爱立信构建LTE智能立体网络 应对移动大数据挑战

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。以此推算，从2010年到2020年，移动宽带网络数据流量增长将达到1000倍。相对于平稳发展的语音业务，丰富的移动宽带数据业务在移动通信网络中将占据绝对的统治地位。可以说在未来的10年，整个移动通信产业将全面进入大数据时代。这一不可阻挡的发展趋势，将会带给整个产业和社会的生产和生活方式深刻的变革。

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，我们应当如何应对?这是一个全球性问题，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。

充足的频率储备

“频谱是王”对于移动运营商而言毫不为过。站在一个国家层面，充足的频率资源，决定了网络可以承载移动宽带数据流量的基本面。在2G/3G时代，全球大多数国家的公用移动通信频率在300MHz-400MHz之间。而分析表明，未来网络需要大约1500MHz的频率资源。全球范围内，除了向更高的频率拓展(例如，3.5GHz)，将较低的优质频谱分配给公用移动通信也是主要的方向(例如，用于传统电视业务的700MHz)。此外，近来国际上出现的(在时间和地域上)受控频谱分享的分配方式可以进一步提升频谱利用率。

对于运营商而言，频率是战略资源。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。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。国际运营商也不约而同的将原先视为“鸡肋”的TDD频谱作为战略资源给以重视。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3GPPLTE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。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。

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(SmallCell)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。

多样化，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。

由于链路级通信技术本身的发展已经接近极限，提升的空间有限，除了传统的增加建站密度，增加带宽外，满足100%年流量增长率的主要技术方向是网络层面的技术革新，也就是智能立体网络的建设。在这一领域，为了实现各网元之间的协同和管理，对回传网络的性能要求(尤其是非视距的微站的回传方案)，也提出新的挑战。

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。

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。

频谱利用的考量

在频谱储备上，由于TD-LTE的有效带宽(例如，20MHz)仅相当于LTE-FDD的一半(10MHz)。TD-LTE系统设备需要部署较宽的带宽才可以获得和FDD系统可比的性能。因此，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。

同时，从长远发展的角度，适时考虑在较低频段部署TD-LTE，或者Refarm较低的FDD频段也是较优选择。例如，目前在全球方兴未艾的1800MHz的Refram进程。截至2012年10月，全球有30%的LTE网络部署在这一频段。主要原因是这一频率资源较为丰富(2x75MHz)，且产业链成熟，例如苹果IPhone5和IPad 3/4/Mini均支持这一频段。在政府层面，欧盟已经与2011年明确了将1800MHz Refarm给LTE FDD使用。

智能立体网络建设

虽然TD-LTE网络的部署还处在早期的阶段，但是良好的规划，可以为网络的演进，容量可持续增长提供坚实的基础。在实际的操作层面，第一步是实现良好的宏蜂窝连续覆盖，通过网络优化，深入挖潜，获得容量的最大化。统计结果表明，典型的移动宽带网络通过优化，其中值速率可以提高3倍，小区边缘速率可以提高10倍。

第二步是考虑增加基站密度，通过增加宏站密度，获得容量提升。这一手段简单有效。但是当密度增加到一定门限时，由于网络由功率(覆盖)受限变成干扰受限，网络的总体容量不再会随着站点密度的增加而增长。

突破这一瓶颈的主要手段也就是第三步，引入智能立体网络。例如，小基站(微蜂窝/微微蜂窝)。如何有效部署小基站，如何有效实现宏蜂窝和微蜂窝的协同以及合理的协同等级和规模是网络规划阶段的重要考虑因素。

在此基础上，多系统多频段的分流机制可以有效降低高负荷网络压力。但是，网络互操作的复杂度也随之上升。用户体验则可能有所下降。因此，多网协同应当只是走向全LTE网络的过度阶段，尽量压缩多网协同的时间窗口，有利于运营商的核心利益。

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