3G/4G融合網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵策略研究

周 飛

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司廣州分公司 廣州510700）

1 引言

2013 年可謂當(dāng)之無愧的“LTE之年”。從全球商用看，GSA最新數(shù)據(jù)顯示，截至2013年底，全球LTE商用網(wǎng)絡(luò)數(shù)量達(dá)到260張，其中包括25張TD-LTE商用網(wǎng)絡(luò)，LTE商用用戶數(shù)量達(dá)到1.57億戶，LTE終端數(shù)量達(dá)到1 240款。也就是說，僅2013年全球就部署了超過100張LTE商用網(wǎng)絡(luò)，發(fā)展了超過1億戶的LTE商用用戶以及推出了約800款LTE商用終端。經(jīng)過一年的發(fā)展，全球LTE網(wǎng)絡(luò)在系統(tǒng)、設(shè)備、芯片、終端等產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)方面取得了快速發(fā)展。

另外，從國內(nèi)的情況看，2013年也成為國內(nèi)“LTE元年”。2013年12月4日，工業(yè)和信息化部正式向中國移動(dòng)、中國聯(lián)通、中國電信頒發(fā)4G牌照，均為TD-LTE制式，并將根據(jù)企業(yè)申請(qǐng)，依據(jù)相關(guān)法定程序，批準(zhǔn)相關(guān)企業(yè)開展LTE FDD網(wǎng)絡(luò)技術(shù)試驗(yàn)，系統(tǒng)驗(yàn)證LTE FDD和TD-LTE混合組網(wǎng)的發(fā)展模式，并將在條件成熟后發(fā)放LTE FDD牌照。本文將從標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)、演進(jìn)、協(xié)同等方面剖析探討中國聯(lián)通LTE部署之路。

2 LTE與WCDMA技術(shù)對(duì)比

LTE網(wǎng)絡(luò)對(duì)3G網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)相比3G網(wǎng)絡(luò)對(duì)2G網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)化，更多的是一種量變而非質(zhì)變，主要體現(xiàn)在3個(gè)方面：從技術(shù)上，LTE是WCDMA技術(shù)的自然演進(jìn)；從體驗(yàn)上，LTE與WCDMA的協(xié)同和體驗(yàn)一致性最好；從業(yè)務(wù)上，LTE與WCDMA在業(yè)務(wù)的承載能力上不相上下。另外，從最終消費(fèi)者的角度看，LTE網(wǎng)絡(luò)并沒有在3G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上增加更多直觀的新特性。區(qū)別于2G到3G用戶從傳統(tǒng)語音到移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的革命性轉(zhuǎn)變，3G到4G是用戶從每月數(shù)百兆字節(jié)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量到GB級(jí)別的流量提升。如果說3G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)能夠滿足移動(dòng)終端的基本上網(wǎng)需求，那么4G網(wǎng)絡(luò)所提供的服務(wù)就已經(jīng)與有線寬帶沒有太大區(qū)別。

2.1 LTE是WCDMA技術(shù)的自然演進(jìn)

LTE與WCDMA同屬3GPP組織定義的通信系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)思想上，LTE借鑒了WCDMA很多內(nèi)容，并加以吸收簡(jiǎn)化，從而形成現(xiàn)有的LTE標(biāo)準(zhǔn)。

表1從協(xié)議架構(gòu)方面對(duì)WCDMA與LTE進(jìn)行比較。從協(xié)議的層次結(jié)構(gòu)看，LTE與WCDMA基本一致，均分為控制面和業(yè)務(wù)面兩個(gè)平面以及4個(gè)協(xié)議層。由于LTE采用了全I(xiàn)P架構(gòu)，為了提升效率，避免IP分組頭的過多開銷，在控制面引入原來WCDMA僅在業(yè)務(wù)面才有的PDCP層。

表1 WCDMA與LTE協(xié)議架構(gòu)對(duì)比

從物理層結(jié)構(gòu)看，WCDMA承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)主要采用HSPA技術(shù)，在WCDMA的基礎(chǔ)上引入時(shí)分多址，用碼字和時(shí)間兩個(gè)維度構(gòu)成一個(gè)二維的物理資源，如圖1所示。

圖1 HSPA物理資源示意

LTE是利用頻分多址與時(shí)分多址，用頻率和時(shí)間兩個(gè)維度構(gòu)成一個(gè)二維的物理資源，如圖2所示。

圖2 LTE物理資源示意

LTE與WCDMA在大的協(xié)議架構(gòu)方面沒有區(qū)別，在層三與層二也基本一致，層次上的唯一區(qū)別在于物理層，但即使在物理層，其區(qū)別也只是由于物理接入方式的改變?cè)斐傻淖兓?，其核心思想與原理是一致的。

表2從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面對(duì)WCDMA與LTE進(jìn)行比較。從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上看，核心網(wǎng)由于功能清晰，在邏輯上分化出多個(gè)網(wǎng)元，在接入側(cè)，層三功能從傳統(tǒng)的控制器下移，從而簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，雖然在網(wǎng)元構(gòu)成方面有了變化，但整體均是原WCDMA各網(wǎng)元承擔(dān)功能的轉(zhuǎn)移，并沒有產(chǎn)生全新的網(wǎng)元實(shí)體。

表2 WCDMA與LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對(duì)比

2.2 LTE與WCDMA的業(yè)務(wù)協(xié)同

LTE與WCDMA網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)同主要體現(xiàn)在語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的互操作連續(xù)性方面。

（1）語音業(yè)務(wù)

由于LTE是全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)，初期并不支持VoIP，因此LTE網(wǎng)絡(luò)上的語音通常分為雙待和CSFB兩種方式。由于雙待方案在終端成本和待機(jī)方面均有較大劣勢(shì)，通常是過渡選擇，主流方案是CSFB方案。在CSFB方案上，LTE與UMTS回落方案的成熟度和用戶體驗(yàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于GSM，CSFB到UMTS與CSFB到GSM的方案對(duì)比見表3。

表3 CSFB到UMTS與CSFB到GSM的方案對(duì)比

采用CSFB到WCDMA的方案，在語音業(yè)務(wù)的協(xié)同體驗(yàn)方面，中國聯(lián)通有巨大的優(yōu)勢(shì)。

（2）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

表4重點(diǎn)針對(duì)UMTS與LTE、GSM與LTE間的互操作情況進(jìn)行分析和對(duì)比。通過比較可以發(fā)現(xiàn)，在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的互操作協(xié)同體驗(yàn)方面，LTE與WCDMA的協(xié)同組合也有巨大的優(yōu)勢(shì)。

表4 系統(tǒng)間互操作支持情況

2.3 LTE與WCDMA業(yè)務(wù)承載能力

從網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)承載能力看，中國聯(lián)通3G網(wǎng)絡(luò)所能提供的已經(jīng)不僅是3G正式商用時(shí)4.2 Mbit/s的下載能力，隨著HSPA、HSPA+、DC-HSPA等技術(shù)的應(yīng)用，3G也可以提供21 Mbit/s甚至42 Mbit/s的峰值下載速率。相比國內(nèi)LTE 100 Mbit/s或120 Mbit/s的下載速率，對(duì)單個(gè)用戶的體驗(yàn)并不會(huì)有本質(zhì)性的差異。當(dāng)前的3G終端更成熟，網(wǎng)絡(luò)覆蓋性更好。即便在LTE部署初期，3G網(wǎng)絡(luò)仍然具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

另外，在當(dāng)前我國的手機(jī)上網(wǎng)用戶中，最流行的應(yīng)用仍然是即時(shí)消息（IM）、SNS、網(wǎng)頁瀏覽三大類業(yè)務(wù)。在數(shù)據(jù)流量套餐資費(fèi)不出現(xiàn)大的變化的情況下，單用戶的月均流量不會(huì)出現(xiàn)成倍的增長(zhǎng)，因此在LTE初期，數(shù)據(jù)仍偏向輕度流量型應(yīng)用，在此類應(yīng)用場(chǎng)景下，WCDMA和LTE對(duì)用戶的可感知速率基本沒有差別。

綜合以上3個(gè)方面，“4G不是一場(chǎng)革命”，把握3G依然是中國聯(lián)通未來成功的網(wǎng)絡(luò)制高點(diǎn)。

3 3G/4G融合策略

雖然從中短期來看，3G依然是最主力的移動(dòng)寬帶承載網(wǎng)絡(luò)，但從長(zhǎng)期來看，特別是在視頻等大流量應(yīng)用成為主流后，LTE的優(yōu)勢(shì)將逐漸凸現(xiàn)，成為主流。因此，如何在3G和向LTE演進(jìn)間掌握好“度”是中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)成功的重中之重，走3G/4G融合的道路，無疑是最為明智的選擇。

3.1 品牌融合

對(duì)于最終消費(fèi)者而言，并不關(guān)心網(wǎng)絡(luò)的logo是“3G”還是“4G”，只關(guān)心用戶體驗(yàn)到的速率；反言之，對(duì)于運(yùn)營商來講，也不希望給客戶造成某一張網(wǎng)好而另一張網(wǎng)差的品牌印象，而是希望客戶對(duì)運(yùn)營商的整體品牌有強(qiáng)烈的認(rèn)同感。因此，如何借助3G時(shí)代中國聯(lián)通已有的3G品牌優(yōu)勢(shì)提升4G品牌，對(duì)于中國聯(lián)通有特別現(xiàn)實(shí)的意義。

相比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在LTE時(shí)代與原有網(wǎng)絡(luò)“撇清關(guān)系”，純宣傳4G品牌的方式，中國聯(lián)通可借鑒很多WCDMA傳統(tǒng)運(yùn)營商的慣常做法。例如，美國的兩大WCDMA運(yùn)營商AT&T和T-Mobile將HSPA+宣傳為4G，早早實(shí)現(xiàn)了美國數(shù)百個(gè)城市的4G覆蓋，而對(duì)于HSPA+來講，消費(fèi)者體驗(yàn)到的速率基本沒有差別，但省去了開戶換終端的煩惱，后續(xù)隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的逐步完善及客戶終端的自然更新?lián)Q代，用戶將以無縫的方式自然遷移至LTE網(wǎng)絡(luò)。中國聯(lián)通廣東分公司在3G/4G品牌融合方面的宣傳上，以“無論3G、4G，精彩依然在沃”的宣傳語，告知用戶中國聯(lián)通的WCDMA網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)演進(jìn)至4G，能夠?yàn)橛脩籼峁?G的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)融合

網(wǎng)絡(luò)融合不僅是設(shè)備層面的融合，應(yīng)該站在未來目標(biāo)網(wǎng)演進(jìn)的角度觀察全局，推進(jìn)融合。國內(nèi)三大運(yùn)營商中，只有中國聯(lián)通在2G、3G和LTE網(wǎng)絡(luò)都擁有全球主流的價(jià)值頻譜，這實(shí)際上天然為中國聯(lián)通準(zhǔn)備了一個(gè)清晰的目標(biāo)網(wǎng)發(fā)展路線。圖3給出了中國聯(lián)通未來網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的路線示意。

GSM 900 MHz向UMTS 900 MHz演進(jìn)，低頻段UMTS 900 MHz覆蓋最遠(yuǎn)，是建設(shè)無縫優(yōu)質(zhì)體驗(yàn)的最佳方案，可以作為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)網(wǎng)和LTE語音回落的主力承載網(wǎng)，既是3G和LTE在農(nóng)村的自然延伸，也是城市深度覆蓋和LTE業(yè)務(wù)的最佳補(bǔ)充。

當(dāng)前最為重要的UMTS 2 100 MHz網(wǎng)絡(luò)需要持續(xù)優(yōu)化打造，加快吸納3G用戶，為L(zhǎng)TE發(fā)展奠定基礎(chǔ)，UMTS 900 MHz和UMTS 2 100 MHz一起構(gòu)成精品數(shù)據(jù)網(wǎng)，同時(shí)UMTS2 100 MHz未來可持續(xù)演進(jìn)到LTE 2 100 MHz。

圖3 中國聯(lián)通未來融合網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)示意

最后，逐步實(shí)現(xiàn)UMTS和LTE的全覆蓋網(wǎng)絡(luò)，GSM逐步退網(wǎng)，UMTS作為綜合業(yè)務(wù)基礎(chǔ)網(wǎng)以及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)主力網(wǎng)，LTE作為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)卓越體驗(yàn)網(wǎng)，并最終隨著LTE的全面成熟慢慢向全4G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。

在核心網(wǎng)側(cè)，當(dāng)前中國聯(lián)通的網(wǎng)絡(luò)是GSM與UMTS融合的核心網(wǎng)，未來的目標(biāo)網(wǎng)將是GSM、UMTS、LTE融合的核心網(wǎng)，從現(xiàn)網(wǎng)到目標(biāo)網(wǎng)的建設(shè)過程中需要考慮以下幾個(gè)因素。

·接口最簡(jiǎn)，配置最簡(jiǎn)。如果維持現(xiàn)網(wǎng)的成熟架構(gòu)，節(jié)點(diǎn)將減少50%，同時(shí)接口配合也將減少50%。

·體驗(yàn)最優(yōu)，經(jīng)營最優(yōu)。升級(jí)融合核心網(wǎng)，網(wǎng)間切換變成設(shè)備內(nèi)部的切換，時(shí)間降低，信令數(shù)降低，同時(shí)多網(wǎng)用戶資源統(tǒng)一管理，有利于差異化流量經(jīng)營。

分組核心網(wǎng)是2G/3G/LTE/WLAN接入的業(yè)務(wù)調(diào)度中心，業(yè)務(wù)需要平滑地在多接入網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行切換。融合建網(wǎng)可以減少信令，降低時(shí)延，提高網(wǎng)間切換成功率，保證用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)最優(yōu)；將現(xiàn)網(wǎng)升級(jí)建設(shè)為EPC網(wǎng)絡(luò)的建網(wǎng)流程少，建網(wǎng)時(shí)間可以縮短55%，確保了最快部署EPC網(wǎng)絡(luò)，支持LTE快速上線；同時(shí)現(xiàn)網(wǎng)升級(jí)可以實(shí)現(xiàn)最大化的資源利用，2G/3G/LTE資源共享，保護(hù)2G/3G投資，可節(jié)省LTE投資28%。因此采用現(xiàn)網(wǎng)升級(jí)方式可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)體驗(yàn)、最低成本、最快建設(shè)融合EPC網(wǎng)絡(luò)。

3.3 終端融合

由于GSM、UMTS、LTE融合是全球主流的演進(jìn)方向，在當(dāng)前GSA統(tǒng)計(jì)的1 240款LTE終端中，支持HSPA/HSPA+的共有870款，支持HSPA+的共有705款，支持DC-HSPA+的有426款，也就是說，絕大多數(shù)LTE終端都具備HSPA能力，其中又有80%以上具備HSPA+能力，可以體驗(yàn)到21 Mbit/s的峰值速率；有近50%同時(shí)具備DC-HSPA+能力，可以體驗(yàn)到42 Mbit/s的峰值速率。因此，在終端的后向演進(jìn)方面，無需有任何擔(dān)心，絕大多數(shù)主流的LTE終端都將UMTS視為其基礎(chǔ)能力，中國聯(lián)通在3G時(shí)代延續(xù)的終端優(yōu)勢(shì)將得以保持。

3.4 未來TD-LTE與LTE FDD的融合

為支持國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)三大運(yùn)營商均獲得TD-LTE牌照，中國聯(lián)通也將在數(shù)據(jù)熱點(diǎn)區(qū)域快速建設(shè)TD-LTE基站。而從全球網(wǎng)絡(luò)部署情況看，F(xiàn)DD網(wǎng)絡(luò)與中國聯(lián)通WCDMA網(wǎng)絡(luò)的互操作從協(xié)議支持、商用案例、終端支持、漫游支持來看都是最理想的。

在LTE部署建設(shè)中需關(guān)注以下方面。

·短期內(nèi)中國聯(lián)通LTE無容量壓力，F(xiàn)DD與TDD應(yīng)分別定位：FDD定位MBB，聚焦熱點(diǎn)與品牌；TDD定位WBB，可作為MBB超熱點(diǎn)與FDD互為補(bǔ)充。從長(zhǎng)期看，中國聯(lián)通TDD與FDD實(shí)現(xiàn)融合，從而滿足移動(dòng)寬帶用戶優(yōu)質(zhì)體驗(yàn)的需求。

·挖掘與利舊現(xiàn)有資源，特別是充分發(fā)揮3G已有站點(diǎn)與2G已有頻譜資源，實(shí)現(xiàn)LTE網(wǎng)絡(luò)的平滑快速部署，實(shí)現(xiàn)投資效益最優(yōu)。

·加強(qiáng)3G與4G的協(xié)同，充分發(fā)揮3G+4G語音與數(shù)據(jù)的協(xié)同優(yōu)勢(shì)：一方面，初期以CSFB為主的LTE語音方案快速實(shí)現(xiàn)部署和優(yōu)化，利用先天技術(shù)優(yōu)勢(shì)與其他運(yùn)營商拉開距離，并考慮VoLTE的平滑演進(jìn)；另一方面，數(shù)據(jù)DC-HSPA+與4G協(xié)同，以提供最優(yōu)覆蓋與最優(yōu)體驗(yàn)。

4 結(jié)束語

如前面所述，終端用戶本質(zhì)上購買的是移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)，在國內(nèi)FDD未發(fā)牌的時(shí)間里，充分提升3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋和性能，利用TD-LTE提升4G網(wǎng)絡(luò)的品牌，利用語音等解決方案優(yōu)勢(shì)提升用戶的使用體驗(yàn)。在FDD發(fā)牌后，快速利用GSM和TD-LTE網(wǎng)絡(luò)平滑演進(jìn)到LTE FDD，加上LTE FDD終端豐富的優(yōu)勢(shì)，將使中國聯(lián)通通過“最好的3G+最快的4G”融合組網(wǎng)的模式持續(xù)保持移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的國內(nèi)領(lǐng)先地位。

1 3GPP TS 25.331 V8.4.0.Radio Resource Control(RRC),2013

2 3GPP TS 36.331 V8.4.0.3rd Generation Partnership Project Technical Specification Group Radio Access Network Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)Radio Resource Control(RRC)Protocol specification(Release 8),2013

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