異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和Wi-Fi技術(shù)的發(fā)展將有效應(yīng)對海量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

徐 千，李 鋼

（1.中國普天信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)公司 北京 100080；2.國家無線電監(jiān)測和檢測中心 北京 100037）

1 引言

手機(jī)、平板電腦等聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的日益普及正在迅速推高移動(dòng)寬帶流量。隨著人們越來越依賴于移動(dòng)應(yīng)用、視頻內(nèi)容、云服務(wù)以及隨時(shí)隨地的聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，用戶對移動(dòng)寬帶的期望不斷升高，希望能夠隨時(shí)隨地獲得一致、高質(zhì)量、無縫的移動(dòng)寬帶體驗(yàn)。從另一方面來說，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，在給用戶帶來3G無線上網(wǎng)樂趣的同時(shí)，給運(yùn)營商帶來了巨大的壓力。三大運(yùn)營商2012年上半年報(bào)顯示:中國移動(dòng)的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量為6.916×1011MB，同比增長59.3%；中國聯(lián)通的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量達(dá)3.7105×1011MB，同比增長489.1%；中國電信的3G手機(jī)上網(wǎng)流量復(fù)合環(huán)比增長約12%。目前對于應(yīng)對移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)流量突增的方法、相關(guān)技術(shù)的發(fā)展、對移動(dòng)終端所帶來的影響的研究比較少，本文將從這些角度討論相關(guān)問題。未來移動(dòng)通信發(fā)展的趨勢已經(jīng)不再是某一種無線通信技術(shù)一統(tǒng)天下，而是多種無線接入技術(shù)共存，相互補(bǔ)充，相互融合。不同類型無線網(wǎng)絡(luò)的“融合”成為未來寬帶無線通信發(fā)展的必然趨勢。

2 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)有助于電信運(yùn)營商解決網(wǎng)絡(luò)發(fā)展問題

對于無線網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)容量和頻率資源限制一直是其發(fā)展的關(guān)鍵所在，尤其是跨入無處不在的無線互聯(lián)時(shí)代，容量需求呈非線性高速增長，改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建覆蓋分層、頻段分層、制式分層的立體異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（heterogeneous network，HetNet），已成為主流運(yùn)營商的必然之選。

在無線數(shù)據(jù)流量每年翻倍增長的趨勢下，僅靠新的無線信道技術(shù)發(fā)展和擴(kuò)展有限的頻帶寬度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，類似IT產(chǎn)業(yè)著名的摩爾定律，無線通信領(lǐng)域用庫珀定律來描述技術(shù)手段對無線容量增長的貢獻(xiàn):“1957年以來，無線容量增長了約100萬倍。每30個(gè)月增長一倍，其中25倍源于頻譜分配，5倍源于信道化，5倍源于調(diào)制解調(diào)方式的改進(jìn)，1600倍源于半徑不斷縮小的小區(qū)覆蓋?！憋@而易見，小區(qū)分裂、改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將是應(yīng)對未來數(shù)據(jù)流量陡增、滿足容量增長需求的主要方式。在宏站的連續(xù)覆蓋層下面，布放低功率小基站，形成高速率和大容量覆蓋層，滿足熱點(diǎn)地區(qū)對容量的需求。

2.1 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的定義

當(dāng)前移動(dòng)用戶的需求非常簡單，即隨時(shí)隨地進(jìn)行需要的通信。運(yùn)營商提供什么樣的網(wǎng)絡(luò)來滿足這一需求？一方面，這張網(wǎng)絡(luò)要能夠滿足不斷變化的用戶需求；另一方面，要足夠經(jīng)濟(jì)，能夠盡量降低運(yùn)營商的成本。簡而言之，新的網(wǎng)絡(luò)要把每比特的成本降到最低。

在這一趨勢下，下一代無線通信網(wǎng)絡(luò)的研究方向有兩個(gè):一是研究異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，研究終端需要什么樣的體系才能提供無處不在的業(yè)務(wù)；二是增強(qiáng)人類駕馭世界的能力，實(shí)現(xiàn)人人、時(shí)時(shí)、處處的通信，實(shí)現(xiàn)豐富多彩的業(yè)務(wù)。不同種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的并存必會(huì)引起競爭，在這種演進(jìn)趨勢下，幸存者并不是最強(qiáng)壯、最智能的，而是最能適應(yīng)環(huán)境變化的。

所謂異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，由不同制式的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和系統(tǒng)組成，大部分情況下運(yùn)行在不同的通信標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議上以支持不同的功能或應(yīng)用。

實(shí)際上，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用無處不在。最常用的互聯(lián)網(wǎng)本身就是一個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，TCP/IP的成功之處就是利用一個(gè)簡單的分層協(xié)議，將異構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)有效地連接在一起，人們可以通過不同的接入技術(shù)訪問這些網(wǎng)絡(luò)。目前同樣存在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)問題，移動(dòng)通信網(wǎng)本身由2G網(wǎng)絡(luò)、3G網(wǎng)絡(luò)和將要來臨的4G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。接下來根據(jù)用戶的需要，討論異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在滿足用戶需求方面的優(yōu)勢。

在未來的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中，多制式網(wǎng)絡(luò)的并存將會(huì)長期存在，2G網(wǎng)絡(luò)、3G網(wǎng)絡(luò)和4G網(wǎng)絡(luò)會(huì)在很長一段時(shí)間內(nèi)共存，這就意味著在未來很長一段時(shí)間內(nèi)，仍處于多制式異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)共存階段。

除了多制式異構(gòu)移動(dòng)網(wǎng)并存外，在同一制式中，不同形態(tài)的蜂窩系統(tǒng)也構(gòu)成了同一制式的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示，包含宏蜂窩（macrocell）、微蜂窩（microcell）、微微蜂窩（picocell）、家庭基站（femtocell）以及中繼站（relay）等，利用這些多形態(tài)的基站，根據(jù)覆蓋和容量情況進(jìn)行同頻或異頻組網(wǎng)。

移動(dòng)通信中還存在同構(gòu)異頻分層覆蓋技術(shù)，可以解決移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的容量問題，如GSM系統(tǒng)中的900 MHz、1800 MHz和1900 MHz分層組網(wǎng)。中國移動(dòng)通信集團(tuán)公司提出的四網(wǎng)協(xié)同融合組網(wǎng)（2G/3G/4G/Wi-Fi，其特點(diǎn)是將Wi-Fi技術(shù)融合進(jìn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)）更是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的典型代表。

2.2 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)優(yōu)勢

2.2.1 單一網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對突發(fā)業(yè)務(wù)的承載能力不足

用戶越來越注重連接速率、數(shù)據(jù)速率、網(wǎng)絡(luò)覆蓋以及移動(dòng)寬帶服務(wù)的可用性。為了保證用戶的滿意度，運(yùn)營商必須提供一致、高質(zhì)量、無縫的移動(dòng)寬帶體驗(yàn)，以滿足甚至超出用戶的期望。單一網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)性能具備一致性，組網(wǎng)時(shí)具有很大的便利，但在滿足用戶個(gè)性要求方面有很多不足，圖2展示了用戶需求與運(yùn)營商能力提供之間的矛盾。

從圖2中可以看出，基站信號強(qiáng)度一般是均勻覆蓋，用戶的需求卻很不均勻，即在單一網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，網(wǎng)絡(luò)的承載能力是均衡的，但用戶的需求是不均衡的，在高負(fù)荷區(qū)域，用戶的體驗(yàn)可能會(huì)不好。在區(qū)域2和區(qū)域3中，用戶的需求流量低于網(wǎng)絡(luò)的承載能力，用戶體驗(yàn)很好；而在區(qū)域1中，用戶的需求流量大于網(wǎng)絡(luò)的承載能力，用戶在這一區(qū)域的體驗(yàn)會(huì)很差。實(shí)際中，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋不是很均勻，離基站近的區(qū)域覆蓋信號強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)承載能力相對較高，基站的邊緣區(qū)域信號略弱，承載能力較弱，可以通過網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化盡量減少這一差異。但是，對于用戶需求的不均勻性問題，單一的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是無法解決的，必須利用小型小區(qū)補(bǔ)充宏小區(qū)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)來解決。

圖1 移動(dòng)通信網(wǎng)的多形態(tài)基站組網(wǎng)

圖2 用戶需求與運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)能力提供之間的矛盾

2.2.2 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)能有效解決上述問題

通過異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)（主要包括改進(jìn)和增加移動(dòng)寬帶基礎(chǔ)設(shè)施），并提高其密度，可以有效解決對突發(fā)業(yè)務(wù)承載能力不足的問題，主要措施如下。

（1）改進(jìn)現(xiàn)有宏小區(qū)站點(diǎn)

HSPA、HSPA+和LTE技術(shù)持續(xù)發(fā)展，將通過高階調(diào)制、高級扇區(qū)劃分、多載頻和多天線技術(shù)等專用特性以及基于混合射頻解決方案的頻譜重整技術(shù)提升宏小區(qū)網(wǎng)絡(luò)的效率。通過這種方式提升容量和數(shù)據(jù)速率不需要增加新站點(diǎn)。

（2）提高宏小區(qū)網(wǎng)絡(luò)的密度

提高網(wǎng)絡(luò)密度的一種簡單方法是分割小區(qū)，可以將一個(gè)三扇區(qū)站點(diǎn)分割為一個(gè)六扇區(qū)站點(diǎn)。這些具有戰(zhàn)略意義的小區(qū)可以使用宏小區(qū)設(shè)備，甚至微小區(qū)設(shè)備。

（3）增加小型小區(qū)

利用小型小區(qū)和基于3GPP標(biāo)準(zhǔn)的專用室內(nèi)解決方案補(bǔ)充宏小區(qū)。該方法包括使用微小區(qū)、微微小區(qū)或低功率的射頻拉遠(yuǎn)單元（RRUS）以及Wi-Fi技術(shù)，可以在某些小型小區(qū)覆蓋的區(qū)域提供較高的單位用戶容量和數(shù)據(jù)速率，也能通過分流熱點(diǎn)區(qū)域流量的方法提高宏小區(qū)網(wǎng)絡(luò)的性能，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的整合程度決定了網(wǎng)絡(luò)的總體性能。

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)建設(shè)如圖3所示，在原有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過引入其他類型的基站（如用于室內(nèi)環(huán)境的蜂窩系統(tǒng)），可以滿足不同區(qū)域的用戶需求。這一組網(wǎng)方案的關(guān)鍵是找出正確的組合，換句話說，改進(jìn)宏小區(qū)、提高宏小區(qū)網(wǎng)絡(luò)的密度和增加小型小區(qū)，以滿足未來的容量和覆蓋需求。如何使用這些方法取決于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)（宏小區(qū)站點(diǎn)的密度）、回傳解決方案的可用性（自有或租賃）、頻譜的可用性（有牌照或無牌照）、所估算的流量、所要求的數(shù)據(jù)速率以及每種方法的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性。

通過增加室內(nèi)覆蓋，在用戶高密度分布的區(qū)域通過設(shè)立新的基站（引入小基站、Wi-Fi覆蓋）等手段，使得信號的覆蓋強(qiáng)度變成圖3中的不均勻網(wǎng)絡(luò)，從而有效地滿足了用戶需求的不均勻性要求。

2.2.3 小區(qū)協(xié)調(diào)

在一個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，宏小區(qū)與小型小區(qū)之間的協(xié)調(diào)可提升無線網(wǎng)絡(luò)的性能，進(jìn)而增強(qiáng)用戶體驗(yàn)。協(xié)調(diào)嵌入式小型小區(qū)可通過頻譜復(fù)用提升網(wǎng)絡(luò)性能，從而增加網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)容量和吞吐量，而且不需要分割可用頻譜。

圖3 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)建設(shè)

實(shí)現(xiàn)這一形式的技術(shù)有很多，如微蜂窩技術(shù)和微微蜂窩技術(shù)。目前，正進(jìn)一步探討利用家庭基站模式解決重點(diǎn)區(qū)域通信容量不足的問題。

2.3 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用主要考慮兩個(gè)方面:一是節(jié)約頻率資源，二是應(yīng)對海量數(shù)據(jù)流量。

2.3.1 構(gòu)建分層網(wǎng)絡(luò)，深挖頻譜資源

美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）主席朱利亞斯·格納考斯基（Julius Genachowski）表示，釋放新的頻譜已成為一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。即使獲得頻譜，運(yùn)營商也需要花費(fèi)幾年的時(shí)間來部署。因此，運(yùn)營商將更加依賴新技術(shù)來滿足用戶需求。

顯而易見，小區(qū)分裂、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化，將是應(yīng)對未來數(shù)據(jù)流量陡增、滿足容量增長需求的主要途徑。在宏站的連續(xù)覆蓋層下面，布放低功率小基站，形成高速率和大容量覆蓋層，滿足熱點(diǎn)地區(qū)對容量的需求。

首先，需要有多種產(chǎn)品解決方案，滿足立體分層網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)需求，針對話務(wù)熱點(diǎn)和深度覆蓋盲區(qū)，通過建設(shè)室內(nèi)覆蓋、室外微蜂窩基站以及在數(shù)據(jù)話務(wù)熱點(diǎn)應(yīng)用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)+Wi-Fi的集成解決方案、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)+小基站Pico方案等，吸收話務(wù)并進(jìn)行深度覆蓋。新的產(chǎn)品形態(tài)可以幫助解決立體分層網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)問題，比如小基站Pico等。

其次，需要對低功率小基站進(jìn)行精確部署。由于微蜂窩的覆蓋面積相對較小，因此針對熱點(diǎn)和盲區(qū)的精確布放尤為重要，否則將大大降低小基站的覆蓋效率和分流效果。通過收集和分析宏覆蓋層話務(wù)分布，精確定位低功率小基站的部署位置，有針對性地構(gòu)建立體分層網(wǎng)絡(luò)。

再次，需要完善的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化做保證。和傳統(tǒng)宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)相比，分層網(wǎng)絡(luò)在覆蓋和干擾形式上更復(fù)雜，在頻率規(guī)劃、小區(qū)選擇與切換機(jī)制等方面給系統(tǒng)帶來了挑戰(zhàn)。

2.3.2 借助同頻異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)對海量業(yè)務(wù)需求

目前，同頻異構(gòu)分布式網(wǎng)絡(luò)得到業(yè)界廣泛重視，類似蜂窩和家庭基站，是傳統(tǒng)宏基站覆蓋范圍內(nèi)引入的若干個(gè)節(jié)點(diǎn)。這些節(jié)點(diǎn)可以顯著降低能源能耗，它們所在的10個(gè)小區(qū)能耗僅僅相當(dāng)于1個(gè)宏蜂窩基站小區(qū)能耗的1/3左右，因此可以有效降低基站能耗。同頻異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)因在各個(gè)宏基站和節(jié)點(diǎn)之間組網(wǎng)，可充分提高頻譜資源利用率，并改善小區(qū)邊緣覆蓋性能。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)可在不同層之間進(jìn)行組網(wǎng)，利用多基站、多天線資源，共同抑制和消除小區(qū)之間的干擾，從而提高小區(qū)吞吐量。

盡管同頻異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)有諸多好處，但仍不是萬能的技術(shù)，如無法完全通過縮小宏基站間距，解決站址難的問題。

因此，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)提供的新基站要按需靈活使用，基本覆蓋以宏基站為主；在重點(diǎn)樓宇等重點(diǎn)區(qū)域，用分布式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全面覆蓋，同時(shí)進(jìn)行多網(wǎng)融合建設(shè)；商業(yè)區(qū)可以采用分布式基站，主要用來吸納容量；家庭主要用家庭基站。有人提出在LTE時(shí)代，由于宏基站選址難、成本較高、覆蓋范圍有限，因此只能提供基礎(chǔ)覆蓋；而解決吞吐量問題的有效方法是采用小基站，未來小基站將占整個(gè)LTE基站市場近80%的份額。

在上面的討論中一直提到一個(gè)問題，就是Wi-Fi技術(shù)的應(yīng)用問題，目前全球的電信運(yùn)營商已經(jīng)達(dá)成一個(gè)共識(shí)，利用Wi-Fi構(gòu)成異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)解決部分場景的大數(shù)據(jù)流量問題。在最新的一項(xiàng)市場調(diào)查中，研究人員預(yù)計(jì):到2015年，每年將有超過10億臺(tái)IEEE 802.11ac無線通信設(shè)備投入使用。

3 Wi-Fi技術(shù)發(fā)展綜述

3.1 全新第5代Wi-Fi IEEE 802.11ac無線標(biāo)準(zhǔn)概述

IEEE 802.11x是無線局域網(wǎng)（WLAN）通用的標(biāo)準(zhǔn)，由IEEE定義的無線網(wǎng)絡(luò)通信工業(yè)系列標(biāo)準(zhǔn)組成。

無線局域網(wǎng)的第一個(gè)版本發(fā)表于1997年 （即IEEE 802.11a），其中定義了介質(zhì)訪問接入控制（MAC）層和物理層。物理層定義了工作在2.4 GHz的ISM頻段上的兩種無線調(diào)頻方式和一種紅外傳輸方式，總數(shù)據(jù)傳輸速率設(shè)計(jì)為2 Mbit/s。兩個(gè)設(shè)備之間的通信以自由直接（Ad Hoc）的方式進(jìn)行，也可以在基站（base station，BS）或接入點(diǎn)（access point，AP）的協(xié)調(diào)下進(jìn)行。1999年全球工業(yè)界成立了Wi-Fi聯(lián)盟，致力于解決符合IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品生產(chǎn)和設(shè)備兼容性問題。目前，Wi-Fi聯(lián)盟在全球有超過500家會(huì)員單位，我國有總部的企業(yè)也有近50家加入Wi-Fi聯(lián)盟。

在隨后幾年中IEEE陸續(xù)推出了若干個(gè)Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)，即大家所熟知的IEEE 802.11 a/b/g/n標(biāo)準(zhǔn)，近期又推出了IEEE 802.11ac標(biāo)準(zhǔn)，Wi-Fi技術(shù)的發(fā)展階段介紹如下。

最早的是1997年的開山鼻祖IEEE 802.11a，工作頻率被限制為2.4 GHz，速度僅有2 Mbit/s，只相當(dāng)于一條羊腸小道。1999年出現(xiàn)了IEEE 802.11b，速度達(dá)到11 Mbit/s，并走進(jìn)了著名的英特爾迅馳筆記本平臺(tái)。2002年迎來了第三代IEEE 802.11g，傳輸速度提升到54 Mbit/s，足以提供可靠的富數(shù)據(jù)Web體驗(yàn)，再加上支持的廠商和設(shè)備豐富，Wi-Fi第一次迎來了自己的盛世。2007年，IEEE 802.11n姍姍來遲，利用多入多出（MIMO）技術(shù)帶來了標(biāo)準(zhǔn)300 Mbit/s、最高600 Mbit/s的高傳輸帶寬，覆蓋范圍也大大增加，配合筆記本、智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)設(shè)備的大浪，徹底融入人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?。目前IEEE 802.11ac已經(jīng)進(jìn)入草案制定階段，有望在2012年底或2013年初正式公布，而很多廠商已經(jīng)迫不及待地開始開發(fā)相關(guān)芯片組、控制器等產(chǎn)品。按照設(shè)計(jì)，IEEE 802.11ac標(biāo)準(zhǔn)只工作在5 GHz高頻段，即使是入門級產(chǎn)品速度也會(huì)有450 Mbit/s，高端則會(huì)在1 Gbit/s之上（首批產(chǎn)品不高于1.8 Gbit/s），理論上最高可達(dá) 3.6 Gbit/s，相當(dāng)于 IEEE 802.11n的6倍。

IEEE 802.11x也經(jīng)歷了5個(gè)發(fā)展階段，到2012年進(jìn)入第5個(gè)階段，也稱為5GWi-Fi。5GWi-Fi正式向數(shù)字內(nèi)容和無線設(shè)備發(fā)起挑戰(zhàn)，革新性的新標(biāo)準(zhǔn)能夠讓用戶得到更可靠、更全方位的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋。5GWi-Fi允許家庭或企業(yè)的無線網(wǎng)絡(luò)連接更多的無線設(shè)備，全新的5GWi-Fi耗電量更低，同時(shí)能保護(hù)電池電力。

在5 GHz的頻段上，IEEE 802.11ac的數(shù)據(jù)吞吐量目標(biāo)為:在單通道鏈路上的最低速率為500 Mbit/s，最高可達(dá)到1 Gbit/s，跟現(xiàn)在的有線網(wǎng)絡(luò)速率相當(dāng)。

5GWi-Fi在信號的穩(wěn)定性、范圍和覆蓋率上都有明顯的提升。家庭和公寓的無線“死點(diǎn)”將會(huì)得到巨大的改善。由于IEEE 802.11ac傳輸?shù)钠鹗妓俣染捅惹皫状鸁o線網(wǎng)絡(luò)快，在距離IEEE 802.11ac無線接入點(diǎn)30英尺遠(yuǎn)處就能獲得和距離IEEE 802.11n發(fā)射點(diǎn)10英尺處一樣的傳輸速度。同時(shí)，5GWi-Fi采用了波束成形與其他革新技術(shù)，在穿透金屬、混凝土等建筑材料方面比前幾代Wi-Fi有更好的表現(xiàn)。由于IEEE 802.11ac在文件傳輸方面速度更快，因此傳輸?shù)攘康臄?shù)據(jù)時(shí)，移動(dòng)電話用戶的手機(jī)再次充電時(shí)間會(huì)延長。

3.2 5GWi-Fi的幾大創(chuàng)新點(diǎn)

無線Wi-Fi從1997年誕生就不斷進(jìn)行改進(jìn)，每一代新的無線技術(shù)都帶來了引人注目的用戶體驗(yàn)。隨著Wi-Fi速度和范圍的增加，其實(shí)用性和應(yīng)用成倍增長，使其成為世界上一個(gè)非常有用的無線技術(shù)。5GWi-Fi具有如下特點(diǎn)。

（1）頻譜的變換

IEEE 802.11ac在不太擁擠、“干凈”的5 GHz頻段，與來自其他設(shè)備的電波競爭少，傳輸速度迅速上升，5GWi-Fi的通信信道要比IEEE 802.11n寬4～6倍。

（2）更高的調(diào)制

IEEE 802.11ac標(biāo)準(zhǔn)利用先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)，使其可容納更多的數(shù)據(jù)位進(jìn)行傳輸，其數(shù)字調(diào)制算法最高可達(dá)到256QAM，其調(diào)制效率比目前3G最高調(diào)制64QAM高30%。

（3）波束的成形

波束的成形技術(shù)是無線發(fā)射中自動(dòng)“學(xué)習(xí)”的能力，可以避免裝置之間發(fā)射低效的頻率。波束成形與5GWi-Fi已被標(biāo)準(zhǔn)化，支持它的所有產(chǎn)品將可互操作，從而提供最大射程無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。

IEEE 802.11ac規(guī)范的初衷是滿足更高數(shù)據(jù)吞吐量的要求，見表1。

如表1所示，發(fā)展至IEEE 802.11ac后，可實(shí)現(xiàn)的最大空間流可達(dá)8×8 MIMO，可選160 MHz信道帶寬，并引入了256QAM調(diào)制機(jī)制。

（4）采用了變信道帶寬和OFDM技術(shù)

同樣，在IEEE 802.11ac技術(shù)中，多址方式采用了目前的4G技術(shù)OFDM。在IEEE 802.11ac規(guī)范中，可以很清楚地看到信道帶寬與數(shù)據(jù)子載波數(shù)量之間的關(guān)系。不同帶寬下的子載波狀況見表2，在所有帶寬模型中，子載波的間距是不變的，增加子載波的數(shù)量就可增加帶寬。

3.3 Passpoint助力運(yùn)營商Wi-Fi戰(zhàn)略

易觀國際最新發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2011年第1季度我國移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶總數(shù)達(dá)3.43億戶，環(huán)比增長19%，同比增長66.5%。預(yù)計(jì)2012年下半年，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶仍將保持較高增速，或?qū)⑼黄?億戶，超過互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)。2011年全球移動(dòng)數(shù)據(jù)流量為7.2 Ebit/s（1 Ebit/s=1000 Tbit/s=1000000 Mbit/s），預(yù)計(jì) 2015 年將增長到 82 Ebit/s，電信運(yùn)營商正感受到前所未有的網(wǎng)絡(luò)流量壓力。我國運(yùn)營商迫切希望借助Wi-Fi技術(shù)疏導(dǎo)不斷增長的數(shù)據(jù)流量對移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的沖擊。我國運(yùn)營商Wi-Fi熱點(diǎn)的數(shù)量也將從2011年的130萬個(gè)增長到2015年的580萬個(gè)。如何將這些熱點(diǎn)有效地串起來，讓用戶隨時(shí)隨地在線？這是人們普遍關(guān)心的問題。

表1 IEEE 802.11x基本的物理層規(guī)范變化

表2 不同帶寬下的子載波狀況

2012年Wi-Fi聯(lián)盟推出了Passpoint規(guī)范設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證，Passpoint規(guī)范也稱為“熱點(diǎn)2.0”技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。Passpoint可以將網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商的數(shù)據(jù)流量分流至Wi-Fi，能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)并選擇網(wǎng)絡(luò)，提供連貫的自動(dòng)連接過程。終端用戶接入移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)將更加簡便，能在不同的移動(dòng)運(yùn)營商之間漫游，同時(shí)擁有企業(yè)級WPA2安全防護(hù)。目標(biāo)是讓W(xué)i-Fi變成網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商的擴(kuò)展功能，Wi-Fi設(shè)備能從一個(gè)熱點(diǎn)漫游到另一個(gè)熱點(diǎn)，無需手動(dòng)輸入密碼，一切都是無縫切換，這一點(diǎn)原理上和手機(jī)所使用的蜂窩網(wǎng)絡(luò)一樣。

目前使用的Wi-Fi最大的不方便就是，從移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)漫游到Wi-Fi需要進(jìn)行二次手動(dòng)認(rèn)證?！盁狳c(diǎn)2.0”技術(shù)則能有效解決這一問題，使得移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與Wi-Fi能真正實(shí)現(xiàn)無縫融合。

“Wi-Fi聯(lián)盟的Passpoint認(rèn)證計(jì)劃創(chuàng)建了一個(gè)真正的全球無線網(wǎng)絡(luò)，是整個(gè)電信行業(yè)向前邁進(jìn)的關(guān)鍵一步，讓世界各地的消費(fèi)者得以自動(dòng)連接當(dāng)?shù)氐腤i-Fi熱點(diǎn)”，美滿 （Marvell）半導(dǎo)體公司無線營銷總監(jiān)巴特·喬達(dá)諾（Bart Giordano）表示，“通過消除輸入個(gè)人網(wǎng)絡(luò)憑據(jù)和付款信息時(shí)的繁瑣過程，該認(rèn)證計(jì)劃簡化了用戶訪問服務(wù)提供商熱點(diǎn)時(shí)的體驗(yàn)，并可提供類似蜂窩網(wǎng)絡(luò)的順暢漫游體驗(yàn)，美滿已將Passpoint貫徹到無線解決方案中，充分利用遍布世界各地的Wi-Fi，為廣大的終端用戶帶來永不關(guān)閉、永不斷線的無線體驗(yàn)”。

4 技術(shù)的發(fā)展將進(jìn)一步有效應(yīng)對海量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

通過對上述問題的分析，可以從網(wǎng)絡(luò)發(fā)展維度分析異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的作用，它可以很有效地應(yīng)對海量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在不同的場景下將用戶的體驗(yàn)與網(wǎng)絡(luò)能力的發(fā)揮完美地結(jié)合在一起，下面舉例說明。

（1）城市街道

在城市街道場景中，可以通過3G/4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行宏蜂窩覆蓋，滿足用戶移動(dòng)中的話音、數(shù)據(jù)等方面的需求。但在這樣一個(gè)街道上也有一些相對固定的場所，如公交車站、咖啡館等。一般情況下，這樣的場景需要更好的移動(dòng)寬帶覆蓋和更高的容量，尤其是在高峰時(shí)段，通過設(shè)置室外熱點(diǎn)（如一個(gè)公交車站）和一個(gè)室內(nèi)熱點(diǎn)（如一家咖啡館）來解決，從而通過設(shè)置Wi-Fi熱點(diǎn)的模式，有效解決流量需求問題，節(jié)省3G/4G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量，而Wi-Fi熱點(diǎn)可以利用已有的固定寬帶進(jìn)行疏通。

（2）購物商場、火車站

在購物商場、火車站等大型、開闊的室內(nèi)熱點(diǎn)區(qū)域，用戶通常通過移動(dòng)寬帶使用通信服務(wù)。這些區(qū)域一般都有很高的容量需求，而且人流量和干擾也很大。目前，采用分布式天線系統(tǒng)（DAS）和Wi-Fi可以有效解決這些公共環(huán)境的流量問題。雖然DAS能夠?yàn)榇笮蜔狳c(diǎn)提供有效的移動(dòng)寬帶覆蓋，但經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)過載，而且很難通過升級增加容量。從此類解決方案遷移至較小的基站（如微微蜂窩和家庭基站）和較?。ǚ指睿┑腄AS是一個(gè)明顯的發(fā)展趨勢。

（3）高層建筑

高層建筑等大型、孤立的熱點(diǎn)需要低功率、無太多協(xié)調(diào)的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，因?yàn)榈匕搴蛪γ婺軌蚪档透蓴_。為此類環(huán)境提供網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量時(shí)，運(yùn)營商可以安裝一個(gè)無線基站主單元，在地下室安裝一個(gè)微微型網(wǎng)關(guān)，并使用光纖和銅線連接多個(gè)RRU和微微型無線基站，后者又向本地DAS饋電，可根據(jù)需要擴(kuò)展覆蓋范圍補(bǔ)充RRU的覆蓋，可以部署微微型無線基站和Wi-Fi，用以覆蓋所選熱點(diǎn)。

（4）小型辦公室

與很多本地室內(nèi)熱點(diǎn)的情況相同，在小型辦公室環(huán)境中部署DAS解決方案并不具備成本效益。一個(gè)支持WCDMA、LTE和Wi-Fi、與宏小區(qū)無線接入網(wǎng)完美整合的多標(biāo)準(zhǔn)無線基站是一個(gè)理想的室內(nèi)解決方案。該方案只需一個(gè)基站就能為區(qū)域內(nèi)大量高度活躍的智能手機(jī)用戶提供無縫的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。這種方式可以讓用戶在本地享受優(yōu)質(zhì)服務(wù)，而且運(yùn)營商也能通過大幅度減輕室外宏小區(qū)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，提升網(wǎng)絡(luò)的總體性能。

從上面幾種典型場景中可以看出，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)流量增長方面起著巨大的作用，進(jìn)入2012年，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的創(chuàng)新進(jìn)入了新的階段。為了達(dá)到卸載數(shù)據(jù)流量的目的，運(yùn)營商紛紛引入Wi-Fi、微基站等來補(bǔ)充傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋。在這種情況下，融合Wi-Fi的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)變得越來越熱。在MWC 2012上，各設(shè)備商在原有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，紛紛推出了支持異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的解決方案。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)成為創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的新特征。

以應(yīng)用推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新是科技發(fā)展不變的主旋律，在信息通信領(lǐng)域，基于對網(wǎng)絡(luò)容量與業(yè)務(wù)承載的需求，技術(shù)的創(chuàng)新與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的變革似乎來得更快，尤其在無線領(lǐng)域，以Wi-Fi為主導(dǎo)的新一輪技術(shù)變革正在適時(shí)發(fā)生。

1 愛立信.異構(gòu)網(wǎng)絡(luò):以最高效率滿足用戶對移動(dòng)寬帶的期望.愛立信白皮書,2012

2 張宇晨.構(gòu)建立體分層網(wǎng) 構(gòu)建無處不在無線網(wǎng).通信產(chǎn)業(yè)報(bào)，2012-04-09

3 張平.未來寬帶無線網(wǎng):從異構(gòu)融合走向泛在.中國電子報(bào),2009-10-27

4 曹天鵬.LTE有望借助同頻異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 應(yīng)對海量業(yè)務(wù)需求.C114中國通信網(wǎng),2012-06-12

5 李魯湘.移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展模式分析和研究.北京:人民郵電出版社,2010

6 全新第5代Wi-Fi IEEE 802.11ac無線標(biāo)準(zhǔn)概述.http://www.beareyes.com.cn/2/lib/201203/21/20120321405_0.htm

7 David A Hall,National Instruments.深入探究IEEE 802.11ac技術(shù).電子產(chǎn)品世界,2012(5)

8 楊鵬飛.Passpoint無縫Wi-Fi漫游接入最終解決方案.http://www.sootoo.com/content/303002.shtml,2012-06-28

9 Wi-Fi也能漫游 Passpoint助力運(yùn)營商Wi-Fi戰(zhàn)略.http://news.southcn.com/,2012