3G/4G融合網絡關鍵策略研究

周 飛

（中國聯合網絡通信有限公司廣州分公司 廣州510700）

1 引言

2013 年可謂當之無愧的“LTE之年”。從全球商用看，GSA最新數據顯示，截至2013年底，全球LTE商用網絡數量達到260張，其中包括25張TD-LTE商用網絡，LTE商用用戶數量達到1.57億戶，LTE終端數量達到1 240款。也就是說，僅2013年全球就部署了超過100張LTE商用網絡，發展了超過1億戶的LTE商用用戶以及推出了約800款LTE商用終端。經過一年的發展，全球LTE網絡在系統、設備、芯片、終端等產業鏈各個方面取得了快速發展。

另外，從國內的情況看，2013年也成為國內“LTE元年”。2013年12月4日，工業和信息化部正式向中國移動、中國聯通、中國電信頒發4G牌照，均為TD-LTE制式，并將根據企業申請，依據相關法定程序，批準相關企業開展LTE FDD網絡技術試驗，系統驗證LTE FDD和TD-LTE混合組網的發展模式，并將在條件成熟后發放LTE FDD牌照。本文將從標準、技術、演進、協同等方面剖析探討中國聯通LTE部署之路。

2 LTE與WCDMA技術對比

LTE網絡對3G網絡的改進相比3G網絡對2G網絡的進化，更多的是一種量變而非質變，主要體現在3個方面：從技術上，LTE是WCDMA技術的自然演進；從體驗上，LTE與WCDMA的協同和體驗一致性最好；從業務上，LTE與WCDMA在業務的承載能力上不相上下。另外，從最終消費者的角度看，LTE網絡并沒有在3G網絡的基礎上增加更多直觀的新特性。區別于2G到3G用戶從傳統語音到移動互聯網的革命性轉變，3G到4G是用戶從每月數百兆字節數據業務流量到GB級別的流量提升。如果說3G網絡已經能夠滿足移動終端的基本上網需求，那么4G網絡所提供的服務就已經與有線寬帶沒有太大區別。

2.1 LTE是WCDMA技術的自然演進

LTE與WCDMA同屬3GPP組織定義的通信系統，在設計思想上，LTE借鑒了WCDMA很多內容，并加以吸收簡化，從而形成現有的LTE標準。

表1從協議架構方面對WCDMA與LTE進行比較。從協議的層次結構看，LTE與WCDMA基本一致，均分為控制面和業務面兩個平面以及4個協議層。由于LTE采用了全IP架構，為了提升效率，避免IP分組頭的過多開銷，在控制面引入原來WCDMA僅在業務面才有的PDCP層。

表1 WCDMA與LTE協議架構對比

從物理層結構看，WCDMA承載數據業務時主要采用HSPA技術，在WCDMA的基礎上引入時分多址，用碼字和時間兩個維度構成一個二維的物理資源，如圖1所示。

圖1 HSPA物理資源示意

LTE是利用頻分多址與時分多址，用頻率和時間兩個維度構成一個二維的物理資源，如圖2所示。

圖2 LTE物理資源示意

LTE與WCDMA在大的協議架構方面沒有區別，在層三與層二也基本一致，層次上的唯一區別在于物理層，但即使在物理層，其區別也只是由于物理接入方式的改變造成的變化，其核心思想與原理是一致的。

表2從網絡架構方面對WCDMA與LTE進行比較。從網絡架構上看，核心網由于功能清晰，在邏輯上分化出多個網元，在接入側，層三功能從傳統的控制器下移，從而簡化了網絡結構，雖然在網元構成方面有了變化，但整體均是原WCDMA各網元承擔功能的轉移，并沒有產生全新的網元實體。

表2 WCDMA與LTE網絡架構對比

2.2 LTE與WCDMA的業務協同

LTE與WCDMA網絡間的協同主要體現在語音和數據業務的互操作連續性方面。

（1）語音業務

由于LTE是全IP網絡，初期并不支持VoIP，因此LTE網絡上的語音通常分為雙待和CSFB兩種方式。由于雙待方案在終端成本和待機方面均有較大劣勢，通常是過渡選擇，主流方案是CSFB方案。在CSFB方案上，LTE與UMTS回落方案的成熟度和用戶體驗遠遠好于GSM，CSFB到UMTS與CSFB到GSM的方案對比見表3。

表3 CSFB到UMTS與CSFB到GSM的方案對比

采用CSFB到WCDMA的方案，在語音業務的協同體驗方面，中國聯通有巨大的優勢。

（2）數據業務

表4重點針對UMTS與LTE、GSM與LTE間的互操作情況進行分析和對比。通過比較可以發現，在數據業務的互操作協同體驗方面，LTE與WCDMA的協同組合也有巨大的優勢。

表4 系統間互操作支持情況

2.3 LTE與WCDMA業務承載能力

從網絡的業務承載能力看，中國聯通3G網絡所能提供的已經不僅是3G正式商用時4.2 Mbit/s的下載能力，隨著HSPA、HSPA+、DC-HSPA等技術的應用，3G也可以提供21 Mbit/s甚至42 Mbit/s的峰值下載速率。相比國內LTE 100 Mbit/s或120 Mbit/s的下載速率，對單個用戶的體驗并不會有本質性的差異。當前的3G終端更成熟，網絡覆蓋性更好。即便在LTE部署初期，3G網絡仍然具有較強的競爭力。

另外，在當前我國的手機上網用戶中，最流行的應用仍然是即時消息（IM）、SNS、網頁瀏覽三大類業務。在數據流量套餐資費不出現大的變化的情況下，單用戶的月均流量不會出現成倍的增長，因此在LTE初期，數據仍偏向輕度流量型應用，在此類應用場景下，WCDMA和LTE對用戶的可感知速率基本沒有差別。

綜合以上3個方面，“4G不是一場革命”，把握3G依然是中國聯通未來成功的網絡制高點。

3 3G/4G融合策略

雖然從中短期來看，3G依然是最主力的移動寬帶承載網絡，但從長期來看，特別是在視頻等大流量應用成為主流后，LTE的優勢將逐漸凸現，成為主流。因此，如何在3G和向LTE演進間掌握好“度”是中國聯通網絡演進成功的重中之重，走3G/4G融合的道路，無疑是最為明智的選擇。

3.1 品牌融合

對于最終消費者而言，并不關心網絡的logo是“3G”還是“4G”，只關心用戶體驗到的速率；反言之，對于運營商來講，也不希望給客戶造成某一張網好而另一張網差的品牌印象，而是希望客戶對運營商的整體品牌有強烈的認同感。因此，如何借助3G時代中國聯通已有的3G品牌優勢提升4G品牌，對于中國聯通有特別現實的意義。

相比競爭對手在LTE時代與原有網絡“撇清關系”，純宣傳4G品牌的方式，中國聯通可借鑒很多WCDMA傳統運營商的慣常做法。例如，美國的兩大WCDMA運營商AT&T和T-Mobile將HSPA+宣傳為4G，早早實現了美國數百個城市的4G覆蓋，而對于HSPA+來講，消費者體驗到的速率基本沒有差別，但省去了開戶換終端的煩惱，后續隨著LTE網絡的逐步完善及客戶終端的自然更新換代，用戶將以無縫的方式自然遷移至LTE網絡。中國聯通廣東分公司在3G/4G品牌融合方面的宣傳上，以“無論3G、4G，精彩依然在沃”的宣傳語，告知用戶中國聯通的WCDMA網絡已經演進至4G，能夠為用戶提供4G的業務體驗。

3.2 網絡融合

網絡融合不僅是設備層面的融合，應該站在未來目標網演進的角度觀察全局，推進融合。國內三大運營商中，只有中國聯通在2G、3G和LTE網絡都擁有全球主流的價值頻譜，這實際上天然為中國聯通準備了一個清晰的目標網發展路線。圖3給出了中國聯通未來網絡演進的路線示意。

GSM 900 MHz向UMTS 900 MHz演進，低頻段UMTS 900 MHz覆蓋最遠，是建設無縫優質體驗的最佳方案，可以作為數據業務的基礎網和LTE語音回落的主力承載網，既是3G和LTE在農村的自然延伸，也是城市深度覆蓋和LTE業務的最佳補充。

當前最為重要的UMTS 2 100 MHz網絡需要持續優化打造，加快吸納3G用戶，為LTE發展奠定基礎，UMTS 900 MHz和UMTS 2 100 MHz一起構成精品數據網，同時UMTS2 100 MHz未來可持續演進到LTE 2 100 MHz。

圖3 中國聯通未來融合網絡演進示意

最后，逐步實現UMTS和LTE的全覆蓋網絡，GSM逐步退網，UMTS作為綜合業務基礎網以及數據業務主力網，LTE作為數據業務卓越體驗網，并最終隨著LTE的全面成熟慢慢向全4G網絡演進。

在核心網側，當前中國聯通的網絡是GSM與UMTS融合的核心網，未來的目標網將是GSM、UMTS、LTE融合的核心網，從現網到目標網的建設過程中需要考慮以下幾個因素。

·接口最簡，配置最簡。如果維持現網的成熟架構，節點將減少50%，同時接口配合也將減少50%。

·體驗最優，經營最優。升級融合核心網，網間切換變成設備內部的切換，時間降低，信令數降低，同時多網用戶資源統一管理，有利于差異化流量經營。

分組核心網是2G/3G/LTE/WLAN接入的業務調度中心，業務需要平滑地在多接入網絡間進行切換。融合建網可以減少信令，降低時延，提高網間切換成功率，保證用戶的業務體驗最優；將現網升級建設為EPC網絡的建網流程少，建網時間可以縮短55%，確保了最快部署EPC網絡，支持LTE快速上線；同時現網升級可以實現最大化的資源利用，2G/3G/LTE資源共享，保護2G/3G投資，可節省LTE投資28%。因此采用現網升級方式可以實現最優體驗、最低成本、最快建設融合EPC網絡。

3.3 終端融合

由于GSM、UMTS、LTE融合是全球主流的演進方向，在當前GSA統計的1 240款LTE終端中，支持HSPA/HSPA+的共有870款，支持HSPA+的共有705款，支持DC-HSPA+的有426款，也就是說，絕大多數LTE終端都具備HSPA能力，其中又有80%以上具備HSPA+能力，可以體驗到21 Mbit/s的峰值速率；有近50%同時具備DC-HSPA+能力，可以體驗到42 Mbit/s的峰值速率。因此，在終端的后向演進方面，無需有任何擔心，絕大多數主流的LTE終端都將UMTS視為其基礎能力，中國聯通在3G時代延續的終端優勢將得以保持。

3.4 未來TD-LTE與LTE FDD的融合

為支持國產標準，國內三大運營商均獲得TD-LTE牌照，中國聯通也將在數據熱點區域快速建設TD-LTE基站。而從全球網絡部署情況看，FDD網絡與中國聯通WCDMA網絡的互操作從協議支持、商用案例、終端支持、漫游支持來看都是最理想的。

在LTE部署建設中需關注以下方面。

·短期內中國聯通LTE無容量壓力，FDD與TDD應分別定位：FDD定位MBB，聚焦熱點與品牌；TDD定位WBB，可作為MBB超熱點與FDD互為補充。從長期看，中國聯通TDD與FDD實現融合，從而滿足移動寬帶用戶優質體驗的需求。

·挖掘與利舊現有資源，特別是充分發揮3G已有站點與2G已有頻譜資源，實現LTE網絡的平滑快速部署，實現投資效益最優。

·加強3G與4G的協同，充分發揮3G+4G語音與數據的協同優勢：一方面，初期以CSFB為主的LTE語音方案快速實現部署和優化，利用先天技術優勢與其他運營商拉開距離，并考慮VoLTE的平滑演進；另一方面，數據DC-HSPA+與4G協同，以提供最優覆蓋與最優體驗。

4 結束語

如前面所述，終端用戶本質上購買的是移動數據業務服務，在國內FDD未發牌的時間里，充分提升3G網絡覆蓋和性能，利用TD-LTE提升4G網絡的品牌，利用語音等解決方案優勢提升用戶的使用體驗。在FDD發牌后，快速利用GSM和TD-LTE網絡平滑演進到LTE FDD，加上LTE FDD終端豐富的優勢，將使中國聯通通過“最好的3G+最快的4G”融合組網的模式持續保持移動寬帶數據網絡的國內領先地位。

1 3GPP TS 25.331 V8.4.0.Radio Resource Control(RRC),2013

2 3GPP TS 36.331 V8.4.0.3rd Generation Partnership Project Technical Specification Group Radio Access Network Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)Radio Resource Control(RRC)Protocol specification(Release 8),2013

3 Holma H,Toskala A.WCDMA技術與系統設計（第三版）.陳譯強,周華,付景興等譯.北京:機械工業出版社,2005

4 沈嘉,索士強,全海洋.3GPP長期演進(LTE)技術原理與系統設計.北京:人民郵電出版社,2008

5 沈嘉.IMT-Advanced無線空中接口關鍵技術.電信科學,2007(9)

6 曹淑敏.走向寬帶泛在的無線移動通信.世界電信,2009,22(12):43～45

7 張平.移動泛在融合的通信業務發展趨勢.電信工程技術與標準化,2008,21(1):1～5

8 李軍.異構無線網絡融合理論與技術實現.北京:電子工業出版社,2009

9 NGMN.Next Generation Mobile Networks Beyond HSPA &Ev-Do-A White Paper,2009

10 趙利,符杰林,寧向延等.現代通信網絡及其關鍵技術.北京:國防工業出版社,2011