3G網(wǎng)絡(luò)未來發(fā)展進(jìn)行時(shí)

唐 濤 彭海清 朱俊蔓

[摘要]文章簡述了3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到HSPA+/LTE階段時(shí)引入的新技術(shù)，討論了無線接入網(wǎng)需要進(jìn)行的變革，最后從運(yùn)營商、用戶雙贏的角度，探討了HSPA+/LTE的引入策略。

[關(guān)鍵詞]HSPAHSPA+LTE網(wǎng)絡(luò)IP化軟件升級

從茶馬古道到高速公路，從鉆木取火到太陽能的利用，從飛鴿傳書到即時(shí)通訊技術(shù)的出現(xiàn)，科技一直在服務(wù)著人類的生活。當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用深入人心，當(dāng)人們不再滿足于簡單的語音通信時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，就成了無線通訊科技發(fā)展的新動(dòng)力。

隨著手機(jī)上網(wǎng)用戶數(shù)迅速增長，移動(dòng)運(yùn)營商也在不斷開發(fā)新的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：在線多媒體(如在線音樂、在線閱讀、在線流媒體)、移動(dòng)即時(shí)通訊和信息推送業(yè)務(wù)(如手機(jī)報(bào)、手機(jī)郵箱、便民服務(wù))等，通過寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)的完美結(jié)合，將PC上成功的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用植入移動(dòng)終端，挖掘數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用的新市場，吸引互聯(lián)網(wǎng)用戶向移動(dòng)寬帶用戶滲透，從而提升移動(dòng)運(yùn)營商的市場份額。

隨著HSPA網(wǎng)絡(luò)在世界各地的部署與商用，寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在全球移動(dòng)市場得到規(guī)模應(yīng)用。但是高速數(shù)據(jù)服務(wù)，尤其是視頻、音樂、游戲等業(yè)務(wù)的源源引入對移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)不斷提出新的要求，因此，如何獲得更高的速率，更大的系統(tǒng)容量，更完美的用戶體驗(yàn)——這個(gè)移動(dòng)運(yùn)營商在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中始終關(guān)注的問題，如今則更成為焦點(diǎn)。作為移動(dòng)寬帶市場的生力軍，HSPA+與LTE越來越成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)，其商業(yè)化進(jìn)程也在日益加速，下面就國內(nèi)3G網(wǎng)絡(luò)引入HSPA+/LTE的相關(guān)策略進(jìn)行初步探討。

1HSPA+和LTE帶來的技術(shù)革命

HSPA+是HSPA的增強(qiáng)與演進(jìn)，從技術(shù)角度看，“+”意味著調(diào)制、天線等多種無線技術(shù)的改進(jìn)。而LTE作為向第四代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的技術(shù)，則引入了更多新的技術(shù)革新。

自然而然，首先考慮的新技術(shù)就是如何提升網(wǎng)絡(luò)容量，提高業(yè)務(wù)下載速率，HSPA+和LTE在提高速率上有共同之處，也有制式不同帶來的差異之處，但它們都使無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)帶寬有了質(zhì)的提升。特別是LTE，已經(jīng)能達(dá)到和固網(wǎng)寬帶相媲美的程度。

1.1提升系統(tǒng)容量的關(guān)鍵技術(shù)

MIMO(Multiple-Input Multiple-output)技術(shù)是HSPA+和LTE都采用的關(guān)鍵技術(shù)，其基本原理是在發(fā)射端和接收端均采用多天線技術(shù)，利用多天線來抑制信道衰落，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率前提下。提高無線信道容量和頻譜利用率，改善信道可靠性，降低誤碼率。因此，MIMO技術(shù)可以通過信道復(fù)用來提高系統(tǒng)容量，也可以通過分集增益來改善信道傳輸質(zhì)量，在3GPP中規(guī)范了多種MIMO應(yīng)用方案，對于不同的應(yīng)用場景，系統(tǒng)可根據(jù)用戶應(yīng)用環(huán)境的改變在不同的MIMO方案之間進(jìn)行靈活切換。

提升容量的另一個(gè)有效方法就是采用高效的調(diào)制模式。HSPA+下行鏈路可采用64QAM調(diào)制，上行支持16QAM調(diào)制。就下行而言。64QAM的調(diào)制效率比16QAM提高了50％，單用戶峰值速率可達(dá)到21.6M bps，當(dāng)64QAM和MIMO技術(shù)同時(shí)使用時(shí)，小區(qū)峰值速率可以達(dá)到43.2Mbps。為了使上行速率與下行數(shù)據(jù)速率相匹配。HSPA+系統(tǒng)針對HSUPA引入了16QAM調(diào)制，采用16QAM技術(shù)后，上行峰值速率可達(dá)11.5Mbps。而LTE采用了OFDM調(diào)制技術(shù)，支持靈活的帶寬配置與頻譜分配機(jī)制，帶來更高的峰值速率，在20M帶寬2*2 MIMO情況下，下行峰值速率達(dá)到150Mbps，上行達(dá)到50Mbps。

此外，還有多種提升系統(tǒng)容量的技術(shù)。如MC HSPA(Multi-Carrier HSPA)多載波技術(shù)，使得基站可以在上／下行雙小區(qū)(甚至多小區(qū))中并行接收／發(fā)送數(shù)據(jù)，再與16QAM、64QAM、MIMO等技術(shù)耦合，可支持上行23Mbps／下行86Mbps的峰值速率，為用戶提供更高速的體驗(yàn)。對于分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的大量應(yīng)用，連續(xù)性分組連接(CPC)技術(shù)則可以減少在線用戶占用系統(tǒng)資源，支持更多的用戶長期在線，提升系統(tǒng)利用率。

1.2扁平化架構(gòu)和智能化網(wǎng)絡(luò)

HSPA+為了更好的兼容性，基本是沿襲了HSPA的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，而在LTE系統(tǒng)中，則有了全新的變化。首先是無線接入系統(tǒng)只有一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)：eNode B，替代了3G網(wǎng)絡(luò)中Node B和RNC的功能，eNode B和eNode B之間引入了X2接口，一部分業(yè)務(wù)流量可直接在基站之間直接處理，而不用再發(fā)送往核心網(wǎng)絡(luò)。大大提高數(shù)據(jù)處理效率。而LTE的核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)也進(jìn)行了簡化，通過網(wǎng)絡(luò)扁平化進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)性能。

眾所周知，無線網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)分散，數(shù)量眾多，因此網(wǎng)絡(luò)開通、網(wǎng)絡(luò)配置、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化以及網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工作非常繁重，成為運(yùn)營商運(yùn)營成本和管理成本的主要組成部分。而隨著網(wǎng)絡(luò)覆蓋越來越廣，成本急劇增加，因此在LTE中引入了SON技術(shù)。即“自組織網(wǎng)絡(luò)”，它具有四大功能：自配置、自優(yōu)化、自愈合，以及多運(yùn)營商共享管理，能夠?qū)崿F(xiàn)無線鄰區(qū)自動(dòng)配置，快速恢復(fù)故障，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的實(shí)時(shí)檢測與KPI上報(bào)，用戶和設(shè)備的跟蹤等網(wǎng)絡(luò)自我管理功能，能夠大大減輕人工配置維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的工作量。降低運(yùn)營商的OPEX成本。

2無線接入網(wǎng)如何面對HSPA+、LTE時(shí)代的到來?

2.1網(wǎng)絡(luò)IP化，應(yīng)對數(shù)據(jù)激增

隨著HSPA市場發(fā)展，將基于PC的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)引入移動(dòng)終端已成為移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展的一大趨勢：廣告、搜索服務(wù)這些固定數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的經(jīng)典應(yīng)用，將成為移動(dòng)寬帶市場的潛力收益業(yè)務(wù)。而HSPA+，乃至下個(gè)階段的LTE技術(shù)，將為移動(dòng)寬帶市場注入更強(qiáng)勁的驅(qū)動(dòng)力——更快的業(yè)務(wù)速率、更優(yōu)質(zhì)的QoS表現(xiàn)。以及支持用戶長期在線的特性，將為系統(tǒng)承載寬帶業(yè)務(wù)創(chuàng)造得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。這也決定了HSPA+、LTE的無線接入網(wǎng)絡(luò)須具有極高的數(shù)據(jù)吞吐能力，以滿足寬帶業(yè)務(wù)大規(guī)模應(yīng)用的需求。

首先，不論HSPA+，還是LTE，其無線接入網(wǎng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)“網(wǎng)元IP化”，即要求RNC、Node B，以及eNode B基于全I(xiàn)P硬件平臺(tái)構(gòu)建、對外提供IP接口，同時(shí)軟件支持IP/ATM全協(xié)議棧，以實(shí)現(xiàn)從ATM傳輸、ATM/IP混合傳輸，到全I(xiàn)P傳輸?shù)钠交^渡，最終在全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)上承載高速無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

其次，HSPA+、LTE要求傳輸網(wǎng)絡(luò)lP化。不僅如此，LTE要求lP傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加扁平化；同時(shí)，LTE系統(tǒng)X2接口引入后。傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也需要相應(yīng)調(diào)整，以適應(yīng)LTE的Mesh狀組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。LTE對于傳輸網(wǎng)絡(luò)端到端時(shí)延提出更高的要求，IP傳輸網(wǎng)需提供更高的QoS指標(biāo)；在安全方面，由于IP網(wǎng)絡(luò)的開放性，以及LTE在S1接口上的明文傳輸特點(diǎn)，要求IP傳輸網(wǎng)提供相應(yīng)的安全保障，這些都對傳輸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和部署提出了新的要求。

2.2軟件升級，保護(hù)既有投資

事實(shí)上，HSPA+的產(chǎn)生就是為了讓HSPA網(wǎng)絡(luò)以盡可能小的代價(jià)演進(jìn)，以達(dá)到提升系統(tǒng)性能、挖掘WCDMA網(wǎng)絡(luò)潛力、保護(hù)運(yùn)營商投資，同時(shí)保證用戶使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)連續(xù)性的目的?；谶@樣的目標(biāo)，絕大多數(shù)HSPA+技術(shù)均可通過軟件升級實(shí)現(xiàn)(除了MIMO)，這也最大程度實(shí)現(xiàn)了保護(hù)既有投資的目的。

例如，采用中興通訊ZXSDR 8000系列基站部署的HSPA網(wǎng)絡(luò)，只需要通過軟件升級，即可實(shí)現(xiàn)HSPA+各階段的功能特性，全面實(shí)現(xiàn)向HSPA+的平滑演進(jìn)，不僅將系統(tǒng)演進(jìn)成本控制到最低，而且絲毫不影響現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)運(yùn)營。在羅馬尼亞，中興通訊用不到一個(gè)月的時(shí)間。對ZAPP的HSPA系統(tǒng)進(jìn)行了軟件升級，在不影響現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)的前提下，幫助ZAPP發(fā)布了HSPA+商用網(wǎng)絡(luò)，使得這位羅馬尼亞移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)引導(dǎo)者又一次搶占先機(jī)，建成東歐移動(dòng)市場的第一張HSPA+商用網(wǎng)絡(luò)。

3雙贏策略：從HSPA→HSPA+→LTE

隨著競爭加劇，ARPU值持續(xù)降低，移動(dòng)運(yùn)營商在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與升級時(shí)，不僅僅要考慮技術(shù)的領(lǐng)先性，更需考慮如何保護(hù)既有投資，降低成本。LTE是未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的目標(biāo)，但由于LTE不能向后兼容。運(yùn)營商必須投入高額投資購買新頻段。部署新網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，現(xiàn)階段的LTE產(chǎn)業(yè)鏈無論在標(biāo)準(zhǔn)、芯片、終端上，還是在用戶使用習(xí)慣的培養(yǎng)上，都尚不成熟。正因?yàn)檫@樣，3GPP組織在確立了LTE的演進(jìn)目標(biāo)之后，出于對實(shí)際市場進(jìn)展的考慮，又啟動(dòng)了HSPA的升級版本——HSPA+。HSPA+在性能上向LTE靠近，卻遠(yuǎn)低于LTE的建網(wǎng)成本，而R HSPA+終端市場已日益成熟。顯然更適合作為現(xiàn)階段乃至今后幾年的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方向。對于運(yùn)營商而言，部署HSPA+網(wǎng)絡(luò)不需要更換已有的HSPA設(shè)備，也無需購買額外的頻段，就可以獲得更理想的網(wǎng)絡(luò)性能與容量，進(jìn)一步深挖WCDMA系統(tǒng)潛力，使已有網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)利潤最大化。

而且，運(yùn)營商還可以利用HSPA+網(wǎng)絡(luò)的高速數(shù)據(jù)能力嘗試開展IMS等新數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在LTE成熟之前培養(yǎng)用戶習(xí)慣，避免盲目新建網(wǎng)絡(luò)帶來的經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)。

顯然，HSPA→HSPA+→LTE的演進(jìn)路線，更適合作為現(xiàn)階段乃至今后幾年內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方向。我們推薦的HSPA→HSPA+→LTE演進(jìn)策略如圖1所示，其核心思想是“先HSPA+，后LTE；先軟件，后硬件；先熱點(diǎn)，后全面”。即先通過軟件升級，演進(jìn)到HSPA+階段，在近幾年時(shí)間內(nèi)，滿足用戶較高的速率要求，提升用戶體驗(yàn)，并培養(yǎng)用戶使用新業(yè)務(wù)的習(xí)慣。當(dāng)未來出現(xiàn)更高速率和容量需求，而LTE產(chǎn)業(yè)鏈也日趨成熟時(shí)，再通過軟，硬件的協(xié)同升級。演進(jìn)到LTE階段，以滿足用戶不斷增長的需求。在演進(jìn)過程中，也可遴選熱點(diǎn)地區(qū)，根據(jù)其市場業(yè)務(wù)需求，越過HSPA+階段，直接部署LTE網(wǎng)絡(luò)。

對于LTE階段的引入策略，有以下部署建議：首先在新的LTE 2，6G頻段上部署網(wǎng)絡(luò)，這些LTE系統(tǒng)將與現(xiàn)有的2G、3G網(wǎng)絡(luò)共存。隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。用戶逐步向LTE前移，原有的2G/3G網(wǎng)絡(luò)頻帶逐步空余出來，屆時(shí)可在空閑頻段上新建LTE網(wǎng)絡(luò)，形成“GL”、“UL”或者“GUL”多模網(wǎng)絡(luò)。最后，運(yùn)營商可以部署單一的無線接入網(wǎng)絡(luò)，在一個(gè)RAN網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行多種網(wǎng)絡(luò)制式，形成多種模式長期共存的局面。多制式并存的無線接入網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。

目前全球一些高端運(yùn)營商已經(jīng)開始部署HSPA+和LTE網(wǎng)絡(luò)，如香港最大的移動(dòng)通信運(yùn)營商CSL在2009年3月正式發(fā)布全球首個(gè)基于SDR技術(shù)的HSPA+網(wǎng)絡(luò)，采用全I(xiàn)P組網(wǎng)，通過軟件升級網(wǎng)絡(luò)使速率提升至21Mbps，并以此開發(fā)了歌曲下載、視頻點(diǎn)播、互動(dòng)游戲等豐富多彩的多媒體業(yè)務(wù)，市場拓展大大領(lǐng)先其他運(yùn)營商。2009年9月2日，CSL再次宣布其LTE網(wǎng)絡(luò)部署規(guī)劃，其計(jì)劃在2010年實(shí)現(xiàn)LTE網(wǎng)絡(luò)的正式商用，建設(shè)方案就是利用現(xiàn)網(wǎng)SDR基站平臺(tái)的前瞻性設(shè)計(jì)和良好的演進(jìn)性，通過對現(xiàn)網(wǎng)系統(tǒng)的簡單升級和改造，平滑演進(jìn)到LTE。實(shí)現(xiàn)2G/3G/4G融合的“Single RAN”組網(wǎng)目標(biāo)。

4結(jié)束語

從長遠(yuǎn)來看，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中LTE及其以后的無線技術(shù)最終可能取代GSM與WCDMA網(wǎng)絡(luò)，但其必然經(jīng)歷從標(biāo)準(zhǔn)成熟到規(guī)模商用，然后逐步替代現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的長期過程。給WCDMA網(wǎng)絡(luò)留下了極大的發(fā)展空間。而HSPA+憑借自身的優(yōu)勢，將在此空間中承前啟后，大有作為?；赟DR技術(shù)的Uni-RAN多制式、多頻段組網(wǎng)解決方案，采取兼顧運(yùn)營商投資和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的演進(jìn)策略，更多地通過軟件升級和平滑演進(jìn)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，避免運(yùn)營商在移動(dòng)通信市場競爭激烈、新需求新技術(shù)不斷涌現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)升級和演進(jìn)的步伐越來越快的今天重復(fù)投資，同時(shí)也有利于加快網(wǎng)絡(luò)性能提升和業(yè)務(wù)穩(wěn)定運(yùn)營，實(shí)現(xiàn)人們“天涯若比鄰”的溝通夢想!