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蜂窩移動(dòng)通信與無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)融合趨勢(shì)分析

2017-06-16 來(lái)源:中國(guó)信息通信研究院 作者:曹磊 字號(hào):

1、蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)和無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景趨于重合,增強(qiáng)移動(dòng)寬帶場(chǎng)景成為主要融合方向

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)流量的重心從有線向無(wú)線網(wǎng)絡(luò)加快轉(zhuǎn)移,促進(jìn)了無(wú)線市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展。隨著4.5G和5G技術(shù)的發(fā)展,蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)版圖和應(yīng)用場(chǎng)景不斷擴(kuò)張,包括增強(qiáng)移動(dòng)寬帶(eMBB)、海量機(jī)器類通信(mMTC)和超高可靠低時(shí)延通信(URLLC)三大場(chǎng)景。同時(shí),以Wi-Fi為代表的無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)技術(shù)隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,已經(jīng)成為人們?nèi)粘I畋夭豢缮俚臒o(wú)線接入方式,也在向物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域不斷延伸。

蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)與無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景趨于重合,關(guān)系也日趨復(fù)雜,呈現(xiàn)出新的競(jìng)合關(guān)系。

具體來(lái)看,在增強(qiáng)移動(dòng)寬帶(eMBB)場(chǎng)景,IEEE通過(guò)802.11a/b/g/n/ac/ad/ax/ay(Wi-Fi系列標(biāo)準(zhǔn))等逐步發(fā)展,不斷提升物理層傳輸速率,與蜂窩移動(dòng)通信競(jìng)爭(zhēng),同時(shí)又通過(guò)基于802.11u的HotSpot2.0增強(qiáng)WLAN與蜂窩網(wǎng)之間的互聯(lián)互通,提供兩者的業(yè)務(wù)融合。在海量機(jī)器類通信(mMTC)場(chǎng)景,通過(guò)基于802.11ah的HaLow(HaLow由802.11ah的ah變形和表示低功耗的low字樣結(jié)合),發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),滿足智能家居、汽車、零售業(yè)、農(nóng)業(yè)、智能城市環(huán)境等的應(yīng)用需求,與蜂窩移動(dòng)通信充分競(jìng)爭(zhēng)。在超高可靠低時(shí)延通信(URLLC)場(chǎng)景,通過(guò)基于802.11p的WAVE(Wireless Access in the Vehicular Environment,車輛環(huán)境無(wú)線訪問(wèn)協(xié)議),發(fā)展車聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),滿足智能交通系統(tǒng)的相關(guān)應(yīng)用,也形成與蜂窩移動(dòng)通信競(jìng)爭(zhēng)的局面。

也就是說(shuō),蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)和無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)在增強(qiáng)移動(dòng)寬帶場(chǎng)景相互競(jìng)爭(zhēng)中不斷融合,在海量機(jī)器類通信場(chǎng)景和超高可靠低時(shí)延通信場(chǎng)景還處于競(jìng)爭(zhēng)階段。

2、技術(shù)融合由移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)主導(dǎo),在網(wǎng)絡(luò)側(cè)和無(wú)線側(cè)兩個(gè)層面并行發(fā)展

根據(jù)蜂窩移動(dòng)通信和無(wú)線局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)、融合的領(lǐng)域和場(chǎng)景分析可以看出,其融合的技術(shù)發(fā)展方向是從松耦合到緊耦合,再到空口融合,涉及到網(wǎng)絡(luò)側(cè)和無(wú)線側(cè)的融合,并且兩個(gè)層面的融合呈現(xiàn)并行發(fā)展的態(tài)勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)側(cè)融合主要包括兩者在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和業(yè)務(wù)應(yīng)用層面的融合,解決蜂窩網(wǎng)與WLAN的網(wǎng)絡(luò)互通、協(xié)作和業(yè)務(wù)連續(xù)性等問(wèn)題。無(wú)線側(cè)融合主要從接入層充分利用兩者的技術(shù)、頻率等資源,以實(shí)現(xiàn)高頻段、高吞吐量、熱點(diǎn)增強(qiáng)、低復(fù)雜度和靈活組網(wǎng)等目標(biāo),解決頻譜資源緊張的問(wèn)題。

通過(guò)近年移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)的企業(yè)并購(gòu)以及國(guó)內(nèi)外電信運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)整合,產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)具備實(shí)現(xiàn)移動(dòng)蜂窩與WLAN更深層次融合的條件。體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:

從標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)層面看,3GPP在蜂窩網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制定中充分考慮WLAN接入蜂窩網(wǎng);并且全面考慮從網(wǎng)絡(luò)側(cè)融合到無(wú)線側(cè)融合,實(shí)現(xiàn)更精細(xì)化和更深度融合。

從芯片、終端層面看,主流的無(wú)線芯片和智能終端都同時(shí)支持蜂窩網(wǎng)和無(wú)線局域網(wǎng),并且支持2G/3G/4G的多模制式和各協(xié)議版本的802.11a/b/g/n/ac等。

從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備層面看,設(shè)備制造商的小基站(Small Cell)能提供蜂窩網(wǎng)絡(luò)和WLAN網(wǎng)絡(luò)的接入能力;并且能夠提供網(wǎng)絡(luò)側(cè)互通、協(xié)同以及無(wú)線側(cè)空口融合的解決方案。

從運(yùn)營(yíng)層面看,基礎(chǔ)電信運(yùn)營(yíng)商、虛擬運(yùn)營(yíng)商等不同程度地推動(dòng)移動(dòng)蜂窩網(wǎng)和WLAN的業(yè)務(wù)整合,實(shí)現(xiàn)WLAN對(duì)移動(dòng)蜂窩網(wǎng)的補(bǔ)充覆蓋和業(yè)務(wù)分流。

3、通過(guò)VoWiFi和VoLTE完成網(wǎng)絡(luò)側(cè)的業(yè)務(wù)融合,提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)的無(wú)縫切換

基于IMS架構(gòu)通過(guò)VoWiFi和VoLTE提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)的無(wú)縫切換,完成網(wǎng)絡(luò)側(cè)的業(yè)務(wù)融合。隨著LTE網(wǎng)絡(luò)在全球的廣泛部署,運(yùn)營(yíng)商升級(jí)EPC和IMS網(wǎng)絡(luò),將基于VoLTE的業(yè)務(wù)擴(kuò)展到Wi-Fi接入,用戶可以通過(guò)Wi-Fi撥打電話,同時(shí)支持VoLTE和VoWiFi之間的無(wú)縫切換。

VoWiFi給運(yùn)營(yíng)商/用戶帶來(lái)了新價(jià)值,VoWiFi和VoLTE之間是一種互補(bǔ)關(guān)系,Wi-Fi是對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)覆蓋的一種有效手段,可以增強(qiáng)運(yùn)營(yíng)商的競(jìng)爭(zhēng)力,增強(qiáng)用戶體驗(yàn),減少漫游費(fèi)用,減少消費(fèi)者對(duì)OTT業(yè)務(wù)的依賴。

未來(lái)VoWiFi的大規(guī)模商用已經(jīng)成為必然,發(fā)展中機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。

VoWiFi的發(fā)展機(jī)遇來(lái)自于Wi-Fi熱點(diǎn)的全球部署

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,Wi-Fi已經(jīng)在全球普及。截至今年年初,國(guó)內(nèi)Wi-Fi公共熱點(diǎn)約為650萬(wàn)個(gè),家用Wi-Fi熱點(diǎn)1億多個(gè),運(yùn)營(yíng)商Wi-Fi、商用公共Wi-Fi、政府公共Wi-Fi等大概有2.3億個(gè)。龐大的Wi-Fi熱點(diǎn)已經(jīng)為VoWiFi提供了非常好的接入基礎(chǔ)。

VoWiFi的挑戰(zhàn)主要在于支持ePDG架構(gòu)的VoWiFi的原生(native)終端數(shù)量較少。

除IPhone6/6p及以上的版本支持VoWiFi外,目前市面上其他終端廠家僅有幾款終端支持VoWiFi,產(chǎn)業(yè)鏈還比較薄弱。

目前,國(guó)外運(yùn)營(yíng)商積極部署VoWiFi,未來(lái)的大規(guī)模商用已經(jīng)成為必然,并且存在虛擬運(yùn)營(yíng)商/互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)開展VoWiFi業(yè)務(wù)的可能。Wi-Fi產(chǎn)業(yè)在未來(lái)5G的發(fā)展中可能在網(wǎng)絡(luò)互通、協(xié)同和業(yè)務(wù)連續(xù)性等方面給予技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的支持。

4、產(chǎn)業(yè)鏈正探索免許可頻段技術(shù)在無(wú)線側(cè)融合中的應(yīng)用,其發(fā)展面臨較大不確定性

移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)正探索免許可頻段技術(shù)在無(wú)線側(cè)融合中的應(yīng)用,基于LTE的免許可頻段技術(shù)主要包括以LAA和LWA為代表的3GPP標(biāo)準(zhǔn)方案,以及以LTE-U和MulteFire為代表的非3GPP標(biāo)準(zhǔn)方案。蜂窩網(wǎng)免許可頻段技術(shù)的發(fā)展面臨各國(guó)監(jiān)管政策、產(chǎn)業(yè)界態(tài)度、3GPP 5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展、IEEE 802.11系列發(fā)展等諸多影響因素。

3GPP標(biāo)準(zhǔn)融合路線:在4.5G階段以LAA、LWA及后續(xù)演進(jìn)為代表的,僅僅是運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)升級(jí)的備選方案;此融合路線有望在5G階段迎來(lái)新的解決方案。

LAA和LWA發(fā)展路徑取決于運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)部署策略。當(dāng)運(yùn)營(yíng)商許可頻段頻率資源緊張,流量壓力較大的時(shí)候,將考慮采用免許可頻段技術(shù)。如果業(yè)務(wù)需求大,快速部署利用免許可頻段資源,適合采用LAA技術(shù);如果為了保護(hù)Wi-Fi投資,且Wi-Fi可以升級(jí),適合采用LWA技術(shù)。

雖然3GPP在R13和R14中都進(jìn)行了LAA和LWA的標(biāo)準(zhǔn)化研究,但是對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō),這兩種技術(shù)都只能算作是4.5G的備選技術(shù),在網(wǎng)絡(luò)部署中作為與授權(quán)頻段LTE網(wǎng)絡(luò)協(xié)同組網(wǎng)的補(bǔ)充技術(shù)。并且隨著5G新空口(NR)和全頻譜接入技術(shù)的研究和應(yīng)用,在5G時(shí)代來(lái)臨的時(shí)候,運(yùn)營(yíng)商優(yōu)先使用許可頻段的策略給基于LTE的免許可頻段技術(shù)(LAA和LWA)的應(yīng)用帶來(lái)了較大的不確定性。

非3GPP標(biāo)準(zhǔn)融合路線:LTE-U和MulteFire面臨更大挑戰(zhàn),LTE-U可能只在局部地區(qū)商用,而MulteFire有可能演進(jìn)為Wi-Fi技術(shù)的直接競(jìng)爭(zhēng)者,并推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)更深入地介入無(wú)線產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

目前來(lái)看,MulteFire發(fā)展將面臨全方位的挑戰(zhàn)。從產(chǎn)業(yè)界的態(tài)度來(lái)看,運(yùn)營(yíng)商和Wi-Fi陣營(yíng)都反對(duì)。從技術(shù)發(fā)展來(lái)看,MulteFire技術(shù)較Wi-Fi復(fù)雜,需要在后續(xù)演進(jìn)中能夠提供更低的成本和更好的性能。

由于MulteFire采用直接部署在免許可頻段上的模式,相當(dāng)于基于LTE技術(shù)的AP,其面臨和Wi-Fi AP(基于802.11ac/ax)的直接競(jìng)爭(zhēng)。如果發(fā)展成為類似新型商業(yè)Wi-Fi的模式,將使互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)有機(jī)會(huì)進(jìn)一步介入無(wú)線產(chǎn)業(yè)。

作者簡(jiǎn)介:曹磊,中國(guó)信息通信研究院產(chǎn)業(yè)與規(guī)劃研究所高級(jí)工程師

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