700MHz频段超级Wifi

血小兵

随着移动智能终端的飞速发展，互联网从PC时代进入移动互联网时代。移动互联网的到来，对人们的生活方式，如购物，教育，旅游，视频，社交，支付等都产生巨变。因此，广电运营商作为视频、宽带等基础网络提供商，如何在移动互联网时代中占有自己的话语权，如何发挥广电网络在移动互联网的地位是值得广电从业者认真思考和探索。

    移动互联网的发展是伴随着无线通信网络和智能移动终端的普及而飞速发展的。3g，4G/LTE，Wifi等高速无线通信技术的发展，使得互联网宽带逐步无线化，无线宽带的带宽高速发展可支撑视频等更多复杂、丰富的应用。智能移动终端如智能手机，PAD等的发展，使得随时随地上网，信息交互成为可能。移动互联网正逐步侵入各行各业。

在移动互联网时代中，互联网宽带无线化和无线带宽宽带化，带来了对无线频谱和无线技术的飞速发展。3g，4g等无线牌照的拍卖，无线频谱的价值已经充分体现。作为无线通信的黄金频段——700MHz（698MHz～806MHz）频段成为炙手可热的资源。当前700MHz频段是广电使用的频段，如何利用700M黄金频段发展无线技术，把握未来的无线移动互联网时代中的机会，是当前广电人需要考虑的问题。

本文从700M频段中大家关注的700MLTE技术和700MHz超级Wifi方案上进行简单的分析和探讨，分析广电建设700MHz频段超级Wifi的优势，希翼为广电700M无线网络建设方案讨论中抛砖引玉，为广电在未来的移动互联网竞争中建立技术基础。

限于编辑的无线技术水平，本文不打算从详细的技术角度来阐述700MHz中LTE和Wifi的技术对比，而试图通过简单投资分析，广电对700MHz无线通信的定位，以及广电用户实际使用体验和竞争分析的角度，对两种技术进行简单分析，以期提供参考。

1 700MHzLTE方案浅析

1.1 LTE市场和技术简析

LTE（LongTermEvolution，长期演进）作为新一代（第四代）宽带无线移动通信的领军技术，经过几年的发展以及和WiMAX的竞争，已经是4G的主流技术，在全球运营商中获得大规模商用的验证和认可。

根据GSA全球移动供应商协会的统计，到2014年底，全球共有611家电信运营商在174个国家和地区投资LTE网络。全球商业运营的LTE网络超过360张，LTE基站已经部署200万个，LTE用户数接近3亿。中国LTE基站已经部署了77万个，占全球的40%，LTE用户数过1亿，超过1/3，并继续快速增长。当前LTE主流的频段采用1.8GHz（45%以上）和2.6GHz（28%以上），中国移动主流也是采用2.6GHz频段。1GHz以下低频频段700/800MHz频段，当前也有33个国家55张商用网络采用此频段，典型的日本DoCom采用800MHz频段，美国Verizon采用700MHz频段（超过2600万用户）。由于700MHz频段穿透性能好，穿透衰减小，覆盖范围广，射频信号传输质量高等特点，越来越多国家和地区开放700MHz作为LTE通信的低频频段，以便运营商能够以较低的成本，完成较快速的覆盖。

从以上信息分析来看，LTE技术已经非常成熟，700MHzLTE虽然用户基数少于1.8GHz和2.6GHz主流频段，但700MHzLTE技术也是经过规模验证，也是成熟、稳定技术。

1.2 LTE网络部署

LTE宏基站架构如下图，相比较2G/3G网络，LTE网络组网往全IP网络发展，网络架构趋向扁平化和简单化。网络节点和层次减少，逐步往分布式系统靠拢，降低系统复杂度以及传输和无线接入时延，达到减小网络部署和维护成本目标。

  LTE宏基站部署示意图

由于城市用户密集区域快速发展，智能终端/便携设备的进一步普及，高清视频，3D等高带宽应用的快速发展，导致每平方公里的站点密度提升，密集区域达10个站点/km²，已经不能继续扩展。因此，从网络发展的角度来说，必须发展小基站Smallcell（包含Femtocell，Picocell，metrocell等等），减小基站的覆盖范围和接入用户数量。小型基站数量未来将占到70%，移动宽带的竞争很大程度上依赖固定宽带网络的发展，才能满足无线用户对带宽的需求。LTE的小型基站/家庭基站的部署，和宏基站基本保持一致：

小基站/家庭基站部署示意图

当前宏基站功率大，设备复杂，基站建设，天线建设等投入较大，一个LTE宏基站投入近百万，因此，4GLTE即使对于运营商也是大投入。后续，通过小基站/家庭基站（类似WifiAP组网）进行室内、室外热点补网，解决盲区覆盖，提升单位区域的带宽和提高用户体验效果。但小基站的建设成本也是数万元。

    1.3 LTE的技术优势简析

    相比2G/3G网络，LTE优点明显：

    a)带宽远高于2G/3G网络。下行峰值速率大于100Mbps，上行达50Mbps（TD-LTE）。比2G200Kbps的速率高500倍，比TD3G的2.8Mbps高了30倍。

    b)组网简化。时延小，控制面小于100ms，用户面小于5ms。

    c)支撑大于350km/h的高速移动。

    d)频谱灵活。带宽从1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz到20MHz可选。支撑多个主流无线接入频段。

    e)全IP数据网络，支撑VoLTE，相比2G/3G语音数据分离，语音业务时，数据业务断线，可提供AlwaysonLine永远在线。使得能快速接入和发起各种应用，接入速度快，用户体验好。

    从以上4GLTE技术和方案看，从技术成熟度和先进性上700MHzLTE都是成熟和稳定可靠的方案。但该方案成本高，建设难度较大，对广电的技术要求高。

    1 700MHz超级Wifi分析

    当今互联网从PC时代进入了移动互联网的时代，Wifi以其便利性，高速，性价比高，已经成为各便携终端的首选联网技术。随着智能终端的发展，逐步演进到“无Wifi不成终端”。随着Wifi技术的进步，如低功耗，Fullmesh自组网，多用户接入，OFDMA，Mu-MIMO等技术的发展，。Wifi不仅广泛应用在无线城市、运营商Wifi公共热点建设，家庭/中小商户Wifi路由器部署上，物联网IOT、无线传感器、智能家居等也越来越多的采用Wifi技术，Wifi已经成为应用最广的无线技术。当前Wifi使用2.4GHz公共开发频段和5.8GHz受限开放频段。随着无线宽带化的发展需求，以及IOT等技术发展的需要，Sub1GHz的Wifi技术，如TVWhiteSpace电视空闲信道，认知无线电（CognitiveRadio）发展的App无线电（SoftwareDefineRadio），以及IEEE802.11ahSub1GHzWifi标准的推动，1GHz以下的Wifi技术也获得的发展，700MHz大规模商业Wifi技术指日可待。

    以中国运营商公共Wifi建设部署为例，当前三大运营商合计拥有WLAN热点超过600万个，其中中移动早期因TD-SCDMA3G网络覆盖数据传输效果较差，需要采用Wifi作为3G数据通信的重要补充，其WiFi发展最快，WiFiAP数量部署超过450万个。中国电信部署AP超过120万个，中国联通AP部署超过30万个。但由于运营商Wifi热点部署中，存在以下问题：一是站点选择规划困难，导致热点命中率低。二是2.4GHz开发频段，没有约束和规范甚至运营商之间存在互相干扰恶性竞争情况，导致wifi干扰大，且Wifi功率远小于GSM/3G功能，导致信号传输太差，站点吸取容量，数据业务分流少。三是运营商从运营角度考虑，Wifi业务认证繁琐，普遍采用WEB/Portal加短信认证，操作麻烦，且接入用户数多时，性能差，用户使用不方便，用户体验差，导致用户命中率低。因此，运营商GSM/3G/WLAN三网协调建设，以期WLAN能很好弥补无线数据业务发展的目标没有达到，间接也推动了运营商加快LTE的建设进程，特别是中移动LTE建设进程。

    但反观家庭Wifi路由器，Wifi网关使用。当前由于智能手机，智能终端的普及，家庭采用Wifi连接宽带上网已经是非常普遍，在城市小区住户中，搜索到10～20个WifiRouter/AP是非常正常的。由于家庭固网Wifi用户，相对静止，功率相对恒定，家庭覆盖、穿墙位置恒定，不影响日常使用。且虽然也互相干扰，但由于家用设备功率小，相互干扰作为噪声处理，极端情况，通过更换Wifi信道，也可解决信号传输质量问题。家庭Wifi基本即插即用，没有运营商认证带来的用户体验问题。因此，家庭Wifi中使用良好，速率高，价格低，质量稳定，这也成就了Wifi成为终端首选联网技术。

    广电如果采用700MHzLicense授权频段，则从频谱规划上，避免了当前运营商采用2.4GHz/5GHz开放频段带来的干扰严重问题，通过有序的网络规划，部署大功率700MHzWifiAP产品，提升AP覆盖，解决多用户接入，采用MIMO或者MU-MIMO等技术，提升带宽和用户接入数，通过FullMesh解决相邻站点同频干扰问题，700MHzWifi是可以作为运营产品的。

    1.1 700MHzWifi解决方案分析

    早期的WLAN芯片MAC基带芯片和RF射频是分开的，因此，此类Wifi芯片方案中，仅需把2.4GHz或者5GHz的RF芯片换成700MHz频段即可。框图如下图所示：

    如上图，早期WLANMAC基带处理芯片和RF芯片分开，采用零中频（基带）IQ信号和RF调制芯片对接，把RF芯片内部的频率合成器和压控振荡器适配到700MHz频段，根据实际需要，适当调整Wifi信号间隙等参数，即可在当前大规模WLAN方案基础上，发展700MHzWifi技术。

    当前Wifi技术发展，成本低，更多采用SOC芯片，一是如上图所示中，MAC和RF集成在同一芯片中，修改RF芯片，使之适配到700MHz频段。二是采用外挂混频电路，把2.4GHz/5GHz降频到700MHz。原理框图如下：

2.4GHzWifi转700MHz原理框图

    5GHzWifi转700MHz原理框图

    在现有的2.4GHz/5GHzSOCwifi基础上，采用频率合成器把2.4GHz和5GHz转换为700MHz，后级可增加700MHzPA和LNA，提高发送功率和接收灵敏度，保证覆盖范围需求。

    1.2 700MHzWifi特性

    700MHzWifi基本可以完全继承2.4GHz/5GHz802.11n/802.11ACWifi的先进特性，可以支撑2×2，3×3，4×4MIMO802.11n最高速率可达600Mbps物理速率，802.11AC3*3MIMO可达1.3Gbps物理数率，超过1Gbps的MAC速率。

    工作频带可选工作在5MHz，10MHz，20MHz，40MHz和80MHz等多种带宽。当前主要采用CSMA/CA方式接入，也可考虑选择TDMA/TDD方式。支撑Fullmesh智能自组网。

    Wifi新技术上逐步扩展MU-MIMO（多用户多入多出技术）和OFDMA（802.11ax）等。MU-MIMO可以支撑多用户同时接入，提升了一个站点的接入用户数，减小了Wifi冲突避免，使用竞争带来的低效率。同样，OFDMA可获得LTE一样的多用户接入能力和提高数据传输效率。Wifi新的标准和技术上还会持续引进功率控制，减小同频干扰，提升Fullmesh自组网的能力，使得Wifi越来越适合无线接入网解决方案。

    1.3 700MHz超级Wifi网络部署分析

    700MHz超级Wifi网络部署中，需要解决当前电信运营商Wifi热点部署中存在的三个问题，这样才能提升用户体验效果，达到运营目的：

    a)站点覆盖和选址问题。解决Wifi覆盖和干扰问题，统一SSID，方便用户自动识别700MHzWifi信号。

    b)合理规划频段，频率使用范围，信号发射功率，做好网优工作。解决当前wifi开放频段带来的强干扰问题和用户争用问题。

    c)简化用户接入认证，自动认证。提升用户体验，吸引用户使用。

    在解决当前运营商问题的基础上，采用云平台进行设备管理和维护，引入AP/WLAN设备自动配置，业务自动开通，零配置安装等网管对接问题。通过云平台统一监控和配置Wifi站点的发射功率和使用频段，解决干扰问题。不再采用AC集中器等，扁平化设备管理。后续考虑WLANMesh组网，MU-MIMO扩展，解决多用户接入。

    集中控制AC方式和云平台分布式方式700MHz超级wifi组网对比

    如上图所示，采用云平台管理无AC控制器系统架构上面有以下优势：

    a)没有U型转弯、没有AC控制器集中转发带来的性能瓶颈、没有AC控制器带来的网络单点故障

    b)扩展灵活，即插即用。通过云平台方便扩展

    c)优越的分支机构性能和生存力

    d)可以实现Mesh网络，方便功率控制，频段分配，解决干扰问题。

    e)高可靠性、低成本（没有控制器的成本）

    f)丰富的增值功能

    2 700MHzLTE和700MHz超级Wifi方案简单对比

    下面拟在几个方面对700MHzLTE和700MHz超级Wifi方案做一个简单对比：

    a)成本对比。LTE当前的建网成本要求高，是在Wifi建网成本的10倍以上。

    b)组网优点。LTE作为下一代首选的移动通信技术，最具有优势的是通过ICIC(小区间干扰协调)技术能够实现同频组网。通过时域，频域，功率控制等方便减小不同站点的相互干扰。Wifi也可以通过频率划分，功率控制等手段，但当前效果不如LTE。

    c)覆盖范围。LTE宏基站由于发送功率大，覆盖范围远大于WifiAP范围。但对于Smallcell小基站，两者覆盖范围相当。

    d)总带宽。当前Wifi1×111n可支撑150Mbps，4×4支撑600Mbps，11AC支撑433Mbps，3×311AC达1.3Gbps。带宽远高于LTE。能更好的满足广电的视频应用。

    e)接入容量。由于Wifi的带宽宽，当前1路1*1Wifi用户并发数建议小于40个。Wifi如果采用MU-MIMO，可以提高3～4倍，略低于LTE。但LTE采用的是OFDMA，TDD/TDMA效率上比当前主流的Wifi采用的CSMA/CA要高。当然Wifi也可选择采用TDD/TDMAMAC调制方式，未来的802.11ax也可支撑OFDMA，可以提高用户接入并发数。

    f)终端种类和芯片出货数量。当前LTE发展迅速，但Wifi已经成为终端的标配，所有带LTE的设备基本都带Wifi，但数量巨大的带Wifi的设备不会带LTE。因此Wifi的出货是LTE是数十倍。Wifi从长期看，将会继续成为终端最后数10m的主流无线接入技术，成本还会持续占优。

    g)频段使用灵活性。LTE是1.4MHz，3MHz，5/10/15/20MHz。Wifi也支撑5/10/20/40/80MHz等多种带宽。

    当前综合来看，不考虑投入产出，不考虑成本，LTE技术更能满足运营商无线运营的需求。但是Wifi技术持续发展，且随着感知无线电发展，TVWhiteSpace等Sub1G802.11ah标准/技术发展。700MhzWifi产品也提到产品化日程。700MHz的成本会逐步和当前普通wifi的成本靠拢，成本优势明显。另外，700Mhz超级wifi建设，可优先选择一些新的技术，摒弃当前Wifi运营中已经发现的缺点，如采用TDD/TDMA替代CSMA/CA，采用MU-MIMO技术等。尽可能减小和LTE技术差距。

    3 结论和建议

    700MHz频段处于低频段，具有信号覆盖广、穿透力强等特性，适合大范围网络覆盖，组网成本低，因此被国际公认为“数字红利”频段。700MHz组网成本相比现有的2.6GHz频段，成本只有1/3甚至1/4，如果采用Wifi，只有几十分之一。因此，广电需要尽快把握机会，开展700MHz网络试点。同时，随着智能终端发展，多屏互动需求提到议事日程，视频业务移动化和个性化也迫使广电必须加快无线网络的建设，才能满足用户对移动视频的需求。

   广电700MHz无线接入技术，需要明确定位，如果是解决视频，数据传输，并且随着智能终端发展，微信/QQ/脸书等社交帐号的流行和普及，手机等电话号码已经不是唯一的通信标识，且4GLTE语音也是全IP化，无线接入随着移动互联网的发展，无线接入的需求已经是满足高速宽带化。因此，网络建设倾向全IP化。随着LTE和Wifi技术的发展，技术之间互相学习和借鉴优势特性，下一代802.11AC2.0和802.11ax支撑Mu-MIMO，OFDMA等技术，使得Wifi更好的满足运营商接入网要求，在700MHzLicense授权频段能很好的满足需求，克服现有2.4GHz/5GHz开放频道带来的各种问题。从建设成本和要求看，wifi的成本低，部署简单，广电拥有相应的技术经验，部署和建设快。当前阶段可进行700MHz超级Wifi的试点和部署，尽快获取700MHz的运营经验。由于Wifi也能支撑5MHz，10MHz，20MHz，40MHz以及80MHz，160MHz带宽，可以优先考虑开通20MHz/40MHz带宽做试点，节省频率资源，减小投入，快速获700MHz经验。