LTE网络部署策略研究.docx

LTE网络部署策略研究 工业和信息化部电信研究院 刘琪从长远来看，宽带移动通信网络向LTE及其以后的无线技术演进是必然趋势，最终2G/3G网络将被更先进的通信技术所替代，但要经历从标准成熟到规模商用，然后逐步替代现有网络的过程。LTE网络部署要采取兼顾运营商投资和网络发展的策略，不是简单的技术升级问题，更多的要考虑激烈的市场竞争、不断涌现的多种需求等因素。运营商更倾向选择一套适合自身特点和本国市场的LTE部署策略。随着宽带移动业务量的飞速增长，全球大多数运营商选择LTE作为未来蜂窝移动通信的演进方向，LTE在新一代移动通信市场中的主导地位已经确立。目前LTE商用网络正在加速部署，但考虑到LTE尚处于起步阶段，频率分配、业务模式、产业链成熟度等因素对网络建设维护成本、用户感知都有较大影响，所以如何在一个合适的时机采用比较稳妥的策略引入LTE网络成为各运营商需要重点考虑的问题（见图1）。LTE标准及技术发展情况作为LTE的标准制定组织，3GPP在2009年3月发布了LTE的Release8版本，原则上完成了LTE标准草案，R8版本是LTE标准的基础版本。3GPP在2010年3月发布了Release 9版本，R9版本为LTE的增强版本，主要增加了支持多流Beamforming、eMBMS、SON、Home eNB等新功能。随着LTE( LTE-A)成为ITU的4G标准，3CPP加快了LTE-A的标准化进程。在201 1年3月3GPP冻结了包括FDD和TDD在内的Release 10版本即LTE -Ad-vanced(LTE-A)，Rl0版本将成为LTE-A关键版本，理论上支持移动状态下lOOMbit/s的下行速率，静止状态下lGbit/s的下行速率。Rl0主要增加了增强的上下行MIMO、载波聚合、无线中继、增强的小区间干扰协调等新功能。LTE设备是各大设备制造商争夺的焦点，随着LTE网络商用的不断推进，主流设备商均宣布提供完整的LTE网络端到端解决方案。LTE基站产品可以分为三类：宏基站、微基站和微微基站。根据咨询公司Maravedis对全球LTE设备合同的统计，截至2011年3月，诺基亚西门子在收购摩托罗拉无线部门后跃居市场第一，占合同总量的35%，华为占21%，中兴排名第三占14%，爱立信、阿朗和三星则分别占10%、8%和8%。对LTE终端进行分析可以得出，目前LTE商用终端逐渐从单模走向多模，但终端以路由器、USBModem为主，手机及其他智能终端仍然匮乏。根据全球移动供应商协会CSA2011年3月底的统计，全球已经有98款LTE终端，其中大部分实现了多模兼容，可支持目前主要的3G网络（HSPA+/EV-DO/TD-SCDMA）。但这些终端中仅有6款手机终端、7款平板电脑和6款笔记本电脑，而路由器、USBModem则占整个终端类型比例的57%，还有22%为测试样机。随着LTE商用网络的建设部署，LTE规划软件成为必不可少的工具。目前业界开发LTE规划工具有主设备制造商、设计院和专门的规划工具开发商。国外更多的是一些专门的规划工具开发商，已开发的规划软件主要针对FDD-LTE网络，但正在开发支持TDD-LTE的规划工具。国内主要的几款规划软件则主要针对TD-LTE，其中部分规划工具不支持多系统联合规划。由于LTE标准中引入了更多动态资源调度算法，导致LTE规划工具的准确性面临更大的挑战。而且网络仿真准确性和关键仿真参数的设定需要现网验证。LTE网络规划工具还需要进一步完善（见表1）。国内外运营商LTE网络部署策略随着数据业务的飞速增长，考虑到竞争压力、网络承载压力、成本驱动等因素，各国运营商纷纷宣布采用LTE的演进路线，并制定了各自的商用进程。随着各国政府监管机构发放LTE频谱牌照，运营商开始进行LTE试验网络及商用网络的建设。截至2010年12月底，全球共开通16个LTE商用网络，按照全球移动供应商协会GSA的预测，截至2012年年底，LTE商用网络将至少达到64个。考虑到企业发展战略、LTE网络设备及相关终端成熟情况，国外主要运营商针对实际情况采用了不同的LTE引入策略。以Vodafone为代表的一批运营商采用了比较稳健的引入策略。尽管Vodafone选择LTE作为未来无线网络演进的方向，但Vodafone并不急于部署LTE网络，而是综合考虑LTE和HSPA+的优势，特别关注技术演进的成本问题，结合竞争对手发展情况确定LTE网络的部署。从2010年9月底开始，Vodafone在12个月内完成了1500个站址的LTE部署。在覆盖区域，LTE基站投入使用后随即提供3Mbit/s的移动宽带速率，按不同位置下行速率还将有所提升，直至50Mbit/s。以Verizon为代表的运营商则采用比较积极的策略。Venzon对于LTE的总体战略是越过HSPA直接进入LTE，同时推进已建CDMA网络的持续演进，已部署的IS-95和IX业务逐步升级到EV-DO。语音业务继续由CDMA网络提供，CDMA网络将在很长一段时间内继续发挥重要作用。截至2010年12月，Verizon的LTE网络开始商用，在全美38个城市共部署了1.4万个基站，来自wwW.lw5u.cOm终端采用CDMA/LTE双模数据卡方式。而作为亚洲主要的运营商，日本NTT DoCoMo对于LTE的总体战略定位是“创新引领者”。基于全球化视野，NTT DoCoMo积极参与3GPP技术标准化，慎重选择LTE业务的推出时机。2010年12月，NTT DoCoMo的LTE网络开始商用，在日本3个城市的核心区域部署约1000个基站，终端主要是3G/LTE多模数据卡。我国提出的TD-LTE已正式成为4G标准之一。中国移动作为TD-LTE网络主要运营商，积极推动整个产业链的发展，TD-LTE已形成涵盖系统设备、基带和射频芯片、终端产品和关键测试仪表的完整产业链。目前，TD-LTE进入了最后的规模试验网阶段，采取“6+1”方案：覆盖上海、杭州、南京、广州、深圳和厦门6个城市，每个城市将部署约100-200个基站；并在北京建设TD-LTE演示网。TD-LTE同时吸引国际运营市场关注，已经有4家国际运营商宣布TD-LTE的商用计划。中国联通现有的WCDMA网络采用了由HSPA+向LTE演进的路线，将在重点城市开通HSPA+，这意味着短时期内中国联通不会开展LTE的部署。中国电信的CDMA网络则倾向采用通过CDMA EV-DO版本B的方式向LTE演进。LTE网络部署策略分析LTE网络功能定位及引入原则在3GPP制定LTE标准之初，LTE网络就定位于大容量、高速率、低延迟和低成本的宽带移动通信系统，能够实现海量数据的有效传输，弥补2C/3C在高速率数据业务方面的不足。所以LTE网络功能定位于高速数据业务，采用全lP的网络架构，不支持传统电路域业务如话音和短信。目前部署的LTE商用网络也主要承载数据业务，终端主要是数据卡的形式。从长远角度来看，未来LTE网络必然要承载语音业务，目前设备制造商普遍支持基于IMS的VoLTE方案，正在解决VoLTE方案的漫游问题，但技术方案仍在验证当中。同时，运营商也在加紧与厂家合作，积极推动VoLTE实现商用。但VoLTE距离正式商用，还需要一段时间。运营商引入LTE网络需要考虑四点因素：LTE技术标准的成熟度；产业链的发展情况，特别是手机等终端的成熟度；数据业务的发展情况以及市场竞争情况。其基本原则是既要保持技术领先，同时又要考虑合理的建网成本。LTE网络的覆盖策略从网络演进方面来考虑，目前LTE网络暂无法独立来自wWW.lw5u.coM承担所有的语音和数据业务，需要与2C/3C网络共同承担业务，所以在未来几年内，LTE网络布局是叠加在已有2C/3G网络之上，以满足数据业务需求为基础，才能达到低成本高效益的网络建设目标。国外主流运营商对LTE网络引入策略也体现了这一特点，以日本最大的运营商NTT DoCoMo为例，LTE网络建设初期的服务区域包括东京23区、大阪市、名古屋市部分地区以及首都圈、爱知县、关西地区的主要5个机场周边，2012年3月共建设约5000个LTE基站，实现县厅所在地级城市都将可以使用LTE网络，覆盖约20%的人口；2012年年底将建设1.5万个基站，覆盖区域将扩大到日本全国主要城市，覆盖人口约40%。到2014年年底前将建设3.5万个LTE基站，人口覆盖率升至70%。整个LTE网络建设过程是一个由点及面的覆盖，充分考虑到终端可与3C网络调频，用户在LTE覆盖区域外可以使用NTT DoCoMo的W-CDMA/HSPA网进行通信。一般LTE网络部署大致可以分为三个主要阶段：第一阶段以覆盖数据热点区域为主。根据移动数据业务的发展情况，在3C业务应用出现饱和的热点区域建设LTE网络，作为3G业务饱和区域的补充覆盖。同时对于室内有高速率数据要求的区域进行重点覆盖建设，提供高速无线宽带接入业务，该阶段终端主要是数据卡和CPE。目前全球部署的LTE商用网络大多处于这个阶段。第二个阶段是在城区扩大LTE网络覆盖，覆盖大部分数据热点区域，并形成连续的区域覆盖。使用户通过手机终端享受到宽带移动互联网、移动多媒体、cs域传统语音以及IMS多媒体等多种业务，语音业务仍由2G/3G网络承载，该阶段终端主要是多模双待手机终端、移动数据终端等。第三阶段LTE网络向郊区、县城。农村扩展，进行全网覆盖，热点地区2C/3G退出，其他地区依靠3C网络承载语音和低速数据业务。该阶段LTE网络将覆盖大部分地区，实现全网lP化，引入PS域承载的VoLTE方案。语音业务也由LTE网络承载，终端出现多模单待手机终端。实际网络的部署都是逐步进行的，不一定严格按照三阶段进行，可以根据用户及业务应用分布情况再确定下一步的建网策略以及覆盖区域。LTE网络使用的频率根据ITU的建议，现有IMT的频谱均可用于LTE的部署。但现有2G/3C技术仍然使用其中大部分的频谱，从国际上已发放的4C频谱牌照看，LTE可用频谱将主要集中在700MHz、2.3GHz以及2.6GHz等新增频段，目前美国分配了700MHz频率，欧盟明确提出将2G业务频率进行重新分配利用，900MHz和1800MHz频段是再利用的重点频段。日本陆续分配2.5G、1.5CHz和1.7GHz等频段。我国将2.3G -2.4GHz划给IMT-2000 TDD系统；韩国率先在这个频段上使用了WiMAX技术，很多获得该频段的运营商宣布采用WiMAX技术。目前各个国家分配的频段不同，700MHz、900MHz、1800MHz、2.3GHz、2.6GHz等频段都将陆续商用，频谱过于分散意味着用户要实现较好的漫游服务，LTE设备和终端必须能够支持多个频段。LTE现网部署中需要考虑的问题根据运营商部署策略，LTE网络是叠加在已有2G/3G网络之上的。考虑到节约投资成本，LTE现网部署主要采用共站址建设方式，但由于LTE引入了MIMO等新的技术，网络架构也发生了变化，所以在现网部署中还需要考虑一些实际问题。共站址建设LTE网络与3G/2G进行共址建设，可以共用机房、铁塔、天面、电源、传输配套设施，节约建网成本。但在共站建设中需要考虑以下问题：如果采用共天面宽频带天线方案，天线的配置和性能问题，特别是LTE系统的MIMO有多种模式，需要考虑如何与2G/3G共用一套天线而相互不影响性能。如果不采用共天面方案，需要考虑增加的LTE多天线与2G/3G天线的隔离度。当多个系统共站建设时，不可避免要存在干扰问题，涉及多系统间的邻频干扰、异频杂散、阻塞干扰以及互调干扰。因此，在具体建设过程中需制定明确的规范以减少系统间干扰。对接入承载网的要求LTE空口接口速率要求达到下行lOOMbit/s，上行50MbiUs，较以往的2G/3C网络有显著提升，从eNodeB到AGW(接入网关)的接入承载网对传输带宽有了更高要求。如果采用传统El链路做为传输承载方式，则传输投资将大大增加，需要采用新的传输组网模式，在满足带宽要求的同时，降低成本。LTE网络对传输带宽需求巨大，必须在接入承载层进行业务汇聚以节省带宽。目前，接入承载层分为接入层、汇聚层、接入节点。接入层可以采用FE/GE的方法。汇聚层一般利用已有的城域网。随着全IP建设的深入，采用GE+数据的组网模式，逐渐成为众多运营商的首选。接人节点位于接入层和汇聚层之间，完成多个基站的传输端口收敛、业务汇聚、获得统计复用增益，执行QoS策略。与2G/3G/WLAN的协调发展随着移动互联网的广泛应用，运营商都清楚地认识到，单纯使用蜂窝移动通信技术无法满足数据业务发展的需求，必须采用WLAN、femtocell等技术进行业务分流。目前主流运营商都在加大投资进行WLAN覆盖，例如中国移动明确表示计划在三年内将全国范围内的WLAN热点数量增加至100万个。可以预见，LTE与2G/3G/WLAN将在一定时期内共存，四张网络需要进行明确的功能定位。以我国某运营商为例，在3-5年内，2G网络定位于广域底层全面覆盖网，仍为话音业务、低速数据业务的主要承载网络，目前有明显的覆盖优势。3G网络逐步成为承载移动数据业务的主要网络，逐步分流传统话音业务，整体规模逐步上升，加快引入HSPA等增强性技术。LTE网络受技术、设备以及终端的成熟度影响，将采用试点的方式引入，承载密集城区高速数据业务，进行数据业务热点覆盖。WLAN作为城区热点地区的补充，提供热点地区高速数据业务，解决热点地区数据业务容量和承载能力不足的问题，有效分流数据流量。四张网络需要充分发挥协同效应，通过高效低成本的覆盖，实现无线网络的优势互补、协调发展。具体部署过程中考虑业务承载能力、无线利用率水平等因素统一考虑规划。LTE网络架构变化的影响LTE系统采用了扁平化的网络架构。首先是无线接入侧只有一种网络结点：eNodeB，融合了3G的NodeB和RNC功能，eNodeB之间引入了X2接口，一部分业务流量可直接在基站之间直接处理，而不用再发往核心网络。同时LTE核心网节点也进行了简化，进一步提升网络性能。但扁平化的网络架构会导致无线网络站点分散而且数量众多，在网络开通、网络配置、网络优化以及网络维护方面增加工作量，虽然LTE标准中引入了SON技术（自组织网络）来降低LTE网络的运营成本和管理成本，但从目前技术和设备成熟情况看，尚不能完全解决网络运维的所有问题。LTE网络的运维还将是一个需要重点考虑的问题(见图2)。（注：本文受“新一代宽带无线移动通信网”国家科技重大专项2009ZX03001项目资助） 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