移動(dòng)業(yè)務(wù)提速降費(fèi)的長(zhǎng)遠(yuǎn)之計(jì)：推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新、加大頻譜供給

中國(guó)電信股份有限公司北京研究院 | 趙冬 孫震強(qiáng)

移動(dòng)業(yè)務(wù)提速降費(fèi)的長(zhǎng)遠(yuǎn)之計(jì)：推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新、加大頻譜供給

中國(guó)電信股份有限公司北京研究院 | 趙冬 孫震強(qiáng)

在信息技術(shù)與傳統(tǒng)行業(yè)融合的“互聯(lián)網(wǎng)+”新形態(tài)下，運(yùn)營(yíng)商為了應(yīng)對(duì)用戶數(shù)量激增和保障高質(zhì)量用戶體驗(yàn)的雙重挑戰(zhàn)，歸根到底還是要不斷地進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演進(jìn)，提升頻譜使用效率。同時(shí)相關(guān)主管部門(mén)也需要配套實(shí)施頻譜資源的有效規(guī)劃與分配措施，消除制約移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的頻譜資源硬瓶頸，為運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展創(chuàng)造有利環(huán)境。

自今年全國(guó)“兩會(huì)”以來(lái)，國(guó)務(wù)院總理李克強(qiáng)三次督促寬帶提速、降費(fèi)的問(wèn)題。總理頻繁關(guān)注網(wǎng)費(fèi)、網(wǎng)速，在一定程度上說(shuō)明了通信產(chǎn)業(yè)，特別移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)，在信息社會(huì)的發(fā)展中正在扮演著十分重要的角色。

目前市場(chǎng)普遍認(rèn)為運(yùn)營(yíng)商的通信資費(fèi)過(guò)高，其原因是多方面的。為響應(yīng)總理號(hào)召，近日三大運(yùn)營(yíng)商紛紛推出了提速降費(fèi)方案，從資費(fèi)方案的合理性以及商業(yè)運(yùn)營(yíng)角度出發(fā)，引起了市場(chǎng)的廣泛關(guān)注和熱議。

但是從技術(shù)角度而言，移動(dòng)通信系統(tǒng)本身的頻譜效率和頻譜資源直接決定了系統(tǒng)的容量和網(wǎng)速。因此，我國(guó)大力發(fā)展新一代通信技術(shù)提升頻譜效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的合理供給和調(diào)配是移動(dòng)寬帶提速最為直接的源動(dòng)力，也是真正實(shí)現(xiàn)網(wǎng)速持續(xù)提升的長(zhǎng)遠(yuǎn)之計(jì)。

表1 不同技術(shù)宏小區(qū)頻譜效率

技術(shù)創(chuàng)新是推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的核心力量

技術(shù)創(chuàng)新一直以來(lái)是推動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的核心力量，通信技術(shù)體制的演進(jìn)經(jīng)歷了2G、3G，發(fā)展到目前的4G，未來(lái)將走向正在被學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注的、面向2020年應(yīng)用的5G系統(tǒng)。

在中國(guó)，從2008年3G牌照發(fā)放到2014年4G的正式商用，我國(guó)僅用了5～6年的時(shí)間就實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的快速演進(jìn)。與此同時(shí)，技術(shù)革新也極大地帶動(dòng)了市場(chǎng)需求，業(yè)務(wù)增長(zhǎng)形成了迅猛的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

可以看到，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)由最初的解決人們基本語(yǔ)音通話需求，發(fā)展到滿足人物通信、物物通信的萬(wàn)物互聯(lián)需求。

具體而言，新一代信息技術(shù)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)、工業(yè)、制造業(yè)、服務(wù)業(yè)等行業(yè)的融合與創(chuàng)新形成了“互聯(lián)網(wǎng)+”的新形態(tài)，將進(jìn)一步解決生產(chǎn)和消費(fèi)之間信息溝通效率的矛盾，不斷改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)、工作、生活方式，成為推動(dòng)當(dāng)今中國(guó)信息社會(huì)發(fā)展的重要支柱，同時(shí)也是拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的有效手段。

因此，移動(dòng)通信技術(shù)的演進(jìn)脈絡(luò)逐漸趨于成熟，由最初的技術(shù)驅(qū)動(dòng)向市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變。在技術(shù)創(chuàng)新的推動(dòng)下，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率在系統(tǒng)演進(jìn)過(guò)程中被持續(xù)拉升。

載波聚合成LTE-A技術(shù)創(chuàng)新關(guān)鍵

相對(duì)于LTE系統(tǒng)，LTE-A的技術(shù)創(chuàng)新主要體現(xiàn)在MIMO增強(qiáng)和載波聚合兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用上。MIMO增強(qiáng)提高了單位頻譜資源上的傳輸速率，是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)頻譜效率的直接提升。而作為L(zhǎng)TE-A標(biāo)志性技術(shù)的載波聚合，則更側(cè)重于頻譜資源的有效利用，提升用戶級(jí)體驗(yàn)速率。

2007年世界無(wú)線電大會(huì)確定了IMT-A的可用頻譜之后，2008 年初ITU-R向全球發(fā)出征集IMTAdvanced技術(shù)的通函。ITU IMT-A 要求系統(tǒng)的最大帶寬不小于40MHz，考慮到現(xiàn)有的頻譜分配方式和規(guī)劃，無(wú)線頻譜已經(jīng)被2G、3G以及衛(wèi)星等通信系統(tǒng)所大量占用，很難找到足以承載IMT-A系統(tǒng)最大帶寬的整段頻帶。同時(shí)，如何提高現(xiàn)有無(wú)線頻帶中零散頻譜的利用率是解決頻譜效率提升的關(guān)鍵問(wèn)題。

基于這樣的現(xiàn)實(shí)情況，3GPP提出載波聚合技術(shù)作為L(zhǎng)TE-A系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，并在Rel10版本規(guī)范中完成了標(biāo)準(zhǔn)化。全球多個(gè)運(yùn)營(yíng)商從2013年開(kāi)始陸續(xù)進(jìn)行了載波聚合的商用化部署，如北美的Verizon、Sprint以及韓國(guó)的SKT、KT等，隨著終端等產(chǎn)業(yè)鏈的不斷完善，載波聚合全球部署的規(guī)模逐漸增大。

3GPP Rel10標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，一個(gè)UE支持最多可同時(shí)使用5個(gè)載波，每個(gè)載波的帶寬范圍和LTE相同，即單個(gè)載波最大帶寬為20MHz，以達(dá)到最高100MHz的帶寬。

從載波組合方式上，載波聚合可以分為頻帶內(nèi)連續(xù)載波聚合（Intra-Band，Contiguous）、頻帶內(nèi)非連續(xù)載波聚合（Intra-Band，Non-contiguous）和頻帶間非連續(xù)載波聚合（Inter-Band， Non-contiguous）3類。這樣的設(shè)計(jì)滿足了LTE-A系統(tǒng)在聚合帶寬上的需求，同時(shí)也大大提升用戶的體驗(yàn)速率。

之后，3GPP在Rel12階段實(shí)現(xiàn)對(duì)載波聚合技術(shù)的增強(qiáng)，引入了TDD-FDD載波聚合。根據(jù)GSA統(tǒng)計(jì)，截至2015年3月底，全球已有64張頻譜聚合的LTE商用部署網(wǎng)絡(luò)。隨著低頻頻譜使用逐漸趨于飽和，未來(lái)的頻譜資源將主要來(lái)自高頻，F(xiàn)DD和TDD在高頻的技術(shù)特性趨同，加之TDD頻譜使用的靈活性，越來(lái)越多的國(guó)家對(duì)高頻TDD頻譜進(jìn)行了規(guī)劃和拍賣(mài)，F(xiàn)DD和TDD混合組網(wǎng)需求呈明顯的上升趨勢(shì)。

在LTE混合組網(wǎng)建設(shè)中，運(yùn)營(yíng)商通過(guò)TDD-FDD載波聚合技術(shù)將TDD高頻大帶寬頻譜聚合使用，優(yōu)化配置資源，可為熱點(diǎn)地區(qū)用戶提供優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)速率體驗(yàn)。在近期3GPP Rel13階段啟動(dòng)了載波聚合載波擴(kuò)展的標(biāo)準(zhǔn)化工作，將UE可同時(shí)支持的聚合載波數(shù)量進(jìn)一步擴(kuò)展至32個(gè)載波，以應(yīng)對(duì)未來(lái)超高速網(wǎng)絡(luò)需求。

我國(guó)自2013年12月向三大運(yùn)營(yíng)商頒發(fā)TD-LTE牌照以來(lái)，4G系統(tǒng)在我國(guó)實(shí)現(xiàn)了飛躍式發(fā)展。特別是2014年底中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通獲得LTE FDD牌照之后，LTE FDD系統(tǒng)和TDLTE系統(tǒng)的混合4G商用網(wǎng)絡(luò)也正式投入運(yùn)營(yíng)。

繼中國(guó)移動(dòng)商用載波聚合技術(shù)之后，中國(guó)電信近期也積極開(kāi)展載波聚合的技術(shù)試驗(yàn)。載波聚合作為混合組網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，在未來(lái)4G發(fā)展中將發(fā)揮重要的作用。

小基站推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新但仍存挑戰(zhàn)

滿足容量快速增長(zhǎng)需求的另外一種主流方案是部署小基站。小基站可以解決網(wǎng)絡(luò)負(fù)載問(wèn)題，但小基站的部署也帶來(lái)很多新問(wèn)題，比如存在同頻干擾、切換掉話率高、切換頻率和網(wǎng)絡(luò)信令負(fù)荷增加等問(wèn)題。

為了減輕上述問(wèn)題對(duì)異構(gòu)組網(wǎng)的影響，實(shí)現(xiàn)用戶體驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)性能的提升，3GPP在Rel12標(biāo)準(zhǔn)中提出了雙連接的方案，即一個(gè)終端同時(shí)連接到一個(gè)宏基站和一個(gè)小基站的載波聚合方案。

相對(duì)于傳統(tǒng)LTE網(wǎng)絡(luò)和終端，雙連接技術(shù)面臨著諸多挑戰(zhàn)，比如無(wú)線資源管理更加復(fù)雜，由于宏微基站有兩套獨(dú)立的RRM，對(duì)于一些共享資源在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間分配與傳統(tǒng)的載波聚合相比實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度更高；此外，終端設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高，從協(xié)議棧架構(gòu)上來(lái)看，支持雙連接的終端上行發(fā)射至少需要兩套獨(dú)立的RF和LTE協(xié)議棧。這些特性極大地增加了終端制造的成本以及功耗。

因此，目前雙連接方案還主要停留在標(biāo)準(zhǔn)化階段，應(yīng)用前景與未來(lái)小基站產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展趨勢(shì)緊密相關(guān)。

加大頻譜資源供給是網(wǎng)絡(luò)持續(xù)發(fā)展的根本保證

為應(yīng)對(duì)用戶數(shù)量激增和保障高質(zhì)量用戶體驗(yàn)的雙重挑戰(zhàn)，在持續(xù)采用新技術(shù)提升頻譜利用率以及用戶體驗(yàn)速率的同時(shí)，還需加大頻譜資源供給。這是因?yàn)榭捎妙l譜資源受限已成為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要客觀問(wèn)題（表1）。

當(dāng)前我國(guó)已規(guī)劃IMT頻率總計(jì)687MHz，其中457MHz頻譜分配給移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提供2G/3G/LTE服務(wù)。其中，中國(guó)移動(dòng)擁有235MHz（含室內(nèi)50MHz）、中國(guó)聯(lián)通擁有122MHz、中國(guó)電信擁有100MHz。

此外，仍有230MHz未分配的頻譜資源大多涉及與衛(wèi)星、北斗、雷達(dá)以及射電天文等系統(tǒng)的干擾保護(hù)問(wèn)題，致使我國(guó)目前的IMT可用頻譜資源中存在大量已規(guī)劃未分配的頻譜空洞，造成寶貴頻譜資源的閑置和浪費(fèi)。

2007年世界無(wú)線電大會(huì)（WRC07）上為IMT新規(guī)劃了450～470 MHz、698/790～806/862MHz、2300～2400 MHz、3400～3600 MHz 幾個(gè)新頻段，在之后的幾年中，世界各國(guó)陸續(xù)完成了相關(guān)頻率的規(guī)劃和使用，但這些頻段在我國(guó)的規(guī)劃使用情況并不理想。

其中3400～3600MHz（3.5GHz）頻段在WRC07我國(guó)通過(guò)腳注的形式標(biāo)識(shí)給了IMT，但由于存在與C波段固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)的干擾協(xié)調(diào)問(wèn)題，目前尚未完成國(guó)內(nèi)頻率規(guī)劃。700M頻段為全球公認(rèn)的IMT數(shù)字紅利頻段，WRC07之后世界各國(guó)掀起了釋放數(shù)字紅利的熱潮，而我國(guó)698～806MHz頻段為原模擬廣播電視工作頻段，涉及廣播系統(tǒng)與IMT系統(tǒng)間的干擾協(xié)調(diào)問(wèn)題，該頻段規(guī)劃的時(shí)間表被一拖再拖。450～470MHz頻段由于現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)較為復(fù)雜，涉及與鐵路專網(wǎng)業(yè)務(wù)的共用，相關(guān)的規(guī)劃研究工作也在艱難進(jìn)行中。

未來(lái)人們?cè)诟鞣N應(yīng)用場(chǎng)景下的多樣化業(yè)務(wù)需求將進(jìn)一步推動(dòng)流量的巨大增長(zhǎng)。根據(jù)IMT-2020(5G)推進(jìn)組發(fā)布的《5G愿景與需求白皮書(shū)》，2020年以后，5G移動(dòng)通信的應(yīng)用場(chǎng)景將極大地?cái)U(kuò)展到人類社會(huì)的各個(gè)方面，為用戶提供更好的體驗(yàn)。

同時(shí)，各種應(yīng)用也對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的性能提出極高要求：超高清、3D和浸入式視頻，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、云桌面、在線游戲，以及視頻監(jiān)控和移動(dòng)醫(yī)療等業(yè)務(wù)，都將對(duì)傳輸速率提出了很大挑戰(zhàn)；物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，如智能家居、智能電網(wǎng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能農(nóng)業(yè)、智能抄表等，需要網(wǎng)絡(luò)支持海量設(shè)備連接和大量小數(shù)據(jù)包頻發(fā)；未來(lái)大量的個(gè)人和辦公數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端，海量實(shí)時(shí)的高速數(shù)據(jù)交互將對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)造成流量壓力。

根據(jù)ITU頻譜需求預(yù)測(cè)及目前已規(guī)劃頻譜計(jì)算，我國(guó)到2020年將存在約800-1100MHz的頻譜資源缺口。全球范圍內(nèi)的絕大多數(shù)國(guó)家和地區(qū)也需要再為IMT規(guī)劃至少500MHz頻譜以滿足2020年最低預(yù)測(cè)需求。頻譜資源是推動(dòng)移動(dòng)通信與信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心資源。我國(guó)期望在第五代移動(dòng)通信實(shí)現(xiàn)引領(lǐng)的目標(biāo)，快速發(fā)掘并確立未來(lái)IMT可用頻譜資源成為關(guān)鍵因素。

總結(jié)

提網(wǎng)速、降網(wǎng)費(fèi)是市場(chǎng)充分競(jìng)爭(zhēng)的必然趨勢(shì)，同時(shí)也是技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展、資源優(yōu)化配置帶來(lái)的信息社會(huì)紅利。

在信息技術(shù)與傳統(tǒng)行業(yè)融合的“互聯(lián)網(wǎng)+”新形態(tài)下，運(yùn)營(yíng)商為了應(yīng)對(duì)用戶數(shù)量激增和保障高質(zhì)量用戶體驗(yàn)的雙重挑戰(zhàn)，為社會(huì)帶來(lái)持續(xù)的信息紅利，歸根到底還是要不斷地進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演進(jìn)，提升頻譜使用效率。

同時(shí)相關(guān)主管部門(mén)也需要配套實(shí)施頻譜資源的有效規(guī)劃與分配措施，消除制約移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的頻譜資源硬瓶頸，為運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展創(chuàng)造有利環(huán)境。

趙冬，女，碩士，中國(guó)電信北京研究院網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究部，主要研究方向?yàn)榉涓C無(wú)線技術(shù)，LTE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，頻率與干擾。

孫震強(qiáng) 男，博士，教授級(jí)高級(jí)工程師，中國(guó)電信北京研究院網(wǎng)絡(luò)技術(shù)部主任，主要研究方向?yàn)長(zhǎng)TE技術(shù)和頻譜工程研究。