TD-LTE網(wǎng)絡(luò)流量趨勢(shì)研究及規(guī)劃探討

楊育柏，胡文立

（1.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)吉林有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000；2.華為技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518000）

1 TD-LTE用戶與流量的爆發(fā)式增長(zhǎng)

中國(guó)移動(dòng)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)放號(hào)以來(lái)，無(wú)論是商用基站規(guī)模、用戶數(shù)，還是網(wǎng)絡(luò)流量均呈現(xiàn)出了迅猛發(fā)展的態(tài)勢(shì)。截至今年6月底，中國(guó)移動(dòng)的TD-LTE基站數(shù)已經(jīng)達(dá)到90萬(wàn)個(gè)，預(yù)計(jì)在今年年底可達(dá)110萬(wàn)個(gè)；中國(guó)移動(dòng)的4G用戶數(shù)截至6月份已經(jīng)達(dá)到1.9億，預(yù)計(jì)7月有望首次超過(guò)3G用戶數(shù)。

從國(guó)內(nèi)某城市的現(xiàn)網(wǎng)流量統(tǒng)計(jì)看，在2014年10月份4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)總流量首次超過(guò)3G，在11月份又超過(guò)了2G流量。截至2015年6月份，4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)承載了移動(dòng)總網(wǎng)數(shù)據(jù)流量的58%，移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)容量一年內(nèi)增長(zhǎng)10.7倍。隨著4G用戶數(shù)及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的爆發(fā)式增長(zhǎng)，迫切需要對(duì)未來(lái)3—5年的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)增長(zhǎng)量進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，為未來(lái)的目標(biāo)網(wǎng)規(guī)劃提供前瞻性指導(dǎo)。

本文基于中國(guó)移動(dòng)的現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從用戶增長(zhǎng)倍數(shù)到單用戶平均日均流量及增長(zhǎng)預(yù)測(cè)等，對(duì)未來(lái)5年的網(wǎng)絡(luò)流量需求作了量化趨勢(shì)分析，給出了熱點(diǎn)小區(qū)未來(lái)5年逐年的載扇需求預(yù)測(cè)，為目標(biāo)網(wǎng)的容量規(guī)劃提供了參考，從宏觀上給出了網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方向。

2 2020年4G網(wǎng)絡(luò)流量趨勢(shì)分析

首先建立一個(gè)未來(lái)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量需求的預(yù)測(cè)模型，如圖1所示：

圖1 未來(lái)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量需求的預(yù)測(cè)分析模型

分析方法步驟如下：

（1）確定每年4G用戶數(shù)增長(zhǎng)，包括每年移動(dòng)總的用戶數(shù)增長(zhǎng)、2G/3G用戶遷移4G比例，從而確定4G的用戶滲透率；

（2）確定每年4G單用戶流量增長(zhǎng)，從現(xiàn)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)平均日均流量，綜合考 慮現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)變化、日本等發(fā)達(dá)市場(chǎng)用戶流量增長(zhǎng)情況、終端和業(yè)務(wù)變化情況、資費(fèi)變化情況等，確定每年單用戶平均流量增長(zhǎng)率；

（3）通過(guò)考慮VoLTE的商用節(jié)奏和終端支持度，預(yù)測(cè)4G VoLTE話務(wù)量，折算成等效4G容量；

（4）綜合得到4G網(wǎng)絡(luò)流量需求，考慮忙時(shí)收斂比，得到忙時(shí)4G空口網(wǎng)絡(luò)流量需求（含話務(wù)量等效需求）；

（5）類(lèi)似地，可以分別得到2G、3G的忙時(shí)空口網(wǎng)絡(luò)流量需求；

（6）最后結(jié)合站點(diǎn)增長(zhǎng)、宏微分流比例等，確定載扇等需求和節(jié)奏（區(qū)分平均和熱點(diǎn)區(qū)域）。2G/3G的網(wǎng)絡(luò)趨勢(shì)分析可以為2G/3G頻譜資源的Reframing提供指導(dǎo)。

本文聚焦于4G的網(wǎng)絡(luò)趨勢(shì)分析。

2.1 4G用戶數(shù)增長(zhǎng)預(yù)測(cè)分析

4G用戶數(shù)的增長(zhǎng)主要由2G/3G存量用戶的遷移造成；還有一部分來(lái)源于新增用戶的增長(zhǎng)，目前全國(guó)的移動(dòng)電話普及率在不斷提高，并且已經(jīng)有5個(gè)省份的移動(dòng)電話普及率超過(guò)110部/百人，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)移動(dòng)2014年新增移動(dòng)電話用戶3 900萬(wàn)，同比增長(zhǎng)5%。

中國(guó)移動(dòng)4G用戶數(shù)的增長(zhǎng)及未來(lái)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示：

表1 中國(guó)移動(dòng)4G用戶數(shù)預(yù)測(cè)

截至2015年6月，中國(guó)移動(dòng)4G用戶已經(jīng)達(dá)到1.9億，預(yù)計(jì)在2015年底將達(dá)到2.9億以上。

2.2 單用戶流量增長(zhǎng)預(yù)測(cè)分析

當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中中國(guó)移動(dòng)4G用戶日均流量大約是3G的3.5倍，是2G的13倍。未來(lái)隨著以下一些影響因素的趨勢(shì)變化，用戶日均流量有望保持持續(xù)增長(zhǎng)。

（1）視頻等大包業(yè)務(wù)占比不斷增加

2G以語(yǔ)音為主，而3G兼顧語(yǔ)音和數(shù)據(jù)，到4G則主要以數(shù)據(jù)承載為主（即使考慮VoLTE商用后，VoLTE的等效容量承載占比仍遠(yuǎn)低于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)）。另外4G業(yè)務(wù)中視頻占比大幅度增長(zhǎng)，從數(shù)據(jù)分析看出，目前視頻業(yè)務(wù)占比已經(jīng)達(dá)到32%，未來(lái)有望持續(xù)增加。視頻等大包業(yè)務(wù)占比的提高，必定將帶來(lái)用戶流量需求的持續(xù)增加。

（2）大、高清屏智能終端的應(yīng)用將引發(fā)內(nèi)容流量的增長(zhǎng)

智能手機(jī)更新?lián)Q代日益加快，手機(jī)屏幕在向2k/4k屏快速升級(jí)。以720P（1 080×1 920）為例，演進(jìn)到2kP（1 152×2 048）后屏幕像素將增長(zhǎng)為原來(lái)的2.56倍，手機(jī)高清屏幕的引入為高清視頻提供了基礎(chǔ)。目前國(guó)內(nèi)主流視頻網(wǎng)站的手機(jī)視頻以480P和720P為主，在逐步向1 080P提升。大屏和高清屏手機(jī)的普及將導(dǎo)致業(yè)務(wù)內(nèi)容的流量不斷增加，從而引起用戶流量的增長(zhǎng)。

（3）運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)資費(fèi)下降將極大促進(jìn)用戶流量消費(fèi)

資費(fèi)套餐給流量的變化帶來(lái)巨大影響。2015年5月，3家運(yùn)營(yíng)商同步推出降資措施。以中國(guó)移動(dòng)為例，流量綜合資費(fèi)同比將下降35%以上。未來(lái)每“BIT”成本和資費(fèi)將不斷降低，更靈活豐富的流量套餐將激活用戶的流量消費(fèi)，從而引發(fā)用戶流量的持續(xù)增長(zhǎng)。另外網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)要能支撐資費(fèi)套餐等營(yíng)銷(xiāo)體系的發(fā)展變化，要具備一定的前瞻性。

綜合以上因素，中國(guó)移動(dòng)未來(lái)5年單用戶日均流量預(yù)測(cè)如圖2所示：

圖2 單用戶日均流量預(yù)測(cè)

預(yù)計(jì)到2019年底4G單用戶日均流量將達(dá)到400Mbps以上（月均12Gbps）。

2.3 網(wǎng)絡(luò)流量趨勢(shì)預(yù)測(cè)

根據(jù)4G用戶數(shù)的增長(zhǎng)和單用戶流量的增長(zhǎng)，可以得到全網(wǎng)日均網(wǎng)絡(luò)流量的需求。以2014年底的網(wǎng)絡(luò)流量為基準(zhǔn)，未來(lái)幾年網(wǎng)絡(luò)平均流量預(yù)測(cè)如圖3所示：

圖3 網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測(cè)

到2019年底，網(wǎng)絡(luò)流量將比2014年底增加148倍，比2015年底增加21倍。

另外，4G網(wǎng)絡(luò)中流量的分布是極不均衡的，表2統(tǒng)計(jì)了TOPN小區(qū)承載的全網(wǎng)流量占比結(jié)果：

表2 不同熱點(diǎn)小區(qū)承載的全網(wǎng)流量比例

20%熱點(diǎn)小區(qū)的流量需求是全網(wǎng)平均的3.3倍，10%熱點(diǎn)小區(qū)的流量需求是全網(wǎng)平均的4.6倍，而1%熱點(diǎn)小區(qū)的流量需求是全網(wǎng)平均的11倍。

3 未來(lái)目標(biāo)網(wǎng)容量規(guī)劃策略

如上文所述，未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展面臨著超大容量的挑戰(zhàn)，在熱點(diǎn)區(qū)域的容量挑戰(zhàn)尤其突出。

基于未來(lái)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)承載需求預(yù)測(cè)方法，考慮基站數(shù)增長(zhǎng)空間并考慮15%的小站數(shù)據(jù)分流比例后，推導(dǎo)得到的中國(guó)移動(dòng)LTE TDD載波需求預(yù)測(cè)結(jié)果如圖4所示：

圖4 LTE TDD載波需求預(yù)測(cè)

可見(jiàn)，目前宏站的4.5個(gè)TDD載波（90MHz）只能滿足2018年全網(wǎng)平均需求，已經(jīng)不能滿足2017年TOP20%熱點(diǎn)區(qū)域的容量需求。為了有效解決未來(lái)網(wǎng)絡(luò)超大容量挑戰(zhàn)，需要從宏觀層面進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，通過(guò)規(guī)模布署更多小站、2G/3G頻譜Refarming以及引入700M/3.5G等新頻譜來(lái)綜合規(guī)劃解決，從多維度提供發(fā)展所需的網(wǎng)絡(luò)流量承載能力。

3.1 小站的規(guī)模布署勢(shì)在必行

在站點(diǎn)易獲得的場(chǎng)景繼續(xù)增加宏站密度，并利用TDD頻譜進(jìn)行宏站載波擴(kuò)容，另外通過(guò)MIMO等軟特性持續(xù)提升頻譜效率，挖掘宏站網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)承載能力。但是宏站的布署會(huì)逐步遇到瓶頸，到2016年中國(guó)移動(dòng)預(yù)計(jì)將完成140萬(wàn)站的布署，在城市熱點(diǎn)地區(qū)的站間距已經(jīng)小于200m，繼續(xù)獲取宏站站址難度將越來(lái)越大。面對(duì)爆炸式的容量增長(zhǎng)需求，在熱點(diǎn)地區(qū)面臨數(shù)百倍的流量增長(zhǎng)壓力，規(guī)模布署easyMacro等小站來(lái)分流承載更多的網(wǎng)絡(luò)流量，構(gòu)建多段頻、多制式、多形態(tài)的分層立體HetNet（Heterogeneous Network，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)），成為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必由之路。

4G的流量熱點(diǎn)呈現(xiàn)出流量分布不均衡且局點(diǎn)小區(qū)域的流量需求量極大的特征，非常適合“微網(wǎng)格”粒度區(qū)域進(jìn)行小站布署，可以基于2G/3G用戶話務(wù)熱點(diǎn)、4G當(dāng)前流量水平，結(jié)合場(chǎng)景特征實(shí)現(xiàn)“微網(wǎng)格”粒度的流量預(yù)測(cè)，精準(zhǔn)識(shí)別并合理布署小站。

3.2 2G/3G頻譜Refarming，提高頻譜利用率

4G用戶的增長(zhǎng)，絕大多數(shù)是由現(xiàn)網(wǎng)2G/3G用戶遷移而來(lái)，因此4G用戶大發(fā)展，則2G/3G用戶會(huì)減少，相應(yīng)地2G/3G網(wǎng)絡(luò)流量需求也會(huì)逐步降低，因此有必要實(shí)現(xiàn)2G/3G/4G的協(xié)同規(guī)劃，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)趨勢(shì)變化，適時(shí)適量地對(duì)2G/3G頻譜進(jìn)行Refarming以應(yīng)用于4G，充分盤(pán)活頻譜，提高頻譜利用率。

基于某城全網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)，截至2015年6月，4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)承載了全網(wǎng)數(shù)據(jù)流量的58%，一年增長(zhǎng)10.7倍，并且隨著4G用戶的增長(zhǎng)，4G網(wǎng)絡(luò)承載比例仍在持續(xù)快速上升中，預(yù)測(cè)到2017年4G網(wǎng)絡(luò)承載的數(shù)據(jù)流量將占移動(dòng)整體流量的97%；而2G數(shù)據(jù)流量從2014年5月已經(jīng)開(kāi)始下降，一年下降了7%；3G數(shù)據(jù)流量停止增長(zhǎng)，同時(shí)也開(kāi)始出現(xiàn)下降趨勢(shì)。從2014年1月到2015年6月2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)日均流量統(tǒng)計(jì)變化如圖5所示。

按照業(yè)務(wù)需求預(yù)測(cè)，在2016年F頻段可以Refarming用于4G發(fā)展。由于4G VoLTE終端的普及需要時(shí)間，因此2G作為語(yǔ)音承載網(wǎng)絡(luò)仍將發(fā)揮重要作用，預(yù)測(cè)2016年可以Refarming 10M用于4G發(fā)展。

3.3 頻譜資源無(wú)法滿足爆炸式增長(zhǎng)需求，引入新頻譜迫在眉睫

預(yù)計(jì)未來(lái)移動(dòng)數(shù)據(jù)流量將出現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)：從2014年到2019年將增長(zhǎng)148倍。而從承載能力看，基站數(shù)方面，2017年中國(guó)移動(dòng)4G基站數(shù)預(yù)計(jì)達(dá)到2014年的2倍以上；從現(xiàn)有TDD頻譜資源看，宏站可用載波數(shù)可以從單載波擴(kuò)到4.5載波。特別在一些熱點(diǎn)區(qū)域，仍無(wú)法滿足未來(lái)日益增長(zhǎng)的流量高地需求，引入新頻譜迫在眉睫，包括700M和3.5G等新的license頻譜，并啟動(dòng)更高頻段的非license頻段的布署研究。

4 結(jié)束語(yǔ)

圖5 2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)日均流量變化趨勢(shì)

通過(guò)本文的介紹，可以看出與2G/3G相對(duì)平穩(wěn)的流量增長(zhǎng)不同，未來(lái)4G流量將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，4G時(shí)代將是個(gè)“流量至上、頻譜為王”的時(shí)代，前瞻性地考慮流量高地的容量規(guī)劃，將成為運(yùn)營(yíng)商未來(lái)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵。需要充分利用多形態(tài)的站點(diǎn)加密、利舊2G/3G頻譜Refarming、激活700M/3.5G等新頻譜、挖掘TDD+新技術(shù)等以提升頻譜效率，滿足終端用戶流量日益增長(zhǎng)的需求，推動(dòng)流量經(jīng)營(yíng)的快速發(fā)展。

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