3G網絡未來發展進行時

唐 濤 彭海清 朱俊蔓

[摘要]文章簡述了3G網絡發展到HSPA+/LTE階段時引入的新技術，討論了無線接入網需要進行的變革，最后從運營商、用戶雙贏的角度，探討了HSPA+/LTE的引入策略。

[關鍵詞]HSPAHSPA+LTE網絡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，從飛鴿傳書到即時通訊技術的出現，科技一直在服務著人類的生活。當互聯網應用深入人心，當人們不再滿足于簡單的語音通信時，互聯網與移動網絡的結合，就成了無線通訊科技發展的新動力。

隨著手機上網用戶數迅速增長，移動運營商也在不斷開發新的數據業務：在線多媒體(如在線音樂、在線閱讀、在線流媒體)、移動即時通訊和信息推送業務(如手機報、手機郵箱、便民服務)等，通過寬帶數據業務與移動通訊網絡的完美結合，將PC上成功的數據業務應用植入移動終端，挖掘數據業務應用的新市場，吸引互聯網用戶向移動寬帶用戶滲透，從而提升移動運營商的市場份額。

隨著HSPA網絡在世界各地的部署與商用，寬帶數據業務在全球移動市場得到規模應用。但是高速數據服務，尤其是視頻、音樂、游戲等業務的源源引入對移動網絡不斷提出新的要求，因此，如何獲得更高的速率，更大的系統容量，更完美的用戶體驗——這個移動運營商在網絡發展過程中始終關注的問題，如今則更成為焦點。作為移動寬帶市場的生力軍，HSPA+與LTE越來越成為業界關注的焦點，其商業化進程也在日益加速，下面就國內3G網絡引入HSPA+/LTE的相關策略進行初步探討。

1HSPA+和LTE帶來的技術革命

HSPA+是HSPA的增強與演進，從技術角度看，“+”意味著調制、天線等多種無線技術的改進。而LTE作為向第四代移動網絡演進的技術，則引入了更多新的技術革新。

自然而然，首先考慮的新技術就是如何提升網絡容量，提高業務下載速率，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網絡帶寬有了質的提升。特別是LTE，已經能達到和固網寬帶相媲美的程度。

1.1提升系統容量的關鍵技術

MIMO(Multiple-Input Multiple-output)技術是HSPA+和LTE都采用的關鍵技術，其基本原理是在發射端和接收端均采用多天線技術，利用多天線來抑制信道衰落，在不增加帶寬和天線發送功率前提下。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技術可以通過信道復用來提高系統容量，也可以通過分集增益來改善信道傳輸質量，在3GPP中規范了多種MIMO應用方案，對于不同的應用場景，系統可根據用戶應用環境的改變在不同的MIMO方案之間進行靈活切換。

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

此外，還有多種提升系統容量的技術。如MC HSPA(Multi-Carrier HSPA)多載波技術，使得基站可以在上／下行雙小區(甚至多小區)中并行接收／發送數據，再與16QAM、64QAM、MIMO等技術耦合，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。對于分組數據業務的大量應用，連續性分組連接(CPC)技術則可以減少在線用戶占用系統資源，支持更多的用戶長期在線，提升系統利用率。

1.2扁平化架構和智能化網絡

HSPA+為了更好的兼容性，基本是沿襲了HSPA的網絡架構，而在LTE系統中，則有了全新的變化。首先是無線接入系統只有一種網絡結點：eNode B，替代了3G網絡中Node B和RNC的功能，eNode B和eNode B之間引入了X2接口，一部分業務流量可直接在基站之間直接處理，而不用再發送往核心網絡。大大提高數據處理效率。而LTE的核心網節點也進行了簡化，通過網絡扁平化進一步提升網絡性能。

眾所周知，無線網絡站點分散，數量眾多，因此網絡開通、網絡配置、網絡優化以及網絡維護工作非常繁重，成為運營商運營成本和管理成本的主要組成部分。而隨著網絡覆蓋越來越廣，成本急劇增加，因此在LTE中引入了SON技術。即“自組織網絡”，它具有四大功能：自配置、自優化、自愈合，以及多運營商共享管理，能夠實現無線鄰區自動配置，快速恢復故障，網絡設備的實時檢測與KPI上報，用戶和設備的跟蹤等網絡自我管理功能，能夠大大減輕人工配置維護網絡的工作量。降低運營商的OPEX成本。

2無線接入網如何面對HSPA+、LTE時代的到來?

2.1網絡IP化，應對數據激增

隨著HSPA市場發展，將基于PC的數據業務引入移動終端已成為移動寬帶業務發展的一大趨勢：廣告、搜索服務這些固定數據網絡中的經典應用，將成為移動寬帶市場的潛力收益業務。而HSPA+，乃至下個階段的LTE技術，將為移動寬帶市場注入更強勁的驅動力——更快的業務速率、更優質的QoS表現。以及支持用戶長期在線的特性，將為系統承載寬帶業務創造得天獨厚的優勢。這也決定了HSPA+、LTE的無線接入網絡須具有極高的數據吞吐能力，以滿足寬帶業務大規模應用的需求。

首先，不論HSPA+，還是LTE，其無線接入網應實現“網元IP化”，即要求RNC、Node B，以及eNode B基于全IP硬件平臺構建、對外提供IP接口，同時軟件支持IP/ATM全協議棧，以實現從ATM傳輸、ATM/IP混合傳輸，到全IP傳輸的平滑過渡，最終在全IP網絡上承載高速無線數據業務。

其次，HSPA+、LTE要求傳輸網絡lP化。不僅如此，LTE要求lP傳輸網絡架構更加扁平化；同時，LTE系統X2接口引入后。傳輸網絡架構也需要相應調整，以適應LTE的Mesh狀組網結構。LTE對于傳輸網絡端到端時延提出更高的要求，IP傳輸網需提供更高的QoS指標；在安全方面，由于IP網絡的開放性，以及LTE在S1接口上的明文傳輸特點，要求IP傳輸網提供相應的安全保障，這些都對傳輸網絡的設計和部署提出了新的要求。

2.2軟件升級，保護既有投資

事實上，HSPA+的產生就是為了讓HSPA網絡以盡可能小的代價演進，以達到提升系統性能、挖掘WCDMA網絡潛力、保護運營商投資，同時保證用戶使用網絡服務連續性的目的?；谶@樣的目標，絕大多數HSPA+技術均可通過軟件升級實現(除了MIMO)，這也最大程度實現了保護既有投資的目的。

例如，采用中興通訊ZXSDR 8000系列基站部署的HSPA網絡，只需要通過軟件升級，即可實現HSPA+各階段的功能特性，全面實現向HSPA+的平滑演進，不僅將系統演進成本控制到最低，而且絲毫不影響現網業務運營。在羅馬尼亞，中興通訊用不到一個月的時間。對ZAPP的HSPA系統進行了軟件升級，在不影響現網業務的前提下，幫助ZAPP發布了HSPA+商用網絡，使得這位羅馬尼亞移動數據業務引導者又一次搶占先機，建成東歐移動市場的第一張HSPA+商用網絡。

3雙贏策略：從HSPA→HSPA+→LTE

隨著競爭加劇，ARPU值持續降低，移動運營商在進行網絡建設與升級時，不僅僅要考慮技術的領先性，更需考慮如何保護既有投資，降低成本。LTE是未來網絡發展的目標，但由于LTE不能向后兼容。運營商必須投入高額投資購買新頻段。部署新網絡。同時，現階段的LTE產業鏈無論在標準、芯片、終端上，還是在用戶使用習慣的培養上，都尚不成熟。正因為這樣，3GPP組織在確立了LTE的演進目標之后，出于對實際市場進展的考慮，又啟動了HSPA的升級版本——HSPA+。HSPA+在性能上向LTE靠近，卻遠低于LTE的建網成本，而R HSPA+終端市場已日益成熟。顯然更適合作為現階段乃至今后幾年的網絡發展方向。對于運營商而言，部署HSPA+網絡不需要更換已有的HSPA設備，也無需購買額外的頻段，就可以獲得更理想的網絡性能與容量，進一步深挖WCDMA系統潛力，使已有網絡實現利潤最大化。

而且，運營商還可以利用HSPA+網絡的高速數據能力嘗試開展IMS等新數據業務，在LTE成熟之前培養用戶習慣，避免盲目新建網絡帶來的經營風險。

顯然，HSPA→HSPA+→LTE的演進路線，更適合作為現階段乃至今后幾年內的網絡發展方向。我們推薦的HSPA→HSPA+→LTE演進策略如圖1所示，其核心思想是“先HSPA+，后LTE；先軟件，后硬件；先熱點，后全面”。即先通過軟件升級，演進到HSPA+階段，在近幾年時間內，滿足用戶較高的速率要求，提升用戶體驗，并培養用戶使用新業務的習慣。當未來出現更高速率和容量需求，而LTE產業鏈也日趨成熟時，再通過軟，硬件的協同升級。演進到LTE階段，以滿足用戶不斷增長的需求。在演進過程中，也可遴選熱點地區，根據其市場業務需求，越過HSPA+階段，直接部署LTE網絡。

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頻段上部署網絡，這些LTE系統將與現有的2G、3G網絡共存。隨著網絡的發展。用戶逐步向LTE前移，原有的2G/3G網絡頻帶逐步空余出來，屆時可在空閑頻段上新建LTE網絡，形成“GL”、“UL”或者“GUL”多模網絡。最后，運營商可以部署單一的無線接入網絡，在一個RAN網絡上運行多種網絡制式，形成多種模式長期共存的局面。多制式并存的無線接入網絡如圖2所示。

目前全球一些高端運營商已經開始部署HSPA+和LTE網絡，如香港最大的移動通信運營商CSL在2009年3月正式發布全球首個基于SDR技術的HSPA+網絡，采用全IP組網，通過軟件升級網絡使速率提升至21Mbps，并以此開發了歌曲下載、視頻點播、互動游戲等豐富多彩的多媒體業務，市場拓展大大領先其他運營商。2009年9月2日，CSL再次宣布其LTE網絡部署規劃，其計劃在2010年實現LTE網絡的正式商用，建設方案就是利用現網SDR基站平臺的前瞻性設計和良好的演進性，通過對現網系統的簡單升級和改造，平滑演進到LTE。實現2G/3G/4G融合的“Single RAN”組網目標。

4結束語

從長遠來看，移動通信網絡中LTE及其以后的無線技術最終可能取代GSM與WCDMA網絡，但其必然經歷從標準成熟到規模商用，然后逐步替代現有網絡的長期過程。給WCDMA網絡留下了極大的發展空間。而HSPA+憑借自身的優勢，將在此空間中承前啟后，大有作為?；赟DR技術的Uni-RAN多制式、多頻段組網解決方案，采取兼顧運營商投資和網絡發展的演進策略，更多地通過軟件升級和平滑演進實現網絡發展，避免運營商在移動通信市場競爭激烈、新需求新技術不斷涌現、網絡升級和演進的步伐越來越快的今天重復投資，同時也有利于加快網絡性能提升和業務穩定運營，實現人們“天涯若比鄰”的溝通夢想!