未來無線寬帶領域的融合與競爭

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2014世界電信日的主題是：寬帶促進可持續發展（Broadband for Sustainable Development）。國際電聯認為，數據業務是能夠推動可持續發展的有效工具，為此，應大力推廣高速寬帶網絡，使其價格為大眾所接受并能夠普遍獲取。中國寬帶的發展歷程，很好地呼應了國際電聯的這一判斷。截至2013年12月，中國網民規模達6.18億，手機網民規模達5億，并伴隨著4G網絡建設繼續保持穩定增長。與此同時，中國的寬帶發展也在從“量”向“質”轉換，寬帶在經濟社會中的地位不斷提升，與傳統經濟結合日漸緊密，各類互聯網應用對民眾生活形態的影響也日益加深。

2014年，中國三家移動運營商的4G網絡正式投入商用，隨時隨地的高速無線網絡正在鋪開。未來三年內，4G累計投資額有望突破3 000億元，其拉動的投資規模將可能達萬億。相應地，基于無線寬帶的數據業務應用將發生質的飛躍。本期專題，一方面分析無線寬帶的產業格局和關鍵技術，另一方面探討城市熱點和農村地區的無線局域網建設，敬請關注。

【摘要】在論述無線寬帶領域IMT和Wi-Fi融合與競爭的此消彼長的基礎上，預測在未來的4G/5G時代，雖然4G/5G與Wi-Fi融合組網仍然存在，但依托Hotspot2.0技術的“超級Wi-Fi網絡”大規模獨立組網形態成為可能，從而在市場上構成4G/5G與Wi-Fi的競爭態勢。

【關鍵詞】無線寬帶IMTWi-FiHotspot2.0超級Wi-Fi網絡

中圖分類號：F623文獻標識碼：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的熱情反而遠高于3G/4G。這預示著在未來的無線寬帶領域，雖然寬帶移動通信（4G/5G）仍是無線寬帶舞臺的主角，Wi-Fi也仍會繼續扮演與4G/5G融合的角色，但Wi-Fi也可能成為獨立大規模組網運行的實體。

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

1 無線寬帶領域技術與產業主導權之爭

已露端倪

早在2012世界無線電通信大會（WRC-12）上，為未來移動通信業務增加頻譜劃分的議項引起了與會各國的廣泛關注并爭執不下。意見大致分為兩大陣營：美國提出新增的頻譜劃分應用于移動寬帶（MBB，Mobile Broadband），并認為IMT系統雖然是移動寬帶系統的主要實現形式，但移動寬帶除了IMT之外，還應包括其他無線寬帶應用（如Wi-Fi、WiMAX等）；歐洲、亞太、拉美等一些區域組織和國家則認為新增頻譜應該用于IMT，因為ITU并未定義移動寬帶業務，卻制定了IMT的明確定義和標準。其實，此項爭議的核心是美國力圖在未來無線寬帶領域以Wi-Fi等重新奪回在3G/4G時代喪失的技術與產業主導權。盡管會議最終達成了妥協，新決議起草文本表述為：“考慮為移動業務劃分額外頻譜，為IMT確定頻段以及相關規則條款，以促進地面移動寬帶應用發展?！比欢?，這一說法并未真正明確新增頻譜應用對象，可以預見，MBB與IMT之爭將延續到5G時代。

與此同時，2013年11月無線寬帶聯盟（WBA）在北京Wi-Fi全球大會上，展示了下一代熱點（NGH，Next Generation Hotspot）網絡，其核心技術是由WBA與Wi-Fi聯盟共同開發的Hotspot2.0。NGH將極大地提升用戶漫游體驗，無論是跨越幾個街區、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網絡，而且可符合用戶與運營商策略地自動有效地復制移動通信的體驗，從而實現不同Wi-Fi網絡間的漫游。同時，大會也推出了針對運營級Wi-Fi市場的首個分析平臺SmartCell Insight（SCI）。

由以上趨勢可以預見，未來的無線寬帶產業主導權的競爭中，從頻譜資源到網絡構建，從產業市場到用戶體驗，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的發展歷程，隨著移動互聯網用戶對無線網絡帶寬需求的爆炸式增長，移動運營商選擇了Wi-Fi作為移動3G網絡的有效補充，從此開創了3G/Wi-Fi主輔融合的大發展局面。根據Wi-Fi聯盟資料，2009年全球Wi-Fi熱點僅為50萬個，2012年已達210萬個，預計2015年將達580萬個，增長十分迅速。在中國，從2011年開始，運營商便大舉建設Wi-Fi網絡。其中，中國移動至2012年底已經建成了378萬個Wi-Fi熱點，至2013年上半年，其Wi-Fi熱點數超過410萬個。

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

有研究顯示，進入4G/LTE時代的Wi-Fi，作為蜂窩網有效補充的定位將在很長時間內不會改變。4G/LTE作為覆蓋型網絡，受限于頻率衰耗和空間無線環境因素的影響，僅僅依靠室內分布系統無法提供高速數據流量服務；而Wi-Fi作為固定場景內相對穩定、便利的無線接入方式，充分顯現了其隨處接入、成本低、部署靈活、易于調整優化、便于捆綁用戶級服務等優點。

應該看到，在3G/4G時代與Wi-Fi業已形成的主輔融合的局面仍將繼續發揚光大，無論網絡形態還是網絡終端設備都將進一步推陳出新。

3 Wi-Fi對5G時代的挑戰

進入2014年，下一代移動通信系統（IMT-2020，簡稱5G）迅速提上日程，主要國家和相關國際組織紛紛開展5G研發。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部署等，共同滿足移動業務流量增長的需求。5G將比4G實現單位面積移動數據流量增長1 000倍；典型用戶數據速率將提升10到100倍，峰值傳輸速率可達10Gbps；同時，端到端時延縮短5~10倍，頻譜效率提升5~10倍，網絡綜合能效提升1 000倍。在如此炫目的前景指引下，5G應選擇高頻段（如毫米波、厘米波頻段）傳輸，以實現極高速短距離通信，滿足5G容量和傳輸速率等方面的需求。

網絡形態則向多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向演進，尤其是未來數據業務將主要分布在室內和熱點地區，這使得超密集網絡成為了實現未來5G的主要手段之一。在典型城區環境中，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、熱點站約10m。由于在城市地區的基站建設密度已經較高，難以繼續部署宏站或者微站，未來5G或將僅部署毫微站和熱點站。在此形勢下，5G基站已與Wi-Fi熱點的布局和吸收數據流量的功能趨于一致。然而，用戶在享受移動互聯帶來的便利的同時，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、運營的網絡，在滿足用戶超高需求增長的同時，維持整個移動通信產業界的可持續發展，成為擺在全世界移動通信運營商面前的一個共同難題。

以上挑戰，需要5G全方位應對，也同時激勵著Wi-Fi大步伐革新。其中，Hotspot2.0值得充分關注。Hotspot2.0是由無線寬帶聯盟與Wi-Fi聯盟共同開發的一項規范，借助Hotspot2.0，可通過網絡互聯實現高效隨機Wi-Fi接入點的大規模組網，極大地方便用戶安全連接到Wi-Fi網絡。Hotspot2.0可實現全自動化連接過程，同時采用高級加密標準（AES）提供空中鏈路加密（WPA2），從而實現不同Wi-Fi網絡間的漫游，用戶在幾乎任何位置的Wi-Fi網絡間移動時都可享受無縫體驗。因此，Hotspot2.0成為未來運營級Wi-Fi網絡的發展趨勢，其背后蘊含著巨大的能量，如Wi-Fi聯盟（WFA）認證、無線寬帶聯盟（WBA）等組織的互操作性等。而構建Hotspot2.0網絡需要多方面的支持：一是AP和移動終端，在AP方面，美國優科無線（Ruckus）在一年前已經推出了支持Hotspot2.0的產品，目前市場上支持Hotspot2.0的終端產品也在逐漸豐富；二是相比較過去20MHz、40MHz的信道寬帶，802.11ac將其擴展到了80MHz至160MHz；三是支持更多的數據流意味著更高的吞吐量，而改善的調制技術提高了發送效率。

在Hotspot2.0技術的支持下，大規模Hotspot2.0漫游聯盟將成立，實現自動安全地連接到由數千漫游合作伙伴及數百萬AP組成的Wi-Fi網絡。作為Hotspot2.0漫游聯盟的先行者之一，AT&T為其移動用戶實施的國際漫游項目已被認可為首個自動連接客戶到Wi-Fi熱點，授權用戶使用手機中的SIM卡漫游到國外的項目，并為未來基于Hotspot2.0的下一代熱點商業模式搭建了舞臺。

4 “超級Wi-Fi網絡”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網絡”的計劃，也被稱為“電視白色空間”。美國的“超級Wi-Fi網絡”，有望替代家庭或辦公室的無線LAN網絡，以及替代用于面向蜂窩基站的網絡集線器（基站和網絡中心連接的部分）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網絡的實際應用，認為完全免費的Wi-Fi服務將激發創新，并大幅提升移動終端設備銷量，這可減少本地網絡連接的費用。美國很多城市當局也支持“超級Wi-Fi網絡”計劃，是因為可以降低學校和企業的通信成本，并幫助游客尋找游覽點。除受到地方政府和社會團體推崇外，“超級Wi-Fi網絡”也受到廣大民眾支持，因為對于一般民眾和外出的旅客，無需每月再支付高昂的手機通信費用，同時還能夠享受先進的服務。“超級Wi-Fi網絡”還將實現更長的傳輸距離，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據，病人也可以通過這一網絡將心臟監護儀與城市另一端的醫院系統相連。倘若一切按照計劃進行，不僅大城市，很多鄉村地區也將享受到免費無線上網服務。

在室內環境下，受限于空間傳輸衰耗和無線電環境的因素影響，4G/5G僅依靠室內分布系統無法提供高速數據流量服務。但是，Wi-Fi借助Hotspot2.0技術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基礎設施的地方，從而實現無蜂窩網情況下的高速數據流量服務。因此，Wi-Fi從根本上改變了與運營商間的關系，Wi-Fi從此可擺脫與4G/5G的從屬關系，展現了獨立組網實現漫游和寬帶無線服務的前景。

2011年7月，IEEE正式發布了名為“IEEE 802.22”的“超級Wi-Fi網絡”標準，其最大傳輸距離約為100km，最高通信速率可達22Mbps。依此標準，按理論分析，僅需部署307個“超級Wi-Fi網絡”接入點，就可以覆蓋全美國。在2013年1月底，美國已經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。但是，FCC“超級Wi-Fi網絡”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，以及電視廣播業和使用無線麥克風等行業的強烈反對，其理由為“超級Wi-Fi網絡”的管理存在問題，容易在大城市中出現網絡擁堵的狀況。同時，“超級Wi-Fi網絡”干擾的問題還沒有得到解決，將會影響移動通信行業收入。為此，FCC也提出了許多措施，目前FCC采納了數據庫方式，即“超級Wi-Fi網絡”中的設備使用時通過寬帶連接，在同一數據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，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頻段進行了“超級Wi-Fi網絡”實驗。日本信息和通信技術研究機構（NICT）于2012年5月租用了地面數字電視廣播的470—710MHz頻段，來用超級Wi-Fi技術成功地進行了數據通信的演示?？v觀美、英、日等地區的“超級Wi-Fi網絡”發展，可以預見，盡管“超級Wi-Fi網絡”在商業模式上仍不成熟，但發展勢頭良好，多重優勢明顯，特別值得業界關注。

除“超級Wi-Fi網絡”外，2014年初，由美國媒體發展投資基金（MDIF）發起了名為Outernet的項目，計劃借助數以百計的人造衛星確保全球全天候的免費Wi-Fi接入，任何國家的居民都能上網，成為真正自由的網絡。其實，谷歌公司也提出了類似倡議，Google X秘密實驗室現在正在研究一個名為“谷歌氣球”的新項目，以借助在平流層飛行的氣球為不適合使用地面網絡的地區提供3G水平的互聯網接入。目前，該公司已經啟動了試驗項目，包括部署在新西蘭的30個氣球和近50個地面服務測試站。

綜上，在未來的5G時代，Wi-Fi不僅會與5G融合，更大的趨勢是構建獨立的“超級Wi-Fi網絡”，為全球提供無線寬帶服務。因此，在5G時代的無線寬帶領域融合與挑戰并存，而挑戰的影響足以改變無線寬帶產業格局的走向。

5 結語

伴隨移動互聯網而崛起的無線寬帶，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技術已向大規模組網漫游進而獨立運營的方向大踏步發展。在未來的無線寬帶領域，打破了3G/4G時代與Wi-Fi融合的從屬格局，“超級Wi-Fi網絡”作為新的競爭主體出現，將使移動互聯網展示出更加精彩的前景。

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作者簡介

何廷潤：現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與頻譜資源研究，主持并參與多項頻譜資源基礎理論研究與頻譜規劃項目研究，發表文章近百篇。