3G/4G融合网络关键策略研究

周 飞

（中国联合网络通信有限公司广州分公司 广州510700）

1 引言

2013 年可谓当之无愧的“LTE之年”。从全球商用看，GSA最新数据显示，截至2013年底，全球LTE商用网络数量达到260张，其中包括25张TD-LTE商用网络，LTE商用用户数量达到1.57亿户，LTE终端数量达到1 240款。也就是说，仅2013年全球就部署了超过100张LTE商用网络，发展了超过1亿户的LTE商用用户以及推出了约800款LTE商用终端。经过一年的发展，全球LTE网络在系统、设备、芯片、终端等产业链各个方面取得了快速发展。

另外，从国内的情况看，2013年也成为国内“LTE元年”。2013年12月4日，工业和信息化部正式向中国移动、中国联通、中国电信颁发4G牌照，均为TD-LTE制式，并将根据企业申请，依据相关法定程序，批准相关企业开展LTE FDD网络技术试验，系统验证LTE FDD和TD-LTE混合组网的发展模式，并将在条件成熟后发放LTE FDD牌照。本文将从标准、技术、演进、协同等方面剖析探讨中国联通LTE部署之路。

2 LTE与WCDMA技术对比

LTE网络对3G网络的改进相比3G网络对2G网络的进化，更多的是一种量变而非质变，主要体现在3个方面：从技术上，LTE是WCDMA技术的自然演进；从体验上，LTE与WCDMA的协同和体验一致性最好；从业务上，LTE与WCDMA在业务的承载能力上不相上下。另外，从最终消费者的角度看，LTE网络并没有在3G网络的基础上增加更多直观的新特性。区别于2G到3G用户从传统语音到移动互联网的革命性转变，3G到4G是用户从每月数百兆字节数据业务流量到GB级别的流量提升。如果说3G网络已经能够满足移动终端的基本上网需求，那么4G网络所提供的服务就已经与有线宽带没有太大区别。

2.1 LTE是WCDMA技术的自然演进

LTE与WCDMA同属3GPP组织定义的通信系统，在设计思想上，LTE借鉴了WCDMA很多内容，并加以吸收简化，从而形成现有的LTE标准。

表1从协议架构方面对WCDMA与LTE进行比较。从协议的层次结构看，LTE与WCDMA基本一致，均分为控制面和业务面两个平面以及4个协议层。由于LTE采用了全IP架构，为了提升效率，避免IP分组头的过多开销，在控制面引入原来WCDMA仅在业务面才有的PDCP层。

表1 WCDMA与LTE协议架构对比

从物理层结构看，WCDMA承载数据业务时主要采用HSPA技术，在WCDMA的基础上引入时分多址，用码字和时间两个维度构成一个二维的物理资源，如图1所示。

图1 HSPA物理资源示意

LTE是利用频分多址与时分多址，用频率和时间两个维度构成一个二维的物理资源，如图2所示。

图2 LTE物理资源示意

LTE与WCDMA在大的协议架构方面没有区别，在层三与层二也基本一致，层次上的唯一区别在于物理层，但即使在物理层，其区别也只是由于物理接入方式的改变造成的变化，其核心思想与原理是一致的。

表2从网络架构方面对WCDMA与LTE进行比较。从网络架构上看，核心网由于功能清晰，在逻辑上分化出多个网元，在接入侧，层三功能从传统的控制器下移，从而简化了网络结构，虽然在网元构成方面有了变化，但整体均是原WCDMA各网元承担功能的转移，并没有产生全新的网元实体。

表2 WCDMA与LTE网络架构对比

2.2 LTE与WCDMA的业务协同

LTE与WCDMA网络间的协同主要体现在语音和数据业务的互操作连续性方面。

（1）语音业务

由于LTE是全IP网络，初期并不支持VoIP，因此LTE网络上的语音通常分为双待和CSFB两种方式。由于双待方案在终端成本和待机方面均有较大劣势，通常是过渡选择，主流方案是CSFB方案。在CSFB方案上，LTE与UMTS回落方案的成熟度和用户体验远远好于GSM，CSFB到UMTS与CSFB到GSM的方案对比见表3。

表3 CSFB到UMTS与CSFB到GSM的方案对比

采用CSFB到WCDMA的方案，在语音业务的协同体验方面，中国联通有巨大的优势。

（2）数据业务

表4重点针对UMTS与LTE、GSM与LTE间的互操作情况进行分析和对比。通过比较可以发现，在数据业务的互操作协同体验方面，LTE与WCDMA的协同组合也有巨大的优势。

表4 系统间互操作支持情况

2.3 LTE与WCDMA业务承载能力

从网络的业务承载能力看，中国联通3G网络所能提供的已经不仅是3G正式商用时4.2 Mbit/s的下载能力，随着HSPA、HSPA+、DC-HSPA等技术的应用，3G也可以提供21 Mbit/s甚至42 Mbit/s的峰值下载速率。相比国内LTE 100 Mbit/s或120 Mbit/s的下载速率，对单个用户的体验并不会有本质性的差异。当前的3G终端更成熟，网络覆盖性更好。即便在LTE部署初期，3G网络仍然具有较强的竞争力。

另外，在当前我国的手机上网用户中，最流行的应用仍然是即时消息（IM）、SNS、网页浏览三大类业务。在数据流量套餐资费不出现大的变化的情况下，单用户的月均流量不会出现成倍的增长，因此在LTE初期，数据仍偏向轻度流量型应用，在此类应用场景下，WCDMA和LTE对用户的可感知速率基本没有差别。

综合以上3个方面，“4G不是一场革命”，把握3G依然是中国联通未来成功的网络制高点。

3 3G/4G融合策略

虽然从中短期来看，3G依然是最主力的移动宽带承载网络，但从长期来看，特别是在视频等大流量应用成为主流后，LTE的优势将逐渐凸现，成为主流。因此，如何在3G和向LTE演进间掌握好“度”是中国联通网络演进成功的重中之重，走3G/4G融合的道路，无疑是最为明智的选择。

3.1 品牌融合

对于最终消费者而言，并不关心网络的logo是“3G”还是“4G”，只关心用户体验到的速率；反言之，对于运营商来讲，也不希望给客户造成某一张网好而另一张网差的品牌印象，而是希望客户对运营商的整体品牌有强烈的认同感。因此，如何借助3G时代中国联通已有的3G品牌优势提升4G品牌，对于中国联通有特别现实的意义。

相比竞争对手在LTE时代与原有网络“撇清关系”，纯宣传4G品牌的方式，中国联通可借鉴很多WCDMA传统运营商的惯常做法。例如，美国的两大WCDMA运营商AT&T和T-Mobile将HSPA+宣传为4G，早早实现了美国数百个城市的4G覆盖，而对于HSPA+来讲，消费者体验到的速率基本没有差别，但省去了开户换终端的烦恼，后续随着LTE网络的逐步完善及客户终端的自然更新换代，用户将以无缝的方式自然迁移至LTE网络。中国联通广东分公司在3G/4G品牌融合方面的宣传上，以“无论3G、4G，精彩依然在沃”的宣传语，告知用户中国联通的WCDMA网络已经演进至4G，能够为用户提供4G的业务体验。

3.2 网络融合

网络融合不仅是设备层面的融合，应该站在未来目标网演进的角度观察全局，推进融合。国内三大运营商中，只有中国联通在2G、3G和LTE网络都拥有全球主流的价值频谱，这实际上天然为中国联通准备了一个清晰的目标网发展路线。图3给出了中国联通未来网络演进的路线示意。

GSM 900 MHz向UMTS 900 MHz演进，低频段UMTS 900 MHz覆盖最远，是建设无缝优质体验的最佳方案，可以作为数据业务的基础网和LTE语音回落的主力承载网，既是3G和LTE在农村的自然延伸，也是城市深度覆盖和LTE业务的最佳补充。

当前最为重要的UMTS 2 100 MHz网络需要持续优化打造，加快吸纳3G用户，为LTE发展奠定基础，UMTS 900 MHz和UMTS 2 100 MHz一起构成精品数据网，同时UMTS2 100 MHz未来可持续演进到LTE 2 100 MHz。

图3 中国联通未来融合网络演进示意

最后，逐步实现UMTS和LTE的全覆盖网络，GSM逐步退网，UMTS作为综合业务基础网以及数据业务主力网，LTE作为数据业务卓越体验网，并最终随着LTE的全面成熟慢慢向全4G网络演进。

在核心网侧，当前中国联通的网络是GSM与UMTS融合的核心网，未来的目标网将是GSM、UMTS、LTE融合的核心网，从现网到目标网的建设过程中需要考虑以下几个因素。

·接口最简，配置最简。如果维持现网的成熟架构，节点将减少50%，同时接口配合也将减少50%。

·体验最优，经营最优。升级融合核心网，网间切换变成设备内部的切换，时间降低，信令数降低，同时多网用户资源统一管理，有利于差异化流量经营。

分组核心网是2G/3G/LTE/WLAN接入的业务调度中心，业务需要平滑地在多接入网络间进行切换。融合建网可以减少信令，降低时延，提高网间切换成功率，保证用户的业务体验最优；将现网升级建设为EPC网络的建网流程少，建网时间可以缩短55%，确保了最快部署EPC网络，支持LTE快速上线；同时现网升级可以实现最大化的资源利用，2G/3G/LTE资源共享，保护2G/3G投资，可节省LTE投资28%。因此采用现网升级方式可以实现最优体验、最低成本、最快建设融合EPC网络。

3.3 终端融合

由于GSM、UMTS、LTE融合是全球主流的演进方向，在当前GSA统计的1 240款LTE终端中，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，也就是说，绝大多数LTE终端都具备HSPA能力，其中又有80%以上具备HSPA+能力，可以体验到21 Mbit/s的峰值速率；有近50%同时具备DC-HSPA+能力，可以体验到42 Mbit/s的峰值速率。因此，在终端的后向演进方面，无需有任何担心，绝大多数主流的LTE终端都将UMTS视为其基础能力，中国联通在3G时代延续的终端优势将得以保持。

3.4 未来TD-LTE与LTE FDD的融合

为支持国产标准，国内三大运营商均获得TD-LTE牌照，中国联通也将在数据热点区域快速建设TD-LTE基站。而从全球网络部署情况看，FDD网络与中国联通WCDMA网络的互操作从协议支持、商用案例、终端支持、漫游支持来看都是最理想的。

在LTE部署建设中需关注以下方面。

·短期内中国联通LTE无容量压力，FDD与TDD应分别定位：FDD定位MBB，聚焦热点与品牌；TDD定位WBB，可作为MBB超热点与FDD互为补充。从长期看，中国联通TDD与FDD实现融合，从而满足移动宽带用户优质体验的需求。

·挖掘与利旧现有资源，特别是充分发挥3G已有站点与2G已有频谱资源，实现LTE网络的平滑快速部署，实现投资效益最优。

·加强3G与4G的协同，充分发挥3G+4G语音与数据的协同优势：一方面，初期以CSFB为主的LTE语音方案快速实现部署和优化，利用先天技术优势与其他运营商拉开距离，并考虑VoLTE的平滑演进；另一方面，数据DC-HSPA+与4G协同，以提供最优覆盖与最优体验。

4 结束语

如前面所述，终端用户本质上购买的是移动数据业务服务，在国内FDD未发牌的时间里，充分提升3G网络覆盖和性能，利用TD-LTE提升4G网络的品牌，利用语音等解决方案优势提升用户的使用体验。在FDD发牌后，快速利用GSM和TD-LTE网络平滑演进到LTE FDD，加上LTE FDD终端丰富的优势，将使中国联通通过“最好的3G+最快的4G”融合组网的模式持续保持移动宽带数据网络的国内领先地位。

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

3 Holma H,Toskala A.WCDMA技术与系统设计（第三版）.陈译强,周华,付景兴等译.北京:机械工业出版社,2005

4 沈嘉,索士强,全海洋.3GPP长期演进(LTE)技术原理与系统设计.北京:人民邮电出版社,2008

5 沈嘉.IMT-Advanced无线空中接口关键技术.电信科学,2007(9)

6 曹淑敏.走向宽带泛在的无线移动通信.世界电信,2009,22(12):43～45

7 张平.移动泛在融合的通信业务发展趋势.电信工程技术与标准化,2008,21(1):1～5

8 李军.异构无线网络融合理论与技术实现.北京:电子工业出版社,2009

9 NGMN.Next Generation Mobile Networks Beyond HSPA &Ev-Do-A White Paper,2009

10 赵利,符杰林,宁向延等.现代通信网络及其关键技术.北京:国防工业出版社,2011