LTE-unlicenced曙光乍現(xiàn)，Wi-Fi將何去何從?

中國(guó)電信廣州研究院 | 朱紅梅

LTE-unlicenced曙光乍現(xiàn)，Wi-Fi將何去何從?

中國(guó)電信廣州研究院 | 朱紅梅

根據(jù)業(yè)界初步分析，在同等容量下，LTE非授權(quán)的所需站點(diǎn)數(shù)更少；在相同站點(diǎn)數(shù)下，LTE非授權(quán)的基站容量也更大。

眾所周知，頻譜之與無(wú)線通信，就如同石油之與地球一樣。石油是一種不可再生資源，在通信領(lǐng)域，頻譜也如此。不得不說(shuō)，由于授權(quán)頻譜資源的稀缺性，手機(jī)上網(wǎng)速度也受到了抑制。

各大運(yùn)營(yíng)商為了提升無(wú)線網(wǎng)絡(luò)速率，都競(jìng)相購(gòu)買頻率資源或者竭力爭(zhēng)取。與之相比，Wi-Fi使用的是非授權(quán)的2.4GHz公共頻段，任何人都能使用，伴隨iPad等平板電腦產(chǎn)品的興起而逐漸進(jìn)入了全球視野范圍，帶來(lái)一波歷史性的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，但是如果當(dāng)LTE也能使用非授權(quán)的頻段，是否會(huì)抑制Wi-Fi的成長(zhǎng)軌跡，其命運(yùn)又將何去何從？

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，無(wú)線數(shù)據(jù)流量與日俱增，運(yùn)營(yíng)商需要不斷擴(kuò)容升級(jí)網(wǎng)絡(luò)以滿足要求。LTE因?yàn)樗a(chǎn)業(yè)的開(kāi)放性，更高效的頻譜效率，更好的擁護(hù)體驗(yàn)，更高的帶寬，更廣的覆蓋，更低的OPEX/ CAPEX而受到全球關(guān)注，并成為事實(shí)上的全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 同頻段和不同頻段的載波聚合示意圖

Verizon在2010年商用4G后，帶動(dòng)全球4G以逐年遞增的方式不斷發(fā)展，自2012年進(jìn)入快速增長(zhǎng)期，當(dāng)前已有近400張LTE網(wǎng)絡(luò)。但不管怎么發(fā)展，4G似乎總是趕不上用戶的需求，所以一部分運(yùn)營(yíng)商在發(fā)展LTE的同時(shí)還要兼顧Wi-Fi的部署，當(dāng)然也有在LTE之前部署Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的。

如今，LTE-unlicenced似乎為全球運(yùn)營(yíng)商提供了一個(gè)不錯(cuò)的選擇，既能有效提升LTE網(wǎng)絡(luò)的性能和質(zhì)量，也可以讓LTE的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮得更加淋漓盡致。本文就從LTE面臨的問(wèn)題以及引入LTE-unlicenced后的問(wèn)題化解以及LTE-unlicenced引入后網(wǎng)絡(luò)的整體優(yōu)勢(shì)、Wi-Fi的現(xiàn)狀、LTE-unlicenced與Wi-Fi的對(duì)比等角度來(lái)說(shuō)明LTE-unlicenced引入的好處。

LTE-unlicenced助力LTE發(fā)揮優(yōu)勢(shì)

增加容量，提升用戶體驗(yàn)

盡管LTE的容量已經(jīng)達(dá)到移動(dòng)通信之最， 較2G/3G已是質(zhì)的飛躍，標(biāo)準(zhǔn)制定之初就提出下行100Mbit/s，上行50Mbit/s的速率。但是其最大的載波帶寬只有20MHz，即使峰值頻譜效率到30bps/Hz，也無(wú)法達(dá)到峰值速率1Gps的目標(biāo)。

伴隨移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步推進(jìn)，載波帶寬的直接擴(kuò)展面臨著嚴(yán)重問(wèn)題：運(yùn)營(yíng)商無(wú)法在一個(gè)band內(nèi)找到更寬(大于20MHz）的連續(xù)帶寬，鑒于后向兼容的復(fù)雜性，更寬帶射頻模塊的復(fù)雜性，于是出現(xiàn)了LTE-advanced系列標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步提升LTE的性能，實(shí)現(xiàn)更高更大的速率和容量來(lái)滿足市場(chǎng)的需求。

R10版本的載波聚合CA（carrier aggregation）應(yīng)運(yùn)而生。其能將運(yùn)營(yíng)商同一頻段的不同頻率，不同頻段的不同頻率聚合起來(lái)，形成更寬的帶寬，實(shí)現(xiàn)更高的速率。但是CA的前提也是要把不同的頻率進(jìn)行聚合，前提還是要有頻率，如果沒(méi)有如何聚合？

LTE-非授權(quán)頻段的使用將大大減少這種顧慮。LTE-unlicenced非授權(quán)頻段在5GHz有大量的頻段，能很好地解決頻率的問(wèn)題。

2個(gè)頻率聚合場(chǎng)景如圖1所示，頻段內(nèi)的連續(xù)載波，頻段內(nèi)的非連續(xù)載波，還有不同頻段的載波，那顯然使用LTE非授權(quán)頻段的話一定是不同頻段的載波了，比如中國(guó)非授權(quán)的頻段有5GHz有大量的頻率，可以用來(lái)充分發(fā)揮CA的功能。

減少干擾，讓異構(gòu)組網(wǎng)成為可能

當(dāng)前3GPP定義了CA應(yīng)用的五個(gè)場(chǎng)景，分別如下。

場(chǎng)景1

● F1和F2共站，兩個(gè)頻點(diǎn)屬同一頻段（或相近，如1.8G+2.1G）

● 兩個(gè)頻點(diǎn)覆蓋基本相同

場(chǎng)景2

● F1和F2共站，但兩頻點(diǎn)距離較遠(yuǎn)的情況（如800M+1.8/2.1G)

● 兩個(gè)頻點(diǎn)覆蓋有明顯差異

場(chǎng)景3

● F1和F2共站但覆蓋方向錯(cuò)開(kāi)

場(chǎng)景4

● F1提供宏站全覆蓋，F(xiàn)2用于RRH提供熱點(diǎn)容量

場(chǎng)景5

● 在場(chǎng)景2的基礎(chǔ)上增加低功率節(jié)點(diǎn)

場(chǎng)景1~3是通過(guò)不同的頻率聚合獲得更高的速率，如F1作為L(zhǎng)TE授權(quán)頻段，F(xiàn)2取LTE的非授權(quán)頻段來(lái)用。

但是對(duì)于場(chǎng)景4~5的異構(gòu)網(wǎng)，這里就要另當(dāng)別論了。LTE是OFDM系統(tǒng)，要進(jìn)行頻率規(guī)劃。在正常的小區(qū)規(guī)劃中，小區(qū)邊緣的頻率需要與其他小區(qū)的不一樣，如圖2所示。

同樣的20MHz帶寬只是在小區(qū)中心才能完全使用，邊緣的話要根據(jù)上述的比例按段分配。因此為了應(yīng)對(duì)異構(gòu)網(wǎng)的發(fā)展，既宏站中套小站的場(chǎng)景，如圖3所示。

LTE又提出了ICIC（Inter-Cell Interference Coordination 小區(qū)干擾協(xié)調(diào)）技術(shù)，即保障LTE 系統(tǒng)業(yè)務(wù)信道可以同頻復(fù)用的重要手段。R8/R9 ICIC技術(shù)，主要是針對(duì)Macro基站組網(wǎng)的同構(gòu)網(wǎng)設(shè)計(jì)，通過(guò)頻域的RB交錯(cuò)以實(shí)現(xiàn)PDSCH干擾協(xié)調(diào)，可以有效地應(yīng)用在Macro基站的同構(gòu)組網(wǎng)。但不適用于異構(gòu)網(wǎng)場(chǎng)景，特別是大CRE配置的異構(gòu)場(chǎng)景，于是又出現(xiàn)了R10、R11版本中的ABS（時(shí)域準(zhǔn)空子幀）技術(shù)，以及ABS的增強(qiáng)技術(shù)，總之非常復(fù)雜，但是當(dāng)LTE非授權(quán)使用的話，宏站啟用授權(quán)頻段F1，小站啟用非授權(quán)頻段F2，同時(shí)F2如果不需要分擔(dān)話務(wù)的話，可以只用F1，總體而言，因?yàn)榉鞘跈?quán)頻段的使用，完全沒(méi)有頻率間干擾問(wèn)題的存在以及復(fù)雜的小區(qū)間干擾消除技術(shù)，是不是能讓已經(jīng)建設(shè)的LTE不復(fù)雜的情況下而增加網(wǎng)絡(luò)容量呢，答案是顯而易見(jiàn)的。

當(dāng)前隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，流量激增，使用網(wǎng)絡(luò)幾乎要變?yōu)槔习傩盏幕疽?，目前已?jīng)有捧在手心的基站，那今后是不是用戶可以根據(jù)需求可以隨意在超市購(gòu)買基站，即插即用呢？啟用非授權(quán)的F2，異構(gòu)組網(wǎng)似乎不是問(wèn)題，超市購(gòu)買即插即用似乎也有可能。

圖 2 LTE的鄰區(qū)頻率規(guī)劃

LTE-unlicenced與Wi-Fi的關(guān)系

二者都是適用非授權(quán)的免費(fèi)頻段，但是Wi-Fi已經(jīng)成為很多設(shè)備的標(biāo)配，LTE雖然是全球大一統(tǒng)的技術(shù)，但是非授權(quán)頻段還沒(méi)進(jìn)入公共視野，這個(gè)需要行業(yè)認(rèn)可嗎？需要全球認(rèn)可嗎？會(huì)不會(huì)又會(huì)變?yōu)槭跈?quán)頻譜呢？這些都是未知數(shù)。

Wi-Fi在民資中不斷壯大

Wi-Fi因?yàn)槠鸩皆?、發(fā)展廣，伴隨iPad等平板電腦產(chǎn)品的興起，已經(jīng)成為各種電子設(shè)備的標(biāo)配，運(yùn)營(yíng)商在苦于3G競(jìng)爭(zhēng)弱勢(shì)的境況下也在大力發(fā)展Wi-Fi，如中國(guó)移動(dòng)就投了200億元用于Wi-Fi的建設(shè)，但隨著TD-LTE的引入又選擇了規(guī)模性拋棄。原因是當(dāng)時(shí)移動(dòng)決心大舉進(jìn)軍TD-LTE，依著國(guó)家的支持，手握大量的頻率，同時(shí)又要向GTI展示信心，因此在TD-LTE全面鋪開(kāi)的情況下，甩掉Wi-Fi也是顯而易見(jiàn)的。反觀中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通，因?yàn)長(zhǎng)TE推進(jìn)速度并不如移動(dòng)快，因此Wi-Fi仍舊作為移動(dòng)網(wǎng)分流的重要手段。

此外，Wi-Fi在民間的自行發(fā)展也非常繁榮，比如浙江的樹(shù)熊網(wǎng)絡(luò)，就要鋪建全國(guó)的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，作為阿里巴巴等客戶的用戶的網(wǎng)絡(luò)入口。還有很多智能家居的設(shè)備商，也紛紛在產(chǎn)品中集成了Wi-Fi的模塊。

從目前情況來(lái)看，Wi-Fi在運(yùn)營(yíng)商中出現(xiàn)分化，但在民間確是蒸蒸日上。

LTE非授權(quán)較Wi-Fi存在優(yōu)勢(shì)

LTE非授權(quán)跟LTE系統(tǒng)的惟一區(qū)別就是頻率，其他移動(dòng)性、無(wú)線資源管理、QoS策略等等都是一脈相承，毫無(wú)疑問(wèn)，用戶在使用LTE非授權(quán)的情況下是不是完全無(wú)感知，而且就真實(shí)地以為這就是LTE（事實(shí)上確實(shí)也是LTE）。但是，如果用戶在使用LTE的情況下，要使用Wi-Fi進(jìn)行分流能平滑切換嗎？雖然EPC的標(biāo)準(zhǔn)上將Wi-Fi也納入了EPC的范疇，IP地址由PGW來(lái)分，但是鑒于目前的發(fā)展現(xiàn)狀，Wi-Fi自沒(méi)有LTE的時(shí)代就已然存在，如果一定要分流，更多是斷了再連或者給用戶分配2個(gè)IP地址，這樣要么讓用戶體驗(yàn)不好，要么增加網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度。所以LTE非授權(quán)較Wi-Fi在運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)中有天然的優(yōu)勢(shì)。

此外，從性能上看，根據(jù)業(yè)界初步的分析，在同等容量下，LTE非授權(quán)的所需要的站點(diǎn)更少；在相同站點(diǎn)數(shù)下，LTE非授權(quán)的基站容量也更大。

綜合本文分析可見(jiàn)，LTE非授權(quán)與LTE一脈相承，相同的策略以及性能，極大優(yōu)于Wi-Fi，能在不增加LTE復(fù)雜度的情況下，通過(guò)CA載波聚合使得LTE網(wǎng)路容量更大，用戶體驗(yàn)更好，并使得異構(gòu)組網(wǎng)成為可能，不用擔(dān)心頻率干擾問(wèn)題，避免了復(fù)雜的ICIC等技術(shù)。但是LTE非授權(quán)的基站如何能夠做到與Wi-Fi一樣的價(jià)格，這還需要一定時(shí)間，也需要全球性的產(chǎn)品發(fā)展促進(jìn)。總之，LTE非授權(quán)頻段的相關(guān)發(fā)展讓我們拭目以待。

圖3 LTE異構(gòu)網(wǎng)示意圖