2009年12月全球数据流量首次超过语音流量以来,移动宽带的数据流量以每年100%的速度持续增长。大数据时代带给移动通信产业前所未有的挑战和机遇。国际经验表明,新兴运营商试图利用这一机遇实现弯道超车,而领先运营商则利用这一时机扩大优势。本文通过对大数据时代,移动通信网络发展的分析,指出了智能立体网络这一主要技术发展的趋势。同时对国内LTE建设的定位,规划和部署提出了建议。
大数据时代移动接入网络的基本特征主要包括数据流量指数增长,海量用户实时在线,和大量的差异化的用户和业务需求。
海量数据:移动数据流量增长是大数据时代最基本的特征之一。其动力除了越来越多的智能终端的面市和普及,还包括了用户行为,移动和存储方式的变革等带来的流量增长。
500亿连接:爱立信于2010年提出了全球2020年500亿连接的宏伟蓝图。人们将实实在在生活在一个无处不在的网络社会之中。
大量差异化需求:由于无线连接的多样化,带来了对业务需求和服务等级的多样化。
如何应对千倍数字洪流
在大数据时代,移动接入网络的首要挑战是来自无线网络容量的挑战。面对千倍的容量增长,需要政府管制机构,产业界和运营商的共同努力来提供一个综合的解决方案。这里简单介绍三个主要手段。
充足的频率储备
“频谱是王”对于移动运营商而言毫不为过。如何获得更多的廉价而优质的频率资源尤为重要。此外,频率资源的全球化协调程度(Harmonization),也直接导致了全球产业链在特定频段的健壮程度和国际漫游能力,从而导致移动宽带数据流量在不同频段的不均衡分布。简单地说,全球化协调频段由于规模经济效益,自然会得到全球产业链(尤其是高端终端)的优先支持,从而获得数据流量的优先增长。一个直接的结果就是,获得该频段的运营商将会获得先天的竞争优势。
另外一个大的趋势是FDD/TDD融合的趋势,这里不仅是在终端和系统设备的融合,也是运营层面的频谱融合和组网融合。由于频率资源的稀缺,随着TD-LTE产业链的逐步成熟,全球TDD频谱的拍卖价格也日渐走高。从这个角度讲,同时运营FDD和TDD制式的融合的网络,将会成为未来国际运营商的主流。
新技术引入
新技术是获得容量提升的重要手段之一。2G/3G/4G的发展历程充分的体现了这一规律。在3G商用之前,无线通信技术的主要研究和产业化方向,集中在如何提升单链路的容量方面,也就是说在给定带宽的条件下如何实现香农公式提出的容量极限。而这一任务随着3G商用宣告完成。之后,爱立信从2002年开始4G(LTE-A)研究,重点放在灵活有效的大带宽接入技术方面(例如,OFDM/OFDMA),并于2007年开始实质性的推进3GPP LTE和LTE-A的标准化工作,截至2011年LTE-A被国际电联接纳为4G标准而告一段落。至此,无线通信技术获得了前所未有的从180KHz到100MHz的灵活的带宽接入能力。 从而为大幅提高未来系统的容量奠定了技术基础。灵活的带宽接入技术,也为未来差异化的业务需求提供了必要技术支撑。
在此基础上,其他技术(例如,多天线技术和多点协同技术等)还可以使系统容量获得一定的提升。但是,总体来看如同其名(即长期演进),LTE/LTE-A技术应当在相当长的一段时间内保持稳定。
图2 现代无线通信技术发展历程
网络架构的演进/智能立体网络
在可用带宽和接入能力接近/达到极限的情况下,获得系统容量增长的主要突破口在于网络架构的演进和技术创新。特别需要强调的是智能立体网络(异构网,Heterogeneous Network)的研究和部署。在未来的智能立体网络中,包括了宏蜂窝,微蜂窝,微微蜂窝,也包括了传统宏站,拉远单元,AIR(Antenna Integrated Radio)和基带池等多种站型。同时,智能立体网络将会是传统意义上的移动宽带技术和WiFi技术,以及FDD/TDD双工模式融合的网络。
有一种观点认为小蜂窝(Small Cell)就是智能立体网络,其实并不全面。智能立体网络的核心是多种网元之间的协同和管理。如同智能立体网络的建设,首先需要保证底层的宏蜂窝的完善和稳定,在站点密度达到极限时,通过引入小蜂窝和有效的干扰管理算法,获得容量显著提升。因此,缺乏协同的小蜂窝只能作为网络覆盖的补盲辅助手段,而容量的提升必须依靠高级的干扰管理和协调机制。
样化,多频段,多双工方式的智能立体网络的规划,部署,优化,维护,运营将是极大的挑战。因此,对网络的智能化和简单化提出了前所未有的要求。进而对SON(自组网)的要求十分突出。尽量减少网络的人为干预,将成为运营商和网络设备制造商的重要竞争领域。
最后,强调一下在智能立体网络中多网协同的问题。应当说,对于任何一个非新兴运营商而言,多网协同都是无法回避的问题。但是,应当清楚地看到多网协同应当是走向全LTE网络建设和运营的过渡阶段,而不是运营商追求的终极目标。2012年随着VoLTE的商用,国际上3GPP2的运营商已经向全LTE网络迈出了坚实的步伐。
TD-LTE无线网络分步部署策略
TD-LTE部署分步走
基于LTE-FDD的推广和部署经验, 以及GSM和WCDMA的成功经验,我们建议TD-LTE的商业部署应当本着由简入繁,稳步推进的分步部署原则。如图3所示,在网络覆盖层面,首先实现热点和城区的连续覆盖,技术上优先采用成熟技术,并确保系统的稳定和良好的用户体验。在网络部署中期,逐步扩大覆盖范围和完善室内深度覆盖,并通过新功能和多载波引入提高系统容量。最后在中长期实现智能立体网络,并适时启动全LTE网络演进和建设。
图3 TD-LTE部署分步部署
频谱利用的考量
对于运营商而言,在部署LTE系统时,应当充分考虑系统演进和扩容的能力, 例如美国某领先运营商在单一市场的平均LTE频谱储备达到88MHz。前瞻性的频谱规划和部署策略可以借力全球强壮产业链的优势,获得先天的竞争优势,反之则可能事倍功半。合理的网络部署规划,可以为智能立体网络的建设打下良好基础,降低网络总体部署成本,并保证在未来的竞争中保持优势。反之,基础网络和频率战略不当可能引起不必要的重复建设和成本上升。最终导致用户体验下降和产业链成熟的滞后,从而错失发展良机。TD-LTE的频谱策略需要充分考虑未来市场竞争的需要,否则在网络部署的中早期就会在市场竞争中处于劣势,进而不得不重新规划,重复建设,增加网络的部署成本和周期。
结束语
大数据时代丰富的频率储备和扩容能力对于LTE的部署至关重要。在频谱资源以外,智能立体网络的建设是解决系统容量中长期增长的主要手段。由于移动宽带数据流量的在全球协同频段优先增长,运营商应当优先选择国际协同频段部署LTE系统(例如,2.6GHz的TD-LTE部署),从而分享强壮产业链带来的规模经济效益和商业红利。LTE的网络建设,应当注重系统性能和稳定性,确保优异的用户体验。网络的规划和建设应当综合考虑无线功能要求的逐步引入,为未来智能立体网络的部署打好基础,并为全LTE网络的推进做好准备。