700MHz频段超级Wifi方案探讨

1、700MHz频段超级Wifi方案探讨CCBN2015主题报告会分论坛-智能终端与OTT论坛于3月25 日在北京国际会议中心举行， 该论坛以“创新、 合作、发展”为宗旨， 包含广播影视发展峰会， 智慧广电峰会、 公共服务与应急广播论坛等 专题演讲，是 CCBN 的重要组成部分，充分表达 CCBN2015 促进学 术交流与对话的平台作用。会上，上海云视科技的副总裁 & 研发部总 经理廖毓功先生发表了题为广电 700M 超级 Wifi 解决方案探讨 的演讲报告，探讨了在无线宽带化推动移动互联网飞速发展的背景 下，广电 700M 超级 Wifi 的建设方案及发展规划。以下是报道全文：前言：随着移动智能

2、终端的飞速发展， 互联网从 PC 时代进入移动互联 网时代。移动互联网的到来，对人们的生活方式，如购物，教育，旅 游，视频，社交，支付等都产生巨变。因此，广电运营商作为视频、 宽带等基础网络提供商，如何在移动互联网时代中占有自己的话语 权，如何发挥广电网络在移动互联网的地位是值得广电从业者认真思 考和探索。移动互联网的发展是伴随着无线通信网络和智能移动终端的 普及而飞速发展的。 3g ，4G/LTE，Wifi 等高速无线通信技术的发展， 使得互联网宽带逐步无线化， 无线宽带的带宽高速发展可支撑视频等 更多复杂、丰富的应用。智能移动终端如智能 ，PAD 等的发展，使得随时随地上网， 信息交互成为

3、可能。 移动互联网正逐步侵入各行 各业。在移动互联网时代中，互联网宽带无线化和无线带宽宽带化， 带来了对无线频谱和无线技术的飞速发展。 3g ， 4g 等无线牌照的拍 卖，无线频谱的价值已经充分表达。作为无线通信的黄金频段 700MHz 698MHz806MHz丨频段成为炙手可热的资源。当前 700MHz 频段是广电使用的频段，如何利用 700M 黄金频段发展无 线技术，把握未来的无线移动互联网时代中的时机， 是当前广电人需 要考虑的问题。本文从 700M 频段中大家关注的 700MLTE 技术和 700MHz 超 级 Wifi 方案上进行简单的分析和探讨， 分析广电建设 700MHz 频段

4、超级 Wifi 的优势，希望为广电 700M 无线网络建设方案讨论中抛砖 引玉，为广电在未来的移动互联网竞争中建立技术基础。限于作者的无线技术水平，本文不打算从详细的技术角度来阐述700MHz中LTE和Wifi的技术比照，而试图通过简单投资分析， 广电对 700MHz 无线通信的定位，以及广电用户实际使用体验和竞 争分析的角度，对两种技术进行简单分析，以期提供参考。700MHzLTE 方案浅析LTE 市场和技术简析LTE LongTermEvolution ，长期演进作为新一代第四代 宽带无线移动通信的领军技术， 经过几年的发展以及和 WiMAX 的竞 争，已经是 4G 的主流技术，在全球运营

5、商中获得大规模商用的验证和认可。根据 GSA 全球移动供给商协会的统计，到 2014 年底，全球共 有 611 家电信运营商在 174 个国家和地区投资 LTE 网络。全球商业 运营的LTE网络超过360张，LTE基站已经部署200万个，LTE用 户数接近3亿。中国LTE基站已经部署了 77万个，占全球的40% , LTE用户数过1亿，超过1/3，并继续快速增长。当前LTE主流的频 段采用 1.8GHz45% 以上和 2.6GHz 28% 以上，中国移动主流 也是采用 2.6GHz 频段。 1GHz 以下低频频段 700/800MHz 频段， 当前也有 33 个国家 55 张商用网络采用此频段

6、， 典型的日本 DoCom 采用 800MHz 频段，美国 Verizon 采用 700MHz 频段超过 2600 万用户。由于 700MHz 频段穿透性能好， 穿透衰减小， 覆盖范围广， 射频信号传输质量高等特点，越来越多国家和地区开放 700MHz 作 为LTE通信的低频频段，以便运营商能够以较低的成本，完成较快速 的覆盖。从以上信息分析来看，LTE技术已经非常成熟，700MHZLTE虽 然用户基数少于 1.8GHz 和 2.6GHz 主流频段，但 700MHzLTE 技术 也是经过规模验证，也是成熟、稳定技术。LTE 网络部署LTE 宏基站架构如下列图，相比较 2G/3G 网络， LTE

7、 网络组网 往全 IP 网络发展，网络架构趋向扁平化和简单化。网络节点和层次 减少，逐步往分布式系统靠拢， 降低系统复杂度以及传输和无线接入 时延，到达减小网络部署和维护成本目标。 E UTULTE宏基站部署示意图由于城市用户密集区域快速发展，智能终端/便携设备的进一步 普及，高清视频，3D等高带宽应用的快速发展，导致每平方公里的 站点密度大大提升，密集区域达10个站点/km 2,已经不能继续扩展。 因此，从网络发展的角度来说，必须发展小基站Smallcell 包含Femtocell , Picocell， metrocell 等等，减小基站的覆盖范围和接 入用户数量。小型基站数量未来将占到7

8、0%，移动宽带的竞争很大程度上依赖固定宽带网络的发展，才能满足无线用户对带宽的需求。LTE的小型基站/家庭基站的部署，和宏基站基本保持一致：小基站/家庭基站部署示意图当前宏基站功率大，设备复杂，基站建设，天线建设等投入较 大，一个LTE宏基站投入近百万，因此，4GLTE即使对于运营商也 是大投入。后续，通过小基站/家庭基站类似WifiAP组网进行室 内、室外热点补网，解决盲区覆盖，提升单位区域的带宽和提咼用户 体验效果。但小基站的建设成本也是数万元。LTE 的技术优势简析相比2G/3G网络，LTE优点明显：a）带宽远高于2G/3G网络。下行峰值速率大于100Mbps ,上 行达 50MbpsT

9、D-LTE比 2G200Kbps 的速率高 500 倍，比 TD3G 的 2.8Mbps 高了 30 倍。b）组网简化。时延小，控制面小于 100ms ，用户面小于 5ms 。c）支持大于350km/h 的高速移动。d）频谱灵活。带宽从 1.4MHz ,3MHz ,5MHz ,10MHz ,15MHz 到 20MHz 可选。支持多个主流无线接入频段。e）全IP数据网络，支持VoLTE，相比2G/3G语音数据别离， 语音业务时，数据业务断线， 可提供 AlwaysonLine 永远在线。使得 能快速接入和发起各种应用，接入速度快，用户体验好。从以上 4GLTE 技术和方案看，从技术成熟度和先进性

10、上 700MHzLTE 都是成熟和稳定可靠的方案。但该方案成本高，建设难 度较大，对广电的技术要求高。1 700MHz 超级 Wifi 分析当今互联网从 PC 时代进入了移动互联网的时代， Wifi 以其便 利性，高速，性价比高，已经成为各便携终端的首选联网技术。随着 智能终端的发展，逐步演进到“无 Wifi 不成终端”。随着 Wifi 技术 的进步，如低功耗， Fullmesh 自组网，多用户接入， OFDMA ， Mu-MIMO 等技术的发展，。 Wifi 不仅广泛应用在无线城市、 运营商 Wifi 公共热点建设，家庭 /中小商户 Wifi 路由器部署上，物联网 IOT、 无线传感器、智能

11、家居等也越来越多的采用 Wifi 技术， Wifi 已经成 为应用最广的无线技术。当前 Wifi 使用 2.4GHz 公共开发频段和 5.8GHz 受限开放频段。随着无线宽带化的发展需求，以及 IOT 等技 术发展的需要， Sub1GHz 的 Wifi 技术，如 TVWhiteSpace 电视空 闲信 道 ，认 知 无线 电 CognitiveRadio 发展 的 软件 无线 电 SoftwareDefineRadio ，以及 IEEE802.11ahSub1GHzWifi 标准 的推动， 1GHz 以下的 Wifi 技术也获得大大的发展， 700MHz 大规 模商业 Wifi 技术指日可待。

12、以中国运营商公共 Wifi 建设部署为例，当前三大运营商合计 拥有 WLAN 热点超过 600 万个，其中中移动早期因 TD-SCDMA3G 网络覆盖数据传输效果较差，需要采用 Wifi 作为 3G 数据通信的重 要补充，其 WiFi 发展最快， WiFiAP 数量部署超过 450 万个。中国 电信部署 AP 超过 120 万个，中国联通 AP 部署超过 30 万个。但由 于运营商 Wifi 热点部署中，存在以下问题： 一是站点选择规划困难， 导致热点命中率低。 二是 2.4GHz 开发频段， 没有约束和标准甚至运 营商之间存在互相干扰恶性竞争情况，导致 wifi 干扰大，且 Wifi 功 率

13、远小于 GSM/3G 功能，导致信号传输太差，站点吸收容量，数据 业务分流少。三是运营商从运营角度考虑， Wifi 业务认证繁琐，普 遍采用 WEB/Portal 加短信认证，操作麻烦，且接入用户数多时，性 能差，用户使用不方便，用户体验差，导致用户命中率低。因此，运 营商 GSM/3G/WLAN 三网协调建设，以期 WLAN 能很好弥补无线 数据业务发展的目标没有到达， 间接也推动了运营商加快 LTE 的建设进程，特别是中移动 LTE 建设进程但反观家庭 Wifi 路由器， Wifi 网关使用。当前由于智能 ， 智能终端的普及，家庭采用 Wifi 连接宽带上网已经是非常普遍，在 城市小区住户

14、中，搜索到1020个WifiRouter/AP 是非常正常的。 由于家庭固网 Wifi 用户，相对静止，功率相对恒定，家庭覆盖、穿 墙位置恒定，不影响日常使用。且虽然也互相干扰，但由于家用设备 功率小，相互干扰作为噪声处理，极端情况，通过更换 Wifi 信道， 也可解决信号传输质量问题。家庭 Wifi 基本即插即用，没有运营商 认证带来的用户体验问题。因此，家庭 Wifi 中使用良好，速率高， 价格低，质量稳定，这也成就了 Wifi 成为终端首选联网技术。广电如果采用 700MHzLicense 授权频段，则从频谱规划上， 防止了当前运营商采用 2.4GHz/5GHz 开放频段带来的干扰严重问

15、 题，通过有序的网络规划，部署大功率 700MHzWifiAP 产品，提升 AP 覆盖，解决多用户接入，采用 MIMO 或者 MU-MIMO 等技术， 提升带宽和用户接入数， 通过 FullMesh 解决相邻站点同频干扰问题， 700MHzWifi 是可以作为运营产品的。1.1 700MHzWifi 解决方案分析早期的WLAN芯片MAC基带芯片和RF射频是分开的，因此, 此类 Wifi 芯片方案中，仅需把 2.4GHz 或者 5GHz 的 RF 芯片换成 700MHz 频段即可。框图如下列图所示：AnAertna Canrwkv电oI.-p iilML1站rOn-CJiip LNARjapjw

16、TM_RVGO 、FnKurKif2.4G/SG/700MHZQrrCTiv PAIravinwiwwjECL R_CET1MO AWJ jmcj,心业WlflMACi如上图，早期 WLANMAC 基带处理芯片和RF芯片分开，采用零中频基带IQ信号和RF调制芯片对接，把RF芯片内部的频 率合成器和压控振荡器适配到 700MHz频段，根据实际需要，适当 调整Wifi信号间隙等参数，即可在当前大规模 WLAN方案基础上， 发展700MHzWifi 技术。当前Wifi技术发展，成本低，更多采用 SOC芯片，一是如上 图所示中，MAC和RF集成在同一芯片中，修改 RF芯片，使之适配 到700MHz频段

17、。二是采用外挂混频电路，把 2.4GHz/5GHz降频到700MHz。原理框图如下:2.4GHzWifi 转 700MHz 原理框图5GHzWifi转700MHz原理框图在现有的 2.4GHz/5GHzSOCwifi 基础上，采用频率合成器把 2.4GHz 和 5GHz 转换为 700MHz ，后级可增加 700MHzPA 和 LNA ， 提高发送功率和接收灵敏度，保证覆盖范围需求。1.2 700MHzWifi 特性700MHzWifi 基 本 可 以 完 全 继 承 2.4GHz/5GHz802.11 n/802.11ACWifi的先进特性，可以支持 2 X2,3 X3, 4 X4MIMO8

18、02.11 n最高速率可达 600Mbps 物理速率，802.11AC3*3MIMO 可达 1.3Gbps 物理数率，超过 1Gbps 的 MAC 速率。工作频带可选工作在 5MHz ， 10MHz ， 20MHz ， 40MHz 和 80MHz 等多种带宽。当前主要采用 CSMA/CA 方式接入，也可考虑 选择 TDMA/TDD 方式。支持 Fullmesh 智能自组网。Wifi 新技术上逐步扩展 MU-MIMO 多用户多入多出技术和OFDMA802.11ax丨等。MU-MIMO 可以支持多用户同时接入， 大大提升了一个站点的接入用户数，减小了 Wifi 冲突防止，使用竞 争带来的低效率。同

19、样，OFDMA可获得LTE 样的多用户接入能力 和提高数据传输效率。 Wifi 新的标准和技术上还会持续引进功率控 制，减小同频干扰，提升 Fullmesh 自组网的能力，使得 Wifi 越来 越适合无线接入网解决方案。700MHz 超级 Wifi 网络部署分析700MHz 超级 Wifi 网络部署中，需要解决当前电信运营商Wifi 热点部署中存在的三个问题，这样才能提升用户体验效果，到达运营目的：站点覆盖和选址问题。解决 Wifi 覆盖和干扰问题，统一SSID，方便用户自动识别700MHzWifi信号。合理规划频段，频率使用范围，信号发射功率，做好网优工 作。解决当前 wifi 开放频段带来

20、的强干扰问题和用户争用问题。简化用户接入认证，自动认证。提升用户体验，吸引用户使 用。在解决当前运营商问题的基础上， 采用云平台进行设备管理和 维护，引入 AP/WLAN 设备自动配置，业务自动开通，零配置安装 等网管对接问题。通过云平台统一监控和配置 Wifi 站点的发射功率 和使用频段，解决干扰问题。不再采用 AC 集中器等，扁平化设备管 理。后续考虑 WLANMesh 组网， MU-MIMO 扩展，解决多用户接 入。集中控制AC方式和云平台分布式方式 700MHz超级wifi组网比照如上图所示，采用云平台管理无 AC控制器系统架构上面有以 下优势：a）没有U型转弯、没有AC控制器集中转发

21、带来的性能瓶颈、 没有AC控制器带来的网络单点故障b）扩展灵活，即插即用。通过云平台方便扩展c）优越的分支机构性能和生存力d）可以实现Mesh网络，方便功率控制，频段分配，解决干扰 问题。e）高可靠性、低成本没有控制器的成本f）丰富的增值功能700MHzLTE 和 700MHz 超级 Wifi 方案简单比照下面拟在几个方面对 700MHzLTE 和 700MHz 超级 Wifi 方案 做一个简单比照：a）成本比照。LTE当前的建网成本要求高，是在Wifi建网成本 的 10 倍以上。b）组网优点。 LTE 作为下一代首选的移动通信技术，最具有优 势的是通过ICIC（小区间干扰协调）技术能够实现同

22、频组网。通过时 域，频域，功率控制等方便减小不同站点的相互干扰。 Wifi 也可以 通过频率划分，功率控制等手段，但当前效果不如 LTE。c）覆盖范围。 LTE 宏基站由于发送功率大，覆盖范围远大于 WifiAP 范围。但对于 Smallcell 小基站，两者覆盖范围相当。d）总带宽。当前 Wifil xilln 可支持150Mbps , 4X4支持 600Mbps , 11AC 支持 433Mbps , 3X311AC 达 1.3Gbps。带宽远 高于LTE。能更好的满足广电的视频应用。e）接入容量。由于Wifi的带宽宽，当前1路1*1Wifi用户并 发数建议小于40个。Wifi如果采用MU

23、-MIMO ，可以提高34倍, 略低于LTE。但LTE采用的是OFDMA , TDD/TDMA 效率上比当前 主流的 Wifi 采用的 CSMA/CA 要高。当然 Wifi 也可选择采用 TDD/TDMAMAC 调制方式，未来的 802.11ax 也可支持 OFDMA ， 可以大大提高用户接入并发数。f）终端种类和芯片出货数量。 当前 LTE 发展迅速，但 Wifi 已经 成为终端的标配，所有带 LTE 的设备基本都带 Wifi ，但数量巨大的 带Wifi的设备不会带LTE。因此Wifi的出货是LTE是数十倍。Wifi 从长期看，将会继续成为终端最后数 10m 的主流无线接入技术，成 本还会持

24、续占优。频 段 使 用 灵 活 性 。 LTE 是 1.4MHz ， 3MHz ， 5/10/15/20MHz 。 Wifi 也支持 5/10/20/40/80MHz 等多种带宽。当前综合来看，不考虑投入产出，不考虑成本， LTE 技术更能 满足运营商无线运营的需求。但是 Wifi 技术持续发展，且随着感知 无线电发展， TVWhiteSpace 等 Sub1G802.11ah 标准/ 技术发展。 700MhzWifi 产品也提到产品化日程。 700MHz 的成本会逐步和当 前普通 wifi 的成本靠拢，成本优势明显。另外， 700Mhz 超级 wifi 建设，可优先选择一些新的技术，摒弃当前 Wifi 运营中已经发现的 缺点，如采用 TDD/TDMA 替代 CSMA/CA ，采用 MU-MIM