蜂窝移动通信与无线局域网技术融合趋势分析

2017-06-16 来源:中国信息通信研究院作者:曹磊 我要评论(0) 字号:

1、蜂窝移动通信技术和无线局域网技术的应用场景趋于重合,增强移动宽带场景成为主要融合方向

移动互联网和物联网的迅猛发展驱动数据流量的重心从有线向无线网络加快转移,促进了无线市场的蓬勃发展。随着4.5G和5G技术的发展,蜂窝移动通信技术版图和应用场景不断扩张,包括增强移动宽带(eMBB)、海量机器类通信(mMTC)和超高可靠低时延通信(URLLC)三大场景。同时,以Wi-Fi为代表的无线局域网(WLAN)技术随着移动互联网的发展,已经成为人们日常生活必不可少的无线接入方式,也在向物联网、车联网等领域不断延伸。

蜂窝移动通信技术与无线局域网技术的应用场景趋于重合,关系也日趋复杂,呈现出新的竞合关系。

具体来看,在增强移动宽带(eMBB)场景,IEEE通过802.11a/b/g/n/ac/ad/ax/ay(Wi-Fi系列标准)等逐步发展,不断提升物理层传输速率,与蜂窝移动通信竞争,同时又通过基于802.11u的HotSpot2.0增强WLAN与蜂窝网之间的互联互通,提供两者的业务融合。在海量机器类通信(mMTC)场景,通过基于802.11ah的HaLow(HaLow由802.11ah的ah变形和表示低功耗的low字样结合),发展物联网标准,满足智能家居、汽车、零售业、农业、智能城市环境等的应用需求,与蜂窝移动通信充分竞争。在超高可靠低时延通信(URLLC)场景,通过基于802.11p的WAVE(Wireless Access in the Vehicular Environment,车辆环境无线访问协议),发展车联网标准,满足智能交通系统的相关应用,也形成与蜂窝移动通信竞争的局面。

也就是说,蜂窝移动通信技术和无线局域网技术在增强移动宽带场景相互竞争中不断融合,在海量机器类通信场景和超高可靠低时延通信场景还处于竞争阶段。

2、技术融合由移动通信产业主导,在网络侧和无线侧两个层面并行发展

根据蜂窝移动通信和无线局域网的标准演进、融合的领域和场景分析可以看出,其融合的技术发展方向是从松耦合到紧耦合,再到空口融合,涉及到网络侧和无线侧的融合,并且两个层面的融合呈现并行发展的态势。网络侧融合主要包括两者在网络架构和业务应用层面的融合,解决蜂窝网与WLAN的网络互通、协作和业务连续性等问题。无线侧融合主要从接入层充分利用两者的技术、频率等资源,以实现高频段、高吞吐量、热点增强、低复杂度和灵活组网等目标,解决频谱资源紧张的问题。

通过近年移动通信产业主导的企业并购以及国内外电信运营商的网络和业务整合,产业链已经具备实现移动蜂窝与WLAN更深层次融合的条件。体现在如下几个方面:

从标准、技术层面看,3GPP在蜂窝网标准制定中充分考虑WLAN接入蜂窝网;并且全面考虑从网络侧融合到无线侧融合,实现更精细化和更深度融合。

从芯片、终端层面看,主流的无线芯片和智能终端都同时支持蜂窝网和无线局域网,并且支持2G/3G/4G的多模制式和各协议版本的802.11a/b/g/n/ac等。

从网络设备层面看,设备制造商的小基站(Small Cell)能提供蜂窝网络和WLAN网络的接入能力;并且能够提供网络侧互通、协同以及无线侧空口融合的解决方案。

从运营层面看,基础电信运营商、虚拟运营商等不同程度地推动移动蜂窝网和WLAN的业务整合,实现WLAN对移动蜂窝网的补充覆盖和业务分流。

3、通过VoWiFi和VoLTE完成网络侧的业务融合,提供语音业务的无缝切换

基于IMS架构通过VoWiFi和VoLTE提供语音业务的无缝切换,完成网络侧的业务融合。随着LTE网络在全球的广泛部署,运营商升级EPC和IMS网络,将基于VoLTE的业务扩展到Wi-Fi接入,用户可以通过Wi-Fi拨打电话,同时支持VoLTE和VoWiFi之间的无缝切换。

VoWiFi给运营商/用户带来了新价值,VoWiFi和VoLTE之间是一种互补关系,Wi-Fi是对LTE网络增强覆盖的一种有效手段,可以增强运营商的竞争力,增强用户体验,减少漫游费用,减少消费者对OTT业务的依赖。

未来VoWiFi的大规模商用已经成为必然,发展中机遇与挑战并存。

VoWiFi的发展机遇来自于Wi-Fi热点的全球部署

随着移动互联网的发展,Wi-Fi已经在全球普及。截至今年年初,国内Wi-Fi公共热点约为650万个,家用Wi-Fi热点1亿多个,运营商Wi-Fi、商用公共Wi-Fi、政府公共Wi-Fi等大概有2.3亿个。庞大的Wi-Fi热点已经为VoWiFi提供了非常好的接入基础。

VoWiFi的挑战主要在于支持ePDG架构的VoWiFi的原生(native)终端数量较少。

除IPhone6/6p及以上的版本支持VoWiFi外,目前市面上其他终端厂家仅有几款终端支持VoWiFi,产业链还比较薄弱。

目前,国外运营商积极部署VoWiFi,未来的大规模商用已经成为必然,并且存在虚拟运营商/互联网企业开展VoWiFi业务的可能。Wi-Fi产业在未来5G的发展中可能在网络互通、协同和业务连续性等方面给予技术和标准的支持。

4、产业链正探索免许可频段技术在无线侧融合中的应用,其发展面临较大不确定性

移动通信产业正探索免许可频段技术在无线侧融合中的应用,基于LTE的免许可频段技术主要包括以LAA和LWA为代表的3GPP标准方案,以及以LTE-U和MulteFire为代表的非3GPP标准方案。蜂窝网免许可频段技术的发展面临各国监管政策、产业界态度、3GPP 5G技术标准进展、IEEE 802.11系列发展等诸多影响因素。

3GPP标准融合路线:在4.5G阶段以LAA、LWA及后续演进为代表的,仅仅是运营商网络升级的备选方案;此融合路线有望在5G阶段迎来新的解决方案。

LAA和LWA发展路径取决于运营商的网络部署策略。当运营商许可频段频率资源紧张,流量压力较大的时候,将考虑采用免许可频段技术。如果业务需求大,快速部署利用免许可频段资源,适合采用LAA技术;如果为了保护Wi-Fi投资,且Wi-Fi可以升级,适合采用LWA技术。

虽然3GPP在R13和R14中都进行了LAA和LWA的标准化研究,但是对于运营商来说,这两种技术都只能算作是4.5G的备选技术,在网络部署中作为与授权频段LTE网络协同组网的补充技术。并且随着5G新空口(NR)和全频谱接入技术的研究和应用,在5G时代来临的时候,运营商优先使用许可频段的策略给基于LTE的免许可频段技术(LAA和LWA)的应用带来了较大的不确定性。

非3GPP标准融合路线:LTE-U和MulteFire面临更大挑战,LTE-U可能只在局部地区商用,而MulteFire有可能演进为Wi-Fi技术的直接竞争者,并推动互联网企业更深入地介入无线产业的发展。

目前来看,MulteFire发展将面临全方位的挑战。从产业界的态度来看,运营商和Wi-Fi阵营都反对。从技术发展来看,MulteFire技术较Wi-Fi复杂,需要在后续演进中能够提供更低的成本和更好的性能。

由于MulteFire采用直接部署在免许可频段上的模式,相当于基于LTE技术的AP,其面临和Wi-Fi AP(基于802.11ac/ax)的直接竞争。如果发展成为类似新型商业Wi-Fi的模式,将使互联网企业有机会进一步介入无线产业。

作者简介:曹磊,中国信息通信研究院产业与规划研究所高级工程师

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