LTE时代的WLAN建设

陈海虹

（中国移动通信集团福建有限公司，福州 350003）

1 国内LTE网络建设进展

2012年10月14日，工信部决定将2.6GHz频段(2500～2690MHz)，共计190MHz的频率采用全TDD方式进行划分。10月25日，工信部确定了LTE-FDD的频率资源，将分配在1800和2100MHz频段中未分配的两个60MHz频率资源，共120MHz用于FDD频率。

10月，中国移动公布了自8月开始的TD-LTE无线网络设备的招标结果，涉及城市为北京、上海、杭州、南京、广州、深圳、厦门、青岛、天津、沈阳、宁波、成都、福州共13个城市，包含LTE基站20000个。本次招标有9家厂家中标，预计年底前完成本期LTE网络的建设。

除中国移动外，中国电信和中国联通也纷纷向媒体表态，将加快推进LTE网络的商用进程，并在上海等地进行LTE网络规模测试和各项试商用测试。

2 大规模部署LTE面临的挑战

虽然运营商特别是中国移动已经在试点城市有了初步的建网和运营经验，但是在目前阶段，LTE的大规模建设不可避免的会面临诸多挑战，简单说有如下几点：

首先，频谱划分对于网络覆盖的挑战首当其冲。无线信号传播范围和频率密切相关，频率越高，传播路径损耗越大，绕射能力越弱，传播的距离也越近。根据目前公布的频谱划分，TD-LTE网络目前获批的频段，远高于2G/3G网络，甚至WLAN。这意味着LTE网络的覆盖范围将进一步下降，基站建设数量、网络建设成本将急剧增长。同时，现在市区内的站址资源越来越少，新建站点越来越困难，由于频谱规划导致的大量新建站的需求将会对建设进度造成很大的困难。

其次，在对手机终端的多频多模支持方面，中国移动目前要求多模终端至少支持TD-LTE、TD-SCDMA和GSM 3种模式，如果考虑国际漫游和产业规模效应，需要支持LTE-FDD甚至WCDMA模式。这样的话，单个终端就需要支持5种的网络制式，这需要终端芯片必须具有很高的集成度，一般认为只有28nm半导体工艺才能满足要求。目前除高通等少数公司外，大部分TD-LTE芯片厂商还难以在短时间内实现。另外，终端同时支持5种网络制式势必带来手机功耗的增加，如何保持手机的低功耗和较长的电池寿命也将对LTE手机带来巨大的挑战。

由于TD-SCDMA标准在全球只有少数运营商采用，终端手机厂商对TD-SCDMA终端的研发力度和产品推新方面都支持不够，从而导致中国移动始终面临TD-SCDMA终端种类匮乏的情况。这个局面在TDLTE网络建设的初期，仍然将无法获得明显的改善。

3 WLAN是TD-LTE建网的最佳补充

为了打破移动终端的带宽瓶颈，一方面运营商在积极地将蜂窝移动通信网络向有着更高速率、更高频谱利用率的LTE网络升级；另一方面，运营商也在考虑LTE网络与WLAN的融合，异构网络的协同探索与实施也正在掀起新的风潮。

目前，WLAN作为无线数据业务最重要的承载网络，已承载了超过60%的手机用户上网数据。可以预见，在LTE大规模部署的时代，作为低成本无线宽带组网技术的WLAN，将始终是TD-LTE建网的最佳补充。

（1）据统计数据显示，从2010～2015年，全球移动数据流量将增长26倍，其中绝大部分数据流量来自手持终端。所以即使TD-LTE网络建设起来了，仍会面临巨大的流量压力，更需要高带宽低成本的WLAN进行分流。

（2）丰富的终端类型使得WLAN可以在TD-LTE网络建设初期，终端支持较少的情况下作为TD-LTE的分流方式，以满足用户对高速数据的访问需求。另外，WLAN也可作为TD-LTE的信号转发，采用类似LTE-Fi的产品，也可以解决初期TD-LTE终端有限的情况。如今WLAN芯片被广泛的应用于现在的智能手机设备中，利用WLAN从TD-LTE网络中分流流量仍将是一种极为有效且低成本的方式。

（3）WLAN是现阶段缩小覆盖范围、提升吞吐量的性价比最好的技术。无线通信吞吐量每30个月翻一翻，无线通信的吞吐量增加100万倍；其中1600倍是由小区覆盖变小，通过频谱复用带来；25倍是由于更大带宽带来；只有5倍是由于物理层技术进步，提升频谱效率带来。而对比几种缩小小区覆盖范围的技术，WLAN在单带宽成本、终端成本和终端规模上具有压倒性优势。目前绝大多数的移动数据流量是通过TD-SCDMA+WLAN进行承载的，今后将移动网络逐渐从TD-SCDMA升级到TD-LTE。但无论是TDSCDMA还是TD-LTE，考虑到成本等各因素，它们在承载移动数据流量能力上明显不如WLAN。进入LTE时代以后，用户将拥有更大的带宽，更快的移动网络速率，并具备更高的业务承载能力。但即便TD-LTE网络可以提供高得多的速度，移动互联网流量和用户数量的陡增还是会堵塞频谱，造成类似现在TD-SCDMA网络中存在网络中断等问题。

（4）TD-LTE、WLAN的异构网络融合方案已逐步完善。由于在频谱资源利用方面已经达到极致，TDLTE网络将像GSM网络一样，是一个可以长期提供服务的移动数据网络。而作为仍在持续演进的无线宽带技术，WLAN的建设一定会持续并发展。WLAN将会和LTE网络一起，为已经到来的大数据时代做最好的网络承载。以往对于LTE-WLAN的互操作主要研究集中在核心网，如3GPP在TS23.234中研究了WLAN等非3GPP接入EPC的互通架构。3GPP LTE R12从2012年9月起初步开展R12研究项目和标准制定，R12增强了LTE-WLAN的互操作，明确LTE-WLAN互操作的应用场景和机制，探讨在接入网侧提供可行性方案，进一步优化蜂窝系统业务分流的可行性，包括网络选择策略、WLAN的发现机制、无线资源及信令，提升终端用户对移动互联网业务的体验。

（5）根据业务承载对象不同可以采取WLAN和TD-LTE对不同业务进行分流的协同方式。目前现在网络上的巨大流量由手机产生的比例仍然不大，主要由数据卡等产生。今后TD-LTE主要解决手机数据通信，WLAN可以主要解决数据卡等数据通信。由于数据卡用户对无线带宽的需求是无止境的，这部分用户的需求将会日益增加，预计TD-LTE网络将无法满足承载要求，这时WLAN仍然是可以满足更高速率的承载要求。

4 协同建设WLAN和TD-LTE网络

4.1 要精确规划、精确营销，做好流量经营

要加强网络建设和市场营销之间的协同。中国移动对于四网的定位是“协同”，所以协同服务是WLAN建设的关键。移动的客户基础依然是广大的2G/3G用户，WLAN做好与其它网络的协同互动非常重要，将会直接影响WLAN使用率和数据分流的效率。要建立健全多网协同分析系统，输出量化分析指标，为精确建网、精确营销提供指导。通过对GSM、TD-SCDMA、WLAN的数据流量、终端类型、业务属性、用户习惯等多维度分析，构建覆盖匹配模型、多因素量化指标体系，形成WLAN精确部署和精确营销方案。

4.2 要做好四网协同建设工作

图1 “四网协同”业务承载模型图

WLAN工作于2400～2483.5MHz，TD-LTE室内组网的E频段可能工作于2320～2370MHz，与WLAN尚有30MHz隔离带，两系统间主要是带外干扰，但干扰较大，共存较为复杂。为实现TD-LTE与WLAN室内共存可采用增加频率保护带、提高滤波精度、限制设备参数等方式。四网将长期共存，根据不同用户、业务和覆盖范围定位各不同。GSM网络将以承载语音+低速数据业务为主，TD-SCDMA网络将以承载视频语音+中高速数据业务为主，TD-LTE网络将以承载高速数据业务为主，WLAN网络将作为TDSCDMA和TD-LTE高速数据业务的近距/热点覆盖补充。聚焦热点、热区覆盖。大流量的数据应用还是会集中在城市的热点、热区，根据网络的“二八现象”，城区内的热点、热区的数据流量将占据全网数据流量的80%。在这些区域，TD-LTE网络仍然将承受巨大的数据流量的压力，而且数据洪峰的潮汐效应很明显，高峰期对TD-LTE网络的冲击将更加剧烈。WLAN技术作为TD-LTE网络分流的有力补充将会发挥巨大作用。所以需要特别加强WLAN在市区内密集人群的热点、热区覆盖力度，以缓解这些区域TD-LTE网络的压力。

4.3 要打造精品WLAN，提升业务质量

WLAN目前不管从数量上还是质量上，已真正形成“一张大网”。面对数百万的AP数量，在管理和运营方面如何提升能力是运营商不得不面对的严峻考验。需要在网络层面从架构上不断提升WLAN质量和效率。通过对核心网络持续不断的演进，支持AC/AP接口标准化、AC资源池、NAT池、DHCP池等多种虚拟化技术，并向AC云演进。另外，在管控手段上可考虑增加“WLAN流量分析系统”，通过对WLAN流量深度分析包括对用户终端型号识别、AP可视、全网流量、用户行为等信息挖掘，提高对WLAN业务故障分析定位和快速解决能力；通过部署“无线业务监控系统（探针）”，可捕获空口信息，加强对WLAN无线覆盖环境、用户关联、信息强度、丢分组重传、速率稳定性、发射杂散、信道频谱等分析，提升业务质量。