基于超级连接世界中扩大网络容量的技术方案

智能联网体验正大幅度提高人们和设备之间移动数据的流量。在全球范围内，移动数据流量每年都会翻一番。随着移动设备的使用量不断上升，移动数据流量在未来10年内可望提高1，000倍（图1）。

图1：移动数据流量在未来10年内可望提高1，000倍。

中国人口总数超过13.5亿，许多移动用户生活在人口稠密的城市高层建筑环境中。当前及可预测的未来用户的需求正在给目前的基础设施带来挑战。在中国这个人口众多的国家中，怎样才能确保移动连接和覆盖呢？

这种量级的挑战不仅需要新的资源，还需要采用完全不同的方式来获得、部署和管理这些资源。同样重要的是，必须找到能够以非常低的成本实现这一全新数据容量的解决方案。

移动数据的挑战既要求在任何地方使用小型基站来增加网络密度，又需要更多的频谱和新技术，以便更高效地使用现有频谱。

随处可用的小型基站

为有效迎接1，000倍流量的挑战，需要在任何地方密集部署低功耗小型基站，包括在室内和室外、大型和小型环境中。小型基站重复使用无线频谱，在距离用户更近（且是最需要）的地方提供更多的容量，增强移动覆盖范围，并提供最好的体验。

目前绝大部分的移动流量都在室内，比如在家、办公室、比赛场馆、购物中心等。基于这个原因，需要以新的方式在室内部署更多的小型基站。初期研究表明，仅9%的家庭普及率就可能使容量提高500倍， 20% 的家庭普及率就可能使容量提高1，000倍，同时，如果单纯采取宏网络部署模式，那么需要增加10倍的频谱。作为美国高通公司旗下全资子公司，美国高通技术公司在其研究中使用了一个密集住宅区域，该区域有多栋多层建筑，小型基站网络采用专用频谱（不同于宏网络使用的频谱），但该公司也在重点研究使临时小型基站部署模型能够有效地用于共享频谱，即宏基站和小型基站使用相同的频谱。

小型基站通常从无线电规划的角度以传统计划方式部署。传统上，运营商会聘用技术专家审慎地评估建筑物或区域的布局，执行无线电测量，审慎地选择部署小型基站的位置，调谐发送功率，准备小型基站，以及执行驱动测试。如果要部署大量的小型基站，这可能要耗费很长时间，而且成本很高。基于这个原因，需要发展以使运营商或合作伙伴能够在灯杆和墙壁等地方（实际上基本是可以提供回传和电力的任何地方）临时或“计划外”部署更多的小型基站。另外，终端用户或运营商的合作伙伴还应能够在家庭、办公室、企业、购物中心内安装小型基站。运营商不必维护优化的无线电规划位置，小型基站可以针对无线电条件变化做出调节，这使得与部署相关的成本得到降低，促进了小型基站高度密集网络的迅猛增长。最终，可实现持续推动小型基站的部署和维护成本降低的目标。

扩大小型企业和邻区环境中的容量

随着数据需求急剧提高，运营商正努力提升容量和覆盖范围，增强为家庭和中小企业（SMB）无线用户提供的服务，这是绝大部分数据被消费的地方。中小企业、大型企业和家庭都可以简便地获得电力和回传，这降低了小型基站安装的相关成本。中小企业、住宅和邻区小型基站解决方案旨在降低服务提供的成本，通过更快的移动宽带服务和质量更好的语音连接改善终端用户的体验。它们还可以实现全新的先进服务，包括在多台办公设备之间共享内容、与用户级交换机（PBX）整合以及其他基于精确室内定位的服务。

用户还可以利用室内部署，在 家庭、中小企业和大型企业以外的地方提供覆盖。这是一种全新的从内到外的部署方式，即“开放的邻区小型基站”，其中，用户部署室内小型基站，以利用可用的宽带连接。有些覆盖提供给家庭或建筑物以外的用户。在这种方式下，网络建设本质上是随意性的，因为从运营商角度看，它是没有规划的。除终端用户外，运营商同样可能会以没有规划的方式部署小型基站，也会从这种更快速、更简单的部署模式中受益。

高通技术公司最新推出的小型基站系统级芯片（SoC）FSM90xx系列，旨在为邻区和小型企业客户精确提供所需的性能，以全面利用多元融合Wi-Fi和蜂窝接入点及无线路由器，并实现行业领先的总拥有成本。

FSM90xx系列利用高通技术公司在蜂窝、Wi-Fi和家庭网络中的领先地位，创建可支持先进802.11ac/n Wi-Fi技术的集成4G小型基站系统级芯片（SoC）。FSM90xx系统级芯片旨在满足住宅、邻区和中小企业市场的成本目标和性能需求，可以简便地与现有产品（如机顶盒、家庭网关、宽带路由器等）集成，使得软件应用能够同时利用蜂窝和Wi-Fi，提供更好的整体终端用户体验。

扩大企业、城市和微微小区环境中的覆盖范围和网络容量

运营商和企业正在部署更高容量的企业、城市和微微小区基站，提高建筑物内、园区中和室外的网络容量。

在企业中，小型基站旨在为增强室内覆盖和网络容量提供简单的低成本方案。随着越来越多的员工自带设备上班（BYOD），这变得极为重要。由于每台新设备都会提高数据流量，IT经理必须保证企业用户能够在办公室中获得优质移动服务及最高的数据速率，同时还要尽可能降低设备的购置成本。能耗是企业小型基站的重要考虑因素之一。在企业中，这些小型基站产品一般采用以太网供电（PoE），以降低对额外电力线的需求，并降低相关成本。为了符合PoE限制，小型基站必须使功耗降到最小，保持在PoE的功率范围内。

在城市热点地区中，由于成本低、部署简单，运营商可以使用小型基站改善本地覆盖和网络容量，分流宏网络流量。小型基站还提供了经济可行的方式，在网络基础设施最少的边远农村地区提供覆盖能力和网络容量。

高通技术公司高集成度FSM99xx芯片组提供了业内最完善的一套功能，在最需要的地方（包括繁忙的城市热点地区、大型购物中心、体育场馆等）增加了3G和4G容量，并在一个可扩展的高效节能的封装中，提供了并发3G和4G操作，以及802.11ac Wi-Fi的选项。FSM99xx系列提供了高集成度，从而减少了电路板空间，实现了紧凑的低成本产品，并降低了功耗。如前所述，低功耗是企业PoE小型基站的关键，对推动降低小型基站的运营成本至关重要。FSM99xx系列高度可扩充的设计使其既适合容量相对较小的小型基站，也适合大容量城市和微微小区环境，包括路灯杆上的热点，以及介于其间的任何场景。

加快超密集小型基站部署

超密集网络是下一个大事件。从本质上看，超密集小型基站部署拉近了网络与用户的距离，可以在用户需要的地方提供网络容量。高通技术公司把这些网络称为超密集异构网络（HetNet），它们将要求成本更低的即插即用小型基站，这些小型基站自行组网，并独立适应新增加的小型基站或其他网络变化。从本质上看，3G/4G小型基站希望更像Wi-Fi接入点那样部署。使用有授权的3G/4G频谱，将能够保证服务质量和性能，同时根据质量和服务尽可能使用Wi-Fi。

UltraSON是高通技术公司设计的一套自组织网络（SON）功能，可以大规模部署规划外的小型基站，同时提供电信级性能和运营商控制（图2）。UltraSON解决了多个超密集挑战，如“规划外的”小型基站、强健的移动性和可靠的用户体验。它实现了3GPP定义的功能，如ANR（自动邻区关系）、MLB（移动性负载均衡）、MRO（移动性强健优化）。3GPP标准没有规定实际算法，标准允许在实现时进行创新。

图2：UltraSON技术使简单、超密集的小型基站部署成为可能。

此外，UltraSON提供了减少频繁切换、识别回传的负载管理和负载均衡等功能。它设计用于许多部署场景，包括住宅、小区小型基站、企业、城市和微微小区，既可以使用专用频谱，也可以与宏网络共享频谱。为确保强健的移动性和可靠的用户体验，减少干扰，必须协调小型基站之间以及协调小型基站和宏网络之间的关系。

2014年3月，高通技术公司完成第二阶段试用，在可想到的最苛刻的运行环境之一（美国菲尼克斯跑道的全美汽车比赛协会斯普林特杯车库）中，验证了由小型基站组成的UltraSON网络，演示了被认为是迄今世界上最密集的LTE室外网络。由于该比赛每两年才举办一次，比赛物资在赛前才会到位，所以不可能提前进行规划和优化。

在试用中，高通技术公司与斯普林特（Sprint）及全美汽车比赛协会（NASCAR）合作，使用了Air span的Air Synergy2000 LTE-Advanced微微基站，其中搭载了高通技术公司的小型基站芯片组和UltraSON。针对每平方公里部署1，000个基站的目标，使用专用TDD（时分双工）频谱在菲尼克斯国际跑道的整个车库区域部署了31个小型基站。考虑到车库的实际尺寸，公司实现了相当于每平方公里超过1，100个基站的密度。与传统覆盖解决方案（如在NASCAR一类场所部署车载基站（COW））相比，小型基站部署提供的容量提高了40倍以上。这次部署相当于每平方公里约有1，000个小型基站，如果这样“没有规划的”部署在极具挑战性的NASCAR车库都能正常运行，那么它应该能够在任何地方运行。

高通技术公司目前正在与小型基站论坛及其他行业参与者合作，定义SON互操作性标准和测试，以确保运营商能够部署来自多家厂商的SON解决方案，保证它们能够共同运行。

发现和使用新增的频谱

频谱是移动互连的生命线。简而言之，频谱越多，容量越大，数据速率越高，支持的用户数量也越多。良好的频谱是稀缺资源，为了获得更多的频谱，需要找到更高频谱的频段。

移动网络使用不同类型的频谱， 以在不同环境中提供无线宽带互联网接入。因为非授权频谱并不“属于”任何一家网络运营商，所以它必须与多种技术和应用共享，特别是在高流量区域。另一方面，授权的频谱亦即清理的频谱，可提供更严格的控制和信道协调，从而提供可以预测的性能。但频谱仍然是有限的。为了迎接1，000倍流量挑战，必须最充分地利用所有类型的频谱，找到新的创新方式获得更多的频谱。但怎样才能针对移动宽带接入和1，000倍流量最充分地利用非授权的频谱呢？

2GHz频段及以下的频谱为宏网络完美的广域覆盖及层层密布的小型基站奠定了基础。2.4GHz周围非授权的频谱则相对拥挤。

为了迎接1，000倍流量挑战，业内正在探索更高频谱的频段—3GHz及以上频段—这些频段有望提供多达10倍的可用频谱。由于这些较高频段的覆盖范围较小，它们特别适合部署小型基站。此外，由于小型基站部署密度越来越高，较低频段和较高频段之间的性能差异正在缩小，从而使得较高频段更具吸引力。

较高频段一个很好的实例是3.5GHz周围的频谱（视不同市场为3.4GHz～3.8GHz），这可能是讨论部署小型基站的第一个“更高的”频段。这些频谱以前并不是移动网络的主流频段，主要原因是它们的覆盖范围小。也就是说，它们非常适合小型基站，因为小型基站在设计上拥有较小的覆盖范围。事实上，较小的覆盖范围有助于降低干扰。为此，有些人已经把它称为“小型基站频段”。当然，需要继续查看更高的频段，才能在将来接入更多的频谱。

因为频谱仍然有限，所以必须最充分地利用所有类型的频谱，包括使用非授权的频谱，伺机在常用小型基站中扩大移动宽带；以及寻求新的创新方式，接入更多的频谱。

带宽丰富的5GHz非授权频段是扩大移动宽带的必然之选。鉴于5GHz周围非授权的频段非常宽，这些频段可以在多家运营商、多名用户和多种技术之间有效共享。一个实例是多种技术正伺机使用非授权的频谱，包括Wi-Fi以及高通技术公司正在开发的把LTE-Advanced的优势扩展到非授权频谱的一种新技术。该技术优势在于同时为授权频谱和非授权频谱提供了一个一体化的LTE网络。

世界上许多国家都在5GHz周围提供了高达500MHz的频谱，未来还会有更多。例如，美国正在考虑提供近200MHz的新增频谱，欧盟也考虑在5GHz周围新增大量的非授权频谱。

在中国，基于LTE-Advanced的小型基站仍处于部署的早期阶段，因为中国的运营商仍在建设LTE宏覆盖。事实上，中国工信部最近向中国三大运营商中的两家运营商颁发了FDD LTE牌照，作为中国下一波4G发展的一部分。也就是说，由于频谱短缺和费用因素，某些蜂窝系统中正在采用时分双工（TDD）技术，如中国的TD-SCDMA和TD-LTE系统。TDD是一种通过半双工通信链路仿真全双工通信的方法。发射机和接收机都使用相同的频率，但在时间上切换发送和接收业务。另一种技术—频分双工（FDD），是建立全双工通信链路的一种方法，该链路对发射机和接收机操作使用两个不同的无线电频率。TDD的优势是只需要一条由频率频谱组成的信道，而不需要浪费频谱的保护频段或信道隔离。也就是说，成功实现TDD要求在发射机和接收机上都有非常精确的时序和同步系统，以确保时隙不会重叠，否则会造成相互干扰。高通技术公司不仅在手机解决方案中，而且在小型基站解决方案中，都是LTE-TDD解决方案的领导者之一。高通技术公司的小型基站解决方案包括DAN34xx、FSM99xx和FSM90xx，支持LTE-TDD技术，另外市场上有许多OEM小型基站产品基于高通技术公司的解决方案。通过支持包括载波聚合在内的LTE-Advanced解决方案，高通技术公司小型基站解决方案正持续推动LTE-TDD的发展。

载波聚合：利用所有频谱资源提高带宽

高通技术公司正在不断创新，优化网络带宽和频谱效率。凭借其开创的技术（DCHSPA+和LTE-Advanced），可以通过载波聚合或多载波和多频段聚合来实现更宽的带宽。

一般来说，世界上大部分地区提供的频谱都是孤立的。载波聚合就像胶水一样把它们结合在一起，提供更宽的带宽，同时可以利用提供的所有频谱，为小区中所有用户提高用户数据速率。载波聚合可以结合较低和较高频段—融合前者更好的覆盖能力与后者更高的可用性。补充下行链路（SDL）可以组合配对和未配对的频谱，提升下行线路容量。类似地，通过载波聚合，HetNet可以更好地利用频谱，如小型基站使用较高的频段（3.5GHz），宏网络使用较低的频段（700MHz）。

从本质上看，载波聚合在设备上融合多个载波，提高了小区覆盖范围内的用户速率，不管用户是靠近小区，还是位于边缘。载波聚合正在朝着各种方向不断演进，包括更多的载波（最多5个载波及在标准中支持最高100MHz）、跨越FDD和TDD、跨越多个小区等。载波聚合实现的更高的数据速率可以进行折中，为突发应用获得两倍或两倍以上的网络容量，同时在典型网络负载条件下保持相同的用户体验。

在整个系统中实现更高的效率

最后，整个系统需要实现更高的效率。虽然增加小型基站和频谱对迎接数据需求挑战有很大的帮助，但是如果能够改善从所有网络、设备、应用和服务中获得的整体效率，那么效果将更好。LTE Advanced技术及其他技术需要不断演进，才能最大限度地利用有限的频谱资源。

高通技术公司在LTE-Advanced中的创新方式之一是把LTE-Advanced带入非授权的频谱（图3） ，这既提升了性能，又增强了终端用户体验。基于LTE构建能够实现整合的无缝移动性，提供更好的用户体验。在非授权的频谱中，LTE Advanced利用了LTE生态系统和常用的LTE基础设施。它使用授权频谱作为稳固的控制基础，伺机聚合非授权的频谱提升容量，进而保证更好的、更可靠的用户体验。拥有稳固的授权频谱基础的LTE核心网络可以确保无缝的移动性。

图3：使1，000倍流量成为可能—针对伺机使用，把LTE-Advanced的优势扩展到非授权频谱。

在非授权的频谱中使用LTE改善了覆盖范围，也可以通过降低覆盖范围来提高容量，降低部署成本。与运营商部署的Wi-Fi相比，Wi-Fi需要有高达5倍或更多的接入节点数量才能提供LTE在非授权的频谱中提供的容量。换句话说，在非授权频谱中的LTE与相同接入节点普及率（用户普及率）的Wi-Fi相比，提供的容量高达5倍。公共授权的LTE核心网络为非授权频谱提供了许多共同功能，如身份验证、安全和管理。

LTE在非授权的频谱中可以与Wi-Fi共存，且比其他Wi-Fi使用影响小。由于高通技术公司提议的保护功能，在非授权频谱中把LTE作为Wi-Fi的邻居对Wi-Fi造成的影响要低于把另一个Wi-Fi作为邻居。这意味着，在运营商把Wi-Fi切换到非授权的LTE-Advanced时，Wi-Fi用户（不管是私人用户还是运营商用户）也能从中受益。

改善中国和世界各地的移动数据接入能力

总之，移动无线行业必须能够保证经济地面对移动数据流量迅猛增长的挑战，同时继续为用户提供最佳的移动宽带体验。

更先进的低成本小型基站网络与新增频谱及更高效地利用现有频谱相结合，意味着可以获得优秀的技术解决方案，在真实世界环境中实现超高密度，而这对应对1，000倍流量的挑战是必须的举措。