技术创新和资源保证:移动业务“提速降费”有效之策


通过大力发展新一代通信技术、提升频谱效率,从而实现对资源的合理供给和调配,这是移动宽带提速最为直接的方法和手段,也是实现网速持续提升的长远之计。

在今年全国两会上,国务院总理李克强再次督促运营商“提速降费”,要求年内取消漫游费和长途费。总理关注网费和网速问题,在一定程度上说明了移动通信在社会发展中扮演着重要的角色。

为响应总理号召,三大运营商纷纷推出了提速降费方案,今年10月1日前将取消漫游费和长途费。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。因此笔者认为通过大力发展新一代通信技术、提升频谱效率,从而实现对资源的合理供给和调配,这是移动宽带提速最为直接的方法和手段,也是实现网速持续提升的长远之计。

技术创新是主要力量

技术创新一直是推动通信产业持续发展的主要力量。已经由最初满足人们基本的语音通话需求发展到满足人与物、物与物通信的万物互联的需求。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。LTE-Advanced技术涵盖了3GPP R10/11/12版本,LTE Cat.6-15终端也包含在3GPP R10/11/12版本范围内。LTE-Advanced Pro则包括已经发布的R13版本和将会到来的R14版本。相对于LTE系统,LTE-Advanced的技术创新主要体现在MIMO增强、载波聚合和小基站等关键技术的应用方面。

表 不同技术宏小区频谱效率

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MIMO增强技术提高了单位频谱资源的传输速率,实现了对整个系统频谱效率的直接提升。MIMO技术允许多个天线同时发送和接收多个空间流,并能够区分发往或来自不同空间方位的信号,从而增加无线系统的覆盖范围,成倍地提高无线信道容量。从LTE最初版本R8到LTE-A Pro的R13/R14版本,多天线技术持续增强。基于有源天线的全维多天线可以在水平波束成形基础上进行垂直波束赋形,从而实现密集城市中对不同楼层的覆盖,支持高阶多用户MIMO,实现小区内和小区间干扰协调。

LTE-A ProR13版本支持最大16端口的全维MIMO,R14在R13基础上进一步扩展了端口能力,支持最大32端口的全维MIMO。未来的5G系统将支持更多端口的全维多天线,如64端口、128端口,可以在不串线的前提下将同一频率分配给多个终端。目前,日本软银等运营商已经商用Pre 5G全维多天线技术,用户速率提高6~10倍。

作为LTE-A标志性技术的载波聚合技术更侧重于频谱资源的有效利用,提升用户体验速率。载波聚合可以分为频带内连续载波聚合、频带内非连续载波聚合和频带间非连续载波聚合3类。这样的设计既满足了LTE-A系统在聚合带宽上的需求,同时也大大提升了用户的体验速率。3GPP在R12版本实现了对载波聚合技术的增强,引入了TDD-FDD载波聚合。

FDD和TDD高频的技术特性趋同,加之TDD频谱使用的灵活性,促使越来越多的国家对高频TDD频谱进行了规划和拍卖,FDD和TDD混合组网需求明显上升。在LTE混合组网建设中,通过TDD-FDD载波聚合技术将TDD高频大带宽频谱聚合使用,可以优化配置资源,为热点地区用户提供优质的网速体验。LTE-A R10阶段支持5个载波的聚合,LTE-A Pro支持32个载波的聚合,即最大640MHz带宽,支持的峰值速率达10Gbit/s,系统吞吐量达2Gbit/s。全球多个运营商从2013年开始陆续进行了载波聚合技术的商用部署,如北美的Verizon、Sprint以及韩国的SKT、KT等。

我国三大运营商均向3GPP提出了标准方案,引导各种载波聚合技术标准和产业链的发展,并已商用2载波聚合技术,在高流量区域初步实现了速度倍增。另外,由于高流量区域的增加,可以显著提升小区吞吐量的Massive MIMO技术使用也越来越多。原来只有TDD模式使用Massive MIMO技术,现在也开发了FDD模式的Massive MIMO产品,中国电信和中国联通纷纷开展了相关试验,初步取得了较好的扩容效果,频谱效率提升达8倍。

另外一种主流的容量解决方案是通过部署小基站(Small Cell)来解决网络负载问题。但小基站的部署也引入了很多新问题,如存在同频干扰问题、切换掉话率高以及切换频率和网络信令负荷增加等,需要运营商在规划建设时予以克服。目前,各运营商均开展了小基站集采和建设工作。

从3GPP R15开始就是5G的天下了,届时不仅频谱效率进一步提升,单载波带宽也可以达到100MHz,因此需要进一步加大频谱资源供给。

增加频谱资源供给是根本保证

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,可用频谱资源受限成为移动通信网络发展需要面对的重要问题。当前我国已规划蜂窝移动频率总计687MHz,其中522MHz频谱已经分配给移动运营商提供2G/3G/4G服务,其中分配给中国移动250MHz(含室内50MHz)、中国联通162MHz、中国电信110MHz。

早在2007年世界无线电大会(WRC07)上ITU就为IMT新规划了450~470MHz、698/790~806/862MHz、2300~2400MHz、3400~3600MHz 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。

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了极高要求:超高清和3D视频、增强现实、云桌面、在线游戏、视频监控和移动医疗等业务,都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分组频发;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。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技术上实现引领的目标,因此尽快确立未来IMT可用频谱资源成为关键因素。

创新技术应用,频谱储备必须先行。传统的物联网技术(如蓝牙、Zigbee等)主要使用的是规划用于短距离、微功率设备的非授权频谱。对于长距离、低功率物联网技术(LPWA)而言,其网络覆盖能力与移动蜂窝网络相当甚至更强,如何规避LPWA与其他系统的互干扰问题、实现频谱资源的有效利用,是LPWA物联网技术得以广泛应用的关键。与此同时,为了满足某些特殊垂直行业的应用需求,笔者认为需要为广域物联业务规划专网频率,政府也要对专网频率进行合理有效管理。

今年10月1日前将取消国内漫游费、进一步降低国际长途资费、大幅降低中小企业专线资费,这是市场竞争的必然趋势,同时也是技术创新发展、资源优化配置带来的“社会红利”。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,为社会带来持续的“信息红利”,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。

由于大视频和万物互联的影响,2016年电信业务总量同比增长54.2%。预计2017年通信行业将继续保持高速发展,运营商的物联网和4G+建设都将大规模开展。这些都需要频率资源的保障,希望相关部门能尽快实施频谱资源的有效规划与分配,同时制定相关的国家政策为基站和宽带顺利进入社区及校园、为运营商的网络发展创造有利环境。


TAG: 移动业务 创新 技术 资源
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