未来无线宽带领域的融合与竞争

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2014世界电信日的主题是：宽带促进可持续发展（Broadband for Sustainable Development）。国际电联认为，数据业务是能够推动可持续发展的有效工具，为此，应大力推广高速宽带网络，使其价格为大众所接受并能够普遍获取。中国宽带的发展历程，很好地呼应了国际电联的这一判断。截至2013年12月，中国网民规模达6.18亿，手机网民规模达5亿，并伴随着4G网络建设继续保持稳定增长。与此同时，中国的宽带发展也在从“量”向“质”转换，宽带在经济社会中的地位不断提升，与传统经济结合日渐紧密，各类互联网应用对民众生活形态的影响也日益加深。

2014年，中国三家移动运营商的4G网络正式投入商用，随时随地的高速无线网络正在铺开。未来三年内，4G累计投资额有望突破3 000亿元，其拉动的投资规模将可能达万亿。相应地，基于无线宽带的数据业务应用将发生质的飞跃。本期专题，一方面分析无线宽带的产业格局和关键技术，另一方面探讨城市热点和农村地区的无线局域网建设，敬请关注。

【摘要】在论述无线宽带领域IMT和Wi-Fi融合与竞争的此消彼长的基础上，预测在未来的4G/5G时代，虽然4G/5G与Wi-Fi融合组网仍然存在，但依托Hotspot2.0技术的“超级Wi-Fi网络”大规模独立组网形态成为可能，从而在市场上构成4G/5G与Wi-Fi的竞争态势。

【关键词】无线宽带IMTWi-FiHotspot2.0超级Wi-Fi网络

中图分类号：F623文献标识码：A文章编号：1006-1010(2014)-09-0005-04

在刚刚落幕的巴塞罗那2014世界移动通信大会（WRC）上，虽然IMT领域的3G/4G充斥会场的各个角落，但是所有来参展和观展的用户对Wi-Fi的热情反而远高于3G/4G。这预示着在未来的无线宽带领域，虽然宽带移动通信（4G/5G）仍是无线宽带舞台的主角，Wi-Fi也仍会继续扮演与4G/5G融合的角色，但Wi-Fi也可能成为独立大规模组网运行的实体。

因此，未来无线宽带领域可能成为国际移动通信系统（IMT）和Wi-Fi融合与竞争的综合体。

1 无线宽带领域技术与产业主导权之争

已露端倪

早在2012世界无线电通信大会（WRC-12）上，为未来移动通信业务增加频谱划分的议项引起了与会各国的广泛关注并争执不下。意见大致分为两大阵营：美国提出新增的频谱划分应用于移动宽带（MBB，Mobile Broadband），并认为IMT系统虽然是移动宽带系统的主要实现形式，但移动宽带除了IMT之外，还应包括其他无线宽带应用（如Wi-Fi、WiMAX等）；欧洲、亚太、拉美等一些区域组织和国家则认为新增频谱应该用于IMT，因为ITU并未定义移动宽带业务，却制定了IMT的明确定义和标准。其实，此项争议的核心是美国力图在未来无线宽带领域以Wi-Fi等重新夺回在3G/4G时代丧失的技术与产业主导权。尽管会议最终达成了妥协，新决议起草文本表述为：“考虑为移动业务划分额外频谱，为IMT确定频段以及相关规则条款，以促进地面移动宽带应用发展。”然而，这一说法并未真正明确新增频谱应用对象，可以预见，MBB与IMT之争将延续到5G时代。

与此同时，2013年11月无线宽带联盟（WBA）在北京Wi-Fi全球大会上，展示了下一代热点（NGH，Next Generation Hotspot）网络，其核心技术是由WBA与Wi-Fi联盟共同开发的Hotspot2.0。NGH将极大地提升用户漫游体验，无论是跨越几个街区、城市，还是在不同国家之间，用户都可方便地安全连接到Wi-Fi网络，而且可符合用户与运营商策略地自动有效地复制移动通信的体验，从而实现不同Wi-Fi网络间的漫游。同时，大会也推出了针对运营级Wi-Fi市场的首个分析平台SmartCell Insight（SCI）。

由以上趋势可以预见，未来的无线宽带产业主导权的竞争中，从频谱资源到网络构建，从产业市场到用户体验，都将迎来Wi-Fi与4G/5G既相互融合又充满竞争的时代。

2 3G/4G与Wi-Fi主辅融合的时代

回顾3G的发展历程，随着移动互联网用户对无线网络带宽需求的爆炸式增长，移动运营商选择了Wi-Fi作为移动3G网络的有效补充，从此开创了3G/Wi-Fi主辅融合的大发展局面。根据Wi-Fi联盟资料，2009年全球Wi-Fi热点仅为50万个，2012年已达210万个，预计2015年将达580万个，增长十分迅速。在中国，从2011年开始，运营商便大举建设Wi-Fi网络。其中，中国移动至2012年底已经建成了378万个Wi-Fi热点，至2013年上半年，其Wi-Fi热点数超过410万个。

根据思科最新公布的《视觉网络指数：全球移动数据流量预测》报告，预计移动数据流量将在2010—2015年间增长26倍，保持92%的年复合增长率，到2018年，全球约有52%的移动流量将被卸载至Wi-Fi和/或小蜂窝网络。据Strategy Analytics发布的市场最新研究显示，2013年全球带Wi-Fi功能的消费电子终端出货量比上一年增长19%，达到19亿部。到2014年3月，全球销售的57%的消费电子终端配备了Wi-Fi功能。目前，全球带Wi-Fi功能的消费电子终端的市场存量已达到40亿部。

有研究显示，进入4G/LTE时代的Wi-Fi，作为蜂窝网有效补充的定位将在很长时间内不会改变。4G/LTE作为覆盖型网络，受限于频率衰耗和空间无线环境因素的影响，仅仅依靠室内分布系统无法提供高速数据流量服务；而Wi-Fi作为固定场景内相对稳定、便利的无线接入方式，充分显现了其随处接入、成本低、部署灵活、易于调整优化、便于捆绑用户级服务等优点。

应该看到，在3G/4G时代与Wi-Fi业已形成的主辅融合的局面仍将继续发扬光大，无论网络形态还是网络终端设备都将进一步推陈出新。

3 Wi-Fi对5G时代的挑战

进入2014年，下一代移动通信系统（IMT-2020，简称5G）迅速提上日程，主要国家和相关国际组织纷纷开展5G研发。5G将通过更高的频谱效率、更多的频谱资源以及更密集的小区部署等，共同满足移动业务流量增长的需求。5G将比4G实现单位面积移动数据流量增长1 000倍；典型用户数据速率将提升10到100倍，峰值传输速率可达10Gbps；同时，端到端时延缩短5~10倍，频谱效率提升5~10倍，网络综合能效提升1 000倍。在如此炫目的前景指引下，5G应选择高频段（如毫米波、厘米波频段）传输，以实现极高速短距离通信，满足5G容量和传输速率等方面的需求。

网络形态则向多元化、宽带化、综合化、智能化的方向演进，尤其是未来数据业务将主要分布在室内和热点地区，这使得超密集网络成为了实现未来5G的主要手段之一。在典型城区环境中，5G不同基站的覆盖距离不同，宏站约400m、微站约200m、毫微站约40m、热点站约10m。由于在城市地区的基站建设密度已经较高，难以继续部署宏站或者微站，未来5G或将仅部署毫微站和热点站。在此形势下，5G基站已与Wi-Fi热点的布局和吸收数据流量的功能趋于一致。然而，用户在享受移动互联带来的便利的同时，支出意愿并没有显著增长，甚至在降低。如何打造一个低成本部署、运营的网络，在满足用户超高需求增长的同时，维持整个移动通信产业界的可持续发展，成为摆在全世界移动通信运营商面前的一个共同难题。

以上挑战，需要5G全方位应对，也同时激励着Wi-Fi大步伐革新。其中，Hotspot2.0值得充分关注。Hotspot2.0是由无线宽带联盟与Wi-Fi联盟共同开发的一项规范，借助Hotspot2.0，可通过网络互联实现高效随机Wi-Fi接入点的大规模组网，极大地方便用户安全连接到Wi-Fi网络。Hotspot2.0可实现全自动化连接过程，同时采用高级加密标准（AES）提供空中链路加密（WPA2），从而实现不同Wi-Fi网络间的漫游，用户在几乎任何位置的Wi-Fi网络间移动时都可享受无缝体验。因此，Hotspot2.0成为未来运营级Wi-Fi网络的发展趋势，其背后蕴含着巨大的能量，如Wi-Fi联盟（WFA）认证、无线宽带联盟（WBA）等组织的互操作性等。而构建Hotspot2.0网络需要多方面的支持：一是AP和移动终端，在AP方面，美国优科无线（Ruckus）在一年前已经推出了支持Hotspot2.0的产品，目前市场上支持Hotspot2.0的终端产品也在逐渐丰富；二是相比较过去20MHz、40MHz的信道宽带，802.11ac将其扩展到了80MHz至160MHz；三是支持更多的数据流意味着更高的吞吐量，而改善的调制技术提高了发送效率。

在Hotspot2.0技术的支持下，大规模Hotspot2.0漫游联盟将成立，实现自动安全地连接到由数千漫游合作伙伴及数百万AP组成的Wi-Fi网络。作为Hotspot2.0漫游联盟的先行者之一，AT&T为其移动用户实施的国际漫游项目已被认可为首个自动连接客户到Wi-Fi热点，授权用户使用手机中的SIM卡漫游到国外的项目，并为未来基于Hotspot2.0的下一代热点商业模式搭建了舞台。

4 “超级Wi-Fi网络”成为竞争主体

早在2010年9月，美国FCC就正式提出了开放“超级Wi-Fi网络”的计划，也被称为“电视白色空间”。美国的“超级Wi-Fi网络”，有望替代家庭或办公室的无线LAN网络，以及替代用于面向蜂窝基站的网络集线器（基站和网络中心连接的部分）等。同时，以FCC支持为背景的微软、谷歌、思科和Spectrum Bridge等公司一直专注于超级Wi-Fi网络的实际应用，认为完全免费的Wi-Fi服务将激发创新，并大幅提升移动终端设备销量，这可减少本地网络连接的费用。美国很多城市当局也支持“超级Wi-Fi网络”计划，是因为可以降低学校和企业的通信成本，并帮助游客寻找游览点。除受到地方政府和社会团体推崇外，“超级Wi-Fi网络”也受到广大民众支持，因为对于一般民众和外出的旅客，无需每月再支付高昂的手机通信费用，同时还能够享受先进的服务。“超级Wi-Fi网络”还将实现更长的传输距离，使得无人驾驶的汽车可以与约1.6km之外的另一辆车交流数据，病人也可以通过这一网络将心脏监护仪与城市另一端的医院系统相连。倘若一切按照计划进行，不仅大城市，很多乡村地区也将享受到免费无线上网服务。

在室内环境下，受限于空间传输衰耗和无线电环境的因素影响，4G/5G仅依靠室内分布系统无法提供高速数据流量服务。但是，Wi-Fi借助Hotspot2.0技术用户却可以漫游在酒店、会议中心、百货商店、足球场、咖啡厅以及拥有Wi-Fi基础设施的地方，从而实现无蜂窝网情况下的高速数据流量服务。因此，Wi-Fi从根本上改变了与运营商间的关系，Wi-Fi从此可摆脱与4G/5G的从属关系，展现了独立组网实现漫游和宽带无线服务的前景。

2011年7月，IEEE正式发布了名为“IEEE 802.22”的“超级Wi-Fi网络”标准，其最大传输距离约为100km，最高通信速率可达22Mbps。依此标准，按理论分析，仅需部署307个“超级Wi-Fi网络”接入点，就可以覆盖全美国。在2013年1月底，美国已经开始在北卡罗莱纳州的新汉诺威县推出了第一个超级Wi-Fi无线服务。但是，FCC“超级Wi-Fi网络”的提案，遭到AT&T、T-Mobile、Verizon、英特尔、高通等专注于移动通信的公司，以及电视广播业和使用无线麦克风等行业的强烈反对，其理由为“超级Wi-Fi网络”的管理存在问题，容易在大城市中出现网络拥堵的状况。同时，“超级Wi-Fi网络”干扰的问题还没有得到解决，将会影响移动通信行业收入。为此，FCC也提出了许多措施，目前FCC采纳了数据库方式，即“超级Wi-Fi网络”中的设备使用时通过宽带连接，在同一数据库中自动查询无线电频率的可用性，是一种获得使用许可证的方式。

另外，在英国，由微软主导，英国广播公司（BBC）、英国空中广播公司、英国电信（BT，British Telecom）以及诺基亚、三星等公司参与，在470—790MHz频段进行了“超级Wi-Fi网络”实验。日本信息和通信技术研究机构（NICT）于2012年5月租用了地面数字电视广播的470—710MHz频段，来用超级Wi-Fi技术成功地进行了数据通信的演示。纵观美、英、日等地区的“超级Wi-Fi网络”发展，可以预见，尽管“超级Wi-Fi网络”在商业模式上仍不成熟，但发展势头良好，多重优势明显，特别值得业界关注。

除“超级Wi-Fi网络”外，2014年初，由美国媒体发展投资基金（MDIF）发起了名为Outernet的项目，计划借助数以百计的人造卫星确保全球全天候的免费Wi-Fi接入，任何国家的居民都能上网，成为真正自由的网络。其实，谷歌公司也提出了类似倡议，Google X秘密实验室现在正在研究一个名为“谷歌气球”的新项目，以借助在平流层飞行的气球为不适合使用地面网络的地区提供3G水平的互联网接入。目前，该公司已经启动了试验项目，包括部署在新西兰的30个气球和近50个地面服务测试站。

综上，在未来的5G时代，Wi-Fi不仅会与5G融合，更大的趋势是构建独立的“超级Wi-Fi网络”，为全球提供无线宽带服务。因此，在5G时代的无线宽带领域融合与挑战并存，而挑战的影响足以改变无线宽带产业格局的走向。

5 结语

伴随移动互联网而崛起的无线宽带，在走过了IMT一家唯大、Wi-Fi从属的融合阶段之后，Wi-Fi依赖Hotspot2.0技术已向大规模组网漫游进而独立运营的方向大踏步发展。在未来的无线宽带领域，打破了3G/4G时代与Wi-Fi融合的从属格局，“超级Wi-Fi网络”作为新的竞争主体出现，将使移动互联网展示出更加精彩的前景。

参考文献：

[1] 杨海峰. 移动世界的三驾马车进入疲软期？[J]. 通信世界周刊, 2014(6).

[2] 易芝玲,潘振岗. 技术研发有序推进 5G发展序幕初启[N]. 人民邮电报, 2014-03-20.

[3] Ruckus. 软硬兼施 推动Hotspot2.0发展[EB/OL]. (2013-11-29). http://network.chinabyte.com/487/12791487.shtml.

[4] 宣文威. 运营商与企业可借HotSpot2.0赢得丰厚利润[EB/OL]. (2013-12-06). http://network.chinabyte.com/39/12798039.shtml.

[5] 宋向东. 超级Wi-Fi无线网络的利与弊[J]. 通信世界周刊, 2013(15).

[6] 李然. 美国MDIF组织发起全球免费Wi-Fi项目[N]. 人民邮电报, 2014-03-13.★

作者简介

何廷润：现任国家无线电频谱管理研究所高级顾问，长期从事无线电技术与频谱资源研究，主持并参与多项频谱资源基础理论研究与频谱规划项目研究，发表文章近百篇。