LTE TDD在全球移动宽带市场获得重要发展机遇
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摘要
近来Sprint Spark计划的启动，是LTE竞争焦点由网络覆盖转向数据速率和容量的最新标志。Sprint和软银在其LTE FDD和TDD混合网络中，利用LTE TDD提升网络容量和性能。LTE TDD（即TD-LTE）将在运营商利用TDD频谱资源，提升网络性能的过程中，扮演重要角色。
自标准化工作开始之初，LTE就被设计为能够同时支持FDD和TDD模式的单一空中接口技术。该原则为LTE TDD在全球范围内的成功奠定了坚实基础，并使构建融合统一的FDD和TDD产业生态系统成为可能，而融合的产业生态系统将是LTE TDD在全球范围内获得市场成功的关键。
分析
融合的LTE TDD和FDD正在成为数据速率和网络容量的助推器。
美国运营商Sprint 于2013年10月30日启动了其“Spark”计划，将网络峰值数据速率提升至50-60Mbps。这是LTE的竞争焦点从网络覆盖转向数据速率和容量的最新标志。全球市场上的LTE领先运营商，如Verizon Wireless、AT&T、SK电讯、EE等，都在通过在新频段部署更多的载波以及开启载波聚合、异构网络等新功能特性，提升其LTE网络的数据速率和网络容量。
在启动Spark计划之前，Sprint在这场速度和容量的竞争中远远落后于其竞争对手。Sprint拥有的FDD频率资源有限，1900MHz是其LTE网络的核心频段，也仅具有2x10MHz的频率资源，而在800MHz频段上的资源更为稀少。这一局限从根本上限制了Sprint在网络覆盖、数据速率和容量等方面的竞争能力。Root Metrics在一些美国四大运营商都部署了LTE的城市（如芝加哥）进行了现网性能测试，其结果显示Sprint与领先LTE运营商之间的性能差距在不断拉大。
在这一情况下，Clearwire（于2013年7月被Sprint完全收购）拥有的2.5GHz 频段的TDD频谱就成为了Sprint用来追赶竞争对手的重要支点。Sprint可以利用这一频段丰富的频谱资源（共有160MHz可用）来提供超高速率的数据连接服务（Sprint Spark计划示意图如下）
Exhibit 1, 数据速率和用户体验的比较
同时，LTE TDD和FDD之间固有的、紧密的互通设计，也使Sprint能够实现FDD和TDD网络的紧密融合，达到网络覆盖和系统容量的平衡。位于较低频段的LTE FDD系统可用来实现全国性的LTE网络覆盖，而位于较高频段的LTE TDD系统则可用来提供高速数据业务体验。作为3GPP LTE家族的原生成员，LTE TDD具有与LTE FDD无缝融合的能力。Sprint的Spark系统将支持800MHz、1900MHz和2.5GHz三个频段和LTE FDD、TDD两个制式之间的激活切换与会话连续性。基于这一能力，可以开发出更多的先进功能，如实时的负载平衡和流量控制。这将有效提高Sprint LTE系统的全网容量，并能提升用户在FDD和TDD两个系统中的实际体验。
Strategy Analytics认为，作为日本软银控制的运营商，Sprint还能从其母公司获得更多的关于LTE FDD和TDD融合组网的经验。自2011年11月部署LTE TDD以来，软银已经在2.5GHz频段部署了超过4万3千个LTE TDD基站，作为其LTE FDD网络（部署于900MHz和2.1GHz 频段）的补充，为用户提供更强大的数据业务能力。目前软银的LTE TDD网络已经覆盖了超过92%的日本人口，并使软银在日本的Android智能机市场上，居于数据速率排名的首位。
Exhibit 2, 软银 – 为Android终端提供最快的数据速率
LTE TDD帮助运营商开拓新的频率资源
软银不但在2.5GHz频段部署了LTE TDD网络，还对3.5GHz频段上的TDD应用给予了极大的关注。日本监管机构计划在2015年对3.5GHz频段进行重新分配，允许在该频段上提供移动宽带业务，预计将为LTE TDD在该频段分配大块频谱。所有日本运营商都在这一频谱的refarming做准备，而软银由于具有LTE TDD系统的实际商用经验，在这一过程中始终居于领先和有利位置。在2013年9月，软银联合华为在3.5GHz频段进行了基于LTE TDD技术的Small Cell业务分流实验。通过聚合5个LTE TDD载波，实现了高达770Mbps的峰值数据速率。该实验证明，工作于3.5GHz频段的LTE TDD系统能够有效的分流宏网络的数据流量，能够作为未来异构无线网络的重要组成部分。
3GPP作为制定LTE技术标准的全球标准化组织，已经为3.4-3.8GHz的TDD频段制定了相关的技术规范。全球主要移动通信市场也已经或正在将这一频段的全部或部分频谱资源用于LTE TDD网络部署。
Exhibit 3, 3GPP Band 42和Band 43示意
Exhibit 4, 部分市场Bands 42和Band43可用频谱资源情况
固定无线本地环市场
除了在城区热点的small cell部署模式，3.5GHz还是固定无线宽带接入业务很好的候选频段。许多WiMAX运营商都曾在该频段部署WiMAX网络，提供固定或游牧式的无线宽带业务，全球总用户数达400万。而LTE TDD具有比WiMAX大得多的产业经济规模，技术演进路线也更为清晰明确。所以，大量WiMAX运营商都已考虑从WiMAX过渡到LTE TDD。这将进一步扩大LTE TDD的市场机会，促进其全球发展。
一些运营商已经开始利用LTE TDD提供固定宽带接入业务。如英国的UK Broadband就在2012年2月开始，利用在3.5GHz频段（3GPP Band 42/43）的LTE TDD系统提供“下一代接入”（NGA）业务。根据英国电信监管机构OFCOM的定义，下一代接入业务的下行数据速率应超过24Mbps。UK Broadband利用LTE TDD技术，并引入固定CPE终端和更大尺寸的天线，保证了距离基站7-9公里的用户，能够获得高于OFCOM要求的数据速率（如下图）。这也充分证明了LTE TDD技术在固定无线宽带接入市场上拥有广阔的应用前景。
Exhibit 5, LTE TDD 提供“下一代接入”（NGA）业务
来源: UK Broadband
部署于高频段的LTE TDD系统能有效满足移动宽带业务不断增长的需求
随着数据业务的爆发式增长，移动宽带业务需要的频谱资源不断增加、带宽不断加大。3GHz以上的高频段资源能够支持更宽的系统带宽，从而实现更高的峰值数据速率和更大的系统容量。全球移动通信产业正在为移动宽带业务寻找新的可用频谱资源，而很多候选频段都是位于3GHz以上的高频段资源。在如此高的频段上，LTE TDD的时分双工特性具有天然的成本和复杂度优势，而且能够高效灵活的支持非对称数据业务。Strategy Analytics预计，2015年召开的世界无线电大会将为移动宽带业务正式分配新的频谱资源，在那之后，LTE TDD在全球移动宽带市场上的市场价值可能会得到进一步的提升。
统一的LTE标准为LTE TDD的全球经济规模提供了坚实的基础
移动通信标准发展的历史就是一个向着全球融合标准前进的历史。在第一代、第二代和第三代移动通信技术中，都存在多个标准割裂全球市场的情况。直至第四代移动通信，LTE才成为事实上的全球统一标准。下图即显示了移动通信技术通向全球统一标准的发展历程。
Exhibit 6, 通向全球统一标准之路
来源: 中国移动
在LTE设计之初，3GPP就将实现同时支持FDD和TDD的单一空中接口技术做为LTE的一个非常明确的系统需求，希望为两种双工制式都提供更大的经济规模。
所以，LTE TDD和FDD两种制式实现了共享相同的网络架构和协议栈，其物理层关键技术与核心处理过程也完全相同，都是基于下行OFDM、上行SC-FDMA和MIMO多天线技术等核心技术元素，两种制式的差别仅存在于帧结构中的特殊子帧设计上（LTE TDD的特殊子帧设计用来支持与TD-SCDMA的共存，如下图）。相同的网络架构、协议栈和物理层设计使产业界能够以较低成本实现同时支持FDD和TDD两种工作模式的终端设备，这对促进LTE TDD和FDD的融合发展，共享LTE全球产业链至关重要。
Exhibit 7, LTE帧结构
来源: Ericsson
虽然帧结构的差异还使LTE TDD与FDD系统在随机接入、调度、HARQ定时关系等方面存在一些微小不同，但总的来说，LTE TDD和FDD是同一种技术的两个变体。他们都由3GPP进行标准化，拥有同样的标准版本规划和同样的技术功能特性。在3GPP标准化过程中，全球技术产业阵营在同时推动LTE FDD和TDD两种制式的发展，为他们的标准化做出技术贡献。
由于LTE TDD和FDD共享同样的网络架构和协议栈，他们之间的互通与融合具有天然优势，能够实现紧密无缝的融合互通。目前， 3GPP已经开始讨论更为紧密的TDD/FDD协同机制，如在同一基站内部或不同基站节点间，进行FDD和TDD两种模式混合的载波聚合。该技术将能够更为有效的提升LTE TDD和FDD融合组网的工作效率和用户体验。
技术标准中的高度共通性也使LTE TDD和FDD能共享大部分软件和硬件组件。Strategy Analytics的研究显示，在对产业规模发展至关重要的终端芯片领域，也有许多厂商（如高通、Marvell、华为海思等等）开始提供LTE TDD和FDD的多模式芯片。随着LTE TDD和FDD的融合网络的部署和发展，LTE TDD的全球市场规模将不断扩大。
融合的产业生态系统是推动LTE TDD未来持续发展的关键
目前，领先的系统设备厂商都已经实现了LTE TDD和FDD产品的共平台开发。大部分LTE系统的软件功能都可以在FDD和TDD系统间通用。而领先的芯片厂商，如高通，也已经开发了同时支持多种技术制式的LTE芯片平台。这些融合的产品和解决方案将能够支持LTE FDD和LTE TDD 的端到端的融合互通，使LTE TDD具备更多的、更为灵活和具有市场吸引力的部署场景。
Strategy Analytics相信，全球范围内，有利于LTE TDD发展的机会窗口正在开启。发达市场的领先运营商正在面对更高数据速率和更大网络容量的市场需求，迫切需要更充分的利用频谱资源，而LTE TDD可帮助运营商充分利用FDD系统无法使用的非对称频谱资源。长期来看，LTE TDD优秀的非对称特性将成为满足移动互联网发展需求的有效工具。
但是，我们也必须看到，LTE TDD的产业生态系统整体仍弱于产业化启动更早的LTE FDD。根据GSA数据，至2013年11月，支持LTE TDD的终端数量为274款，而支持LTE FDD的终端数量已超过1200款。
不同部署场景和发展路径的影响
目前中国监管机构已经向三大运营商发放了LTE TDD运营牌照，中国移动更是已经开始在若干城市提供基于LTE TDD的4G业务。依托庞大的用户规模，中国移动的4G商用部署将极大的促进LTE TDD产业的规模发展。但是我们必须看到，中国移动的网络演进路径在全球移动通信市场上具有非常明显的独特性。在3G时代，中国移动是全球主流运营商中唯一采用TDD技术（TD-SCDMA）的运营商，而在4G时代，中国移动也很可能在相当长时间内仅仅运营LTE TDD网络。但是，全球绝大部分主流运营商都同时拥有FDD和TDD频谱，这就决定了，即使引入了LTE TDD系统，这些运营商也将是把LTE TDD用于与LTE FDD的融合组网。从这一点上看，Sprint的Spark计划和日本软银的混合LTE组网都将对LTE TDD的全球应用具有更大的参考价值，能更好的帮助运营商理解和认识LTE TDD系统在提升网络性能和用户体验方面的重要价值。目前中国监管机构也已经允许中国电信和中国联通就LTE FDD与TDD的融合组网开展网络技术实验，这将为LTE FDD和TDD的融合发展提供更多的经验和借鉴。作为LTE TDD全球发展最重要的推动力量，中国运营商和产业界有责任也有能力为LTE TDD和FDD的融合发展提供更多的创新支持和市场样板。
总结与启示
为推动LTE TDD的全球发展，TDD产业界应充分利用LTE统一标准的优势，推动LTE TDD和FDD产业生态系统的融合发展。融合的产业生态系统将为LTE TDD和FDD的共同发展提供强大的支持，TDD和FDD的产业阵营最终都将从其中受惠。中国移动对多模多频LTE终端的强力推动就顺应和代表了这一前进方向，将有力的推动LTE TDD和FDD的全球融合。
如Strategy Analytics最近的研究报告（Sprint’s Spark integrates LTE FDD and TDD to compete with Verizon, AT&T and T-Mobile US ）所分析的，LTE TDD将在LTE TDD/FDD混合组网中扮演非常重要的角色。随着数据流量的持续增长和更多高频段频谱资源的应用，LTE TDD的全球发展正在迎来不断扩大的机会窗口。
统一的LTE标准为加速LTE TDD和FDD产业生态系统融合、创造全球经济规模，提供了坚实基础。而融合的产业生态系统将支持LTE TDD和FDD的融合运营，并使所有产业链成员从中受益。这将是LTE TDD全球成功的关键。
作者简介：
作为常驻中国北京的高级分析师，杨光先生为Strategy Analytics带来丰富的移动通信行业经验，并将为客户提供关于中国这一重要市场的深入行业洞察。
在加入Strategy Analytics之前，杨先生先后供职于多家行业知名公司。其工作领域覆盖了3G/4G、频谱和无线新技术相关的研发、标准化、战略分析以及行业合作发展。杨先生将聚焦中国和亚洲市场，扩展与中国运营商、监管机构和媒体的合作关系，并支持中国客户的咨询项目执行。
杨先生毕业于北京邮电大学，获得通信与信息系统的硕士学位。
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