大数据时代的挑战和LTE部署策略

1、大数据时代的挑战和LTE部署策略5 联网 移动宽带网络已经全面迎来大数据时代，在移动数据的接入层面，其主要特 征包括海量数据，500亿连接，以及大量的差异化业务需求。新技术引入，充足 的频率储备和智能立体网络的建设是应对千倍数字洪流的主要手段。 TD-LTE/LTEFDD网络的建设应当分步进行，同时考虑未来市场竞争的需要。优 先在产业链强壮的频段部署新系统，可以分享其带来的商业红利和规模经济效益， 达到事半功倍的目的。网络的初始建设应当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。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

2、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。大数据时代带给移动通信产业前所未有的挑战和机遇。从运营商到制造商， 从网络到终端，从内容到服务，整个ICT行业都处在巨大的变革之中。对于运营 商而言，这一挑战尤为严峻。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。例如，韩国运营商LGU +

3、 和美国运营商VerizonWireless就是二者的典范。尤其是LGU +由于采取了激 进的新技术（LTE ）部署策略，其市场份额由2G/3G时代的7% ,跃升到30% ,一举进入主流运营商行列。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

4、动和存储方式的变革等带来的流 量增长。例如，云存储不仅会改变用户习惯，也会改变数据存储和接入方式，从 而成为数据流量持续增长的新动力。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。未来的移动 通信网络，人与人的通信仍然是其最重要的组成部份。但是，随着物联网和行业 应用的推广，人与物和物与物的通信连接将在数量上占据主导地位。人们将实实 在在生活在一个网络社会之中。【5联网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。除了对传 输速率和传输时延要求的差异，为了满足某些新业务（例如，车联网），对网络 的可靠性也会提出更高的要求。X100D5 bE

5、tEian 卜 5Q btHion项20 部/阿洛穗爆诈性者长!大呈差异化的应用和需求图12020年移动通信展望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，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。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。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

6、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。5联网对于运营商而言，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

7、）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。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

8、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5联网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矗灵活的带宽接入 技术，也为未来差异化的业务需求提供了必要技术

9、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19641934 Turbu说砖1 酣了1991跖招研究倍幼1犯5 互联网1995 MIMO2001UMTSwH, 2002 4G故究启期2011rru 4G技术2Q09 LTE-FDDW1 TD-KDMA 洲1984 智靠底举1991 CDMA 研玄启动CDMA滴用圣碧路提升接术频援入技术m佃PHSCDMAWCDMA HSPATD-SCDMALTE/LTE-AEVDO Rev

10、A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，HeterogeneousNetwork）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（ AntennaIntegratedRadio）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

11、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。在以上3个方面，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

12、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。【5联网最后，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。原因显而易见，运营和优化一个网络的成本和复杂度远远低于多网多频协 同。用户体验随着LTE网络RCS （ RichCommunicationServi

13、ce ）能力的提升 获得大幅提升，同时由于网络间互操作的减少，用户感知会更加流畅。通常终端成本会随着模式的增加而增加。相反，终端支持模式的减少也会使 其成本大幅下降。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

14、 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3TD-LTE部署分步部署TD- LTE燃点/些匿就需； i F/Y201SD)ID- LTtd呢警挡D/DFEk口口门口 I r TD- LTE高宥全皑(YW-IMOMH 硼圈购1.些畦岐蹒U子哩壬菱赣风培熊君的毫9 :1Ik洋甘样 &格*叩.K 中】ww.跆# tja网廓画前旁啧：,土-HiM：，号兰 q、冲.中n皂*RH COM 5Fis业日壬:-leLnwir朝睢橱墙鄙球拶成；瑚打5与炯馨S:土tf作左对门rS*LT，RflI-10 ；U：； 频谱利用的考量

15、如前所述，为了满足大数据时代的挑战，运营商将会采取FDD/TDD融合发 展的策略来获得足够的频率资源。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5联网打下良好基础，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。在频谱储备上，

16、由于TD-LTE的有效带宽（例如，20MHz）仅相当于LTE-FDD 的一半（10MHz）。如表1所示，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。配置下行峰值速率上行峰值速率运隹里商A (TD- lte?/ v6。 Mbps10 Kbps2x20 MHz (2:2, 10:2:2)120 Mbps40 Mbps运客商E (HSPA+)MHz/2k5 MHz84 Mbps12 MbpsC i L I

17、E FDD：2s20 JIHz；：100 Mbps50 Fji?5表1运营商4G部署中期竞争态势同时，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IPad3/4/Mini均支持这一频段。在政府层面，欧盟已经与2011 年明确了将1800MHzRefarm给LTEFDD使用。智能立体网络建设虽然TD-LTE网络的部署还处在早期

18、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5联网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，