高带宽、扁平化移动网络演进趋势分析

高带宽、扁平化移动网络演进趋势分析

引言

当今时代，随着通信技术的发展和社会信息化的加快，无线网络也正处于高速发展阶段。与此同时，用户对传输带宽及网络可靠性要求逐渐提高。伴随着用户对丰富多彩的业务应用需求日益增加，传统移动通信网络单一的语音及低速数据业务已经无法满足用户需求。为提升移动通信网络的数据承载能力以满足用户日益增长的业务数据传输需求，业界一直在探讨能有效提高无线网络频谱效率的相关关键技术。同时，移动通信网络的架构也在发生着巨大的变革，逐渐呈现出高带宽、扁平化、快速部署以及多网融合等特点。

本文将从移动通信网络演进的五个不同方面分别进行阐述。重点分析无线通信关键技术的演进趋势、集中式网络架构向高传输效率的扁平化网络架构演进趋势、移动网络设备向低成本及快速部署方向演进的趋势、异构网络向融合方向演进的趋势及移动终端演进的发展趋势。

1 移动业务发展趋势

近年来，全球移动数据业务飞速发展，移动宽带用户数的持续高速增长产生了巨大的数据流量。在今后的一段时间内，移动用户仍将呈现持续增长的势态，话音及增值业务的继续增长、数据业务的不断发展都需要高带宽的无线接入网络来承载。根据爱立信的预测，2016年全球将有超过40亿的移动宽带用户。爱立信根据历史数据和数据业务发展的趋势，预计至2016年各种终端无线接入网的流量如图1所示[1]。从图1中的数据可见，语音业务已经进入滞涨期，但手机数据业务和移动PC平板电脑业务数据量将会成倍地增长

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图1 全球无线网络数据流量发展预测

为应对高速增长的无线数据业务需求，移动通信网络已经开始逐步从3G向4G演进，全球移动通信网络的演进升级和部署的步伐正在加快，未来GSM、WCDMA、LTE和WLAN等无线系统将长期共存发展。

在用户业务需求和市场竞争的共同作用下，移动通信技术的发展突飞猛进，呈现出这样几大趋势：网络业务数据化、分组化，网络技术宽带化、智能化，无线系统频谱效率提升，各类网络趋于融合。

2 无线通信关键技术演进

由于无线频谱资源的匮乏，使得有限的无线频谱资

张忠平

中国联合网络通信有限公司 北京 100033

摘　要从五个不同方面对移动通信网络的演进路线进行阐述，重点对无线通信关键技术、移动通信网络架构、网络设备形态、异构网络融合及移动终端的主要演进趋势进行分析，同时，以运营商的视角指出移动通信网络的演进需要兼顾现有网络站址及设备资源，应以优化网络资源配置、简化网络结构和便于网络运营及治理为主要目的。

关键词 移动网络；演进；高带宽；扁平化

源和与日俱增的移动业务需求成为目前矛盾的焦点。如何高效地利用有限的频谱资源来满足各种业务需要，既是移动通信系统的研发重点，也是运营商必须积极面对的重要课题。从技术角度看，移动网络向更高带宽发展的演进方向如下。

2.1 从低阶调制向高阶调制演进

正交幅度调制(Q u a d r a t u r e A m p l i t u d e Modulation,QAM)是振幅和相位相结合调制的一种载波控制方式。当调制阶数较高时，若调制信号星座图中信号矢量分布合理，则会极大提高频谱利用率。从图2中可以看出，16QAM采用了4个连续符号的表征方式，相对于QPSK调制的2个连续符号，调制效率提高一倍，从而使得理论上频谱效率和单用户峰值速率相比QPSK能够提高一倍。移动通信网络中引入64QAM 后，由于64QAM采用了6个连续符号的表征方式，相对于16QAM调制的4个连续符号，调制效率提高了50%，从而使得理论上单用户峰值速率相比较于16QAM能够提高50%。例如采用64QAM调制的HSPA系统单天线下行峰值速率可以达到21.6Mb/s(3GPP R7协议规定了下行峰值速率为21Mb/s)[2]。但是，采用更高阶调制方式对网络接入信道的质量要求提高，也就是说只有在信道条件较好的情况下才能选择64QAM的高阶调制，在信道条件一般的区域，移动终端只能采用16QAM，甚至在较差区域选择QPSK的调制方式。

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图2 QPSK、16QAM和64QAM星座图

2.2 多址技术向高频谱效率演进

随着无线通信演进，多址技术经历了FDMA、TDMA、CDMA和OFDMA四个阶段的发展。不同的多址技术有各自的优势，也有相应的缺陷。多址技术向OFDMA的演进，提升了系统传输效率，提高了频谱利用率。

正交频分复用(Orthoqonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)把高速的数据流通过串并变换，分配到传输速率相对较低的若干子信道中进行传输。在频域内将整个信道带宽划分为若干相互正交的子信道，各子信道利用相互正交的载波分别进行调制，信号通过各个子信道独立传输。OFDM的频谱效率相比串行系统提高近一倍。由于OFDM信号的相邻子载波相互重叠，理论上其频谱利用率接近Nyquist极限[3]。

2.3 从单天线向多天线演进

1) MIMO(Multiple-input Multiple-output)传输技术。MIMO无线通信技术是天线分集与空时处理技术相结合的产物，它的提出为现代无线通信开辟了一个全新的领域，运用先进的无线传输与信号处理技术，充分利用无线通信的多径传输，开发空间资源，建立空间并行传输通道。在不增加带宽的情况下，成倍提高无线通信的质量与数据速率。它给未来移动通信系统，特别是为高速数据接入业务，提供了一种可极大提高数据传输速率的手段。

2) 智能天线技术。波束赋形技术是智能天线中最为关键的技术，是一种应用于小间距天线阵列的多天线技术。其主要原理在于利用空间信道的强相关性及波的干涉原理产生强方向性的辐射方向图，使辐射方向图的主瓣自适应地指向用户来波方向，以提高信噪比，从而提升系统容量或者覆盖范围。波束赋形除可以进行单流的数据传输之外，还支持分组的多流数据传输[4]。分组波束赋形又有多种实现方式，一种方式是直接在等间距的均匀直线阵上进行分组，其优势在于天线分组情况可以动态地变化，从而匹配不同的空间信道状态[5]。另外一种分组波束赋形的实现方式是将两组天线间的距离人为地扩大，以降低两组天线之间的相关性，从而优化多流情况下的传输，但其灵活性较低[6-7]。

2.4 从单载波向多载波演进

在WCDMA系统中，随着各项关键技术的逐步增