基于超級連接世界中擴大網(wǎng)絡(luò)容量的技術(shù)方案

智能聯(lián)網(wǎng)體驗正大幅度提高人們和設(shè)備之間移動數(shù)據(jù)的流量。在全球范圍內(nèi)，移動數(shù)據(jù)流量每年都會翻一番。隨著移動設(shè)備的使用量不斷上升，移動數(shù)據(jù)流量在未來10年內(nèi)可望提高1，000倍（圖1）。

圖1：移動數(shù)據(jù)流量在未來10年內(nèi)可望提高1，000倍。

中國人口總數(shù)超過13.5億，許多移動用戶生活在人口稠密的城市高層建筑環(huán)境中。當(dāng)前及可預(yù)測的未來用戶的需求正在給目前的基礎(chǔ)設(shè)施帶來挑戰(zhàn)。在中國這個人口眾多的國家中，怎樣才能確保移動連接和覆蓋呢？

這種量級的挑戰(zhàn)不僅需要新的資源，還需要采用完全不同的方式來獲得、部署和管理這些資源。同樣重要的是，必須找到能夠以非常低的成本實現(xiàn)這一全新數(shù)據(jù)容量的解決方案。

移動數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)既要求在任何地方使用小型基站來增加網(wǎng)絡(luò)密度，又需要更多的頻譜和新技術(shù)，以便更高效地使用現(xiàn)有頻譜。

隨處可用的小型基站

為有效迎接1，000倍流量的挑戰(zhàn)，需要在任何地方密集部署低功耗小型基站，包括在室內(nèi)和室外、大型和小型環(huán)境中。小型基站重復(fù)使用無線頻譜，在距離用戶更近（且是最需要）的地方提供更多的容量，增強移動覆蓋范圍，并提供最好的體驗。

目前絕大部分的移動流量都在室內(nèi)，比如在家、辦公室、比賽場館、購物中心等?；谶@個原因，需要以新的方式在室內(nèi)部署更多的小型基站。初期研究表明，僅9%的家庭普及率就可能使容量提高500倍， 20% 的家庭普及率就可能使容量提高1，000倍，同時，如果單純采取宏網(wǎng)絡(luò)部署模式，那么需要增加10倍的頻譜。作為美國高通公司旗下全資子公司，美國高通技術(shù)公司在其研究中使用了一個密集住宅區(qū)域，該區(qū)域有多棟多層建筑，小型基站網(wǎng)絡(luò)采用專用頻譜（不同于宏網(wǎng)絡(luò)使用的頻譜），但該公司也在重點研究使臨時小型基站部署模型能夠有效地用于共享頻譜，即宏基站和小型基站使用相同的頻譜。

小型基站通常從無線電規(guī)劃的角度以傳統(tǒng)計劃方式部署。傳統(tǒng)上，運營商會聘用技術(shù)專家審慎地評估建筑物或區(qū)域的布局，執(zhí)行無線電測量，審慎地選擇部署小型基站的位置，調(diào)諧發(fā)送功率，準(zhǔn)備小型基站，以及執(zhí)行驅(qū)動測試。如果要部署大量的小型基站，這可能要耗費很長時間，而且成本很高。基于這個原因，需要發(fā)展以使運營商或合作伙伴能夠在燈桿和墻壁等地方（實際上基本是可以提供回傳和電力的任何地方）臨時或“計劃外”部署更多的小型基站。另外，終端用戶或運營商的合作伙伴還應(yīng)能夠在家庭、辦公室、企業(yè)、購物中心內(nèi)安裝小型基站。運營商不必維護優(yōu)化的無線電規(guī)劃位置，小型基站可以針對無線電條件變化做出調(diào)節(jié)，這使得與部署相關(guān)的成本得到降低，促進了小型基站高度密集網(wǎng)絡(luò)的迅猛增長。最終，可實現(xiàn)持續(xù)推動小型基站的部署和維護成本降低的目標(biāo)。

擴大小型企業(yè)和鄰區(qū)環(huán)境中的容量

隨著數(shù)據(jù)需求急劇提高，運營商正努力提升容量和覆蓋范圍，增強為家庭和中小企業(yè)（SMB）無線用戶提供的服務(wù)，這是絕大部分數(shù)據(jù)被消費的地方。中小企業(yè)、大型企業(yè)和家庭都可以簡便地獲得電力和回傳，這降低了小型基站安裝的相關(guān)成本。中小企業(yè)、住宅和鄰區(qū)小型基站解決方案旨在降低服務(wù)提供的成本，通過更快的移動寬帶服務(wù)和質(zhì)量更好的語音連接改善終端用戶的體驗。它們還可以實現(xiàn)全新的先進服務(wù)，包括在多臺辦公設(shè)備之間共享內(nèi)容、與用戶級交換機（PBX）整合以及其他基于精確室內(nèi)定位的服務(wù)。

用戶還可以利用室內(nèi)部署，在 家庭、中小企業(yè)和大型企業(yè)以外的地方提供覆蓋。這是一種全新的從內(nèi)到外的部署方式，即“開放的鄰區(qū)小型基站”，其中，用戶部署室內(nèi)小型基站，以利用可用的寬帶連接。有些覆蓋提供給家庭或建筑物以外的用戶。在這種方式下，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)本質(zhì)上是隨意性的，因為從運營商角度看，它是沒有規(guī)劃的。除終端用戶外，運營商同樣可能會以沒有規(guī)劃的方式部署小型基站，也會從這種更快速、更簡單的部署模式中受益。

高通技術(shù)公司最新推出的小型基站系統(tǒng)級芯片（SoC）FSM90xx系列，旨在為鄰區(qū)和小型企業(yè)客戶精確提供所需的性能，以全面利用多元融合Wi-Fi和蜂窩接入點及無線路由器，并實現(xiàn)行業(yè)領(lǐng)先的總擁有成本。

FSM90xx系列利用高通技術(shù)公司在蜂窩、Wi-Fi和家庭網(wǎng)絡(luò)中的領(lǐng)先地位，創(chuàng)建可支持先進802.11ac/n Wi-Fi技術(shù)的集成4G小型基站系統(tǒng)級芯片（SoC）。FSM90xx系統(tǒng)級芯片旨在滿足住宅、鄰區(qū)和中小企業(yè)市場的成本目標(biāo)和性能需求，可以簡便地與現(xiàn)有產(chǎn)品（如機頂盒、家庭網(wǎng)關(guān)、寬帶路由器等）集成，使得軟件應(yīng)用能夠同時利用蜂窩和Wi-Fi，提供更好的整體終端用戶體驗。

擴大企業(yè)、城市和微微小區(qū)環(huán)境中的覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)容量

運營商和企業(yè)正在部署更高容量的企業(yè)、城市和微微小區(qū)基站，提高建筑物內(nèi)、園區(qū)中和室外的網(wǎng)絡(luò)容量。

在企業(yè)中，小型基站旨在為增強室內(nèi)覆蓋和網(wǎng)絡(luò)容量提供簡單的低成本方案。隨著越來越多的員工自帶設(shè)備上班（BYOD），這變得極為重要。由于每臺新設(shè)備都會提高數(shù)據(jù)流量，IT經(jīng)理必須保證企業(yè)用戶能夠在辦公室中獲得優(yōu)質(zhì)移動服務(wù)及最高的數(shù)據(jù)速率，同時還要盡可能降低設(shè)備的購置成本。能耗是企業(yè)小型基站的重要考慮因素之一。在企業(yè)中，這些小型基站產(chǎn)品一般采用以太網(wǎng)供電（PoE），以降低對額外電力線的需求，并降低相關(guān)成本。為了符合PoE限制，小型基站必須使功耗降到最小，保持在PoE的功率范圍內(nèi)。

在城市熱點地區(qū)中，由于成本低、部署簡單，運營商可以使用小型基站改善本地覆蓋和網(wǎng)絡(luò)容量，分流宏網(wǎng)絡(luò)流量。小型基站還提供了經(jīng)濟可行的方式，在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施最少的邊遠農(nóng)村地區(qū)提供覆蓋能力和網(wǎng)絡(luò)容量。

高通技術(shù)公司高集成度FSM99xx芯片組提供了業(yè)內(nèi)最完善的一套功能，在最需要的地方（包括繁忙的城市熱點地區(qū)、大型購物中心、體育場館等）增加了3G和4G容量，并在一個可擴展的高效節(jié)能的封裝中，提供了并發(fā)3G和4G操作，以及802.11ac Wi-Fi的選項。FSM99xx系列提供了高集成度，從而減少了電路板空間，實現(xiàn)了緊湊的低成本產(chǎn)品，并降低了功耗。如前所述，低功耗是企業(yè)PoE小型基站的關(guān)鍵，對推動降低小型基站的運營成本至關(guān)重要。FSM99xx系列高度可擴充的設(shè)計使其既適合容量相對較小的小型基站，也適合大容量城市和微微小區(qū)環(huán)境，包括路燈桿上的熱點，以及介于其間的任何場景。

加快超密集小型基站部署

超密集網(wǎng)絡(luò)是下一個大事件。從本質(zhì)上看，超密集小型基站部署拉近了網(wǎng)絡(luò)與用戶的距離，可以在用戶需要的地方提供網(wǎng)絡(luò)容量。高通技術(shù)公司把這些網(wǎng)絡(luò)稱為超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（HetNet），它們將要求成本更低的即插即用小型基站，這些小型基站自行組網(wǎng)，并獨立適應(yīng)新增加的小型基站或其他網(wǎng)絡(luò)變化。從本質(zhì)上看，3G/4G小型基站希望更像Wi-Fi接入點那樣部署。使用有授權(quán)的3G/4G頻譜，將能夠保證服務(wù)質(zhì)量和性能，同時根據(jù)質(zhì)量和服務(wù)盡可能使用Wi-Fi。

UltraSON是高通技術(shù)公司設(shè)計的一套自組織網(wǎng)絡(luò)（SON）功能，可以大規(guī)模部署規(guī)劃外的小型基站，同時提供電信級性能和運營商控制（圖2）。UltraSON解決了多個超密集挑戰(zhàn)，如“規(guī)劃外的”小型基站、強健的移動性和可靠的用戶體驗。它實現(xiàn)了3GPP定義的功能，如ANR（自動鄰區(qū)關(guān)系）、MLB（移動性負載均衡）、MRO（移動性強健優(yōu)化）。3GPP標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定實際算法，標(biāo)準(zhǔn)允許在實現(xiàn)時進行創(chuàng)新。

圖2：UltraSON技術(shù)使簡單、超密集的小型基站部署成為可能。

此外，UltraSON提供了減少頻繁切換、識別回傳的負載管理和負載均衡等功能。它設(shè)計用于許多部署場景，包括住宅、小區(qū)小型基站、企業(yè)、城市和微微小區(qū)，既可以使用專用頻譜，也可以與宏網(wǎng)絡(luò)共享頻譜。為確保強健的移動性和可靠的用戶體驗，減少干擾，必須協(xié)調(diào)小型基站之間以及協(xié)調(diào)小型基站和宏網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系。

2014年3月，高通技術(shù)公司完成第二階段試用，在可想到的最苛刻的運行環(huán)境之一（美國菲尼克斯跑道的全美汽車比賽協(xié)會斯普林特杯車庫）中，驗證了由小型基站組成的UltraSON網(wǎng)絡(luò)，演示了被認為是迄今世界上最密集的LTE室外網(wǎng)絡(luò)。由于該比賽每兩年才舉辦一次，比賽物資在賽前才會到位，所以不可能提前進行規(guī)劃和優(yōu)化。

在試用中，高通技術(shù)公司與斯普林特（Sprint）及全美汽車比賽協(xié)會（NASCAR）合作，使用了Air span的Air Synergy2000 LTE-Advanced微微基站，其中搭載了高通技術(shù)公司的小型基站芯片組和UltraSON。針對每平方公里部署1，000個基站的目標(biāo)，使用專用TDD（時分雙工）頻譜在菲尼克斯國際跑道的整個車庫區(qū)域部署了31個小型基站?？紤]到車庫的實際尺寸，公司實現(xiàn)了相當(dāng)于每平方公里超過1，100個基站的密度。與傳統(tǒng)覆蓋解決方案（如在NASCAR一類場所部署車載基站（COW））相比，小型基站部署提供的容量提高了40倍以上。這次部署相當(dāng)于每平方公里約有1，000個小型基站，如果這樣“沒有規(guī)劃的”部署在極具挑戰(zhàn)性的NASCAR車庫都能正常運行，那么它應(yīng)該能夠在任何地方運行。

高通技術(shù)公司目前正在與小型基站論壇及其他行業(yè)參與者合作，定義SON互操作性標(biāo)準(zhǔn)和測試，以確保運營商能夠部署來自多家廠商的SON解決方案，保證它們能夠共同運行。

發(fā)現(xiàn)和使用新增的頻譜

頻譜是移動互連的生命線。簡而言之，頻譜越多，容量越大，數(shù)據(jù)速率越高，支持的用戶數(shù)量也越多。良好的頻譜是稀缺資源，為了獲得更多的頻譜，需要找到更高頻譜的頻段。

移動網(wǎng)絡(luò)使用不同類型的頻譜， 以在不同環(huán)境中提供無線寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入。因為非授權(quán)頻譜并不“屬于”任何一家網(wǎng)絡(luò)運營商，所以它必須與多種技術(shù)和應(yīng)用共享，特別是在高流量區(qū)域。另一方面，授權(quán)的頻譜亦即清理的頻譜，可提供更嚴格的控制和信道協(xié)調(diào)，從而提供可以預(yù)測的性能。但頻譜仍然是有限的。為了迎接1，000倍流量挑戰(zhàn)，必須最充分地利用所有類型的頻譜，找到新的創(chuàng)新方式獲得更多的頻譜。但怎樣才能針對移動寬帶接入和1，000倍流量最充分地利用非授權(quán)的頻譜呢？

2GHz頻段及以下的頻譜為宏網(wǎng)絡(luò)完美的廣域覆蓋及層層密布的小型基站奠定了基礎(chǔ)。2.4GHz周圍非授權(quán)的頻譜則相對擁擠。

為了迎接1，000倍流量挑戰(zhàn)，業(yè)內(nèi)正在探索更高頻譜的頻段—3GHz及以上頻段—這些頻段有望提供多達10倍的可用頻譜。由于這些較高頻段的覆蓋范圍較小，它們特別適合部署小型基站。此外，由于小型基站部署密度越來越高，較低頻段和較高頻段之間的性能差異正在縮小，從而使得較高頻段更具吸引力。

較高頻段一個很好的實例是3.5GHz周圍的頻譜（視不同市場為3.4GHz～3.8GHz），這可能是討論部署小型基站的第一個“更高的”頻段。這些頻譜以前并不是移動網(wǎng)絡(luò)的主流頻段，主要原因是它們的覆蓋范圍小。也就是說，它們非常適合小型基站，因為小型基站在設(shè)計上擁有較小的覆蓋范圍。事實上，較小的覆蓋范圍有助于降低干擾。為此，有些人已經(jīng)把它稱為“小型基站頻段”。當(dāng)然，需要繼續(xù)查看更高的頻段，才能在將來接入更多的頻譜。

因為頻譜仍然有限，所以必須最充分地利用所有類型的頻譜，包括使用非授權(quán)的頻譜，伺機在常用小型基站中擴大移動寬帶；以及尋求新的創(chuàng)新方式，接入更多的頻譜。

帶寬豐富的5GHz非授權(quán)頻段是擴大移動寬帶的必然之選。鑒于5GHz周圍非授權(quán)的頻段非常寬，這些頻段可以在多家運營商、多名用戶和多種技術(shù)之間有效共享。一個實例是多種技術(shù)正伺機使用非授權(quán)的頻譜，包括Wi-Fi以及高通技術(shù)公司正在開發(fā)的把LTE-Advanced的優(yōu)勢擴展到非授權(quán)頻譜的一種新技術(shù)。該技術(shù)優(yōu)勢在于同時為授權(quán)頻譜和非授權(quán)頻譜提供了一個一體化的LTE網(wǎng)絡(luò)。

世界上許多國家都在5GHz周圍提供了高達500MHz的頻譜，未來還會有更多。例如，美國正在考慮提供近200MHz的新增頻譜，歐盟也考慮在5GHz周圍新增大量的非授權(quán)頻譜。

在中國，基于LTE-Advanced的小型基站仍處于部署的早期階段，因為中國的運營商仍在建設(shè)LTE宏覆蓋。事實上，中國工信部最近向中國三大運營商中的兩家運營商頒發(fā)了FDD LTE牌照，作為中國下一波4G發(fā)展的一部分。也就是說，由于頻譜短缺和費用因素，某些蜂窩系統(tǒng)中正在采用時分雙工（TDD）技術(shù)，如中國的TD-SCDMA和TD-LTE系統(tǒng)。TDD是一種通過半雙工通信鏈路仿真全雙工通信的方法。發(fā)射機和接收機都使用相同的頻率，但在時間上切換發(fā)送和接收業(yè)務(wù)。另一種技術(shù)—頻分雙工（FDD），是建立全雙工通信鏈路的一種方法，該鏈路對發(fā)射機和接收機操作使用兩個不同的無線電頻率。TDD的優(yōu)勢是只需要一條由頻率頻譜組成的信道，而不需要浪費頻譜的保護頻段或信道隔離。也就是說，成功實現(xiàn)TDD要求在發(fā)射機和接收機上都有非常精確的時序和同步系統(tǒng)，以確保時隙不會重疊，否則會造成相互干擾。高通技術(shù)公司不僅在手機解決方案中，而且在小型基站解決方案中，都是LTE-TDD解決方案的領(lǐng)導(dǎo)者之一。高通技術(shù)公司的小型基站解決方案包括DAN34xx、FSM99xx和FSM90xx，支持LTE-TDD技術(shù)，另外市場上有許多OEM小型基站產(chǎn)品基于高通技術(shù)公司的解決方案。通過支持包括載波聚合在內(nèi)的LTE-Advanced解決方案，高通技術(shù)公司小型基站解決方案正持續(xù)推動LTE-TDD的發(fā)展。

載波聚合：利用所有頻譜資源提高帶寬

高通技術(shù)公司正在不斷創(chuàng)新，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)帶寬和頻譜效率。憑借其開創(chuàng)的技術(shù)（DCHSPA+和LTE-Advanced），可以通過載波聚合或多載波和多頻段聚合來實現(xiàn)更寬的帶寬。

一般來說，世界上大部分地區(qū)提供的頻譜都是孤立的。載波聚合就像膠水一樣把它們結(jié)合在一起，提供更寬的帶寬，同時可以利用提供的所有頻譜，為小區(qū)中所有用戶提高用戶數(shù)據(jù)速率。載波聚合可以結(jié)合較低和較高頻段—融合前者更好的覆蓋能力與后者更高的可用性。補充下行鏈路（SDL）可以組合配對和未配對的頻譜，提升下行線路容量。類似地，通過載波聚合，HetNet可以更好地利用頻譜，如小型基站使用較高的頻段（3.5GHz），宏網(wǎng)絡(luò)使用較低的頻段（700MHz）。

從本質(zhì)上看，載波聚合在設(shè)備上融合多個載波，提高了小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)的用戶速率，不管用戶是靠近小區(qū)，還是位于邊緣。載波聚合正在朝著各種方向不斷演進，包括更多的載波（最多5個載波及在標(biāo)準(zhǔn)中支持最高100MHz）、跨越FDD和TDD、跨越多個小區(qū)等。載波聚合實現(xiàn)的更高的數(shù)據(jù)速率可以進行折中，為突發(fā)應(yīng)用獲得兩倍或兩倍以上的網(wǎng)絡(luò)容量，同時在典型網(wǎng)絡(luò)負載條件下保持相同的用戶體驗。

在整個系統(tǒng)中實現(xiàn)更高的效率

最后，整個系統(tǒng)需要實現(xiàn)更高的效率。雖然增加小型基站和頻譜對迎接數(shù)據(jù)需求挑戰(zhàn)有很大的幫助，但是如果能夠改善從所有網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、應(yīng)用和服務(wù)中獲得的整體效率，那么效果將更好。LTE Advanced技術(shù)及其他技術(shù)需要不斷演進，才能最大限度地利用有限的頻譜資源。

高通技術(shù)公司在LTE-Advanced中的創(chuàng)新方式之一是把LTE-Advanced帶入非授權(quán)的頻譜（圖3） ，這既提升了性能，又增強了終端用戶體驗?；贚TE構(gòu)建能夠?qū)崿F(xiàn)整合的無縫移動性，提供更好的用戶體驗。在非授權(quán)的頻譜中，LTE Advanced利用了LTE生態(tài)系統(tǒng)和常用的LTE基礎(chǔ)設(shè)施。它使用授權(quán)頻譜作為穩(wěn)固的控制基礎(chǔ)，伺機聚合非授權(quán)的頻譜提升容量，進而保證更好的、更可靠的用戶體驗。擁有穩(wěn)固的授權(quán)頻譜基礎(chǔ)的LTE核心網(wǎng)絡(luò)可以確保無縫的移動性。

圖3：使1，000倍流量成為可能—針對伺機使用，把LTE-Advanced的優(yōu)勢擴展到非授權(quán)頻譜。

在非授權(quán)的頻譜中使用LTE改善了覆蓋范圍，也可以通過降低覆蓋范圍來提高容量，降低部署成本。與運營商部署的Wi-Fi相比，Wi-Fi需要有高達5倍或更多的接入節(jié)點數(shù)量才能提供LTE在非授權(quán)的頻譜中提供的容量。換句話說，在非授權(quán)頻譜中的LTE與相同接入節(jié)點普及率（用戶普及率）的Wi-Fi相比，提供的容量高達5倍。公共授權(quán)的LTE核心網(wǎng)絡(luò)為非授權(quán)頻譜提供了許多共同功能，如身份驗證、安全和管理。

LTE在非授權(quán)的頻譜中可以與Wi-Fi共存，且比其他Wi-Fi使用影響小。由于高通技術(shù)公司提議的保護功能，在非授權(quán)頻譜中把LTE作為Wi-Fi的鄰居對Wi-Fi造成的影響要低于把另一個Wi-Fi作為鄰居。這意味著，在運營商把Wi-Fi切換到非授權(quán)的LTE-Advanced時，Wi-Fi用戶（不管是私人用戶還是運營商用戶）也能從中受益。

改善中國和世界各地的移動數(shù)據(jù)接入能力

總之，移動無線行業(yè)必須能夠保證經(jīng)濟地面對移動數(shù)據(jù)流量迅猛增長的挑戰(zhàn)，同時繼續(xù)為用戶提供最佳的移動寬帶體驗。

更先進的低成本小型基站網(wǎng)絡(luò)與新增頻譜及更高效地利用現(xiàn)有頻譜相結(jié)合，意味著可以獲得優(yōu)秀的技術(shù)解決方案，在真實世界環(huán)境中實現(xiàn)超高密度，而這對應(yīng)對1，000倍流量的挑戰(zhàn)是必須的舉措。