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美洲移动通信协会“LTE与5G创新”技术报告(一)

2015年8月18日,美洲移动通信协会发布了技术报告“LTE and 5G Innovation: Igniting Mobile Broadband”,总结了LTE、LTE-Advanced与5G的技术与应用创新。本文对其主要内容进行总结。
 
该技术报告提及,移动宽带行业正在持续发展,为人们的日常生活与工作带来了变革。在二十年以前,手持式的计算设备与无线数据通信设备还是非常稀有的技术,主要被应用于垂直行业市场。而现如今,(美国市场)可联网型移动终端设备的数量比美国的人口总数还要多。
 
即使已经达到了最后的终点,移动通信行业也应当感到振奋:其实,目前正处于一个新的起点之上,具有巨大的潜在提升空间。例如,在过去五年之内,可获得的LTE峰值吞吐速率已经从几十Mbps上升到数百Mbps。而如今,5G(第五代移动通信)的研发进程加快,移动通信工程师们将其峰值吞吐速率的规划值设定为Gbps级别。
 
通过采取无线频谱资源利用效率更高的技术、使用高/超高物理频段内的新兴无线频谱资源、增加基站/无线网络节点的部署密度等,移动通信行业有望在未来十年之内把移动通信无线接入网络的容量提升两到三个数量级。即使无线通信系统的容量赶不上光纤电缆,但是移动宽带接入服务越来越受到人们的欢迎,使得人们不再需要固定有线宽带连接。
 
无线通信技术的发展方向将不仅仅聚焦于为人类提供服务的移动互联网,还将涉及到数百亿计的机器/物体(包括健康监测仪、自动驾驶汽车、无人机等)。具有更强能力的未来第五代移动通信网络还将更为广泛地扩展应用场景。
 
全球看来,蜂窝移动通信行业此前的市场是分散的,存在多个相互竞争的空口标准:GSM(Global System for Mobile Communication,全球移动通信系统)、UMTS(Universal Mobile Telecommunications System,通用移动通信系统)、HSPA(High Speed Packet Access,高速分组/包接入)、CDMA 2000(Code Division Multiple Access 2000,码分多址2000)与WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access,全球微波接入互联)等。而如今,移动通信国际标准组织3GPP的LTE(Long Term Evolution,长期演进)及其后续演进LTE-Advanced统一了空口标准,从而于基础设施及用户终端设备方面去得了巨大的规模经济效益。而未来的第五代移动通信系统将会对此类通信平台作进一步的扩展。
 
此外,在本地局域网络领域,Wi-Fi(无线保真)也同样取得了巨大的成功。随着LTE与Wi-Fi网络的集成度愈发紧密,而且LTE-U(LTE Unlicensed,将LTE移动通信网络运行于非授权物理频段)也在快速地发展,移动通信行业有望最终实现空口接入的全球统一及协调。
 
在2015年,全球移动通信行业所取得最重大发展成绩表现在以下的九大方面:
 
(1)LTE成为全球蜂窝移动通信空口标准
 
此前“四分五裂”的移动通信市场被LTE逐步进行了全球范围内的融合。与此前各代的移动通通信技术相比,LTE的网络部署速度要快得多。
 
(2)LTE-Advanced进一步为移动通信行业提供了巨大优势
 
CA(Carrier Aggregation,载波聚合)这项LTE-Advanced核心技术迅速地得到了各移动通信基础网络运营商的现网部署,从而提高了运营商对底层可用无线频谱资源的利用效率、提高了网络容量、增大了用户数据吞吐率。
 
目前,正处于早期部署阶段或测试阶段的其他LTE-Advanced核心技术包括:可在无线接入网络中部署的SON(Self-Organizing Network,自组织网络);面向使用某个宏基站相同无线射频信道的多个小基站的eICIC(Enhanced Inter-Cell Interference Coordination,小区间干扰协调增强);使得多个站点可同时地处理来自多个移动用户的数字信号、可改善小区边缘性能的CoMP(Coordinated Multi Point,多点协作传输)。
 
(3)第五代移动通信系统的研发取得快速发展势头
 
目前,全球移动通信行业正在努力地定义未来的第五代移动通信系统,各机构/组织均有自己的技术提案。目前仍处于初级研发阶段,有望在2020年年初获得初步商用部署,并将持续至2030年。
 
第五代移动通信网络将会被设计为可集成LTE网络。在第五代移动通信网络获得全面商用之前,很多5G特征将以LTE-Advanced扩展的形式来实现。
 
(4)IoT(物联网)的大规模部署蓄势待发
 
物联网也常被业界称为M2M(Machine-to-Machine,机器到机器)通信,目前获得了快速的市场部署,背后的驱动因素包括LTE对物联网通信的支持力度在逐步增强、其他支撑型的无线技术正在不断发展、服务层标准化(比如OneM2M)。
 
按次发展态势:预计在下一个十年内(2020年~2030年),将有数百亿计的物联网终端接入到现网之中。
 
(5)无线频谱资源仍显宝贵
 
当下,对于移动通信行业而言,授权型无线频谱资源仍显宝贵与稀缺。美国最近的AWS(Advanced Wireless Services,先进无线服务)频谱拍卖拍出了有史以来的最高价就很好地说明了这一点。
 
在美国,规划中的即将拍卖用于发展移动宽带接入服务的包括600 MHz频段(2016年)以及3.5 GHz频段(用于部署小基站。美国联邦通信委员会正在部署拍卖事宜)。
 
用于未来第五代移动通信网络的无线频谱资源还将包括高于30 GHz频点的毫米波频段——其具有相比于现有蜂窝移动通信网络十倍多的可用无线频谱资源。届时,具有1 GHz或更大物理带宽的无线信道将使得第五代移动通信网络无线接入网达到数Gbps级别的峰值吞吐率。
 
(6)非授权型频谱技术与现有蜂窝网络的集成更为紧密
 
对于Wi-Fi与现有蜂窝网络的集成与互通,移动通信行业发展出了更为高效的方式,从而使得用户体验更加“无缝化”(注:指的是两类网络之间的“无缝”切换)。此外,移动通信行业也在大力研发能使LTE移动通信网络运行于非授权型频段的无线接入技术。
 
(7)移动计算开始超越桌面电脑
 
当下,全球范围内,移动终端用户总数已经超过桌面电脑的用户总数。
 
(8)小基站的规模商用部署开始起步
 
移动通信基础网络运营商们开始成规模地部署小基站。最终,现网里上千万的小基站将可巨幅地增大移动通信无线接入网络的容量。为适应这一发展趋势,移动通信行业正在逐步地(但进程缓慢)想法应对包括小基站站址选择、自组织网络部署、无线干扰管理与移动回传等在内的挑战性问题。
 
(9)NFV(Network Function Virtualization,网络功能虚拟化)技术开始小规模的初步商用化部署
 
如果于现网中部署NFV与SDN(Software-Defined Networking,软件定义网络)技术架构,就可降低网络成本、简化各种新兴业务的部署、利于扩大网络规模。
 
目前,一些移动通信基础网络运营商也正在无线接入网络段部署虚拟化技术,其中统一的称谓是cloud RAN(“云”无线接入网络)。
 
参考文献:
 
[1] 4G Americas. LTE and 5G Innovation: Igniting Mobile Broadband [EB/OL].
http://www.4gamericas.org/files/9214/3991/2167/4G_Americas_Rysavy_Research_LTE_and_5G_Innovation_white_paper.pdf?utm_source=4G+Americas+Distribution+List&utm_campaign=8e5b47ab77-Rysavy_Paper_20158_18_2015&utm_medium=email&utm_term=0_a87ff37af0-8e5b47ab77-214190269, 2015-08-18.
 
本文作者为上海情报服务平台兼职情报分析员

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