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1、2012-07-13# #2012-07-13#2 #012-07-13#从LightRadio看移动网络 面临的挑战及发展趋势王泳江上海贝尔1 引言随着日本、北美和欧洲移动互联网的迅猛发展，中 国移动互联网的欣欣向荣，移动互联网业务快速兴起， 国际国内运营商都面临着由于数据业务快速增长而带来 的各种挑战：无线网络流量倍增，网络要扩容但基站寻 址困难，如何降低庞大的网络能耗、提高网络利用率， 如 何解决因多种技术引入引起的运维管理矛盾等。为 让使用了十多年的2G/3G网络保持持续健康的发展， 网络运营商和设备供应商努力寻求着解决之道。本文 结合阿尔卡特朗讯推出的LightRadio，对以上问题
2、做 浅显的探讨。2 运营商面临的挑战经过十多年的高速发展，移动业务早已深入人们的生活。在中国大陆，近几年每年都会新增约1亿移动用 户，手机的渗透率逐年提高。随着整个产业的发展，人 们 的消费习惯也发生了巨大的变化：在手机刚刚开始普 及 的时候，打电话（语音服务）是手机的唯一功能；后 来短 消息成为增长最快的杀手级业务；随着网络技术的 发展 和智能终端的普及，如今数据业务增长很快。数据 业务 的快速增长，使系统架构上以解决语音通信为主的收稿日期：2011-06-302G网络面临着越来越大的压力。2012-07-13# #2012-07-13#2 #012-07-13#【摘 要】3G改变了人们的沟
3、通方式，不仅加剧了数据业务流量快速增长的态势，同时进一步提升了对移动宽带业务 的需求。目前的传统移动通信网络承受着巨大的压力，随着数据业务快速兴起，运营商面临着增量不增收的尴尬。文 章讨论了运营商面临的主要挑战，并结合LightRadio对未来基础网络架构的发展趋势进行探讨。【关键词】移动互联网 智能终端 数据流量 LightRadio2.1 智能终端渗透率逐步提高，推动数据流量快速增长 智能终端用户数的提高是数据流量增长的驱动因 素之一。2009年，全球智能终端用户的渗透率为9%， 其中移动通信较发达的美国已经达到了32%，中国则约10%。预计到2014年，美国的智能终端渗透率可能达到55%
4、，而中国则可能达到21%（如图1）。IDC的报告表 明，2011年第一季度全球智能终端的销售量达到9960万 部，同比增长了80%。中国三大运营商在提高智能终端渗透率方面作出了 很多努力。中国移动不仅建立了Ophone的自主品牌，而大屏幕、灵活的操控性和开放的操作系统是智能终 端的发展趋势。终端厂商和运营商为了争取市场的主导 地位，纷纷推出各自的应用程序商店（如App store， Mobile Market，Wo Store等），吸引终端用户下载喜 欢的游戏等应用程序。虽然全球智能终端的渗透率2011 年为13%，但智能终端已经占据了全球65%的移动网络 流量（Informa Telecom
5、s & Media released Nov 2，2010）。2011年，全球每个智能终端用户每个月的数据 流量大约为85MB，随着移动互联网的发展，预计2014 年不同区域每个终端用户每月的数据流量会是2011年的 二到四倍，如图2所示。用户的数据流量主要受消费习惯的影 响，比如当喜欢用手机观看视频的人越来越 多时，就不可避免地会增加无线网络的数据流 量。如图3，根据对中国移动互联网用户的调 查表明，虽然使用手机阅读和即时通信等小流 量业务的比例很高，但也必须注意到，在过去 的两年中越来越多的人开始使用手机SNS、手机网游和手机视频等业务，如思科认为到2014年视频业务会占据全球66%的数据
6、流量。数据来源：思科图1 智能终端渗透率预测且加大了和终端厂商的合作，强化了智能终端的深度定制。中国联通则凭借成熟的WCDMA 产业链优势和iPhone的品牌优势，利用明星 智能终端抢夺其他运营商的中高端用户，并宣 布推出WoPhone操作系统。中国电信也不甘 人后，与终端厂商深度合作，推出了若干定制 的高端手机。网络技术的发展，3G技术的引入，丰富 了消费者对移动业务的选择空间，除了语音和 短信业务，越来越多电脑上的应用被逐渐转 移到智能终端上，iPhone和iPad更是智能终端应用的典 型。智能终端不仅给人们繁忙的工作生活之余的“碎片 时间”予愉悦，同时极大地激发了人与人之间沟通的欲 望，
7、特别是即时通信、Facebook、开心网和微博等社交 网络业务（SNS）的兴起，进一步促进移动数据业务流 量呈爆炸式发展。数据来源：ABI Research图2 平均每个终端用户每月使用的数据流量预测通信产业链各方都注意到了数据业务高速增长的态 势。思科认为，智能终端和上网本是导致数据流量快速 增长的主导力量，全球月均移动数据量预测如图4所示。 爱立信估计到2015年全球移动宽带用户会增长到35亿， 阿尔卡特朗讯贝尔实验室预测到2015年全球数据流量会 增长至少16倍以上。201276-027011-年第1133期 # # # # # #2012-07-13#2 #0 #1 #责2 #任-编#
8、0辑：7吴-竹1立3w#uz#hu#li#mb#co#m.#cn #（2）技术演进从系统设计角度来说，2G技术的主要目 的是承载语音业务，3G技术增强了对数据业 务的支持，而LTE、LTE-A则实现了全IP、 扁平化的网络架构，摒弃了对电路域的支 持，极大地增强了基站的数据吞吐量。以中国移动为例，网络升级是最终的解 决方案，但也面临着两大难题：终端落后于产业链发展。在市区，终 端用户对网络带宽有较高的需求，GSM难以 承受数据流量的冲击，但TD-SCDMA终端 用户体验较差，短期内难以实现预期中的分流作用，而TD-LTE则是远水解不了近渴。如何保护运营商设备投资的问题。从GSM过渡到 TD-S
9、CDMA，然后到TD-LTE，对于以经营GSM网络为 主的中国移动来说，如何平衡在2G、3G和LTE上的投 资，投资能否尽快收回也是管理层需要考虑的问题。（3）WLAN卸载 通过在高流量区域设置WLAN接入点来卸载2G/3G网络上的数据流量也是目前全球各大运营商最热衷的方 式，包括中国三大运营商纷纷推出的3GWLAN的运营模 式。WLAN卸载的局限性体现在两个方面，即WLAN热点难 以实现连续覆盖，而且由于政策因素在中国支持WLAN的终 端渗透率偏低，使WLAN卸载效果大打折扣。仍以中国移动为例，以上三种方式都难以从根本上 解决GSM网络面临的问题。2011年，中国移动显著地提 高了对GSM网
10、络和WLAN的投资，这在一定程度上能够 缓解网络质量下降的矛盾。但可预见的是，随着用户数 和数据业务的增长，中国移动在未来的几年中仍然面临 同样的问题，而且在数据业务增长最快的密集市区可扩 容空间却越来越小，靠叠加扩容的模式不仅无法提高资源利用率，而且不可持续。图3 中国手机上网用户常使用业务图4 全球月均移动数据流量预测（单位：EB）2.2 网络扩容在所难免，但不可持续 数据业务的高速发展给移动网络带来了巨大的压力。 为了缓解压力，满足消费者需求，运营商可以采取以下三种 方式予以解决，但每种方法都存在相应的局限性。（1）网络扩容 通过扩容缓解网络压力是最简单、最快见效的方式之一。当网络流量增
11、长到一定程度的时候，掉话和通话 质量下降会引发大量的用户投诉。运营商可以采取增加 载波板或增加基站来扩大网络容量。网络扩容会面临很多问题。首先，当某个基站的容 量达到一定限度，再继续扩容就会增加网络干扰，影响 网络质量，比如中国移动GSM网络类似的问题在密集市 区比较突出；其次，随着人们对健康的重视和物业租金 的提高，运营商已经很难在需要的地方增加新的基站， 这也是令中国三大移动运营商最头疼的问题之一。2.3 网络能耗巨大，运营成本逐年升高在运营商的运营成本中，电源、站点租赁、运行 维护、传输、备件和必要的培训成本等占了相当高的比2012-07-13#2012-07-13# 2# 0# 1#
12、2# -# 07-210113年第#13#期 #7#7 #责任编辑：吴竹立 例，根据国情的不同，每部分成本所占的轻重比例也会 有所不同。在中国，电源、站点租赁和运维等三部分成 本 的比例逐年提高，压缩着运营商的利润空间。众所周知，移动通信基站的能耗主要由设备用电、 电源系统的耗电和机房环境用电等三方面引起。到2011 年第一季度，中国三大运营商的基站总数超过了160万， 按照每个基站的平均年耗电量约1.5万度计算，三大运营 商仅无线接入网络的年电力消耗就要超过240亿度，其中 机房空调耗电就占了约45%。为了响应国家节能减排的号召，运营商都制定了具 体的节能降耗目标。比如中国移动承诺以2008
13、年能源消 耗为基准，到2012年单位业务量耗电下降20%；中国电信承 诺到2012年单位信息流量综合能耗将比2009年下降30%。运营商可以和设备供应商共同寻找降低能耗的方 法，但站点租赁费用的提高是运营商无法控制的。降低 租赁费用的方法就是减少机房租赁，这也是迫使运营商 大力发展零占地面积、小型化基站的主要原因。 另外，随着城市化进程的发展，话务量在时间和空 间上的分配很不平衡，形成明显的“潮汐效应”，造成 一方面整体设备利用率偏低，另一方面又不得不在某些 需求旺盛的热点区域继续扩容，从而造成某种意义上资 源的浪费。 我们也看到，目前几乎所有的移动运营商都在同时 运营多张不同标准的网络，比如
14、中国移动在未来要面临 同时运营GSM、TD-SCDMA、TD-LTE和WLAN四张网 络的局面，无形中增加了在网络运维方面的人力和资金 投入，运营商迫切希望设备厂商能提供融合的支持多标 准的解决方案。 因此，大力发展绿色节能，实现零占地面积、资源 共 享，并且能同时提供多标准接入技术的无线移动网络 的 需求日益凸显。然而，还有一些问题是目前的产品所不能解决的， 具体为：（1）天线寻址：即使采用分布式基站架构，运营商 仍然需要在高处安装天线。在密集市区的楼顶，密密麻 麻 的天线已经令老百姓感到不安。（2）资源共享：目前的基站 只 能 在 非常有限的程 度上共享基带资源，资源利用率仍然存在很大的提
15、升 空 间。（3）技术演进：目前的天线只能支持有限的频 宽，有新技术引进时需要更换或增加新的远端接入单元（RRU）和天线，这也是密集市区某些楼顶天线林立的 主要原因之一。 为了解决这些问题，整个通信产业都在思考解决方 案，中国移动适时推出了C-RAN架构。3 面向未来的解决方案C-RAN是根据现网条件和技术进步的趋势，由中国移动提出的新型无线接入网构架（见图5）。C-RAN是 基于集中化处理（Centralized Processing）、协作式无 线电（Collaborative Radio）和实时云计算构架（Real- time Cloud Infrastructure）的绿色无线接入网构
16、架 （Clean system），其本质是减少基站机房数量，减少 能耗，采用协作化、虚拟化技术，实现资源共享和动态 调度， 提高频谱效率，以达到低成本、高带宽和高灵活 度的运 营目的。阿尔卡特朗讯将C-RAN架构再向前发展了一 步，于2011年初推出颠覆性的移动网络解决方案 LightRadio。相比C-RAN侧重于大容量数据的快速云处 理，LightRadio则通过分散式架构缓解网络建设压力， 同时可以消除移动通信对天线塔的依赖。除了基于C-RAN架构的优势以外，LightRadio的 创新主要体现在系统级芯片（SoC，System on Chip） 和宽带有源天线阵列（WB-AAA，WideBand Active Antenna Array）。SoC：将一个机架中各个独立的模块都集成到一 块芯片中
