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以WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA为代表的3G通信系统在国内已经进入建设中期,相关应用也开展一年有余。虽然受限于较高的价格,选择3G手机的用户并没有占太大的比例,但3G上网在移动领域中已经表现出自己的实力。国内的3G上网卡普遍可以提供2Mbps级别的速率,这固然无法满足在线高清视频的需求,但已可以满足大多数的办公和娱乐应用,这给那些经常需要外出移动的用户带来好消息。
尽管3G的普及尚待时日,但国际通信业已经作好进军4G时代的准备——所谓4G,指的是第四代移动通信系统,虽然国际电联对于4G尚无明确的定义,但普遍认为,4G系统除了提供高质量的语音通讯外,同时也能够提供100Mbps级别的高速数据业务。相信大多数国内消费者会对此感到惊讶,毕竟我们当前的有线宽带都还停留在2Mbps的时代,3G系统也刚刚上线、只被少数追采前卫的用户采用。但在欧美日韩这些地區,100Mbps的有线宽带已经完全普及。它们的3G系统也商用多年、普遍能够提供7Mbps以上的速率,这些国家的互联网高度发达,在线高清、云计算、云存储这些应用无一不需要高速的网络接人,而3G所提供的7Mbps速率已成为瓶颈,发展更先进的4G便成为现实的选择。
4G要达成什么样的目标
对于纯粹的语音通讯来说,2G已经足够使用;即便是可视通话,3G也已经非常充裕;那么什么样的应用才需要用到4G?
答案就是云计算。云计算采取一种客户端一服务器的应用模式,即数据和计算力资源都位于远端的服务器系统中,用户手中的计算设备,仅充当客户端的职能,通过网络获取远端服务器的资源。云计算常见的应用包括WebOffice、在线高清、云渲染和云存储等几个范畴,Google的Chrome OS是第一个为云计算设计的操作系统。
相对于现有的单机计算模式,云计算具有鲜明的优点,包括资源的无限性、授服务收费、高可靠性、设备无依赖性,等等。只要能接入到网络,就能够从云系统中获得一切工作和娱乐资源,这也被认为是计算工业的下一个十年。
而要进入到这样的时代,网络接入自然不能成为瓶颈,以在线高清为例,没有40Mbps以上的网速,是无法承受1080p的在线电影,而基于云上的数据存储和交换也都需要大量的带宽。欧美日韩等地的有线宽带虽然已可初步满足这一要求,但无线宽带才是未来网络接人的主流,显然,3G系统已经无法满足要求,而4G以及WiMAXgli线网络技术被认为是通往云时代的门槛。
在2007年,四大36标准的地位才得以正式确立,它们包括WCDMA、CDMA2000、TD-SC DMA(简称TD)以及移动WiMAX,不过真正进入广泛商用化的只有前三者,移动WiMAX虽然有自身的技术特长,但并未获得广泛支持,只有美国Sprint Nextel公司在致力于建设覆盖全美的移动WiMAX网络,其他地方罕有应用。从2G到3G的演进,对于电信运营商来说不吝于伤筋动骨,巨额的投资、庞大的工程建设以及复杂的网络调试都意味着这样激进的更新换代不可能被反复进行,低成本、平滑的过渡将更受到欢迎。为此,在3G之后,4G概念虽然被提出,但国际电联从未对4G进行标准定义,业界达成的一个共识就是,4G要求能够提供100Mbps能力的数据业务,至于它的构成技术则没有被谈及。
对现行的3G系统进行升级、令它们能够具备这样的能力,这种方式也是运营商们所期望的,全盘更换的激进式技术革命已经不再受欢迎,在这种思想的指导下,通往4G的道路变得逐渐清晰,这便是在现有3G基础上进行平滑的演进,而不再谋求激进的一步到位。
4G标准的三大候选者
在四大3G标准得以正式确立后,3G的商业应用随即铺开,此时,全球移动通信业界的关注目标就转移到3G下一代演进的标准之争上,这其中又以LTE、UMB、802.16m三者为代表,它们分辨代表不同的阵营,竞争的结果同样将决定未来4G时代的产业格局。
我们知道,四大3G标准分别是WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA与移动WiMAX,其中WCDMA为GSM标准的演进,主导者是欧洲电信标准委员会。WCDMA技术非常成熟、且可以在GSM网络基础上作平滑的升级,在全球拥有最多的使用者,国内获得WCDMA牌照的是中国联通。CDMA2000是由美国高通公司所提出,摩托罗拉、朗讯和后来加入的韩国三星都有参与,韩国现在成为该标准的主导者。这套系统是从窄频CDMA One数字标准衍生出来的,令移动通信可以从原有的CDMA One结构直接升级到3G,建设成本低廉,但专利费用颇高。目前使用CDMA的地区只有日、韩、北美和中国,支持者远不如WCDMA多,中国电信获得的就是CDMA的牌照。TD-SCDMA为我国电信工业研发的3G标准,经过十余年的发展也进入到成熟阶段,中国移动所获得就是TD-SCDMA牌照。至于移动WLMAX,实际上WiMAX技术的一个变种——WiMAX最初只是一种为无线城域网设计的高速数据业务,并没有考虑到移动通信的需要,但在业界的推动下最终衍生出移动WiMAX标准,它在数据业务和性价比方面有着鲜明的优势,支持者是以美国Sprint Nextel公司为代表的部分移动运营商。
而在通往4G的道路上,这四大标准分别有着自己的演进计划:WCDMA确立了平滑的LTE(长期演进)方案,继续之前从GSM时代升级的作风;CDMA2000则选择激进的UMB(超移动宽带)技术,移动WiMAX也确立了802.16m标准——如此一来,TD-SCDMA标准对于下一步演进方向的选择,就成为改写格局的重要筹码而备受关注。由于TD与WCDMA有着相同的技术机制,在核心网、空中接口高层协议栈层面均采用了完全相同的标准规范,二者一脉相承的关系令TD很自然地选择了LTE作为长期演进的方向。2007年11月,在中国移动的推动下,TD最终确立了TD-LTE这一后续演进计划。到此为止,通往4G的演进方案最终呈现出“三足鼎立”的格局。而从目前的市场表现来看,这三个路线之间已经明显拉开了差距:CDMA2000阵营的UMB处于颓势、802.16m也充满着悲观的情绪,与此二者相反,LTE却一路高歌猛进、吸引越来越多的移动通信运营商的支持,不出意外的话LTE将成为通往4G的主要桥梁。
LTE:成熟、稳健、平滑的升级方式
LTE(Long Term Evolution, 长期演进)项目的历史可以追溯到2004年3GPP在多伦多召开的会议,该项目并不是为了制定4G标准,而旨在实现对已有3G标准进行改良、使之成为到4G之间的过渡,令3G系统可以平滑地进入到4G时代。因此,LTE也被称为是3.9G的移动通信技术,而3GPP也从“系统性能要求”、“网络的部署场景”、“网络架构”、“业务支持能力”等方面对LTE进行了详细的定义——相较于3G,LTE拥有全方位的技术优势,包括高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容:
LTE的下行峰值速率达到100Mbps、上行也达到50Mbps。
提高了频谱效率,下行链路为5(bit/s)/Hz,相当于HSDPAR6版本的3至4倍;上行链路2.5(bit/s)/Hz,相当于HSUPA R6版本的2至3倍。
以分组企业务为主要目标,系统在整体架构上将基于分组交换。
QoS保证,通过系统设计和严格的QoS机制,保证实时业务(如VoIP)的服务质量。
系统部署灵活,能够支持1.25MHz-20MH z间的多种系统带宽,并支持“paired”和“unpaired”的频谱分配。
降低无线网络的延迟:子帧长度0.5ms和0.675ms,解决了向下兼容的问题,并将网络延迟指标降低到U-plan<5ms,C-plan 增加了小区边界比特速率,在保持目前基站位置不变的情况下增加小区边界比特速率。如MBMS(多媒体广播和组播业务)在小区边界可提供1bit/s/Hz的数据速率。
强调向下兼容,支持已有的3G系统和非3GPP规范系统的协同运作。
LTE项目的发展大体经过两个时间段,从2005年3月到2006年6月完成了可行性研究报告,2006年6月到2007年6月进入实质性的核心技术规范开发,并在同年完成了相关标准的制定。相关产品在2008年开始推出,而经过两年时问的发展,LTE的系统框架到现在大部分已完成、并初步具备商用化的能力。
在基础的构成技术上,LTE采用了OFDMSnMIMO两项关键技术,OFDM(Orthogonal Frequency Division Mulfiplexing)即正交频分复用技术,它属于多载波调制的一种,其主要思想是:将信道分成若干正交子信道,将高速数据信号转换成并行的低速子数据流,调制到在每个子信道上进行传输。OFDM在窄带带宽下也能够发出大量的数据,现行的xDSL、数字视频广播(DVB)、HDTV地面传播等需要高速数据传输的数据系统都采用了这项技术。而MIMO(Mulfiple-Input Mulliple-Out-put,多进多出)技术我们在802.11n标准中熟知,该技术利用多天线系统的空间信道特性,能够同时传输多个数据流,从而有效地提高数据速率和频谱效率。
在这两项技术的共同作用下,LTE很好地实现了预期的性能目标,在20MHz频谱带宽下,LTE能够提供下行100Mbps与上行50Mbps的峰值速率,并且在容量、小区边缘速率、系统延迟等方面都有不错的表现。而从技术的实践性来看,LTE在商用运营方面同样颇具优势,因为LTE是从传统的蜂窝移动通信技术一步一步地踏实演进而来——从2G稳步演进到3G,再到当前在全球范围内加速商用的HSPA,最终到LTE,这种平滑的路线图继承了上一代移动通信的可运营。可管理、具有QoS保证的传统优势,又在数据传输速率、业务支持能力等关键性能上不断提升,移动运营商在现有的网络基础上,通过添加或更换一些设备,就能够实现平滑地演进升级,而不必冒伤筋动骨重建系统的风险。
在LTE规范发展之初,国内通信业界就及时介入到这一领域,TD系统朝向LTE的演进也得以同步进行。早在2005年6月法国召开的3GPP會议上,大唐移动就联合国内通信厂商共同提出了基于OFDM的TDD(时分双工模式)演进模式方案,这项提案在同年11月获得通过,并最终融合到LTE标准体系中。2010年10月,国际电联正式将TD-LTE接纳为第四代移动通信的国际标准。如此一来,LTE实际上就容纳了FDD-LTE和TD-LTE两大体系,其中作为技术源头的FDD-LTE通常也被简称为LTE。
UMB与移动WiMAX前景堪忧
在LTE标准一路高歌猛进的同时,CDMA2000和WiMAX阵营也都没有落后,CDMA阵营所拿出的就是UMB(Ultra Mobile Broadband,超级移动宽带)技术。
UMB项目由3GPP2组织主导,它以OFDMA(正交频分复用接入)技术为基础,专门针对无线移动环境和实时应用进行了优化。UMB继承了DO系统的自适应编码调制、HARQ(物理层混台重传)以及QoS控制机制,结合了CDMA、TDM、QOFDMA(准OFDMA)、LDPC(低密度奇偶校验码)等其它先进技术,同时引入了基于MIMO(多路输入输出)、SDMA(空分复用接入)和Beamforming(波束赋性)等多天线技术,使系统可以在达到更高传输效率的同时经济有效地支持各类具有QOS要求的应用。
UMB的性能十分强悍,它的最高下载速率可以达到288Mbps,而最高上传速率将达到75Mbps,空中接口的平均传输时延达到14.3毫秒,支持的运动时速超过300KM的移动终端,这让它在LTE项目面前毫不逊色。再者,UMB可以在1.25MHz和20MHz间以约150KHz的频率增量灵活部署,支持频段包括450MHz、700MHz、850MHz、1700MHz、1900MHz,1700/2100MHz、1900/2100MH z(IMT)和2500MH z(3G扩展频段),并可以实现同现有的CDMA20001X和1xEV-DO系统兼容,在技术上应该说是CDMA体系中的平滑演进。
然而,与LTE为多国电信企业共同发起的性质不同,UMB完全是由高通公司主导的私有技术,存在专利费用过高的问题,并且也仅仅适用于CDMA2000标准体系,虽然摩托罗拉、中兴通讯及华为均已表态支持,但移动通信运营商对于高通高昂的专利费用早已心生不满,虽然UMB在技术上没有问题,但CDMA阵营却出现运营商大面积“逃离”的情况,一方面来源于专利费的压力,另一方面则是对CDMA前景并不看好。例如。韩国两个CDMA运营商SK电讯和KTF均考虑了多条演进路线,日本CDMA运营商KDDI也于近期获得了日本通信部颁发的WiMAX运营牌照。甚至在更早的时候,就有多 家CDMA运营商选择了放弃该项技术。如在2005年底,澳大利亚Telstra出于节约成本的考虑放弃已有CDMA网络、转投WiCDMA阵营,和黄澳大利亚子公司则干脆于2006年8月底彻底关闭了CDMA网络。在美国,作为第二大CDMA运营商Sprint Nextel也宣布放弃CDMA、且将在未来10年里投入多达50亿美元用于发展移动WiMAX。由于运营商的纷纷出走,UMB就面临着无嫡系CDMA运营商支持的尴尬局面,而随着LTE被国际电联的正式标准化,UMB的前途一片黯淡,注定了将要出局的命运。
与UMB相比,移动WiMAX阵营的情况要乐观一些。移动WiMAX基于802.16m标准,它本来的应用是面向下一代无线宽带网。移动WiMAX目前仍处于发展阶段,它的理论最高速度可以达到1Gbps,在数据业务方面存在显著的性能优势,但在移动通信方面却是弱项,毕竟作为一项全新的技术,WiMAX此前并无成功的建网、运营经验可循,假如运营商选择WiMAX,那么就意味着它需要耗费巨资重新建立一个网络,也要从头引入可运营、可管理,QOS保证这些特性,不吝于是又一次的推倒重来。相对于LTE而言,WiMAX在建网、运营方面均处于明显的下风。
但在2008年之前,移动WiMAX看起来还是风光无限,在Intel、摩托罗拉这些巨头的推动下,包括美國、日本、韩国、意大利、沙特、俄罗斯、台湾等地区的运营商都计划推出基于WiMAX的无线宽带服务,截至2010年底,WiMAX系统累计获得大约400Y/的终端用户——在这些用户中,有很大一部分属于大型专有网络。然而随着LTE的强势出现,WiMAX阵营看起来就非常不妙,LTE在成熟度、部署方面的优势令运营商怦然心动,根据Maravedis对22家WiMAX运营商所作的调查,已有42%的公司正在考虑部署LTE网络,这对WiMAX的发展无疑蒙上一层阴影。
移动WiMAX最大的支持者应该是美国第二大CDMA运营商Sprint Nextel,该公司宣布将在未来10年内投入50亿美元、用于发展移动WiMAX,这场豪赌看起来有点像断臂求存。但没过多久,Sprint Nextel因为推行WiMAX计划的成本增加而导致业绩下滑,Sprint Nextel的首席执行官Gary Forsee也于2007年11月宣布辞职,美国的一些分析师开始质疑Sprint Nextel在WiMAX领域的投资能否收回,并认为“Sprint的管理层应致力于公司现有的运营”。与此同时,对移动WiMAX的悲观论点开始流行,一些分析师甚至认为“移动WiMAX不可能生存”——迈入2008年,这一悲观情绪继续在更多区域蔓延:在4月份,澳大利亚联邦政府宣布废除与Optus/Elders合资公司签订的合同,该合同旨在为全澳建立WiMAX宽带网络。2010年7月,Intel公司宣布退出WiMAx,在这之前它是WiMAX的主要推动者。
LTE的商业化部署现状
随着LTE标准的正式确立,移动运营商和设备制造商都加大了LTE的推进速度,各国政府也对此颇为积极。
在瑞典+早在2008年1月,爱立信就和瑞典运营商TeliaSonera签署LTE商用网络合同,为瑞典首都斯德哥尔摩提供LTE网络覆盖。根据协议,爱立信向TeliaSonera提供的LTE系统包括全新RBS6000系列的LT无线基站、演进分组核心网、包含了Redback公司SmartEdge1200路由器和最新EDA多址接入聚集交换机的移动回程链路解决方案。截至目前为止,斯德哥尔摩的LTE网络已经建设完毕并进入商用化,用户只需要花费每月359瑞典克朗(48美元)的价格,就能够获得30GB的流量,而根据实际的测试结果,斯德哥尔摩的LTE网络可提供33Mbps的平均下载速度和12Mbps的平均上传速度——相信这样的网络速率令2Mbps ADSL的国内用户艳羡不已。
作为世界上网速最快的国家之一,日本政府选择了LTE作为4G网络的标准方案。早在2009年5月,日本总务省就发放了4个LTE牌照,日本几大移动运营商NTT Docomo、软银移动、KDDI和e-Mobile公司都毫无悬念地都获得LTE牌照。有关专家指出,日本政府之所以及早发放LTE牌照,是着眼于在全球领先部署4G。按照日本政府的计划,5年后LTE将覆盖日本50%的人口。而作为日本最大移动运营商的NTT DoCOMO计划在5年内投资3000至4000亿日元,建设LTE基站和骨干通信网,并已在2010年提供LTE商用业务;软银移动也将投资1200亿日元于网络建设,并计划于2011年至2012年提供业务。日本e-Mobile公司计划至2013年的设备投资总额为3000亿日元,其将于2011年开通业务。KDDI将于2012年提供业务。其投资额为1000多亿日元。
在美国,Verizon Wireless公司也正式开始了LTE网络部署计划,Verizon Wireless选定爱立倍与阿尔卡特朗讯作为首要网络供应商,而在这之前,Verizon已与沃达丰携手在美国及欧洲进行相关的LTE商用试验。到现在为止,Verizon的LTE商用业务也已经开始。
对于我国用户而言,虽然最终也将迎来LTE时代一无论中国移动的GSM/TD-SCDMA、中国联通的GSM/WCDMA还是中国电信的CDMA/EV-DO,最终都会演进到LTE。在今年上海的世博会上,中国移动开通了TD-LTE测试网络服务,青岛、厦门和珠海等三个沿海城市的测试网络也即将开始,但我们不应对此抱有太高的期望。毕竟当前国内有线宽带不过停留在2Mbps级别,个别地方1Mbps也不罕见;有线宽带全面提供20Mbps级别的接人速度恐怕都要在5年以后。至于移动运营商,虽然3G已经上马,但高昂的资费和有限的网络容量,都难以满足用户需求,按照现行的速度来看,3G的全面部署恐怕也得要在5年以后,至于LTE所能提供的100Mbps级速率,但愿我们能够在2020年时看到它的全面普及。
尽管3G的普及尚待时日,但国际通信业已经作好进军4G时代的准备——所谓4G,指的是第四代移动通信系统,虽然国际电联对于4G尚无明确的定义,但普遍认为,4G系统除了提供高质量的语音通讯外,同时也能够提供100Mbps级别的高速数据业务。相信大多数国内消费者会对此感到惊讶,毕竟我们当前的有线宽带都还停留在2Mbps的时代,3G系统也刚刚上线、只被少数追采前卫的用户采用。但在欧美日韩这些地區,100Mbps的有线宽带已经完全普及。它们的3G系统也商用多年、普遍能够提供7Mbps以上的速率,这些国家的互联网高度发达,在线高清、云计算、云存储这些应用无一不需要高速的网络接人,而3G所提供的7Mbps速率已成为瓶颈,发展更先进的4G便成为现实的选择。
4G要达成什么样的目标
对于纯粹的语音通讯来说,2G已经足够使用;即便是可视通话,3G也已经非常充裕;那么什么样的应用才需要用到4G?
答案就是云计算。云计算采取一种客户端一服务器的应用模式,即数据和计算力资源都位于远端的服务器系统中,用户手中的计算设备,仅充当客户端的职能,通过网络获取远端服务器的资源。云计算常见的应用包括WebOffice、在线高清、云渲染和云存储等几个范畴,Google的Chrome OS是第一个为云计算设计的操作系统。
相对于现有的单机计算模式,云计算具有鲜明的优点,包括资源的无限性、授服务收费、高可靠性、设备无依赖性,等等。只要能接入到网络,就能够从云系统中获得一切工作和娱乐资源,这也被认为是计算工业的下一个十年。
而要进入到这样的时代,网络接入自然不能成为瓶颈,以在线高清为例,没有40Mbps以上的网速,是无法承受1080p的在线电影,而基于云上的数据存储和交换也都需要大量的带宽。欧美日韩等地的有线宽带虽然已可初步满足这一要求,但无线宽带才是未来网络接人的主流,显然,3G系统已经无法满足要求,而4G以及WiMAXgli线网络技术被认为是通往云时代的门槛。
在2007年,四大36标准的地位才得以正式确立,它们包括WCDMA、CDMA2000、TD-SC DMA(简称TD)以及移动WiMAX,不过真正进入广泛商用化的只有前三者,移动WiMAX虽然有自身的技术特长,但并未获得广泛支持,只有美国Sprint Nextel公司在致力于建设覆盖全美的移动WiMAX网络,其他地方罕有应用。从2G到3G的演进,对于电信运营商来说不吝于伤筋动骨,巨额的投资、庞大的工程建设以及复杂的网络调试都意味着这样激进的更新换代不可能被反复进行,低成本、平滑的过渡将更受到欢迎。为此,在3G之后,4G概念虽然被提出,但国际电联从未对4G进行标准定义,业界达成的一个共识就是,4G要求能够提供100Mbps能力的数据业务,至于它的构成技术则没有被谈及。
对现行的3G系统进行升级、令它们能够具备这样的能力,这种方式也是运营商们所期望的,全盘更换的激进式技术革命已经不再受欢迎,在这种思想的指导下,通往4G的道路变得逐渐清晰,这便是在现有3G基础上进行平滑的演进,而不再谋求激进的一步到位。
4G标准的三大候选者
在四大3G标准得以正式确立后,3G的商业应用随即铺开,此时,全球移动通信业界的关注目标就转移到3G下一代演进的标准之争上,这其中又以LTE、UMB、802.16m三者为代表,它们分辨代表不同的阵营,竞争的结果同样将决定未来4G时代的产业格局。
我们知道,四大3G标准分别是WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA与移动WiMAX,其中WCDMA为GSM标准的演进,主导者是欧洲电信标准委员会。WCDMA技术非常成熟、且可以在GSM网络基础上作平滑的升级,在全球拥有最多的使用者,国内获得WCDMA牌照的是中国联通。CDMA2000是由美国高通公司所提出,摩托罗拉、朗讯和后来加入的韩国三星都有参与,韩国现在成为该标准的主导者。这套系统是从窄频CDMA One数字标准衍生出来的,令移动通信可以从原有的CDMA One结构直接升级到3G,建设成本低廉,但专利费用颇高。目前使用CDMA的地区只有日、韩、北美和中国,支持者远不如WCDMA多,中国电信获得的就是CDMA的牌照。TD-SCDMA为我国电信工业研发的3G标准,经过十余年的发展也进入到成熟阶段,中国移动所获得就是TD-SCDMA牌照。至于移动WLMAX,实际上WiMAX技术的一个变种——WiMAX最初只是一种为无线城域网设计的高速数据业务,并没有考虑到移动通信的需要,但在业界的推动下最终衍生出移动WiMAX标准,它在数据业务和性价比方面有着鲜明的优势,支持者是以美国Sprint Nextel公司为代表的部分移动运营商。
而在通往4G的道路上,这四大标准分别有着自己的演进计划:WCDMA确立了平滑的LTE(长期演进)方案,继续之前从GSM时代升级的作风;CDMA2000则选择激进的UMB(超移动宽带)技术,移动WiMAX也确立了802.16m标准——如此一来,TD-SCDMA标准对于下一步演进方向的选择,就成为改写格局的重要筹码而备受关注。由于TD与WCDMA有着相同的技术机制,在核心网、空中接口高层协议栈层面均采用了完全相同的标准规范,二者一脉相承的关系令TD很自然地选择了LTE作为长期演进的方向。2007年11月,在中国移动的推动下,TD最终确立了TD-LTE这一后续演进计划。到此为止,通往4G的演进方案最终呈现出“三足鼎立”的格局。而从目前的市场表现来看,这三个路线之间已经明显拉开了差距:CDMA2000阵营的UMB处于颓势、802.16m也充满着悲观的情绪,与此二者相反,LTE却一路高歌猛进、吸引越来越多的移动通信运营商的支持,不出意外的话LTE将成为通往4G的主要桥梁。
LTE:成熟、稳健、平滑的升级方式
LTE(Long Term Evolution, 长期演进)项目的历史可以追溯到2004年3GPP在多伦多召开的会议,该项目并不是为了制定4G标准,而旨在实现对已有3G标准进行改良、使之成为到4G之间的过渡,令3G系统可以平滑地进入到4G时代。因此,LTE也被称为是3.9G的移动通信技术,而3GPP也从“系统性能要求”、“网络的部署场景”、“网络架构”、“业务支持能力”等方面对LTE进行了详细的定义——相较于3G,LTE拥有全方位的技术优势,包括高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容:
LTE的下行峰值速率达到100Mbps、上行也达到50Mbps。
提高了频谱效率,下行链路为5(bit/s)/Hz,相当于HSDPAR6版本的3至4倍;上行链路2.5(bit/s)/Hz,相当于HSUPA R6版本的2至3倍。
以分组企业务为主要目标,系统在整体架构上将基于分组交换。
QoS保证,通过系统设计和严格的QoS机制,保证实时业务(如VoIP)的服务质量。
系统部署灵活,能够支持1.25MHz-20MH z间的多种系统带宽,并支持“paired”和“unpaired”的频谱分配。
降低无线网络的延迟:子帧长度0.5ms和0.675ms,解决了向下兼容的问题,并将网络延迟指标降低到U-plan<5ms,C-plan
强调向下兼容,支持已有的3G系统和非3GPP规范系统的协同运作。
LTE项目的发展大体经过两个时间段,从2005年3月到2006年6月完成了可行性研究报告,2006年6月到2007年6月进入实质性的核心技术规范开发,并在同年完成了相关标准的制定。相关产品在2008年开始推出,而经过两年时问的发展,LTE的系统框架到现在大部分已完成、并初步具备商用化的能力。
在基础的构成技术上,LTE采用了OFDMSnMIMO两项关键技术,OFDM(Orthogonal Frequency Division Mulfiplexing)即正交频分复用技术,它属于多载波调制的一种,其主要思想是:将信道分成若干正交子信道,将高速数据信号转换成并行的低速子数据流,调制到在每个子信道上进行传输。OFDM在窄带带宽下也能够发出大量的数据,现行的xDSL、数字视频广播(DVB)、HDTV地面传播等需要高速数据传输的数据系统都采用了这项技术。而MIMO(Mulfiple-Input Mulliple-Out-put,多进多出)技术我们在802.11n标准中熟知,该技术利用多天线系统的空间信道特性,能够同时传输多个数据流,从而有效地提高数据速率和频谱效率。
在这两项技术的共同作用下,LTE很好地实现了预期的性能目标,在20MHz频谱带宽下,LTE能够提供下行100Mbps与上行50Mbps的峰值速率,并且在容量、小区边缘速率、系统延迟等方面都有不错的表现。而从技术的实践性来看,LTE在商用运营方面同样颇具优势,因为LTE是从传统的蜂窝移动通信技术一步一步地踏实演进而来——从2G稳步演进到3G,再到当前在全球范围内加速商用的HSPA,最终到LTE,这种平滑的路线图继承了上一代移动通信的可运营。可管理、具有QoS保证的传统优势,又在数据传输速率、业务支持能力等关键性能上不断提升,移动运营商在现有的网络基础上,通过添加或更换一些设备,就能够实现平滑地演进升级,而不必冒伤筋动骨重建系统的风险。
在LTE规范发展之初,国内通信业界就及时介入到这一领域,TD系统朝向LTE的演进也得以同步进行。早在2005年6月法国召开的3GPP會议上,大唐移动就联合国内通信厂商共同提出了基于OFDM的TDD(时分双工模式)演进模式方案,这项提案在同年11月获得通过,并最终融合到LTE标准体系中。2010年10月,国际电联正式将TD-LTE接纳为第四代移动通信的国际标准。如此一来,LTE实际上就容纳了FDD-LTE和TD-LTE两大体系,其中作为技术源头的FDD-LTE通常也被简称为LTE。
UMB与移动WiMAX前景堪忧
在LTE标准一路高歌猛进的同时,CDMA2000和WiMAX阵营也都没有落后,CDMA阵营所拿出的就是UMB(Ultra Mobile Broadband,超级移动宽带)技术。
UMB项目由3GPP2组织主导,它以OFDMA(正交频分复用接入)技术为基础,专门针对无线移动环境和实时应用进行了优化。UMB继承了DO系统的自适应编码调制、HARQ(物理层混台重传)以及QoS控制机制,结合了CDMA、TDM、QOFDMA(准OFDMA)、LDPC(低密度奇偶校验码)等其它先进技术,同时引入了基于MIMO(多路输入输出)、SDMA(空分复用接入)和Beamforming(波束赋性)等多天线技术,使系统可以在达到更高传输效率的同时经济有效地支持各类具有QOS要求的应用。
UMB的性能十分强悍,它的最高下载速率可以达到288Mbps,而最高上传速率将达到75Mbps,空中接口的平均传输时延达到14.3毫秒,支持的运动时速超过300KM的移动终端,这让它在LTE项目面前毫不逊色。再者,UMB可以在1.25MHz和20MHz间以约150KHz的频率增量灵活部署,支持频段包括450MHz、700MHz、850MHz、1700MHz、1900MHz,1700/2100MHz、1900/2100MH z(IMT)和2500MH z(3G扩展频段),并可以实现同现有的CDMA20001X和1xEV-DO系统兼容,在技术上应该说是CDMA体系中的平滑演进。
然而,与LTE为多国电信企业共同发起的性质不同,UMB完全是由高通公司主导的私有技术,存在专利费用过高的问题,并且也仅仅适用于CDMA2000标准体系,虽然摩托罗拉、中兴通讯及华为均已表态支持,但移动通信运营商对于高通高昂的专利费用早已心生不满,虽然UMB在技术上没有问题,但CDMA阵营却出现运营商大面积“逃离”的情况,一方面来源于专利费的压力,另一方面则是对CDMA前景并不看好。例如。韩国两个CDMA运营商SK电讯和KTF均考虑了多条演进路线,日本CDMA运营商KDDI也于近期获得了日本通信部颁发的WiMAX运营牌照。甚至在更早的时候,就有多 家CDMA运营商选择了放弃该项技术。如在2005年底,澳大利亚Telstra出于节约成本的考虑放弃已有CDMA网络、转投WiCDMA阵营,和黄澳大利亚子公司则干脆于2006年8月底彻底关闭了CDMA网络。在美国,作为第二大CDMA运营商Sprint Nextel也宣布放弃CDMA、且将在未来10年里投入多达50亿美元用于发展移动WiMAX。由于运营商的纷纷出走,UMB就面临着无嫡系CDMA运营商支持的尴尬局面,而随着LTE被国际电联的正式标准化,UMB的前途一片黯淡,注定了将要出局的命运。
与UMB相比,移动WiMAX阵营的情况要乐观一些。移动WiMAX基于802.16m标准,它本来的应用是面向下一代无线宽带网。移动WiMAX目前仍处于发展阶段,它的理论最高速度可以达到1Gbps,在数据业务方面存在显著的性能优势,但在移动通信方面却是弱项,毕竟作为一项全新的技术,WiMAX此前并无成功的建网、运营经验可循,假如运营商选择WiMAX,那么就意味着它需要耗费巨资重新建立一个网络,也要从头引入可运营、可管理,QOS保证这些特性,不吝于是又一次的推倒重来。相对于LTE而言,WiMAX在建网、运营方面均处于明显的下风。
但在2008年之前,移动WiMAX看起来还是风光无限,在Intel、摩托罗拉这些巨头的推动下,包括美國、日本、韩国、意大利、沙特、俄罗斯、台湾等地区的运营商都计划推出基于WiMAX的无线宽带服务,截至2010年底,WiMAX系统累计获得大约400Y/的终端用户——在这些用户中,有很大一部分属于大型专有网络。然而随着LTE的强势出现,WiMAX阵营看起来就非常不妙,LTE在成熟度、部署方面的优势令运营商怦然心动,根据Maravedis对22家WiMAX运营商所作的调查,已有42%的公司正在考虑部署LTE网络,这对WiMAX的发展无疑蒙上一层阴影。
移动WiMAX最大的支持者应该是美国第二大CDMA运营商Sprint Nextel,该公司宣布将在未来10年内投入50亿美元、用于发展移动WiMAX,这场豪赌看起来有点像断臂求存。但没过多久,Sprint Nextel因为推行WiMAX计划的成本增加而导致业绩下滑,Sprint Nextel的首席执行官Gary Forsee也于2007年11月宣布辞职,美国的一些分析师开始质疑Sprint Nextel在WiMAX领域的投资能否收回,并认为“Sprint的管理层应致力于公司现有的运营”。与此同时,对移动WiMAX的悲观论点开始流行,一些分析师甚至认为“移动WiMAX不可能生存”——迈入2008年,这一悲观情绪继续在更多区域蔓延:在4月份,澳大利亚联邦政府宣布废除与Optus/Elders合资公司签订的合同,该合同旨在为全澳建立WiMAX宽带网络。2010年7月,Intel公司宣布退出WiMAx,在这之前它是WiMAX的主要推动者。
LTE的商业化部署现状
随着LTE标准的正式确立,移动运营商和设备制造商都加大了LTE的推进速度,各国政府也对此颇为积极。
在瑞典+早在2008年1月,爱立信就和瑞典运营商TeliaSonera签署LTE商用网络合同,为瑞典首都斯德哥尔摩提供LTE网络覆盖。根据协议,爱立信向TeliaSonera提供的LTE系统包括全新RBS6000系列的LT无线基站、演进分组核心网、包含了Redback公司SmartEdge1200路由器和最新EDA多址接入聚集交换机的移动回程链路解决方案。截至目前为止,斯德哥尔摩的LTE网络已经建设完毕并进入商用化,用户只需要花费每月359瑞典克朗(48美元)的价格,就能够获得30GB的流量,而根据实际的测试结果,斯德哥尔摩的LTE网络可提供33Mbps的平均下载速度和12Mbps的平均上传速度——相信这样的网络速率令2Mbps ADSL的国内用户艳羡不已。
作为世界上网速最快的国家之一,日本政府选择了LTE作为4G网络的标准方案。早在2009年5月,日本总务省就发放了4个LTE牌照,日本几大移动运营商NTT Docomo、软银移动、KDDI和e-Mobile公司都毫无悬念地都获得LTE牌照。有关专家指出,日本政府之所以及早发放LTE牌照,是着眼于在全球领先部署4G。按照日本政府的计划,5年后LTE将覆盖日本50%的人口。而作为日本最大移动运营商的NTT DoCOMO计划在5年内投资3000至4000亿日元,建设LTE基站和骨干通信网,并已在2010年提供LTE商用业务;软银移动也将投资1200亿日元于网络建设,并计划于2011年至2012年提供业务。日本e-Mobile公司计划至2013年的设备投资总额为3000亿日元,其将于2011年开通业务。KDDI将于2012年提供业务。其投资额为1000多亿日元。
在美国,Verizon Wireless公司也正式开始了LTE网络部署计划,Verizon Wireless选定爱立倍与阿尔卡特朗讯作为首要网络供应商,而在这之前,Verizon已与沃达丰携手在美国及欧洲进行相关的LTE商用试验。到现在为止,Verizon的LTE商用业务也已经开始。
对于我国用户而言,虽然最终也将迎来LTE时代一无论中国移动的GSM/TD-SCDMA、中国联通的GSM/WCDMA还是中国电信的CDMA/EV-DO,最终都会演进到LTE。在今年上海的世博会上,中国移动开通了TD-LTE测试网络服务,青岛、厦门和珠海等三个沿海城市的测试网络也即将开始,但我们不应对此抱有太高的期望。毕竟当前国内有线宽带不过停留在2Mbps级别,个别地方1Mbps也不罕见;有线宽带全面提供20Mbps级别的接人速度恐怕都要在5年以后。至于移动运营商,虽然3G已经上马,但高昂的资费和有限的网络容量,都难以满足用户需求,按照现行的速度来看,3G的全面部署恐怕也得要在5年以后,至于LTE所能提供的100Mbps级速率,但愿我们能够在2020年时看到它的全面普及。