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4G及其后续演进技术与市场现状

2015年7月21日,全球移动通信供应商协会发布了市场报告“Evolution to LTE report: 4G MARKET & TECHNOLOGY UPDATE”。
 
1LTE商用网络数现状与趋势
 
截至目前,共有143个国家正式商用了422张LTE网络或LTE-Advanced网络,共有35个国家正式商用了59张LTE网络。共有176个国家的677个移动通信基础网络运营商正在投资建设LTE网络。
 
LTE终端设备达到了3253款(截至2015年6月),LTE网络连接数为6.35亿(截至2015年第一季度末)。
 
预计到2015年年末,LTE商用网络数目将达到460。
 
2LTE移动通信网络的物理频段利用现状
 
目前,用无线频谱资源紧张,移动通信基础网络运营商就应该在可用的成对物理频段上部署最高效的移动通信网络无线接入技术。LTE无线接入技术可以部署于现有的第二代、第三代移动通信系统物理频段之上,也可部署于一些新的物理频段,比如:2.6 GHz频段——可提高无线热点区域内的移动通信系统容量;或700 MHz与800 MHz等“数字红利”频段——由于具有优秀的射频传播特性,可进行广域网络覆盖,并提高室内移动通信网络覆盖性能。
 
越来越多的移动通信基础网络运营商希望对2G网络的无线频谱资源进行重耕,以用于部署LTE移动通信网络。而大多数国家的政府通信监管部门对此所持有的是技术中立态度。目前,全球范围内,1800 MHz频段是主流的LTE网络部署频段。
 
在越来越多的区域,从地面电视广播系统从模拟制式向数字制式转换后所“释放”出来的700 MHz频段(band 12、13、14及17)与800 MHz频段(band 20)开始成为主流的LTE网络部署频段。亚太、拉美与欧洲已经有超过40个国家的移动通信基础网络运营商部署了APT700移动通信网络,这就意味着,基本上可以对700 MHz频段进行全球LTE协调,从而将带来移动宽带业务设备、能力与漫游等方面的巨大规模经济效益。其中的FDD(频分双工)方案里,band 28频段最受青睐,已经有一些移动通信基础网络运营商正式推出了APT700 band 28频段商用网络。
 
也有一些国家的移动通信基础网络运营商在450 MHz频段部署移动通信网络,主要用于偏远地区及M2M(机器到机器通信)的网络覆盖。芬兰、印度等国已经正式商用了LTE450系统。
 
目前上市的LTE网络设备产品均具有可简化下一代移动通信网络建设与管理并降低相应成本的关键特性,包括:即插即用、自动配置、自组织。LTE无线接入网络本身就部署于简化的、基于IP协议的、更易于建设与维护的、更易于部署各类新兴业务的核心网络及传输网络之上。此外,由移动通信国际标准组织3GPP定义的核心网络也不断地进行着系统架构演进,并朝着数据分组/包模式及IMS(IP Multimedia Subsystem,IP多媒体子系统)的方向进行优化,以使其支持所有的接入技术(包括固定接入技术),并获得以下的收益:
 
(1)将改善延迟、容量及吞吐量;
 
(2)将简化移动通信核心网络,并面向IP数据流量、各类业务及其后续增长进行优化;
 
(3)将简化对于各种非3GPP接入技术的支持及各接入网络之间的切换。
 
这样,演进的移动数据分组/包系统就包含核心网络段、EPC(Evolved Packet Core,演进的分组核心网络)段及无线接入网络段。整个生态系统常被统一地称为“LTE”。
 
Cat 4(Category 4,类型四)是一个很受各移动通信基础网络运营商欢迎的LTE演进阶段,以20 MHz大小的物理带宽即可获得150 Mbps的下行数据吞吐量。
 
目前,“部署LTE-Advanced网络”是全球移动通信行业的主流趋势——已经有超过30%的LTE网络运营商也已推出或正在部署或正在试验LTE-Advanced商用网络。LTE-Advanced网络具有众多先进的技术特性,载波聚合、增强多天线、CoMP(多点协作传输)、Relay(中继)、下行控制信道增强、物联网优化、D2D(终端间直接通信)、3D-MIMO(垂直波束赋形)、LTE-Hi(基于LTE的热点增强)等技术,其中,最先得到商用的是载波聚合技术,从而促进了高数据吞吐速率的提升、对无线频谱资源的最高效使用、移动宽带接入用户使用体验的提升。目前,业界对于具有300 Mbps接入速率的Cat 6(类型六)终端的支持力度很大,而且还在不断地增长。
 
此外,可为LTE用户提供高清语音服务以及富通信服务的VoLTE技术的商用,开始从此前的慢速发展转换到目前快速发展阶段:当前,大约有25%的LTE网络运营商正在投资建设VoLTE系统。
 
LTE Broadcast(LTE广播)系统所采取的主流技术为eMBMS(增强型多媒体广播多播业务),其商用进程较为可观,2015年,进行相关试验的LTE移动通信基础网络运营商及视频服务提供商越来越多。
 
3TD-LTE生态系统发展现状
 
LTE是由移动通信国际标准组织3GPP所定义的开放式标准,其高级/先进的技术性能来源于:原生的灵活性——在无线接入网络段既可采取频谱成对的FDD(Frequency Division Duplexing,频分双工)模式,也可采取非成对频谱的TDD(Time Division Duplexing,时分双工)模式;各种可变大小的信道物理带宽(于其中部署单一的无线接入技术)。
 
全球移动通信行业产业链均参与了LTE标准及其后续演进的相关工作,相关的重点一直在于利用好FDD与TDD这两种双工模式之间的协同,并将相关的协同效应发挥到最大。这就使得LTE移动通信基础网络运营商能最高效率地利用好其现有网络资产、无线频谱资源,同时保证来自于全球移动通信设备供应商的规模经济效益,还可防止出现潜在的市场分割现象。
 
最终的相关结果将是:对FDD与TDD这两种双工模式形成一个主流的、通用的LTE技术规范。事实上,对于这两种双工模式及LTE移动通信系统及其后续演进于未来在全球范围取得巨大的成功而言,LTE标准中大部分都是适用的。
 
目前,大多数商用的LTE移动通信系统均是基于频谱成对的FDD模式,而TD-LTE移动通信系统则起到补充作用,而且是以非成对频谱提供高速移动宽带接入服务的最优选择。据此,已有越来越多的LTE移动通信基础网络运营商部署了LTE-FDD/TD-LTE融合型商用网络。
 
此外,LTE-FDD模式也提供了先进的、面向TD-SCDMA的演进路线图。TD-LTE也是3GPP标准之中的一个完整部分,目前在中国大陆地区得到了最大规模的商用部署,可以提供与LTE-FDD系统相当的网络性能,并获得相当的高无线频谱资源利用效率。
 
随着TD-LTE移动通信系统获得了全球性的IMT(国际移动通信)频段指配与协调,就具有了大量的可用无线频谱资源。其中的2.3 GHz频段具有最大的连续可用无线频谱资源(在物理频段上一共有100 MHz),其次是2.6 GHz频段。此外,在1.9 GHz频段上也有大量部署的TD-LTE移动通信系统。3.5 GHz频段(band 42/43)也被越来越多地作为TD-LTE移动通信系统的部署频段,而且在未来具有巨大的潜力。具体如表1所示。很多的WiMAX网络运营商选择将TD-LTE移动通信系统作为未来业务演进的理想升级方式。
 
1
 
3GPP波段
所在物理频段
TD-LTE商用网络数
band 40
2300 MHz
25
band 38
2600 MHz
13
band 41
2600 MHz
13
band 42
3500 MHz
11
band 39
1900 MHz
1
 
目前,全球一共有35个国家正式商用推出了59张TD-LTE移动通信网络(约占LTE网络总数的七分之一),其中:有17家移动通信基础网络运营商部署了LTE-FDD/TD-LTE融合型商用网络,42张为纯TD-LTE网络;共有305家制造商推出了3253款的LTE终端设备(包括多模、多频终端),其中的37.2%(约1210款。而去年同期的水平仅为28%)为TD-LTE设备——智能手机产品的款数最多(707款),其次是无线路由器及热点设备(297款),再次是调制解调器(90款)、无线模块(55款)、平板电脑(47款)、家庭基站(11款)、智能照相机(3款);如表2所示,band 40与band 38频段具有最大的TD-LTE终端生态系统,band 39与band 41频段也有良好的支持。
 
2
 
所在频段
TD-LTE终端设备的款数
2300 MHz频段的band 40
869
2600 MHz频段的band 48
752
1900 MHz频段的band 39
630
2600 MHz频段的band 41
625
3500 MHz频段的band 42与band 43
32
 
此外,关于TD-LTE终端,还有一个值得注意的发展趋势:LTE-FDD/TD-LTE双模、多频终端产品。
 
4LTE-Advanced移动通信系统在全球的部署现状
 
自从3GPP的LTE Release 10版本起,全球移动通信业界就一直在研发LTE的后续演进——LTE-Advanced移动通信系统。其中主要的代表性技术包括载波聚合(通过获取更多可用无线频谱资源来提高数据率)、高级天线技术/MIMO天线阵列增强(可提高移动通信系统的容量)、中继技术。
 
LTE-Advanced移动通信系统的相关增强包括对HetNets(异构型多层无线接入网络)的优化(可提供更先进/高级的干扰管理,并进一步地提高移动通信系统的容量)。
 
业界对于WCDMA-HSPA及LTE移动通信系统的共同增强包括:(1)为eNobeBs(移动通信基站)及本地移动IP数据流量的卸载/分流进行网络架构方面的增强;(2)进行面向M2M(机器到机器通信)、SRVCC(单一无线语音呼叫连续性)及eMBMS(增强型多媒体广播多播业务)业态所进行的相关优化。
 
Release 10版本是LTE-Advanced的第一个版本,其中引入了载波聚合、中继Relay技术、异构无线接入网干扰消除等技术,并在LTE技术上进行了多天线技术增强,进一步提升了系统性能。
 
Release 11版本在Release 10版本的基础上进一步支持了协作多点传输CoMP技术,通过同小区不同扇区间协调调度或多个扇区协同传输提高系统吞吐量——特别是小区边缘用户的吞吐量。
 
Release 12是LTE-Advanced最新版本,主要标准化工作已经完成,其针对室内外热点等场景进行了优化——Small Cell(小基站)。
 
最新的Release 13阶段已经于2014年第四季度启动,其将继续向提升网络容量、增强业务能力、更灵活地使用无线频谱资源等方面发展。
 
最先得到正式商用的LTE-Advanced技术是载波聚合(2013年年中)。LTE-Advanced移动通信系统的部署已经成为一大主流的行业趋势。
 
截至目前,一共有45个国家正式商用了88个LTE-Advanced移动通信网络。全球有超过30%的移动通信基础网络运营商正在投资建设或试验LTE-Advanced移动通信系统部署(涉及60个国家的131家移动通信基础网络运营商)。
 
5VoLTE系统在全球的部署现状
 
随着LTE移动通信网络覆盖范围的不断扩大、LTE智能手机渗透率的不断提升,通过LTE网络为用户提供IP通信服务就被移动通信基础网络运营商们提上了日程。
 
目前:全球一共有16个国家的25家LTE移动通信基础网络运营商推出了基于VoLTE系统的高清语音商用服务;共有49个国家的103家LTE移动通信基础网络运营商正在对VoLTE系统进行投资(包括:部署、试验与前期研究);共有219款VoLTE设备(其中也含有具有载波聚合功能的终端设备),VoLTE智能手机198款(所有的主流智能手机制造商/供应商均有相关产品)。
 
6LTE1800移动通信系统在全球的部署现状
 
目前,全球范围内,1800 MHz频段是LTE移动通信网络的主流部署频段。移动通信基础网络运营商部署LTE1800系统具有如下的八大动机:
 
(1)与LTE2600系统相比,LTE1800系统的基站小区覆盖范围大致可提升一倍;
 
(2)可以重复利用GSM1800系统或者WCDMA-HSPA2100系统的基站系统(包括天面资源);
 
(3)可以部署异构多层型无线接入网络,同时为用户提供LTE与GSM网络接入;
 
(4)LTE1800系统已在欧洲、亚太、中东、非洲与南美获得了广泛的现网部署,从而有望成为全球核心的LTE移动通信网络部署频段;
 
(5)对于移动通信基础网络运营商们而言,其于1800 MHz频段一般都具有丰富的可用无线频谱资源;
 
(6)相比于900 MHz频段,1800 MHz频段的重耕更易于实现;
 
(7)LTE1800的用户终端设备生态系统在不断地快速发展——早在2011年年末的时候就已经成为用户的优选对象;
 
(8)可以把LTE1800系统作为HSPA以及未来采取新兴频段(比如:2.6 GHz频段、“数字红利”频段)所部属的LTE后续演进型移动通信网络之间的过渡。
 
目前,全球一共有89个国家/地区的187家移动通信基础网络运营商在band 3部署了LTE1800系统(以单个波段或多个波段部署的一部分)。1800 MHz频段已经成为移动通信基础网络运营商们的首选,LTE1800系统得到了最为广泛的部署(在所有LTE移动通信网络之中的占比,到了44.3%),从而极大地方便了移动宽带接入服务的国际漫游。
 
当下,更多的LTE1800系统正在部署之中:已经有将近150个国家向超过350家移动通信基础网络运营商发放了1800 MHz频段商用牌照。
 
目前,全球一共有1543款LTE1800终端设备,其中:(1)智能手机928款——有64款为Category 6(类型六)终端,下行峰值数据速率可达300 Mbps;(2)平板电脑134款,而且是增长最快的终端;(3)有超过47%的LTE终端可支持运行于该频段。
 
7LTE漫游在全球的部署现状
 
很多的移动通信基础网络运营商均为其LTE用户提供国际漫游服务。LTE漫游协议的数量正在快速地增长,最近的包括:
 
Vodafone Romania与50个国家的移动通信基础网络运营商签订了LTE漫游协议;
 
Sprint与27个为偏远地区提供LTE移动通信服务的运营商签订了漫游协议;
 
Swisscom与Dialog Sri Lanka也签订了多个LTE漫游协议;
 
中国移动与71个国家/地区的移动通信基础网络运营商签订了LTE漫游协议。
 
8Category 4(类型四)终端在全球的部署现状
 
目前:全球一共有52个国家已经正式商用了面向类型四终端的LTE网络,下行峰值接入速率为150 Mbps,所需的物理带宽为20 MHz;类型四终端的款数达到了1132(占所有LTE终端设备款数的约35%),其中还包括可支持类型六终端速率的108款终端。
 
9APT700系统在全球的部署现状
 
目前,全球移动通信行业对APT700系统的支持力度非常大。APT700系统包括FDD(频分双工)与TDD(时分双工)这两种模式,前者(上行频段:703 MHz~748 MHz;隔离频段:748 MHz~758 MHz;下行频段:758 MHz~803 MHz。而且已经正式成为3GPP的国际标准——band 28)已获得了全球性的支持,潜在覆盖人口为40亿。
 
截至目前,拉美、亚太、大洋洲、中东与欧洲的共计42个国家的政府通信监管部门已经指配、承诺或推荐以APT700 FDD(band 28)建设LTE移动通信系统。已有13个国家/地区将APT700的band 28频段重新指配给移动通信基础网络运营商。如表3所示,商用网络的总数为11个。
 
3
 
移动通信基础网络运营商
所在国家/地区
商用日期
Digicel
巴布亚新几内亚
2014年3月26日
远传电信
中国台湾地区
2014年6月3日
台湾移动
中国台湾地区
2014年6月4日
Vodafone New Zealand
新西兰
2014年7月18日
Optus Australia
澳大利亚
2014年7月23日
Telstra Australia
澳大利亚
2014年7月25日
Spark New Zealand
新西兰
2014年8月8日
太平洋电信
中国台湾地区
2014年12月24日
C and W
巴拿马
2015年3月11日
Movistar
巴拿马
2015年3月27日
国碁电子
中国台湾地区
2015年5月15日
 
截至目前,包括Acer、Apple、Asus、Foxconn/InFocus、Fujitsu、HTC、华为、LG、Motorola、Samsung、Sierra Wireless、Sony、TCL/Alcatel及中兴在内的主流厂商共提供了139款APT700 band 28终端,其中智能手机121款。
 
10LTE Broadcast系统在全球的部署现状
 
最近几个月,LTE Broadcast的相关商用或试验很密集,全球各大区域的移动通信基础网络运营商均很关注,后续还有很大的发展空间。韩国电信于2014年元月在全球首个商用LTE Broadcast系统。具有eMBMS能力的终端生态系统正在快速地发展。数家移动通信基础网络运营商宣布将在2015年推出LTE Broadcast商用服务。
 
一些广播电视台和内容服务提供商也开始积极地参与到LTE Broadcast生态系统之中,包括英国广播公司BBC,德国、澳大利亚、瑞士的一些广播公司,法国的TDF以及意大利的RAI。
 
部分极具代表性的案例如表4所示:
 
4
 
移动通信基础网络运营商
所在国家/地区
商用状态
Telstra Australia
澳大利亚
正在部署
中国移动
中国
试验完成
中国电信
中国
大规模用户试验
Orange
法国
试验完成
TDF
法国
试验中
Vodafone
澳大利亚
试验完成
IRT
新西兰
试验中
RJIL
中国台湾地区
试验完成
RAI
巴拿马
试验中
TIM
巴拿马
试验中
KPN
中国台湾地区
试验完成
Globe
菲律宾
正在部署
Smart
菲律宾
试验完成
Polkomtel Plus
波兰
试验完成
Meo
葡萄牙
试验中
SingTel
新加坡
试验中
KT
韩国
商用
Vodafone
西班牙
试验完成
Etisalat
阿拉伯联合酋长国
试验中
EE
英国
试验中(联合BBC)
Three UK
英国
试验中
AT&T
美国
正在部署
Verizon Wireless
美国
正在部署
 
 
参考文献:
 
[1] GSA. Evolution to LTE report: 4G MARKET & TECHNOLOGY UPDATE [EB/OL].
http://www.gsacom.com/downloads/pdf/Evolution_to_LTE_report_210715.php4, 2015-07-21.
 
本文作者为上海情报服务平台兼职情报分析员

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