3G网络未来发展进行时

唐 涛 彭海清 朱俊蔓

[摘要]文章简述了3G网络发展到HSPA+/LTE阶段时引入的新技术，讨论了无线接入网需要进行的变革，最后从运营商、用户双赢的角度，探讨了HSPA+/LTE的引入策略。

[关键词]HSPAHSPA+LTE网络IP化软件升级

从茶马古道到高速公路，从钻木取火到太阳能的利用，从飞鸽传书到即时通讯技术的出现，科技一直在服务着人类的生活。当互联网应用深入人心，当人们不再满足于简单的语音通信时，互联网与移动网络的结合，就成了无线通讯科技发展的新动力。

随着手机上网用户数迅速增长，移动运营商也在不断开发新的数据业务：在线多媒体(如在线音乐、在线阅读、在线流媒体)、移动即时通讯和信息推送业务(如手机报、手机邮箱、便民服务)等，通过宽带数据业务与移动通讯网络的完美结合，将PC上成功的数据业务应用植入移动终端，挖掘数据业务应用的新市场，吸引互联网用户向移动宽带用户渗透，从而提升移动运营商的市场份额。

随着HSPA网络在世界各地的部署与商用，宽带数据业务在全球移动市场得到规模应用。但是高速数据服务，尤其是视频、音乐、游戏等业务的源源引入对移动网络不断提出新的要求，因此，如何获得更高的速率，更大的系统容量，更完美的用户体验——这个移动运营商在网络发展过程中始终关注的问题，如今则更成为焦点。作为移动宽带市场的生力军，HSPA+与LTE越来越成为业界关注的焦点，其商业化进程也在日益加速，下面就国内3G网络引入HSPA+/LTE的相关策略进行初步探讨。

1HSPA+和LTE带来的技术革命

HSPA+是HSPA的增强与演进，从技术角度看，“+”意味着调制、天线等多种无线技术的改进。而LTE作为向第四代移动网络演进的技术，则引入了更多新的技术革新。

自然而然，首先考虑的新技术就是如何提升网络容量，提高业务下载速率，HSPA+和LTE在提高速率上有共同之处，也有制式不同带来的差异之处，但它们都使无线移动网络带宽有了质的提升。特别是LTE，已经能达到和固网宽带相媲美的程度。

1.1提升系统容量的关键技术

MIMO(Multiple-Input Multiple-output)技术是HSPA+和LTE都采用的关键技术，其基本原理是在发射端和接收端均采用多天线技术，利用多天线来抑制信道衰落，在不增加带宽和天线发送功率前提下。提高无线信道容量和频谱利用率，改善信道可靠性，降低误码率。因此，MIMO技术可以通过信道复用来提高系统容量，也可以通过分集增益来改善信道传输质量，在3GPP中规范了多种MIMO应用方案，对于不同的应用场景，系统可根据用户应用环境的改变在不同的MIMO方案之间进行灵活切换。

提升容量的另一个有效方法就是采用高效的调制模式。HSPA+下行链路可采用64QAM调制，上行支持16QAM调制。就下行而言。64QAM的调制效率比16QAM提高了50％，单用户峰值速率可达到21.6M bps，当64QAM和MIMO技术同时使用时，小区峰值速率可以达到43.2Mbps。为了使上行速率与下行数据速率相匹配。HSPA+系统针对HSUPA引入了16QAM调制，采用16QAM技术后，上行峰值速率可达11.5Mbps。而LTE采用了OFDM调制技术，支持灵活的带宽配置与频谱分配机制，带来更高的峰值速率，在20M带宽2*2 MIMO情况下，下行峰值速率达到150Mbps，上行达到50Mbps。

此外，还有多种提升系统容量的技术。如MC HSPA(Multi-Carrier HSPA)多载波技术，使得基站可以在上／下行双小区(甚至多小区)中并行接收／发送数据，再与16QAM、64QAM、MIMO等技术耦合，可支持上行23Mbps／下行86Mbps的峰值速率，为用户提供更高速的体验。对于分组数据业务的大量应用，连续性分组连接(CPC)技术则可以减少在线用户占用系统资源，支持更多的用户长期在线，提升系统利用率。

1.2扁平化架构和智能化网络

HSPA+为了更好的兼容性，基本是沿袭了HSPA的网络架构，而在LTE系统中，则有了全新的变化。首先是无线接入系统只有一种网络结点：eNode B，替代了3G网络中Node B和RNC的功能，eNode B和eNode B之间引入了X2接口，一部分业务流量可直接在基站之间直接处理，而不用再发送往核心网络。大大提高数据处理效率。而LTE的核心网节点也进行了简化，通过网络扁平化进一步提升网络性能。

众所周知，无线网络站点分散，数量众多，因此网络开通、网络配置、网络优化以及网络维护工作非常繁重，成为运营商运营成本和管理成本的主要组成部分。而随着网络覆盖越来越广，成本急剧增加，因此在LTE中引入了SON技术。即“自组织网络”，它具有四大功能：自配置、自优化、自愈合，以及多运营商共享管理，能够实现无线邻区自动配置，快速恢复故障，网络设备的实时检测与KPI上报，用户和设备的跟踪等网络自我管理功能，能够大大减轻人工配置维护网络的工作量。降低运营商的OPEX成本。

2无线接入网如何面对HSPA+、LTE时代的到来?

2.1网络IP化，应对数据激增

随着HSPA市场发展，将基于PC的数据业务引入移动终端已成为移动宽带业务发展的一大趋势：广告、搜索服务这些固定数据网络中的经典应用，将成为移动宽带市场的潜力收益业务。而HSPA+，乃至下个阶段的LTE技术，将为移动宽带市场注入更强劲的驱动力——更快的业务速率、更优质的QoS表现。以及支持用户长期在线的特性，将为系统承载宽带业务创造得天独厚的优势。这也决定了HSPA+、LTE的无线接入网络须具有极高的数据吞吐能力，以满足宽带业务大规模应用的需求。

首先，不论HSPA+，还是LTE，其无线接入网应实现“网元IP化”，即要求RNC、Node B，以及eNode B基于全IP硬件平台构建、对外提供IP接口，同时软件支持IP/ATM全协议栈，以实现从ATM传输、ATM/IP混合传输，到全IP传输的平滑过渡，最终在全IP网络上承载高速无线数据业务。

其次，HSPA+、LTE要求传输网络lP化。不仅如此，LTE要求lP传输网络架构更加扁平化；同时，LTE系统X2接口引入后。传输网络架构也需要相应调整，以适应LTE的Mesh状组网结构。LTE对于传输网络端到端时延提出更高的要求，IP传输网需提供更高的QoS指标；在安全方面，由于IP网络的开放性，以及LTE在S1接口上的明文传输特点，要求IP传输网提供相应的安全保障，这些都对传输网络的设计和部署提出了新的要求。

2.2软件升级，保护既有投资

事实上，HSPA+的产生就是为了让HSPA网络以尽可能小的代价演进，以达到提升系统性能、挖掘WCDMA网络潜力、保护运营商投资，同时保证用户使用网络服务连续性的目的。基于这样的目标，绝大多数HSPA+技术均可通过软件升级实现(除了MIMO)，这也最大程度实现了保护既有投资的目的。

例如，采用中兴通讯ZXSDR 8000系列基站部署的HSPA网络，只需要通过软件升级，即可实现HSPA+各阶段的功能特性，全面实现向HSPA+的平滑演进，不仅将系统演进成本控制到最低，而且丝毫不影响现网业务运营。在罗马尼亚，中兴通讯用不到一个月的时间。对ZAPP的HSPA系统进行了软件升级，在不影响现网业务的前提下，帮助ZAPP发布了HSPA+商用网络，使得这位罗马尼亚移动数据业务引导者又一次抢占先机，建成东欧移动市场的第一张HSPA+商用网络。

3双赢策略：从HSPA→HSPA+→LTE

随着竞争加剧，ARPU值持续降低，移动运营商在进行网络建设与升级时，不仅仅要考虑技术的领先性，更需考虑如何保护既有投资，降低成本。LTE是未来网络发展的目标，但由于LTE不能向后兼容。运营商必须投入高额投资购买新频段。部署新网络。同时，现阶段的LTE产业链无论在标准、芯片、终端上，还是在用户使用习惯的培养上，都尚不成熟。正因为这样，3GPP组织在确立了LTE的演进目标之后，出于对实际市场进展的考虑，又启动了HSPA的升级版本——HSPA+。HSPA+在性能上向LTE靠近，却远低于LTE的建网成本，而R HSPA+终端市场已日益成熟。显然更适合作为现阶段乃至今后几年的网络发展方向。对于运营商而言，部署HSPA+网络不需要更换已有的HSPA设备，也无需购买额外的频段，就可以获得更理想的网络性能与容量，进一步深挖WCDMA系统潜力，使已有网络实现利润最大化。

而且，运营商还可以利用HSPA+网络的高速数据能力尝试开展IMS等新数据业务，在LTE成熟之前培养用户习惯，避免盲目新建网络带来的经营风险。

显然，HSPA→HSPA+→LTE的演进路线，更适合作为现阶段乃至今后几年内的网络发展方向。我们推荐的HSPA→HSPA+→LTE演进策略如图1所示，其核心思想是“先HSPA+，后LTE；先软件，后硬件；先热点，后全面”。即先通过软件升级，演进到HSPA+阶段，在近几年时间内，满足用户较高的速率要求，提升用户体验，并培养用户使用新业务的习惯。当未来出现更高速率和容量需求，而LTE产业链也日趋成熟时，再通过软，硬件的协同升级。演进到LTE阶段，以满足用户不断增长的需求。在演进过程中，也可遴选热点地区，根据其市场业务需求，越过HSPA+阶段，直接部署LTE网络。

对于LTE阶段的引入策略，有以下部署建议：首先在新的LTE 2，6G频段上部署网络，这些LTE系统将与现有的2G、3G网络共存。随着网络的发展。用户逐步向LTE前移，原有的2G/3G网络频带逐步空余出来，届时可在空闲频段上新建LTE网络，形成“GL”、“UL”或者“GUL”多模网络。最后，运营商可以部署单一的无线接入网络，在一个RAN网络上运行多种网络制式，形成多种模式长期共存的局面。多制式并存的无线接入网络如图2所示。

目前全球一些高端运营商已经开始部署HSPA+和LTE网络，如香港最大的移动通信运营商CSL在2009年3月正式发布全球首个基于SDR技术的HSPA+网络，采用全IP组网，通过软件升级网络使速率提升至21Mbps，并以此开发了歌曲下载、视频点播、互动游戏等丰富多彩的多媒体业务，市场拓展大大领先其他运营商。2009年9月2日，CSL再次宣布其LTE网络部署规划，其计划在2010年实现LTE网络的正式商用，建设方案就是利用现网SDR基站平台的前瞻性设计和良好的演进性，通过对现网系统的简单升级和改造，平滑演进到LTE。实现2G/3G/4G融合的“Single RAN”组网目标。

4结束语

从长远来看，移动通信网络中LTE及其以后的无线技术最终可能取代GSM与WCDMA网络，但其必然经历从标准成熟到规模商用，然后逐步替代现有网络的长期过程。给WCDMA网络留下了极大的发展空间。而HSPA+凭借自身的优势，将在此空间中承前启后，大有作为。基于SDR技术的Uni-RAN多制式、多频段组网解决方案，采取兼顾运营商投资和网络发展的演进策略，更多地通过软件升级和平滑演进实现网络发展，避免运营商在移动通信市场竞争激烈、新需求新技术不断涌现、网络升级和演进的步伐越来越快的今天重复投资，同时也有利于加快网络性能提升和业务稳定运营，实现人们“天涯若比邻”的沟通梦想!