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TDLTELTEA面临的挑战及务实发展策

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来源: 作者: 2019-03-21 11:26:16

【摘要】未来三年左右是TD-LTE/LTE-A发展的最关键时期,文章从频谱资源、商业驱动力、产业链与终端应用以及创新与IPR四个方面分析了TD-LTE/LTE-A面临的挑战,然后详述了其务实发展策略,供分析参考。

【关键词】TD-LTE/LTE-A FDD-LTE 频谱资源 终端 融合

2010年10月ITU-R WP5D第9次会议选定LTE-Advanced(包括中国TD-LTE-Advanced提案在内)与Wireless MAN Advanced(IEEE802.16m)两方案为4G方案;2012年RA-12/WRC-12会上,TD-LTE-A顺利成为4G国际标准。未来三年左右是TD-LTE/LTE-A发展的最关键时期,如何实施好TDD/FDD-LTE/LTE-A捆绑融合发展,对TD-LTE/LTE-A而言将是严峻的挑战。

1 TD-LTE/LTE-A面临的严峻挑战

在低端优质频谱资源日益匮乏之际,TDD的比较优势将尤显突出,借助智能与智慧化频谱利用和管理技术,更可充分发挥其利用零散频谱的巨大作用。就双工技术而言,FDD利用频率域资源优势,先占、先选、先用大量优势频率资源,在应用中巩固了其创新与巨大后向用户地位。尽管TD发展从TD-SCDMA至TD-LTE/LTE-A,在政府大力支持及中国移动与一大批制造商共同努力下,取得了令人叹服的发展梯度与速度,在与WiMAX的竞争中取得了令人满意的成绩,但在下一步TDD/FDD-LTE/LTE-A同步捆绑发展的实战过程中,依然面临严峻的挑战。

1.1 频谱资源问题

中国政府给TD-LTE分配的频谱为:F频段(1880MHz~1920MHz,40MHz,然因小灵通退未完,1900MHz~1920MHz实际尚无法用,另外20MHz可作室内外应用);A频段(2010MHz~2025MHz,15MHz,可作室内外应用);E频段(2320MHz~2370MHz,50MHz,室内为主);D频段(2570MHz~2620MHz,50MHz,作TD-LTE试验用)。在此已规划的四频段205MHz频带,实际已分配可用者为20+15+50+50=135MHz,且一些仅明确为室外及室内应用,频谱分散及位置偏高使其覆盖、穿透能力较差,2.5GHz频段尤为明显。虽中国移动及制造商殷切期望获得700MHz红利优质频段,但鉴于多种因素看来一时难以解决。

相反,FDD-LTE/LTE-A频谱资源目前具有明显优势。在876MHz~2690MHz这一频段中,ITU推荐的频谱规划是:FDD与TDD所占频谱比例约为5:1。相应地,TDD为33~41频段,覆盖1900MHz、2000MHz、2300MHz及2600MHz等几个较高频段,绝对带宽亦较少。而且,791MHz~862MHz及698MHz~787MHz这一移动通信黄金频段在欧美已分配给FDD-LTE商用。另外,在通过FCC对700MHz频段拍卖获得FDD-LTE频谱的美国运营巨头Verizon在CDMA络基础上快速推进FDD-LTE在美国全国商用,同时最近还拟并购频谱公司(Spectrum Co.,该公司拥有2006年由FCC处以24亿美元价格获得的137张1.7GHz~2.1GHz频段牌照)。因此与LTE-FDD相比较,在全移动频谱为王时代,TD-LTE面临的频谱问题十分严重。

1.2 商业驱动力问题

应该说商业应用驱动力比技术试验驱动力要大得多。以Verizon为例,2009年进行LTE-FDD试验,2010年12月5日正式商用,至今其LTE商用络已覆盖美国165个城市和111个机场,覆盖人口达1.86亿;计划2012年中覆盖全美国2/3人口,2012年启动基于LTE的语音业务,2013年覆盖所有现今3G信号覆盖区域。美国政府亦明确支持4G发展,提出“无线创新和基础设施倡议WIII”;FCC亦颁布法令,规定所有700MHz公共安全移动宽带络必须用LTE。因此,我国TD-LTE走向试商用及商用步伐不能太慢,即使是2012年开始,亦与LTE-FDD已有一年半至二年的差距。

1.3 产业链与智能终端应用问题

产业链与终端应用方面的问题主要是在产业规模、市场环境驱动力、多模芯片制造,以及包括络规划优化及组建设优化测试手段与软件水平的测试仪表等方面。虽然系统设备厂商、芯片厂商、智能等方面与TD-SCDMA时期相比已取得长足进展,但这些方面与FDD-LTE的商用大规模商业驱动力形成的相应情况比较,依然有巨大差距;且TD-LTE多模智能方面目前依然空白,路测、络规划优化与组建设优化及综合分析、调测仪表方面与国外FDD-LTE发展情况相比依然有较大差距,软、硬件水平均需加速努力。

高盛预测,到2013年TD-LTE有望覆盖27亿人口;Ovam预测,至2015年全球TD-LTE占LTE市场份额的25%,收入至少590亿美元/年。然而仍然存在TD-LTE与LTE-FDD竞争合作的变数,总体来看,对TD-LTE更显严峻。

1.4 创新与IPR问题

自主知识产权与国际标准化问题是一个甚为关键、敏感与要紧的问题;尤其当市场产业发展到旗鼓相当之时,专利战尤为明显体现。

对TD-LTE,一方面中国从一开始即予重视,从而专利有112项,同时美国60项、韩国22项、日本10项。另一方面亦已有较强专利能力的高通、爱立信、诺基亚西门子及LG公司等积极参加,这一方面有利于芯片发展与国际化推进,另一方面亦加大了专利战风险。而就整体LTE专利分布情况而言,根据ETSI在2010年12月的统计,华为、中兴专利比重分别已达8%和7%,InterDigital 13%,高通13%,诺基亚9%,三星9%,爱立信8%,LG 6%。NTTDoCoMo 5%。其它11%;商用合同数华为、中兴分别占23%与21%,爱立信18%,诺西18%,阿朗17%。就TD-LTE及其与LTE-FDD同步发展而言,创新与专利形势依然严峻,一定要有忧患意识,切不能小看高通、爱立信、诺西、阿朗和摩托等跨国巨头的专利实力与专利运作和处理能力,一方面应尽力防止主导提倡的标准为他人作嫁衣裳;另一方面应进一步持续加速创新,尤其是要注重核心型发明专利,而且要充分利用TDD的比较优势,从Rel.10冻结后的Rel.11/12开始,由紧跟创新逐步提升为引领创新,真正增强自身的创新实力与产业发展技术储备潜力。

2 务实发展策略思考

2.1 频谱资源挑战应对与全球化策略

首先应该指出,对已规划频段的有效使用,不光涉及政府频谱管理部门,还和技术创新驱动支持及络优化策略与状况等诸多因素有关,需要相关部门有机协同与联手运作才行。

(1)既有使用频段规则政策厘清与扩展策略

1)1.8GHz频段

1.8GHz,F频段(1880MHz~1920MHz,40MHz)。据统计,目前还有1800万左右小灵通用户退清频工作未结束,致使1900MHz~1920MHz实际无法使用。但按政府部门要求,2011年12月份应为清频截止期。这种拖泥带水状况的出现,确因有一定操作难度,但更主要的还是对政府政策缺乏执行严肃性。对此,一种做法是加强政府规则政策的严肃性,定死彻底清频的截止期限,否则处以严格的规则政策及经济处罚;另一种做法是,在政府部协调下用方给以一定的清频经济补偿,以快速结束此未清频状态。

2)2.3GHz频段

2.3GHz,E频段(2320MHz~2370MHz,50MHz,室内为主,原2300MHz~2400MHz称C频段),因雷达干扰问题无法全频段运用。雷达干扰功率巨大,位置亦涉及国防机密,且有随机性;为此,应采用同频干扰快速感知避让,及5GHz频段Radio RAN规划时要求的动态信道分配DCA实施智能化频谱利用与管理技术,以较快扩大其室内外使用范围。

3)2.5GHz频段

2.5GHz,D频段(2570MHz~2620MHz,50MHz,作TD-LTE试验用,亦常称2.6GHz频段)。此为全球TD-LTE使用较统一的频段,亦是全球WiMAX较广泛使用的频段。

对此频段的FDD/TDD频率规划有两大思路。一是以FDD为主体,亦即ITU-RM.建议中的C1方案,或3GPP规范中的Band7/38:FDD为2500MHz~2570MHz/2620MHz~2690MHz,2×70=140MHz带宽;TDD仅为2570MHz~2620MHz,1×50MHz,还要承担与FDD邻接的保护带10MHz~20MHz。显然,这实际上根本难以满足哪怕一个运营商欲较好发展TD-LTE的需求。

另一条思路是,TDD 2.5GHz频段虽然不太好,亦是后来者经努力后获得的唯一较统一的结果,因而采用对TDD进行资源倾斜的做法,使TDD可在Band38下边界由2570MHz扩展至2540MHz共80MHz,内含2535MHz~2599MHz应清频的MMDS8×8=64MHz频率,再加上FDD原下行占用的2660MHz~2690MHz 30MHz,从而TDD共得80+30=110MHz频谱,但仍内含所需保护带30MHz左右,实质获得80MHz左右带宽;FDD获碍2500MHz~2540MHz/2620MHz~2660MHz共80MHz带宽,与TDD持平。或将64MHz主要置于FDD相应范围内,TDD取为2500MHz~2530MHz/2570MHz~2670MHz,FDD取2530MHz~2570MHz/2650MHz~2690MHz依然共80MHz,但内含MMDS较多频谱,两者仍可保留FDD所需的120MHz双工间隔。而进一步压缩FDD只能成2×(20+10)MHz,FDD可操作余地更小。

也可直接采用C3及Band41方案,将全部2.5GHz频段均给TDD使用,此时可避免30MHz左右保护带浪费,与美洲、亚太、中东和非洲等地区使用较多2.5GHz频谱TDD制式的国家构成全球TD-LTE规模效益。当然这便要牺牲一些国家在2.5GHz频段上TDD/FDD同步捆绑的规模效益;但是,2.5GHz频段并非FDD-LTE的主用优质频段,而且按C3/Band41方案扩展2.5GHz频谱后,亦可让中国至少两大运营商(如中国移动与中国电信)共同使用此频段资源,在中国移动市场实施全面有力的TDD/FDD-LTE/LTE-A同步捆绑融合发展,从而亦可推进TD-LTE的国际化发展。再者,中国移动在9城市的更大规模TD-LTE试验过渡至试商用及初期商用阶段,即可用此Band38(2570MHz~2620MHz)与欧洲TD-LTE国家实施国际漫游,尔后再扩展至其大部分乃至全频段TD-LTE有效应用。

4)TD-SCDMA与TD-LTE分别或协同使用1.8GHz及2.3GHz频段

1.8GHz及2.3GHz频段分配给TD-SCDMA,现今又给TD-LTE规模试验用,因TD-SCDMA与TD-LTE属不同系统,其芯片等系统参数必须协同。若将1.8GHz及2.3GHz频段给TD-LTE用,对2.5GHz频率较差的覆盖与穿透性能确是一种有效的补充,但对TD-SCDMA包括芯片制作等在内的既有情况应由政府协调责成中国移动全面协同处理。在小灵通退后,政府频率规划管理部门可考虑类似欧洲处理2G/3G/4G自然演进频率的方式,结合中国国情,由运营商为主体进行较简单的频率规划,进行开放、宽松的协同融合处理。对2.3GHz频段的雷达干扰处理,因雷达特高功率脉冲式运用,存在智能频谱共存运行基础;因此,一方面可扩大与军方的沟通合作,另一方面应加速技术创新,建立有效的智能化干扰避让与动态信道选择等动态频谱利用和管理机制,使室外频谱尽早得到利用。

(2)450MHz~470MHz频段

总体来说,频谱较有限,清频环境等亦较复杂,然覆盖、浸透能力很好,可考虑作TD-LTE系列化速率广域稀密度区域规划用。

(3)700MHz频段

700MHz频段是移动通信的低端优质频谱,美国FCC率先拍卖用于LTE-FDD应用,欧洲诸多国家亦均积极筹划拍卖将700/800MHz优质频段用于LTE-FDD的发展;而无论ITU还是3GPP均尚无在700MHz频段发展TDD-LTE的建议规范。全球的TD-LTE运营商均十分期望获得此优质频段,以有效推进TD-LTE/LTE-A的发展及国际标准化进展。

从技术角度观察,对此数字压缩后的广播业务可节省下百余兆赫兹带宽用于4G宽带视频多媒体业务应用已成为全球共识,中国在WRC-07会议上亦承诺于2015年实现数字化电视传输后对此有所作为。目前,中国700MHz频段中的诸多广播信道为国家委托广电规划管理的授权无线电管理频段,而无线电频谱资源属于国家所有。一方面应积极从体制机制上推进“三融合”与“政企分开、台分离”的操作思想,科学合理规划被浪费的“白色频段”与“红利频段”,实施模数转换及提高此优质频段的频谱利用效率、效益与频谱占用率,并改革目前不利于“内容为王”发展的“四级半”体制架构,适应“新媒体”、“大媒体”、“全媒体”乃至“个人媒体”的“内容为王”应用与监管的现实环境需要。另一方面应加速智能化、智慧化频谱有效利用与管理的技术创新和规划使用,对此可考虑以700MHz频段上端的49#频道为依托,研发CR(认知无线电)或准CR及DFM(动态频谱管理技术),争取早日推进TD-LTE/LTE-A在700MHz低端优质频段的中国与全球化推广应用战略目标。

2.2 GSM/TD-SCDMA双深度融合及TD-SCDMA用户快速递增的重要性

针对双深度融合及TD有效发展这一艰巨任务,中国移动仍应充分利用G及TD的自身比较优势,借助政府支持驱动力,继续坚持全方位自主创新能力,加速络覆盖与体验优化,改进全业务环境下的用户体验。全业务与多模式、多元异构络系统条件下的规优深度融合运作,应注重络与终端有机配合、海量体验数据采集与云分析体验挖掘、体验中心建设运用,及全业务规优测试工具开发、运用等。同时,全方位扩展TD泛在普及应用,诸如无线-智能/智慧城市、“感知中国”物联应用、应急通信保障支持,以及由TD-CMMB切入积极参与“三融合”等,并充分重视终端高/低端改进以取得用户优良体验,加速2G用户向3G转换。可以说,G/T双深度融合的一个最直接标志即为TD-SCDMA用户井喷式增长。

只有打造好了深度融合的G/T双,才可能为TD-LTE/LTE-A发展及国际国内G/T双与TDD/FDD-LTE/LTE-A同步有效发展奠定坚实基础,真正实现全方位国际化与充当NG-TDD全球驱动主角这一目标。双深度融合成功在即,首先应加强深度覆盖及改进单通道自适应切换策略,包括第五期TD-SCDMA建设在内应加速实施较完善的双深度融合策略,与数据应用有效由G向TD-SCDMA转移,做好深覆盖、优良用户体验,快速提升3G用户量,真正构成TD-LTE/LTE-A发展的坚强后盾。应该指出,TD-SCDMA与TD-LTE相互依存,TDD/FDD-LTE/LTE-A捆绑发展亦属如此,不仅TD-LTE可在国际化中发挥重要作用,优良的G/T双深度融合与价廉物美的应用,对全球欠发达与发展中国家和地区照样有巨大吸引力,乃至可平滑演进至G/TD-S/TD-L/WLAN多通道四模融合应用。

2.3 从紧跟创新迈向引领创新

TD-SCDMA及TD-LTE/LTE-A具有系统性核心技术创新特征,可构成丰富的产业链,有巨大创新空间与产业增值价值。为确保TD-LTE/LTE-A与先行者LTE/LTE-A-FDD融合捆绑发展,下一步从紧跟创新迈向引领创新十分必要与重要。要从3GPP Rel.11/12等即开始,充分利用TDD比较优势,实施ICT新技术,诸如同频干扰有效避让与抑制技术、易于工程实施的频率聚合及CR-DFM技术;加速推进智能化宽带SON技术,以及对有效增强络吞吐能力和均衡平均及边际吞吐量的络编码有机组合协同与中继的技术;加速云化支撑的实际应用,和围绕有效多元异构络协同融合的多模、廉价、节能智能终端研发推广应用。而且,应充分认识WLAN/WAPI-TEPA的室内近距离接入(包括与WPAN及WBAN联手)的战略价值,将其超宽带可移动接入能力与未来FTTx向边际汇聚层靠拢的宽带固手段科学配置。按此,结合FN(未来络)发展走向及智慧城市多元异构络协同融合需要,推进包括WLAN在内的四/多融合终端是十分必要和有长远战略价值的。

产业发展方面应着重关注TD-LTE/FDD-LTE的务实同步发展以及优良信价比,包括与WiMAX在内的普及、泛在应用竞争,不光计及ARPU(平均每用户收入),还应同时计及APPU(平均每用户利润)、TCO(总体拥有成本)、TVO(总体拥有价值)、CAPEX(建设投资成本)、OPEX(运营维护成本)、QoS(服务质量)、QoE(体验质量)、KQI(以体验为中心的关键质量指标)和KPI(关键性能指标),以及绿色ICT创新及基础设施共建共享可操作途径。

此外,除一般概念上的CoMP(多点协同)技术、无线多重中继技术、增强多天线技术和载波聚合技术等外,要特别注重深度智能化、泛在化应用需要。对此,智能频谱利用技术,诸如宽带频谱块缺乏时的多小区软频率配置复用、络编码与分组符号编码、频谱利用率大于20b/s/Hz甚至达到50b/s/Hz~100b/s/Hz的超高频谱利用率的构成机制、极限能力与实施途径研究、CR及DFM等应加速务实研究开发,可由动态信道分配及载波聚合等手段入手。而针对芯片高制程、多核/众核虚拟化平行计算、微纳型化、多天线宽带上行等战略短板,应充分重视诸如多天线环境下上行瓶颈及吞吐量全覆盖域均衡挑战。在技术高端发展方向上,注意其多频、多模、多制式、微型化、智能化和异构系统协同工作的融合平台。对此借助芯片制程工艺及多核/众核(Multi-Core/Many Core)处理、人工磁导体(AMC, Artificial Magnetic Conductor)、射频微机电系统(RF MEMS)以及隔离磁偶极子(IMD, Isolated Magnetic Dipole)天线技术,多带天线、虚拟多天线、可重构天线,加上优良的高速大容量芯片技术与物联应用的智能尘埃器件(Smart Dust Devices)微纳型芯片等,均应尽快缩短与国际水平的明显差距,包括在可能条件下智慧利用国际共赢合作途径。

TD-LTE/LTE-A的研究开发轨迹要摆脱仅仅紧跟FDD-LTE/LTE-A的状态,而应充分结合TDD的比较优势及中国需求特色,形成价廉物美扩展能力强的系统与产品,真正使TD能吸引用户并为用户所喜爱。

2.4 构建TD-LTE/LTE-A国内国际推进一体化机制

中国是世界上最大的发展中国家,中国的成功发展经验为世界许多发展中国家所欢迎,包括其3G发展经验。TD-SCDMA与中国移动2G络这一世界上最大规模与最优良的2G络深度融合,首先就应该积极向全球欠发达与发展中国家推广,这亦可奠定未来全球TDD/FDD-LTE/LTE-A同步融合发展的基础。在TDD/FDD-LTE/LTE-A全球同步发展策略上,首先要铸就中国自身的实力,三大运营商协同规划TDD/FDD-LTE/LTE-A发展与资源有效利用,中国移动与华为、中兴等国内“走出去”全球龙头制造商联手,构建TD-LTE/LTE-A国内/国际制造运营推进一体化机制,打造经济有效的向TDD/FDD-LTE/LTE-A过渡策略及多模/多频/多元异构系统协同融合策略,及围绕泛在化、智能化、融合化的TD独特优势,实现真正有效与受欢迎的FDD/TDD-LTE/LTE-A同步融合国际化发展。

4G国内市场的培育与应用商业模式的探索需要一个过程。当然,还是应尽量加速国内由规模技术试验过渡至注重终端应用体验与商业模式探索的规模试商用,然后快速进入正式有效的商用运作。这种运作的时间段,众多专家学者与企业界人士普遍期望至明年下半年适当时候。更重要的是要明确显示从资源支持至市场发展与产业链扩展的明确路标,以便给国际一体化推进实施作及时的、有强有力后盾的协同与支持。而且,这种一体化机制应在更高层次上执行,诸如建立TD-LTE/LTE-A产业推动与国内国际一体化推进协调领导机构,紧密加强此机构与TD产业联盟、GTI、运营商及产业链上各企业间的互动和沟通。并应充分利用中国作为世界第二大经济体及最大外汇储备国的经济实力,参考国外实例,设立TD-LTE/LTE-A国际推广项目基金,支持TD及TDD/FDD-LTE/LTE-A国际捆绑融合发展,等等。

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