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LTE利用免许可频段:在争议中前行
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  1、利用免许可频段成为LTE技术演进新思路

  移动互联网快速发展,移动数据流量飞速增长。利用免许可频率分流LTE网络流量成为缓解流量压力的重要手段。但由于LTE与WLAN标准差别较大,两个网络深度融合的难度大,且工作在2.4GHz频段各类设备较多,干扰问题突出,单纯通过部署WLAN网络缓解LTE流量压力效果不佳。

  LTE-Advanced商用后,运营商越来越依赖于通过载波聚合提高带宽。但载波聚合需要运营商拥有较大带宽的频谱资源,而在频谱稀缺的今天,运营商很难一次性拿出数个10MHz甚至20MHz的频谱资源进行载波聚合,频谱资源供需矛盾突出。而全球的免许可频段资源较为丰富,尤其是5GHz频段使用率较低,还未被充分利用,大部分主要国家的5GHz频谱量都在400MHz以上。

  利用5GHz免许可频段,部署改进的LTE系统,实现授权频段和免许可频段LTE系统的深度融合,一方面能够充分利用资源丰富且尚未被充分利用的5GHz免许可频段,另一方面大大降低运营商使用频率资源的成本,因此成为LTE发展演进的一种新思路。

  2、标准化刚刚起步,将分两个阶段实现商用

  LTE利用免许可频段尚处于起步阶段,其技术发展仍在产业竞争中不断探索和尝试。高通联合阿朗、爱立信、三星、Verizon等企业成立了LTE-U论坛,对LTE标准进行了部分修改,使其能够与WLAN在一定程度上共存工作在5GHz的免许可频段。

  由于谷歌、IEEE等标准组织和企业的质疑,LTE-U技术方案未被3GPP纳入正式的LTE标准,但这一思路已经成为LTE技术演进的重要方向,3GPP在R13中正式立项制定LAA标准,重点工作在5GHz免许可频段。目前LAA主要有两种模式,一是补充下行链路模式(SDL, Supplement Downlink),免许可频段只被用来做下行数据链路传输;二是载波聚合模式(CA,Carrier Aggregation),免许可频段用于下行数据链路和上行数据链路,该模式的优势是可灵活调节上行和下行链路免许可频段带宽。在SDL和CA模式中,免许可频段都仅用于数据层,所有的控制层流量都由授权频段承载,运营商对授权和免许可频段资源同时进行控制。2016年即将冻结的LTE R13会形成SDL模式标准,可以实现简单部署和运营,3GPP将在后续的5G标准中进一步研究制定LAA的CA模式标准。

  部分频率资源匮乏的运营商正在积极推进LTE在免许可频段上的部署。但由于运营商策略及监管环境不同,有可能将分为两个阶段实现商用。第一阶段是基于LTE-U的商用,高通的FDD版本芯片已经准备就绪,Verizon计划从2016年开始部署LTE-U技术;第二阶段是基于3GPP Release 13的LAA技术, Vodafone已经在荷兰进行了试商用,利用20MHz的1800MHz许可频段与20Mhz的5GHz免许可频段进行载波聚合,下行传输速率达到了274Mbps。DoCoMo、T-Mobile、SKT、LG U+等运营商也正在积极测试,预计2016年3月标准化完成后,可以实现商用,届时将会有更多的运营商采用。

  3、各国监管要求不同,美国正在对其进行评估

  免许可频段是指在满足相关技术要求下,不需要管理部门许可就能直接使用的频谱资源。全球各国对5GHz免许可频段的监管政策主要分为两类。一类政策是不涉及具体的共存要求和规定,主要限制发射功率,避免干扰相邻频段和共享频段的主要用户,如美国、印度。针对LTE利用免许可频段可能引发的干扰问题,美国FCC还在广泛征集各方意见,并进行全面评估,尚未做出明确规定。另一类政策是设定具体的共存要求和使用区域(室内),必须具备发射功率控制(TPC)及动态频率选择(DFS)干扰抑制技术,该技术要求类似于WLAN标准中的“先听后讲”(LBT,listen before talk),保证与无线电定位等其他无线电业务的共存,如日本、欧盟,由于这些国家的监管要求更为严格,LTE-U不符合监管要求,当地部分运营商正在积极测试符合监管要求的LAA技术。

  4、LTE与WLAN两大阵营之间的巨大争议

  对于部署工作在5GHz免许可频段的LTE系统可能与WLAN等技术产生干扰问题,产业界已经引发巨大争议。美国运营商Verizon和T-Mobile计划部署LTE-U技术,遭到了来自WLAN阵营的反对。LTE-U技术规范主要基于LTE的R10及后续版本空口接口进行修改,加入了避让、载波选择、功率控制等功能,采用SDL模式与授权频段配合使用。LTE-U论坛认为LTE-U能够在不影响WLAN的情况下,可以提升LTE网络性能。但以Wi-Fi联盟、已经大规模部署了WLAN网络的有线电视公司和以谷歌为代表的WLAN阵营企业纷纷提出明确的反对意见,认为LTE-U不是标准化的技术,如果LTE-U部署将会严重影响WLAN的性能,敦促FCC暂缓LTE-U设备的认证。

  考虑到一些国家免许可频段规定和WLAN等技术特点,R13的LAA建议工作在5470-5725MHz、5725-5850MHz和5150-5350MHz(部分地区)频段,一方面符合各国监管机构关于免许可频段的规定,另一方面从共存角度出发,在空中接口方面引入了LBT、自适应小区开关、载波选择等功能,从目前3GPP的仿真结果看,LAA可以与WLAN实现较好共存,但IEEE认为还需要通过一系列研讨,才能确定LAA与WLAN共存的合适方式。

  我们认为,未来LTE将与新一代WLAN技术(802.11ac)在5GHz频段展开竞争。WLAN在免许可频段称霸多年,尽管有蓝牙、ZigBee等技术也使用免许可频段,但其市场规模和影响力远不及WLAN。随着智能手机及移动互联网的发展,WLAN更是逐渐成为移动互联网流量的主要承载网络,根据思科2015年初发布的数据,2014年WLAN分流的移动互联网流量占总量的46%,预计2017年会占51%,到2019年将会进一步扩大到54%。LTE使用免许可频段,将对WLAN产业产生重大影响:一方面可以提升运营商室内覆盖能力,摆脱对WLAN分流的依赖;另一方面LTE将与WLAN刚刚投入商用的新一代技术——802.11ac在5GHz频段上正面竞争,争夺频谱资源,该技术也使用5GHz频段,最高传输速率可达3.2Gbps,2014年802.11ac已经占全球WLAN出货量的11%,若该技术快速在全球得到部署,5GHz的频谱占用度将大大提高,影响LTE系统在免许可频段的使用效率。

  

  传统上一直使用许可频段的蜂窝技术开始拓展免许可频率资源,一方面体现了频率资源的紧张,多种技术共享频谱的理念已经逐渐被产业界接纳,用频模式正在发生巨大转变;另一方面LTE使用免许可频段是未来蜂窝技术发展的一个新方向,其发展对运营商的网络升级和技术演进策略都会产生一定影响,同时也将牵扯到其它利用免许可频率的无线技术产业发展。但LTE利用免许可技术仍面临很多挑战和不确定性,干扰共存的技术问题、监管机构的态度、两大产业的发展速度,都可能对其发展产生巨大影响,值得我们进一步深入研究。

  

  作者简介:

  李珊:中国信息通信研究院规划所无线技术与应用部副主任

  联系方式:lishan@caict.ac.cn       联系地址:北京市海淀区南礼士路海通大厦10层


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