LTE TDD在全球移動寬帶市場獲重要發(fā)展

摘要

近來Sprint Spark計劃的啟動，是LTE競爭焦點由網(wǎng)絡覆蓋轉向數(shù)據(jù)速率和容量的最新標志。Sprint和軟銀在其LTE FDD和TDD混合網(wǎng)絡中，利用LTE TDD提升網(wǎng)絡容量和性能。LTE TDD（即TD-LTE）將在運營商利用TDD頻譜資源，提升網(wǎng)絡性能的過程中，扮演重要角色。

自標準化工作開始之初，LTE就被設計為能夠同時支持FDD和TDD模式的單一空中接口技術。該原則為LTE TDD在全球范圍內(nèi)的成功奠定了堅實基礎，并使構建融合統(tǒng)一的FDD和TDD產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)成為可能，而融合的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)將是LTE TDD在全球范圍內(nèi)獲得市場成功的關鍵。

分析

融合的LTE TDD和FDD正在成為數(shù)據(jù)速率和網(wǎng)絡容量的助推器。

美國運營商Sprint于2013年10月30日啟動了其“Spark”計劃，將網(wǎng)絡峰值數(shù)據(jù)速率提升至50-60Mbps.這是LTE的競爭焦點從網(wǎng)絡覆蓋轉向數(shù)據(jù)速率和容量的最新標志。全球市場上的LTE領先運營商，如Verizon Wireless、AT

在啟動Spark計劃之前，Sprint在這場速度和容量的競爭中遠遠落后于其競爭對手。Sprint擁有的FDD頻率資源有限，1900MHz是其LTE網(wǎng)絡的核心頻段，也僅具有2x10MHz的頻率資源，而在800MHz頻段上的資源更為稀少。這一局限從根本上限制了Sprint在網(wǎng)絡覆蓋、數(shù)據(jù)速率和容量等方面的競爭能力。Root Metrics在一些美國四大運營商都部署了LTE的城市（如芝加哥）進行了現(xiàn)網(wǎng)性能測試，其結果顯示Sprint與領先LTE運營商之間的性能差距在不斷拉大。

在這一情況下，Clearwire（于2013年7月被Sprint完全收購）擁有的2.5GHz頻段的TDD頻譜就成為了Sprint用來追趕競爭對手的重要支點。Sprint可以利用這一頻段豐富的頻譜資源（共有160MHz可用）來提供超高速率的數(shù)據(jù)連接服務（Sprint Spark計劃示意圖如下）

Exhibit 1，數(shù)據(jù)速率和用戶體驗的比較來源： Sprint

Strategy Analytics相信，這些TDD頻譜使Sprint有機會成為美國市場上的“數(shù)據(jù)速率之王”。Sprint已經(jīng)利用載波聚合和8x8 MIMO技術，成功演示了高達1Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。通過聚合更多的載波，這一速率有望進一步提升至2.5Gbps.這應可幫助Sprint在未來的LTE-Advanced競爭中獲取先發(fā)有利位置。

同時，LTE TDD和FDD之間固有的、緊密的互通設計，也使Sprint能夠實現(xiàn)FDD和TDD網(wǎng)絡的緊密融合，達到網(wǎng)絡覆蓋和系統(tǒng)容量的平衡。位于較低頻段的LTE FDD系統(tǒng)可用來實現(xiàn)全國性的LTE網(wǎng)絡覆蓋，而位于較高頻段的LTE TDD系統(tǒng)則可用來提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務體驗。作為3GPP LTE家族的原生成員，LTE TDD具有與LTE FDD無縫融合的能力。Sprint的Spark系統(tǒng)將支持800MHz、1900MHz和2.5GHz三個頻段和LTE FDD、TDD兩個制式之間的激活切換與會話連續(xù)性?；谶@一能力，可以開發(fā)出更多的先進功能，如實時的負載平衡和流量控制。這將有效提高Sprint LTE系統(tǒng)的全網(wǎng)容量，并能提升用戶在FDD和TDD兩個系統(tǒng)中的實際體驗。

Strategy Analytics認為，作為日本軟銀控制的運營商，Sprint還能從其母公司獲得更多的關于LTE FDD和TDD融合組網(wǎng)的經(jīng)驗。自2011年11月部署LTE TDD以來，軟銀已經(jīng)在2.5GHz頻段部署了超過4萬3千個LTE TDD基站，作為其LTE FDD網(wǎng)絡（部署于900MHz和2.1GHz頻段）的補充，為用戶提供更強大的數(shù)據(jù)業(yè)務能力。目前軟銀的LTE TDD網(wǎng)絡已經(jīng)覆蓋了超過92%的日本人口，并使軟銀在日本的Android智能機市場上，居于數(shù)據(jù)速率排名的首位。

Exhibit 2，軟銀–為Android終端提供最快的數(shù)據(jù)速率

軟銀和Sprint的經(jīng)驗表明，LTE TDD能有效增強運營商在LTE速率和容量方面的競爭實力。LTE TDD和FDD之間的固有的緊密互通能力能夠實現(xiàn)高度融合的高效率的LTE網(wǎng)絡。

LTE TDD幫助運營商開拓新的頻率資源

軟銀不但在2.5GHz頻段部署了LTE TDD網(wǎng)絡，還對3.5GHz頻段上的TDD應用給予了極大的關注。日本監(jiān)管機構計劃在2015年對3.5GHz頻段進行重新分配，允許在該頻段上提供移動寬帶業(yè)務，預計將為LTE TDD在該頻段分配大塊頻譜。

所有日本運營商都在這一頻譜的refarming做準備，而軟銀由于具有LTE TDD系統(tǒng)的實際商用經(jīng)驗，在這一過程中始終居于領先和有利位置。在2013年9月，軟銀聯(lián)合華為在3.5GHz頻段進行了基于LTE TDD技術的Small Cell業(yè)務分流實驗。通過聚合5個LTE TDD載波，實現(xiàn)了高達770Mbps的峰值數(shù)據(jù)速率。該實驗證明，工作于3.5GHz頻段的LTE TDD系統(tǒng)能夠有效的分流宏網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)流量，能夠作為未來異構無線網(wǎng)絡的重要組成部分。

3GPP作為制定LTE技術標準的全球標準化組織，已經(jīng)為3.4-3.8GHz的TDD頻段制定了相關的技術規(guī)范。全球主要移動通信市場也已經(jīng)或正在將這一頻段的全部或部分頻譜資源用于LTE TDD網(wǎng)絡部署。

Exhibit 3, 3GPPBand 42和Band 43示意

下圖顯示了全球部分主要市場3.5GHz頻段的牌照發(fā)放情況。

Exhibit 4, 部分市場Bands 42和Band43可用頻譜資源情況

固定無線本地環(huán)市場

除了在城區(qū)熱點的small cell部署模式，3.5GHz還是固定無線寬帶接入業(yè)務很好的候選頻段。許多WiMAX運營商都曾在該頻段部署WiMAX網(wǎng)絡，提供固定或游牧式的無線寬帶業(yè)務，全球總用戶數(shù)達400萬。而LTE TDD具有比WiMAX大得多的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟規(guī)模，技術演進路線也更為清晰明確。所以，大量WiMAX運營商都已考慮從WiMAX過渡到LTE TDD.這將進一步擴大LTE TDD的市場機會，促進其全球發(fā)展。

一些運營商已經(jīng)開始利用LTE TDD提供固定寬帶接入業(yè)務。如英國的UK Broadband就在2012年2月開始，利用在3.5GHz頻段（3GPP Band 42/43）的LTE TDD系統(tǒng)提供“下一代接入”（NGA）業(yè)務。根據(jù)英國電信監(jiān)管機構OFCOM的定義，下一代接入業(yè)務的下行數(shù)據(jù)速率應超過24Mbps.UK Broadband利用LTE TDD技術，并引入固定CPE終端和更大尺寸的天線，保證了距離基站7-9公里的用戶，能夠獲得高于OFCOM要求的數(shù)據(jù)速率（如下圖）。這也充分證明了LTE TDD技術在固定無線寬帶接入市場上擁有廣闊的應用前景。

Exhibit 5， LTE TDD提供“下一代接入”（NGA）業(yè)務

部署于高頻段的LTE TDD系統(tǒng)能有效滿足移動寬帶業(yè)務不斷增長的需求

隨著數(shù)據(jù)業(yè)務的爆發(fā)式增長，移動寬帶業(yè)務需要的頻譜資源不斷增加、帶寬不斷加大。3GHz以上的高頻段資源能夠支持更寬的系統(tǒng)帶寬，從而實現(xiàn)更高的峰值數(shù)據(jù)速率和更大的系統(tǒng)容量。全球移動通信產(chǎn)業(yè)正在為移動寬帶業(yè)務尋找新的可用頻譜資源，而很多候選頻段都是位于3GHz以上的高頻段資源。在如此高的頻段上，LTE TDD的時分雙工特性具有天然的成本和復雜度優(yōu)勢，而且能夠高效靈活的支持非對稱數(shù)據(jù)業(yè)務。Strategy Analytics預計，2015年召開的世界無線電大會將為移動寬帶業(yè)務正式分配新的頻譜資源，在那之后，LTE TDD在全球移動寬帶市場上的市場價值可能會得到進一步的提升。

統(tǒng)一的LTE標準為LTE TDD的全球經(jīng)濟規(guī)模提供了堅實的基礎

移動通信標準發(fā)展的歷史就是一個向著全球融合標準前進的歷史。在第一代、第二代和第三代移動通信技術中，都存在多個標準割裂全球市場的情況。直至第四代移動通信，LTE才成為事實上的全球統(tǒng)一標準。下圖即顯示了移動通信技術通向全球統(tǒng)一標準的發(fā)展歷程。

Exhibit 6，通向全球統(tǒng)一標準之路

在LTE設計之初，3GPP就將實現(xiàn)同時支持FDD和TDD的單一空中接口技術做為LTE的一個非常明確的系統(tǒng)需求，希望為兩種雙工制式都提供更大的經(jīng)濟規(guī)模。

所以，LTE TDD和FDD兩種制式實現(xiàn)了共享相同的網(wǎng)絡架構和協(xié)議棧，其物理層關鍵技術與核心處理過程也完全相同，都是基于下行OFDM、上行SC-FDMA和MIMO多天線技術等核心技術元素，兩種制式的差別僅存在于幀結構中的特殊子幀設計上（LTE TDD的特殊子幀設計用來支持與TD-SCDMA的共存，如下圖）。相同的網(wǎng)絡架構、協(xié)議棧和物理層設計使產(chǎn)業(yè)界能夠以較低成本實現(xiàn)同時支持FDD和TDD兩種工作模式的終端設備，這對促進LTE TDD和FDD的融合發(fā)展，共享LTE全球產(chǎn)業(yè)鏈至關重要。

Exhibit 7, LTE幀結構

雖然幀結構的差異還使LTE TDD與FDD系統(tǒng)在隨機接入、調度、HARQ定時關系等方面存在一些微小不同，但總的來說，LTE TDD和FDD是同一種技術的兩個變體。他們都由3GPP進行標準化，擁有同樣的標準版本規(guī)劃和同樣的技術功能特性。在3GPP標準化過程中，全球技術產(chǎn)業(yè)陣營在同時推動LTE FDD和TDD兩種制式的發(fā)展，為他們的標準化做出技術貢獻。

由于LTE TDD和FDD共享同樣的網(wǎng)絡架構和協(xié)議棧，他們之間的互通與融合具有天然優(yōu)勢，能夠實現(xiàn)緊密無縫的融合互通。目前，3GPP已經(jīng)開始討論更為緊密的TDD/FDD協(xié)同機制，如在同一基站內(nèi)部或不同基站節(jié)點間，進行FDD和TDD兩種模式混合的載波聚合。該技術將能夠更為有效的提升LTE TDD和FDD融合組網(wǎng)的工作效率和用戶體驗。

技術標準中的高度共通性也使LTE TDD和FDD能共享大部分軟件和硬件組件。Strategy Analytics的研究顯示，在對產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展至關重要的終端芯片領域，也有許多廠商（如高通、Marvell、華為海思等等）開始提供LTE TDD和FDD的多模式芯片。隨著LTE TDD和FDD的融合網(wǎng)絡的部署和發(fā)展，LTE TDD的全球市場規(guī)模將不斷擴大。

融合的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是推動LTE TDD未來持續(xù)發(fā)展的關鍵

目前，領先的系統(tǒng)設備廠商都已經(jīng)實現(xiàn)了LTE TDD和FDD產(chǎn)品的共平臺開發(fā)。大部分LTE系統(tǒng)的軟件功能都可以在FDD和TDD系統(tǒng)間通用。而領先的芯片廠商，如高通，也已經(jīng)開發(fā)了同時支持多種技術制式的LTE芯片平臺。這些融合的產(chǎn)品和解決方案將能夠支持LTE FDD和LTE TDD的端到端的融合互通，使LTE TDD具備更多的、更為靈活和具有市場吸引力的部署場景。

Strategy Analytics相信，全球范圍內(nèi)，有利于LTE TDD發(fā)展的機會窗口正在開啟。發(fā)達市場的領先運營商正在面對更高數(shù)據(jù)速率和更大網(wǎng)絡容量的市場需求，迫切需要更充分的利用頻譜資源，而LTE TDD可幫助運營商充分利用FDD系統(tǒng)無法使用的非對稱頻譜資源。長期來看，LTE TDD優(yōu)秀的非對稱特性將成為滿足移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需求的有效工具。

但是，我們也必須看到，LTE TDD的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)整體仍弱于產(chǎn)業(yè)化啟動更早的LTE FDD.根據(jù)GSA數(shù)據(jù)，至2013年11月，支持LTE TDD的終端數(shù)量為274款，而支持LTE FDD的終端數(shù)量已超過1200款。

不同部署場景和發(fā)展路徑的影響

目前中國監(jiān)管機構已經(jīng)向三大運營商發(fā)放了LTE TDD運營牌照，中國移動更是已經(jīng)開始在若干城市提供基于LTE TDD的4G業(yè)務。依托龐大的用戶規(guī)模，中國移動的4G商用部署將極大的促進LTE TDD產(chǎn)業(yè)的規(guī)模發(fā)展。但是我們必須看到，中國移動的網(wǎng)絡演進路徑在全球移動通信市場上具有非常明顯的獨特性。

在3G時代，中國移動是全球主流運營商中唯一采用TDD技術（TD-SCDMA）的運營商，而在4G時代，中國移動也很可能在相當長時間內(nèi)僅僅運營LTE TDD網(wǎng)絡。但是，全球絕大部分主流運營商都同時擁有FDD和TDD頻譜，這就決定了，即使引入了LTE TDD系統(tǒng)，這些運營商也將是把LTE TDD用于與LTE FDD的融合組網(wǎng)。

從這一點上看，Sprint的Spark計劃和日本軟銀的混合LTE組網(wǎng)都將對LTE TDD的全球應用具有更大的參考價值，能更好的幫助運營商理解和認識LTE TDD系統(tǒng)在提升網(wǎng)絡性能和用戶體驗方面的重要價值。

目前中國監(jiān)管機構也已經(jīng)允許中國電信和中國聯(lián)通就LTE FDD與TDD的融合組網(wǎng)開展網(wǎng)絡技術實驗，這將為LTE FDD和TDD的融合發(fā)展提供更多的經(jīng)驗和借鑒。作為LTE TDD全球發(fā)展最重要的推動力量，中國運營商和產(chǎn)業(yè)界有責任也有能力為LTE TDD和FDD的融合發(fā)展提供更多的創(chuàng)新支持和市場樣板。

總結與啟示

為推動LTE TDD的全球發(fā)展，TDD產(chǎn)業(yè)界應充分利用LTE統(tǒng)一標準的優(yōu)勢，推動LTE TDD和FDD產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的融合發(fā)展。融合的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)將為LTE TDD和FDD的共同發(fā)展提供強大的支持，TDD和FDD的產(chǎn)業(yè)陣營最終都將從其中受惠。中國移動對多模多頻LTE終端的強力推動就順應和代表了這一前進方向，將有力的推動LTE TDD和FDD的全球融合。

如Strategy Analytics最近的研究報告（Sprint‘s Spark integrates LTE FDD and TDD to compete with Verizon， AT and T-Mobile US）所分析的，LTE TDD將在LTE TDD/FDD混合組網(wǎng)中扮演非常重要的角色。隨著數(shù)據(jù)流量的持續(xù)增長和更多高頻段頻譜資源的應用，LTE TDD的全球發(fā)展正在迎來不斷擴大的機會窗口。

統(tǒng)一的LTE標準為加速LTE TDD和FDD產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)融合、創(chuàng)造全球經(jīng)濟規(guī)模，提供了堅實基礎。而融合的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)將支持LTE TDD和FDD的融合運營，并使所有產(chǎn)業(yè)鏈成員從中受益。這將是LTE TDD全球成功的關鍵。