未來無線寬帶領(lǐng)域的融合與競爭

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2014世界電信日的主題是：寬帶促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展（Broadband for Sustainable Development）。國際電聯(lián)認(rèn)為，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是能夠推動可持續(xù)發(fā)展的有效工具，為此，應(yīng)大力推廣高速寬帶網(wǎng)絡(luò)，使其價格為大眾所接受并能夠普遍獲取。中國寬帶的發(fā)展歷程，很好地呼應(yīng)了國際電聯(lián)的這一判斷。截至2013年12月，中國網(wǎng)民規(guī)模達(dá)6.18億，手機(jī)網(wǎng)民規(guī)模達(dá)5億，并伴隨著4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)繼續(xù)保持穩(wěn)定增長。與此同時，中國的寬帶發(fā)展也在從“量”向“質(zhì)”轉(zhuǎn)換，寬帶在經(jīng)濟(jì)社會中的地位不斷提升，與傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)結(jié)合日漸緊密，各類互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對民眾生活形態(tài)的影響也日益加深。

2014年，中國三家移動運(yùn)營商的4G網(wǎng)絡(luò)正式投入商用，隨時隨地的高速無線網(wǎng)絡(luò)正在鋪開。未來三年內(nèi)，4G累計投資額有望突破3 000億元，其拉動的投資規(guī)模將可能達(dá)萬億。相應(yīng)地，基于無線寬帶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用將發(fā)生質(zhì)的飛躍。本期專題，一方面分析無線寬帶的產(chǎn)業(yè)格局和關(guān)鍵技術(shù)，另一方面探討城市熱點(diǎn)和農(nóng)村地區(qū)的無線局域網(wǎng)建設(shè)，敬請關(guān)注。

【摘要】在論述無線寬帶領(lǐng)域IMT和Wi-Fi融合與競爭的此消彼長的基礎(chǔ)上，預(yù)測在未來的4G/5G時代，雖然4G/5G與Wi-Fi融合組網(wǎng)仍然存在，但依托Hotspot2.0技術(shù)的“超級Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)”大規(guī)模獨(dú)立組網(wǎng)形態(tài)成為可能，從而在市場上構(gòu)成4G/5G與Wi-Fi的競爭態(tài)勢。

【關(guān)鍵詞】無線寬帶IMTWi-FiHotspot2.0超級Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：F623文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-1010(2014)-09-0005-04

在剛剛落幕的巴塞羅那2014世界移動通信大會（WRC）上，雖然IMT領(lǐng)域的3G/4G充斥會場的各個角落，但是所有來參展和觀展的用戶對Wi-Fi的熱情反而遠(yuǎn)高于3G/4G。這預(yù)示著在未來的無線寬帶領(lǐng)域，雖然寬帶移動通信（4G/5G）仍是無線寬帶舞臺的主角，Wi-Fi也仍會繼續(xù)扮演與4G/5G融合的角色，但Wi-Fi也可能成為獨(dú)立大規(guī)模組網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)體。

因此，未來無線寬帶領(lǐng)域可能成為國際移動通信系統(tǒng)（IMT）和Wi-Fi融合與競爭的綜合體。

1 無線寬帶領(lǐng)域技術(shù)與產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)權(quán)之爭

已露端倪

早在2012世界無線電通信大會（WRC-12）上，為未來移動通信業(yè)務(wù)增加頻譜劃分的議項(xiàng)引起了與會各國的廣泛關(guān)注并爭執(zhí)不下。意見大致分為兩大陣營：美國提出新增的頻譜劃分應(yīng)用于移動寬帶（MBB，Mobile Broadband），并認(rèn)為IMT系統(tǒng)雖然是移動寬帶系統(tǒng)的主要實(shí)現(xiàn)形式，但移動寬帶除了IMT之外，還應(yīng)包括其他無線寬帶應(yīng)用（如Wi-Fi、WiMAX等）；歐洲、亞太、拉美等一些區(qū)域組織和國家則認(rèn)為新增頻譜應(yīng)該用于IMT，因?yàn)镮TU并未定義移動寬帶業(yè)務(wù)，卻制定了IMT的明確定義和標(biāo)準(zhǔn)。其實(shí)，此項(xiàng)爭議的核心是美國力圖在未來無線寬帶領(lǐng)域以Wi-Fi等重新奪回在3G/4G時代喪失的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)權(quán)。盡管會議最終達(dá)成了妥協(xié)，新決議起草文本表述為：“考慮為移動業(yè)務(wù)劃分額外頻譜，為IMT確定頻段以及相關(guān)規(guī)則條款，以促進(jìn)地面移動寬帶應(yīng)用發(fā)展?！比欢@一說法并未真正明確新增頻譜應(yīng)用對象，可以預(yù)見，MBB與IMT之爭將延續(xù)到5G時代。

與此同時，2013年11月無線寬帶聯(lián)盟（WBA）在北京Wi-Fi全球大會上，展示了下一代熱點(diǎn)（NGH，Next Generation Hotspot）網(wǎng)絡(luò)，其核心技術(shù)是由WBA與Wi-Fi聯(lián)盟共同開發(fā)的Hotspot2.0。NGH將極大地提升用戶漫游體驗(yàn)，無論是跨越幾個街區(qū)、城市，還是在不同國家之間，用戶都可方便地安全連接到Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，而且可符合用戶與運(yùn)營商策略地自動有效地復(fù)制移動通信的體驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)不同Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)間的漫游。同時，大會也推出了針對運(yùn)營級Wi-Fi市場的首個分析平臺SmartCell Insight（SCI）。

由以上趨勢可以預(yù)見，未來的無線寬帶產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)權(quán)的競爭中，從頻譜資源到網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，從產(chǎn)業(yè)市場到用戶體驗(yàn)，都將迎來Wi-Fi與4G/5G既相互融合又充滿競爭的時代。

2 3G/4G與Wi-Fi主輔融合的時代

回顧3G的發(fā)展歷程，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)用戶對無線網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的爆炸式增長，移動運(yùn)營商選擇了Wi-Fi作為移動3G網(wǎng)絡(luò)的有效補(bǔ)充，從此開創(chuàng)了3G/Wi-Fi主輔融合的大發(fā)展局面。根據(jù)Wi-Fi聯(lián)盟資料，2009年全球Wi-Fi熱點(diǎn)僅為50萬個，2012年已達(dá)210萬個，預(yù)計2015年將達(dá)580萬個，增長十分迅速。在中國，從2011年開始，運(yùn)營商便大舉建設(shè)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)。其中，中國移動至2012年底已經(jīng)建成了378萬個Wi-Fi熱點(diǎn)，至2013年上半年，其Wi-Fi熱點(diǎn)數(shù)超過410萬個。

根據(jù)思科最新公布的《視覺網(wǎng)絡(luò)指數(shù)：全球移動數(shù)據(jù)流量預(yù)測》報告，預(yù)計移動數(shù)據(jù)流量將在2010—2015年間增長26倍，保持92%的年復(fù)合增長率，到2018年，全球約有52%的移動流量將被卸載至Wi-Fi和/或小蜂窩網(wǎng)絡(luò)。據(jù)Strategy Analytics發(fā)布的市場最新研究顯示，2013年全球帶Wi-Fi功能的消費(fèi)電子終端出貨量比上一年增長19%，達(dá)到19億部。到2014年3月，全球銷售的57%的消費(fèi)電子終端配備了Wi-Fi功能。目前，全球帶Wi-Fi功能的消費(fèi)電子終端的市場存量已達(dá)到40億部。

有研究顯示，進(jìn)入4G/LTE時代的Wi-Fi，作為蜂窩網(wǎng)有效補(bǔ)充的定位將在很長時間內(nèi)不會改變。4G/LTE作為覆蓋型網(wǎng)絡(luò)，受限于頻率衰耗和空間無線環(huán)境因素的影響，僅僅依靠室內(nèi)分布系統(tǒng)無法提供高速數(shù)據(jù)流量服務(wù)；而Wi-Fi作為固定場景內(nèi)相對穩(wěn)定、便利的無線接入方式，充分顯現(xiàn)了其隨處接入、成本低、部署靈活、易于調(diào)整優(yōu)化、便于捆綁用戶級服務(wù)等優(yōu)點(diǎn)。

應(yīng)該看到，在3G/4G時代與Wi-Fi業(yè)已形成的主輔融合的局面仍將繼續(xù)發(fā)揚(yáng)光大，無論網(wǎng)絡(luò)形態(tài)還是網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備都將進(jìn)一步推陳出新。

3 Wi-Fi對5G時代的挑戰(zhàn)

進(jìn)入2014年，下一代移動通信系統(tǒng)（IMT-2020，簡稱5G）迅速提上日程，主要國家和相關(guān)國際組織紛紛開展5G研發(fā)。5G將通過更高的頻譜效率、更多的頻譜資源以及更密集的小區(qū)部署等，共同滿足移動業(yè)務(wù)流量增長的需求。5G將比4G實(shí)現(xiàn)單位面積移動數(shù)據(jù)流量增長1 000倍；典型用戶數(shù)據(jù)速率將提升10到100倍，峰值傳輸速率可達(dá)10Gbps；同時，端到端時延縮短5~10倍，頻譜效率提升5~10倍，網(wǎng)絡(luò)綜合能效提升1 000倍。在如此炫目的前景指引下，5G應(yīng)選擇高頻段（如毫米波、厘米波頻段）傳輸，以實(shí)現(xiàn)極高速短距離通信，滿足5G容量和傳輸速率等方面的需求。

網(wǎng)絡(luò)形態(tài)則向多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向演進(jìn)，尤其是未來數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將主要分布在室內(nèi)和熱點(diǎn)地區(qū)，這使得超密集網(wǎng)絡(luò)成為了實(shí)現(xiàn)未來5G的主要手段之一。在典型城區(qū)環(huán)境中，5G不同基站的覆蓋距離不同，宏站約400m、微站約200m、毫微站約40m、熱點(diǎn)站約10m。由于在城市地區(qū)的基站建設(shè)密度已經(jīng)較高，難以繼續(xù)部署宏站或者微站，未來5G或?qū)H部署毫微站和熱點(diǎn)站。在此形勢下，5G基站已與Wi-Fi熱點(diǎn)的布局和吸收數(shù)據(jù)流量的功能趨于一致。然而，用戶在享受移動互聯(lián)帶來的便利的同時，支出意愿并沒有顯著增長，甚至在降低。如何打造一個低成本部署、運(yùn)營的網(wǎng)絡(luò)，在滿足用戶超高需求增長的同時，維持整個移動通信產(chǎn)業(yè)界的可持續(xù)發(fā)展，成為擺在全世界移動通信運(yùn)營商面前的一個共同難題。

以上挑戰(zhàn)，需要5G全方位應(yīng)對，也同時激勵著Wi-Fi大步伐革新。其中，Hotspot2.0值得充分關(guān)注。Hotspot2.0是由無線寬帶聯(lián)盟與Wi-Fi聯(lián)盟共同開發(fā)的一項(xiàng)規(guī)范，借助Hotspot2.0，可通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)實(shí)現(xiàn)高效隨機(jī)Wi-Fi接入點(diǎn)的大規(guī)模組網(wǎng)，極大地方便用戶安全連接到Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)。Hotspot2.0可實(shí)現(xiàn)全自動化連接過程，同時采用高級加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）提供空中鏈路加密（WPA2），從而實(shí)現(xiàn)不同Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)間的漫游，用戶在幾乎任何位置的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)間移動時都可享受無縫體驗(yàn)。因此，Hotspot2.0成為未來運(yùn)營級Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢，其背后蘊(yùn)含著巨大的能量，如Wi-Fi聯(lián)盟（WFA）認(rèn)證、無線寬帶聯(lián)盟（WBA）等組織的互操作性等。而構(gòu)建Hotspot2.0網(wǎng)絡(luò)需要多方面的支持：一是AP和移動終端，在AP方面，美國優(yōu)科無線（Ruckus）在一年前已經(jīng)推出了支持Hotspot2.0的產(chǎn)品，目前市場上支持Hotspot2.0的終端產(chǎn)品也在逐漸豐富；二是相比較過去20MHz、40MHz的信道寬帶，802.11ac將其擴(kuò)展到了80MHz至160MHz；三是支持更多的數(shù)據(jù)流意味著更高的吞吐量，而改善的調(diào)制技術(shù)提高了發(fā)送效率。

在Hotspot2.0技術(shù)的支持下，大規(guī)模Hotspot2.0漫游聯(lián)盟將成立，實(shí)現(xiàn)自動安全地連接到由數(shù)千漫游合作伙伴及數(shù)百萬AP組成的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)。作為Hotspot2.0漫游聯(lián)盟的先行者之一，AT&T為其移動用戶實(shí)施的國際漫游項(xiàng)目已被認(rèn)可為首個自動連接客戶到Wi-Fi熱點(diǎn)，授權(quán)用戶使用手機(jī)中的SIM卡漫游到國外的項(xiàng)目，并為未來基于Hotspot2.0的下一代熱點(diǎn)商業(yè)模式搭建了舞臺。

4 “超級Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)”成為競爭主體

早在2010年9月，美國FCC就正式提出了開放“超級Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)”的計劃，也被稱為“電視白色空間”。美國的“超級Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)”，有望替代家庭或辦公室的無線LAN網(wǎng)絡(luò)，以及替代用于面向蜂窩基站的網(wǎng)絡(luò)集線器（基站和網(wǎng)絡(luò)中心連接的部分）等。同時，以FCC支持為背景的微軟、谷歌、思科和Spectrum Bridge等公司一直專注于超級Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用，認(rèn)為完全免費(fèi)的Wi-Fi服務(wù)將激發(fā)創(chuàng)新，并大幅提升移動終端設(shè)備銷量，這可減少本地網(wǎng)絡(luò)連接的費(fèi)用。美國很多城市當(dāng)局也支持“超級Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)”計劃，是因?yàn)榭梢越档蛯W(xué)校和企業(yè)的通信成本，并幫助游客尋找游覽點(diǎn)。除受到地方政府和社會團(tuán)體推崇外，“超級Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)”也受到廣大民眾支持，因?yàn)閷τ谝话忝癖姾屯獬龅穆每?，無需每月再支付高昂的手機(jī)通信費(fèi)用，同時還能夠享受先進(jìn)的服務(wù)?！俺塛i-Fi網(wǎng)絡(luò)”還將實(shí)現(xiàn)更長的傳輸距離，使得無人駕駛的汽車可以與約1.6km之外的另一輛車交流數(shù)據(jù)，病人也可以通過這一網(wǎng)絡(luò)將心臟監(jiān)護(hù)儀與城市另一端的醫(yī)院系統(tǒng)相連。倘若一切按照計劃進(jìn)行，不僅大城市，很多鄉(xiāng)村地區(qū)也將享受到免費(fèi)無線上網(wǎng)服務(wù)。

在室內(nèi)環(huán)境下，受限于空間傳輸衰耗和無線電環(huán)境的因素影響，4G/5G僅依靠室內(nèi)分布系統(tǒng)無法提供高速數(shù)據(jù)流量服務(wù)。但是，Wi-Fi借助Hotspot2.0技術(shù)用戶卻可以漫游在酒店、會議中心、百貨商店、足球場、咖啡廳以及擁有Wi-Fi基礎(chǔ)設(shè)施的地方，從而實(shí)現(xiàn)無蜂窩網(wǎng)情況下的高速數(shù)據(jù)流量服務(wù)。因此，Wi-Fi從根本上改變了與運(yùn)營商間的關(guān)系，Wi-Fi從此可擺脫與4G/5G的從屬關(guān)系，展現(xiàn)了獨(dú)立組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)漫游和寬帶無線服務(wù)的前景。

2011年7月，IEEE正式發(fā)布了名為“IEEE 802.22”的“超級Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)”標(biāo)準(zhǔn)，其最大傳輸距離約為100km，最高通信速率可達(dá)22Mbps。依此標(biāo)準(zhǔn)，按理論分析，僅需部署307個“超級Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)”接入點(diǎn)，就可以覆蓋全美國。在2013年1月底，美國已經(jīng)開始在北卡羅萊納州的新漢諾威縣推出了第一個超級Wi-Fi無線服務(wù)。但是，F(xiàn)CC“超級Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)”的提案，遭到AT&T、T-Mobile、Verizon、英特爾、高通等專注于移動通信的公司，以及電視廣播業(yè)和使用無線麥克風(fēng)等行業(yè)的強(qiáng)烈反對，其理由為“超級Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)”的管理存在問題，容易在大城市中出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁堵的狀況。同時，“超級Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)”干擾的問題還沒有得到解決，將會影響移動通信行業(yè)收入。為此，F(xiàn)CC也提出了許多措施，目前FCC采納了數(shù)據(jù)庫方式，即“超級Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)”中的設(shè)備使用時通過寬帶連接，在同一數(shù)據(jù)庫中自動查詢無線電頻率的可用性，是一種獲得使用許可證的方式。

另外，在英國，由微軟主導(dǎo)，英國廣播公司（BBC）、英國空中廣播公司、英國電信（BT，British Telecom）以及諾基亞、三星等公司參與，在470—790MHz頻段進(jìn)行了“超級Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)”實(shí)驗(yàn)。日本信息和通信技術(shù)研究機(jī)構(gòu)（NICT）于2012年5月租用了地面數(shù)字電視廣播的470—710MHz頻段，來用超級Wi-Fi技術(shù)成功地進(jìn)行了數(shù)據(jù)通信的演示?？v觀美、英、日等地區(qū)的“超級Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)”發(fā)展，可以預(yù)見，盡管“超級Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)”在商業(yè)模式上仍不成熟，但發(fā)展勢頭良好，多重優(yōu)勢明顯，特別值得業(yè)界關(guān)注。

除“超級Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)”外，2014年初，由美國媒體發(fā)展投資基金（MDIF）發(fā)起了名為Outernet的項(xiàng)目，計劃借助數(shù)以百計的人造衛(wèi)星確保全球全天候的免費(fèi)Wi-Fi接入，任何國家的居民都能上網(wǎng)，成為真正自由的網(wǎng)絡(luò)。其實(shí)，谷歌公司也提出了類似倡議，Google X秘密實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在正在研究一個名為“谷歌氣球”的新項(xiàng)目，以借助在平流層飛行的氣球?yàn)椴贿m合使用地面網(wǎng)絡(luò)的地區(qū)提供3G水平的互聯(lián)網(wǎng)接入。目前，該公司已經(jīng)啟動了試驗(yàn)項(xiàng)目，包括部署在新西蘭的30個氣球和近50個地面服務(wù)測試站。

綜上，在未來的5G時代，Wi-Fi不僅會與5G融合，更大的趨勢是構(gòu)建獨(dú)立的“超級Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)”，為全球提供無線寬帶服務(wù)。因此，在5G時代的無線寬帶領(lǐng)域融合與挑戰(zhàn)并存，而挑戰(zhàn)的影響足以改變無線寬帶產(chǎn)業(yè)格局的走向。

5 結(jié)語

伴隨移動互聯(lián)網(wǎng)而崛起的無線寬帶，在走過了IMT一家唯大、Wi-Fi從屬的融合階段之后，Wi-Fi依賴Hotspot2.0技術(shù)已向大規(guī)模組網(wǎng)漫游進(jìn)而獨(dú)立運(yùn)營的方向大踏步發(fā)展。在未來的無線寬帶領(lǐng)域，打破了3G/4G時代與Wi-Fi融合的從屬格局，“超級Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)”作為新的競爭主體出現(xiàn)，將使移動互聯(lián)網(wǎng)展示出更加精彩的前景。

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作者簡介

何廷潤：現(xiàn)任國家無線電頻譜管理研究所高級顧問，長期從事無線電技術(shù)與頻譜資源研究，主持并參與多項(xiàng)頻譜資源基礎(chǔ)理論研究與頻譜規(guī)劃項(xiàng)目研究，發(fā)表文章近百篇。