，星座图上每一个星座点对应发射信号集中的一个信号，星座点越多效率越高，但干扰也越多，实现难度更大。例如具有64个星座点的64-QAM信号，每个星座点表示一种矢量状态，64-QAM有64态，每6位二进制数规定了64态中的一态，64-QAM中规定了64种载波与相位组合，64-QAM的每个符号和周期传送6bit，我们简单将其简单理解为每“字节”（byte）精度为6bits。

  （256-QAM星座图）

  当提高到256-QAM后，每“字节”精度从6bits提高到8bits，信息量增加了33%，每个串流的带宽才能实现100Mbps。256-QAM效率有多高，可以与友商华为的Balong 750对比一下，该芯片仅支持64-QAM，必须通过2CC CA（双载波载波聚合）+4x4 MIMO或4个CA+4x4 MIMO才能达到了600Mbps下载速率，耗费的频宽多于骁龙X12 LTE调制解调器。

  与4×4 MIMO、3×20MHz CA、256-QAM提高自身传输性能不同，高通提出的LTE-U（LTE-unlicensed，非授权LTE频段）技术是为了增加频段资源。无线电是一项非常匮乏的资源，为了保证无线网络有序运行，政府对会无线电进行监管，将其划分成授权频段、开放频段（如Wi-Fi），其中每个运营商都能获得授权频段一部分用于商用运营。但CA技术要求更大频宽，运营商手中授权频段很可能没法满足CA的需要，LTE-U正是用于“挪用”非授权频段。支持LTE-U的骁龙X12 LTE调制解调器可以让手机同时使用至少两个LTE连接：一是运营商的常规授权频段，一是非授权频段的新LTE连接，这两个连接通过载波聚合整合在一起，形成一个更大更快的连接。由于现有规范对5GHz频段发射功率限制，在实现LTE-U时，往往需要运营商部署小型、简单的蜂窝基站，即“小型基站”。

  60MHz实现1Gbps成就

  有了骁龙X12 LTE调制解调器作为基石，骁龙X16 LTE调制解调器出现自然是水到渠成了，但并不意味着后者是一个简单堆砌。骁龙X12 LTE调制解调器采用了14nm FinFET工艺，搭配了Qualcomm射频收发器WTR5975，通过4×4 MIMO、跨FDD和TDD频谱支持、最高达4×20MHz的下行链路CA和256-QAM实现了1Gbps下行速度，以及150Mbps下行速度，达到了LTE Cat 13/16标准。

  （在MWCS2016高通展台上的骁龙X16 LTE调制解调器下行速度演示，采用TDD+FDD，传输速度介乎600Mbps至800Mbps之间）

  与3GPP制定LTE-Advanced时目标（100MHz实现1Gbps）相比，骁龙X16 LTE调制解调器最大亮点是仅需60MHz频宽就实现了1Gbps成就，足足节省了40MHz频宽，高通到底是如何做到呢？骁龙X16 LTE调制解调器天线采用了支持4×20MHz CA的2个4×4 MIMO + 2个2×2 MIMO天线配置方式，在传输下行数据时，2个4×4 MIMO提供8个串流、其中1个2×2 MIMO提供2个串流，仅需利用60MHz频宽即可实现10条串流，频谱利用效率较上一代产品大幅度提升。在所有载波采用FDD制式时，每个串流带宽为100Mbps，总带宽为1000Mbps，1Gbps成就达成。

  （天线视角下的1Gbps，共有4组天线在工作）

  （载波视角下的1Gbps，动用了3个载波、60MHz频宽）

  但不是任何情况都有如此丰富FDD资源，假若所有4×4 MIMO载波均为TDD，也能实现600Mps带宽，再加上2×2 MIMO载波（FDD制式）提供的200Mbps，总带宽也有800Mbps。

  为了走到世界上每个地方都有足够的可用频宽，骁龙X16 LTE调制解调器在LTE-D基础上新加入了LAA（Licensed-Assisted Access， 辅助授权接入）。LAA与LTE-U一样是利用非授权频道的技术，但避免干扰机制二者完全不一样。LTE-U是采用CAST（Carrier-Sensing Adaptive Transmission ，载波侦听自适应传输）机制，在非授权频段进行间接性连接。

  LAA是LTE-U与LBT（Listen Before Talk，先侦听后传输）机制结合的产物，在2016年3月写入了3GPP Rel.13第一版规范中。在LAA连接时，它会先对非授权频道进行侦听，确认无其它设备占用时才会连接，连接更为可靠、稳定。LTE-U采用CSAT机制与3GPP Rel.12的CA兼容，在中国、美国、印度、南韩等地仅需终端支持即可使用；采用LBT机制的国家与地区（如欧洲、日本）需等Rel.13制定完成后才可使用LAA。

  此外，搭配骁龙X16 LTE调制解调器的WTR5975射频收发器与Qualcomm RF360 QET4100包络追踪器，前者是全球首个单芯片射频，在单一收发器芯片中最高可支持4×下行链路载波聚合、2×上行链路载波聚合、所有3GPP协议批准的频段以及4×4 MIMO，而在以往采用20nm工艺单芯片仅能实现2载波；后者是LTE FDD和LTE TDD 40MHz包络跟踪解决方案，能降低LTE网络下功耗。

  结语

  骁龙X16 LTE调制解调器凭借高通在CA、4×4 MIMO、256-QAM、LTE-D、LAA多方面技术积累以及14nm FinFET工艺制程，只用了60MHz频宽就将手机下行速度推进到1Gbps大关，直逼有线网络。高通计划在2016年下半年上市该产品，在可预见的半年时间内，该调制解调器不会大规模普及，但其将起到技术先行者角色，为全行业做出指向性风向标，并为消费者获得更快的下行速度作铺垫。