2009年12月全球數據流量首次超過語音流量以來，移動寬帶的數據流量以每年１００％的速度持續增長。以此推算，從２０１０年到２０２０年，移動寬帶網絡數據流量增長將達到１０００倍。相對于平穩發展的語音業務，豐富的移動寬帶數據業務在移動通信網絡中將占據絕對的統治地位。可以說在未來的10年，整個移動通信產業將全面進入大數據時代。這一不可阻擋的發展趨勢，將會帶給整個產業和社會的生產和生活方式深刻的變革。大數據時代帶給移動通信產業前所未有的挑戰和機遇。從運營商到制造商，從網絡到終端，從內容到服務，整個ICT行業都處在巨大的變革之中。對于運營商而言，這一挑戰尤為嚴峻。國際經驗表明，新興運營商試圖利用這一機遇實現彎道超車，而領先運營商則利用這一時機擴大優勢。例如，韓國運營商LGU+和美國運營商Verizon Wireless就是二者的典范。尤其是LGU+由于采取了激進的新技術（LTE）部署策略，其市場份額由2G/3G時代的7%，躍升到30%，一舉進入主流運營商行列。本文通過對大數據時代，移動通信網絡發展的分析，指出了智能立體網絡這一主要技術發展的趨勢。同時對國內LTE建設的定位，規劃和部署提出了建議。
大數據時代移動接入網絡的基本特征
大數據時代移動接入網絡的基本特征主要包括數據流量指數增長，海量用戶實時在線，和大量的差異化的用戶和業務需求。
海量數據
移動數據流量增長是大數據時代最基本的特征之一。其動力除了越來越多的智能終端的面市和普及，還包括了用戶行為，移動和存儲方式的變革等帶來的流量增長。例如，云存儲不僅會改變用戶習慣，也會改變數據存儲和接入方式，從而成為數據流量持續增長的新動力。
500億連接
愛立信于2010年提出了全球2020年500億連接的宏偉藍圖。未來的移動通信網絡，人與人的通信仍然是其最重要的組成部份。但是，隨著物聯網和行業應用的推廣，人與物和物與物的通信連接將在數量上占據主導地位。人們將實實在在生活在一個網絡社會之中。
大量差異化需求
由于無線連接的多樣化，帶來了對業務需求和服務等級的多樣化。除了對傳輸速率和傳輸時延要求的差異，為了滿足某些新業務（例如，車聯網），對網絡的可靠性也會提出更高的要求。
圖1 2020年移動通信展望
如何應對千倍數字洪流
在大數據時代，移動接入網絡的首要挑戰是來自無線網絡容量的挑戰。面對千倍的容量增長，我們應當如何應對？這是一個全球性問題，需要政府管制機構，產業界和運營商的共同努力來提供一個綜合的解決方案。這里簡單介紹三個主要手段。
充足的頻率儲備
“頻譜是王”對于移動運營商而言毫不為過。站在一個國家層面，充足的頻率資源，決定了網絡可以承載移動寬帶數據流量的基本面。在2G/3G時代，全球大多數國家的公用移動通信頻率在300MHZ-400MHz之間。而分析表明，未來網絡需要大約1500MHz的頻率資源。全球范圍內，除了向更高的頻率拓展（例如，3.5GHz），將較低的優質頻譜分配給公用移動通信也是主要的方向（例如，用于傳統電視業務的700MHz）。此外，近來國際上出現的（在時間和地域上）受控頻譜分享的分配方式可以進一步提升頻譜利用率。
對于運營商而言，頻率是戰略資源。如何獲得更多的廉價而優質的頻率資源尤為重要。此外，頻率資源的全球化協調程度（Harmonization），也直接導致了全球產業鏈在特定頻段的健壯程度和國際漫游能力，從而導致移動寬帶數據流量在不同頻段的不均衡分布。簡單地說，全球化協調頻段由于規模經濟效益，自然會得到全球產業鏈（尤其是高端終端）的優先支持，從而獲得數據流量的優先增長。一個直接的結果就是，獲得該頻段的運營商將會獲得先天的競爭優勢。
另外一個大的趨勢是FDD/TDD融合的趨勢，這里不僅是在終端和系統設備的融合，也是運營層面的頻譜融合和組網融合。由于頻率資源的稀缺，隨著TD-LTE產業鏈的逐步成熟，全球TDD頻譜的拍賣價格也日漸走高。國際運營商也不約而同的將原先視為“雞肋”的TDD頻譜作為戰略資源給以重視。從這個角度講，同時運營FDD和TDD制式的融合的網絡，將會成為未來國際運營商的主流。
新技術引入
新技術是獲得容量提升的重要手段之一。2G/3G/4G的發展歷程充分的體現了這一規律。在3G商用之前，無線通信技術的主要研究和產業化方向，集中在如何提升單鏈路的容量方面，也就是說在給定帶寬的條件下如何實現香農公式提出的容量極限。而這一任務隨著3G商用宣告完成。之后，愛立信從2002年開始4G（LTE-A）研究，重點放在靈活有效的大帶寬接入技術方面（例如，OFDM/OFDMA），并于2007年開始實質性的推進3GPP LTE和LTE-A的標準化工作，截至2011年LTE-A被國際電聯接納為4G標準而告一段落。至此，無線通信技術獲得了前所未有的從180KHz到100MHz的靈活的帶寬接入能力。 從而為大幅提高未來系統的容量奠定了技術基礎。靈活的帶寬接入技術，也為未來差異化的業務需求提供了必要技術支撐。
在此基礎上，其他技術（例如，多天線技術和多點協同技術等）還可以使系統容量獲得一定的提升。但是，總體來看如同其名（即長期演進），LTE/LTE-A技術應當在相當長的一段時間內保持穩定。
圖2 現代無線通信技術發展歷程
網絡架構的演進/智能立體網絡
在可用帶寬和接入能力接近/達到極限的情況下，獲得系統容量增長的主要突破口在于網絡架構的演進和技術創新。特別需要強調的是智能立體網絡（異構網，Heterogeneous Network）的研究和部署。在未來的智能立體網絡中，包括了宏蜂窩，微蜂窩，微微蜂窩，也包括了傳統宏站，拉遠單元，AIR（Antenna Integrated Radio）和基帶池等多種站型。同時，智能立體網絡將會是傳統意義上的移動寬帶技術和WiFi技術，以及FDD/TDD雙工模式融合的網絡。
有一種觀點認為小蜂窩（Small Cell）就是智能立體網絡，其實并不全面。智能立體網絡的核心是多種網元之間的協同和管理。如同智能立體網絡的建設，首先需要保證底層的宏蜂窩的完善和穩定，在站點密度達到極限時，通過引入小蜂窩和有效的干擾管理算法，獲得容量顯著提升。因此，缺乏協同的小蜂窩只能作為網絡覆蓋的補盲輔助手段，而容量的提升必須依靠高級的干擾管理和協調機制。
多樣化，多頻段，多雙工方式的智能立體網絡的規劃，部署，優化，維護，運營將是極大的挑戰。因此，對網絡的智能化和簡單化提出了前所未有的要求。進而對SON(自組網)的要求十分突出。盡量減少網絡的人為干預，將成為運營商和網絡設備制造商的重要競爭領域。
在以上3個方面，由于鏈路級通信技術本身的發展已經接近極限，提升的空間有限，除了傳統的增加建站密度，增加帶寬外，滿足100%年流量增長率的主要技術方向是網絡層面的技術革新，也就是智能立體網絡的建設。在這一領域，為了實現各網元之間的協同和管理，對回傳網絡的性能要求（尤其是非視距的微站的回傳方案），也提出新的挑戰。
最后，強調一下在智能立體網絡中多網協同的問題。應當說，對于任何一個非新興運營商而言，多網協同都是無法回避的問題。但是，應當清楚地看到多網協同應當是走向全LTE網絡建設和運營的過渡階段，而不是運營商追求的終極目標。原因顯而易見，
運營和優化一個網絡的成本和復雜度遠遠低于多網多頻協同。
用戶體驗隨著LTE網絡RCS（Rich Communication Service）能力的提升獲得大幅提升，同時由于網絡間互操作的減少,用戶感知會更加流暢。
通常終端成本會隨著模式的增加而增加。相反，終端支持模式的減少也會使其成本大幅下降。
2012年隨著VoLTE的商用，國際上3GPP2的運營商已經向全LTE網絡邁出了堅實的步伐。
TD-LTE無線網絡分步部署策略
TD-LTE部署分步走
基于LTE-FDD的推廣和部署經驗, 以及GSM和WCDMA的成功經驗，我們建議TD-LTE的商業部署應當本著由簡入繁，穩步推進的分步部署原則。如圖３所示，在網絡覆蓋層面，首先實現熱點和城區的連續覆蓋，技術上優先采用成熟技術，并確保系統的穩定和良好的用戶體驗。在網絡部署中期，逐步擴大覆蓋范圍和完善室內深度覆蓋，并通過新功能和多載波引入提高系統容量。最后在中長期實現智能立體網絡，并適時啟動全LTE網絡演進和建設。
圖3 TD-LTE部署分步部署
頻譜利用的考量
如前所述，為了滿足大數據時代的挑戰，運營商將會采取FDD/TDD融合發展的策略來獲得足夠的頻率資源。對于運營商而言，在部署LTE系統時，應當充分考慮系統演進和擴容的能力， 例如美國某領先運營商在單一市場的平均LTE頻譜儲備達到88MHz。前瞻性的頻譜規劃和部署策略可以借力全球強壯產業鏈的優勢，獲得先天的競爭優勢，反之則可能事倍功半。合理的網絡部署規劃，可以為智能立體網絡的建設打下良好基礎，降低網絡總體部署成本，并保證在未來的競爭中保持優勢。反之，基礎網絡和頻率戰略不當可能引起不必要的重復建設和成本上升。最終導致用戶體驗下降和產業鏈成熟的滯后，從而錯失發展良機。
在頻譜儲備上，由于TD-LTE的有效帶寬(例如，20MHz)僅相當于LTE-FDD的一半（10MHz）。如表1所示，TD-LTE系統設備需要部署較寬的帶寬才可以獲得和FDD系統可比的性能。因此，TD-LTE的頻譜策略需要充分考慮未來市場競爭的需要，否則在網絡部署的中早期就會在市場競爭中處于劣勢，進而不得不重新規劃，重復建設，增加網絡的部署成本和周期。
表1 運營商4G部署中期競爭態勢
同時，從長遠發展的角度，適時考慮在較低頻段部署TD-LTE，或者Refarm較低的FDD頻段也是較優選擇。例如，目前在全球方興未艾的1800MHz的Refram進程。截至2012年10月，全球有30%的LTE網絡部署在這一頻段。主要原因是這一頻率資源較為豐富（2x75MHz）,且產業鏈成熟，例如蘋果IPhone 5和IPad 3/4/Mini均支持這一頻段。在政府層面，歐盟已經與2011年明確了將1800MHz Refarm給LTE FDD使用。
智能立體網絡建設
雖然TD-LTE網絡的部署還處在早期的階段，但是良好的規劃，可以為網絡的演進，容量可持續增長提供堅實的基礎。在實際的操作層面，第一步是實現良好的宏蜂窩連續覆蓋，通過網絡優化，深入挖潛，獲得容量的最大化。統計結果表明，典型的移動寬帶網絡通過優化，其中值速率可以提高3倍，小區邊緣速率可以提高10倍。
第二步是考慮增加基站密度，通過增加宏站密度，獲得容量提升。這一手段簡單有效。但是當密度增加到一定門限時，由于網絡由功率（覆蓋）受限變成干擾受限，網絡的總體容量不再會隨著站點密度的增加而增長。
突破這一瓶頸的主要手段也就是第三步，引入智能立體網絡。例如，小基站（微蜂窩/微微蜂窩）。如何有效部署小基站，如何有效實現宏蜂窩和微蜂窩的協同以及合理的協同等級和規模是網絡規劃階段的重要考慮因素。
在此基礎上，多系統多頻段的分流機制可以有效降低高負荷網絡壓力。但是，網絡互操作的復雜度也隨之上升。用戶體驗則可能有所下降。因此，多網協同應當只是走向全LTE網絡的過度階段，盡量壓縮多網協同的時間窗口，有利于運營商的核心利益。
結束語
大數據時代豐富的頻率儲備和擴容能力對于LTE的部署至關重要。在頻譜資源以外，智能立體網絡的建設是解決系統容量中長期增長的主要手段。由于移動寬帶數據流量的在全球協同頻段優先增長，運營商應當優先選擇國際協同頻段部署LTE系統（例如，2.6GHz的TD-LTE部署），從而分享強壯產業鏈帶來的規模經濟效益和商業紅利。LTE的網絡建設，應當注重系統性能和穩定性，確保優異的用戶體驗。網絡的規劃和建設應當綜合考慮無線功能要求的逐步引入，為未來智能立體網絡的部署打好基礎，并為全LTE網絡的推進做好準備。
