移动业务提速降费的长远之计：推进技术创新、加大频谱供给

2015-03-16中国电信股份有限公司北京研究院赵冬孙震强

通信世界 2015年15期

中国电信股份有限公司北京研究院 | 赵冬孙震强

中国电信股份有限公司北京研究院 | 赵冬孙震强

在信息技术与传统行业融合的“互联网+”新形态下，运营商为了应对用户数量激增和保障高质量用户体验的双重挑战，归根到底还是要不断地进行技术创新，促进网络技术演进，提升频谱使用效率。同时相关主管部门也需要配套实施频谱资源的有效规划与分配措施，消除制约移动通信网络发展的频谱资源硬瓶颈，为运营商的网络发展创造有利环境。

自今年全国“两会”以来，国务院总理李克强三次督促宽带提速、降费的问题。总理频繁关注网费、网速，在一定程度上说明了通信产业，特别移动通信产业，在信息社会的发展中正在扮演着十分重要的角色。

目前市场普遍认为运营商的通信资费过高，其原因是多方面的。为响应总理号召，近日三大运营商纷纷推出了提速降费方案，从资费方案的合理性以及商业运营角度出发，引起了市场的广泛关注和热议。

但是从技术角度而言，移动通信系统本身的频谱效率和频谱资源直接决定了系统的容量和网速。因此，我国大力发展新一代通信技术提升频谱效率，实现对资源的合理供给和调配是移动宽带提速最为直接的源动力，也是真正实现网速持续提升的长远之计。

表1 不同技术宏小区频谱效率

技术创新是推动网络发展的核心力量

技术创新一直以来是推动通信产业持续发展的核心力量，通信技术体制的演进经历了2G、3G，发展到目前的4G，未来将走向正在被学术界广泛关注的、面向2020年应用的5G系统。

在中国，从2008年3G牌照发放到2014年4G的正式商用，我国仅用了5～6年的时间就实现了移动通信网络的快速演进。与此同时，技术革新也极大地带动了市场需求，业务增长形成了迅猛的发展态势。

可以看到，移动通信网络已经由最初的解决人们基本语音通话需求，发展到满足人物通信、物物通信的万物互联需求。

具体而言，新一代信息技术与传统农业、工业、制造业、服务业等行业的融合与创新形成了“互联网+”的新形态，将进一步解决生产和消费之间信息沟通效率的矛盾，不断改变人们的生产、工作、生活方式，成为推动当今中国信息社会发展的重要支柱，同时也是拉动经济增长的有效手段。

因此，移动通信技术的演进脉络逐渐趋于成熟，由最初的技术驱动向市场驱动转变。在技术创新的推动下，移动通信网络的频谱效率在系统演进过程中被持续拉升。

载波聚合成LTE-A技术创新关键

相对于LTE系统，LTE-A的技术创新主要体现在MIMO增强和载波聚合两个关键技术的应用上。MIMO增强提高了单位频谱资源上的传输速率，是对整个系统频谱效率的直接提升。而作为LTE-A标志性技术的载波聚合，则更侧重于频谱资源的有效利用，提升用户级体验速率。

2007年世界无线电大会确定了IMT-A的可用频谱之后，2008 年初ITU-R向全球发出征集IMTAdvanced技术的通函。ITU IMT-A 要求系统的最大带宽不小于40MHz，考虑到现有的频谱分配方式和规划，无线频谱已经被2G、3G以及卫星等通信系统所大量占用，很难找到足以承载IMT-A系统最大带宽的整段频带。同时，如何提高现有无线频带中零散频谱的利用率是解决频谱效率提升的关键问题。

基于这样的现实情况，3GPP提出载波聚合技术作为LTE-A系统的关键技术之一，并在Rel10版本规范中完成了标准化。全球多个运营商从2013年开始陆续进行了载波聚合的商用化部署，如北美的Verizon、Sprint以及韩国的SKT、KT等，随着终端等产业链的不断完善，载波聚合全球部署的规模逐渐增大。

3GPP Rel10标准规定，一个UE支持最多可同时使用5个载波，每个载波的带宽范围和LTE相同，即单个载波最大带宽为20MHz，以达到最高100MHz的带宽。

从载波组合方式上，载波聚合可以分为频带内连续载波聚合（Intra-Band，Contiguous）、频带内非连续载波聚合（Intra-Band，Non-contiguous）和频带间非连续载波聚合（Inter-Band， Non-contiguous）3类。这样的设计满足了LTE-A系统在聚合带宽上的需求，同时也大大提升用户的体验速率。

之后，3GPP在Rel12阶段实现对载波聚合技术的增强，引入了TDD-FDD载波聚合。根据GSA统计，截至2015年3月底，全球已有64张频谱聚合的LTE商用部署网络。随着低频频谱使用逐渐趋于饱和，未来的频谱资源将主要来自高频，FDD和TDD在高频的技术特性趋同，加之TDD频谱使用的灵活性，越来越多的国家对高频TDD频谱进行了规划和拍卖，FDD和TDD混合组网需求呈明显的上升趋势。

在LTE混合组网建设中，运营商通过TDD-FDD载波聚合技术将TDD高频大带宽频谱聚合使用，优化配置资源，可为热点地区用户提供优质的网络速率体验。在近期3GPP Rel13阶段启动了载波聚合载波扩展的标准化工作，将UE可同时支持的聚合载波数量进一步扩展至32个载波，以应对未来超高速网络需求。

我国自2013年12月向三大运营商颁发TD-LTE牌照以来，4G系统在我国实现了飞跃式发展。特别是2014年底中国电信、中国联通获得LTE FDD牌照之后，LTE FDD系统和TDLTE系统的混合4G商用网络也正式投入运营。

继中国移动商用载波聚合技术之后，中国电信近期也积极开展载波聚合的技术试验。载波聚合作为混合组网的关键技术之一，在未来4G发展中将发挥重要的作用。

小基站推进技术创新但仍存挑战

满足容量快速增长需求的另外一种主流方案是部署小基站。小基站可以解决网络负载问题，但小基站的部署也带来很多新问题，比如存在同频干扰、切换掉话率高、切换频率和网络信令负荷增加等问题。

为了减轻上述问题对异构组网的影响，实现用户体验和网络性能的提升，3GPP在Rel12标准中提出了双连接的方案，即一个终端同时连接到一个宏基站和一个小基站的载波聚合方案。

相对于传统LTE网络和终端，双连接技术面临着诸多挑战，比如无线资源管理更加复杂，由于宏微基站有两套独立的RRM，对于一些共享资源在两个节点之间分配与传统的载波聚合相比实现复杂度更高；此外，终端设计实现复杂度高，从协议栈架构上来看，支持双连接的终端上行发射至少需要两套独立的RF和LTE协议栈。这些特性极大地增加了终端制造的成本以及功耗。

因此，目前双连接方案还主要停留在标准化阶段，应用前景与未来小基站产业的整体发展趋势紧密相关。

加大频谱资源供给是网络持续发展的根本保证

为应对用户数量激增和保障高质量用户体验的双重挑战，在持续采用新技术提升频谱利用率以及用户体验速率的同时，还需加大频谱资源供给。这是因为可用频谱资源受限已成为移动通信网络发展的重要客观问题（表1）。

当前我国已规划IMT频率总计687MHz，其中457MHz频谱分配给移动运营商提供2G/3G/LTE服务。其中，中国移动拥有235MHz（含室内50MHz）、中国联通拥有122MHz、中国电信拥有100MHz。

此外，仍有230MHz未分配的频谱资源大多涉及与卫星、北斗、雷达以及射电天文等系统的干扰保护问题，致使我国目前的IMT可用频谱资源中存在大量已规划未分配的频谱空洞，造成宝贵频谱资源的闲置和浪费。

2007年世界无线电大会（WRC07）上为IMT新规划了450～470 MHz、698/790～806/862MHz、2300～2400 MHz、3400～3600 MHz 几个新频段，在之后的几年中，世界各国陆续完成了相关频率的规划和使用，但这些频段在我国的规划使用情况并不理想。

其中3400～3600MHz（3.5GHz）频段在WRC07我国通过脚注的形式标识给了IMT，但由于存在与C波段固定卫星业务的干扰协调问题，目前尚未完成国内频率规划。700M频段为全球公认的IMT数字红利频段，WRC07之后世界各国掀起了释放数字红利的热潮，而我国698～806MHz频段为原模拟广播电视工作频段，涉及广播系统与IMT系统间的干扰协调问题，该频段规划的时间表被一拖再拖。450～470MHz频段由于现网业务较为复杂，涉及与铁路专网业务的共用，相关的规划研究工作也在艰难进行中。

未来人们在各种应用场景下的多样化业务需求将进一步推动流量的巨大增长。根据IMT-2020(5G)推进组发布的《5G愿景与需求白皮书》，2020年以后，5G移动通信的应用场景将极大地扩展到人类社会的各个方面，为用户提供更好的体验。

同时，各种应用也对移动通信网络的性能提出极高要求：超高清、3D和浸入式视频，增强现实、云桌面、在线游戏，以及视频监控和移动医疗等业务，都将对传输速率提出了很大挑战；物联网业务，如智能家居、智能电网、环境监测、智能农业、智能抄表等，需要网络支持海量设备连接和大量小数据包频发；未来大量的个人和办公数据存储在云端，海量实时的高速数据交互将对移动通信网络造成流量压力。

根据ITU频谱需求预测及目前已规划频谱计算，我国到2020年将存在约800-1100MHz的频谱资源缺口。全球范围内的绝大多数国家和地区也需要再为IMT规划至少500MHz频谱以满足2020年最低预测需求。频谱资源是推动移动通信与信息产业发展的核心资源。我国期望在第五代移动通信实现引领的目标，快速发掘并确立未来IMT可用频谱资源成为关键因素。