1、蜂窩移動通信技術和無線局域網技術的應用場景趨于重合,增強移動寬帶場景成為主要融合方向
移動互聯網和物聯網的迅猛發展驅動數據流量的重心從有線向無線網絡加快轉移,促進了無線市場的蓬勃發展。隨著4.5G和5G技術的發展,蜂窩移動通信技術版圖和應用場景不斷擴張,包括增強移動寬帶(eMBB)、海量機器類通信(mMTC)和超高可靠低時延通信(URLLC)三大場景。同時,以Wi-Fi為代表的無線局域網(WLAN)技術隨著移動互聯網的發展,已經成為人們日常生活必不可少的無線接入方式,也在向物聯網、車聯網等領域不斷延伸。
蜂窩移動通信技術與無線局域網技術的應用場景趨于重合,關系也日趨復雜,呈現出新的競合關系。
具體來看,在增強移動寬帶(eMBB)場景,IEEE通過802.11a/b/g/n/ac/ad/ax/ay(Wi-Fi系列標準)等逐步發展,不斷提升物理層傳輸速率,與蜂窩移動通信競爭,同時又通過基于802.11u的HotSpot2.0增強WLAN與蜂窩網之間的互聯互通,提供兩者的業務融合。在海量機器類通信(mMTC)場景,通過基于802.11ah的HaLow(HaLow由802.11ah的ah變形和表示低功耗的low字樣結合),發展物聯網標準,滿足智能家居、汽車、零售業、農業、智能城市環境等的應用需求,與蜂窩移動通信充分競爭。在超高可靠低時延通信(URLLC)場景,通過基于802.11p的WAVE(Wireless Access in the Vehicular Environment,車輛環境無線訪問協議),發展車聯網標準,滿足智能交通系統的相關應用,也形成與蜂窩移動通信競爭的局面。
也就是說,蜂窩移動通信技術和無線局域網技術在增強移動寬帶場景相互競爭中不斷融合,在海量機器類通信場景和超高可靠低時延通信場景還處于競爭階段。
2、技術融合由移動通信產業主導,在網絡側和無線側兩個層面并行發展
根據蜂窩移動通信和無線局域網的標準演進、融合的領域和場景分析可以看出,其融合的技術發展方向是從松耦合到緊耦合,再到空口融合,涉及到網絡側和無線側的融合,并且兩個層面的融合呈現并行發展的態勢。網絡側融合主要包括兩者在網絡架構和業務應用層面的融合,解決蜂窩網與WLAN的網絡互通、協作和業務連續性等問題。無線側融合主要從接入層充分利用兩者的技術、頻率等資源,以實現高頻段、高吞吐量、熱點增強、低復雜度和靈活組網等目標,解決頻譜資源緊張的問題。
通過近年移動通信產業主導的企業并購以及國內外電信運營商的網絡和業務整合,產業鏈已經具備實現移動蜂窩與WLAN更深層次融合的條件。體現在如下幾個方面:
從標準、技術層面看,3GPP在蜂窩網標準制定中充分考慮WLAN接入蜂窩網;并且全面考慮從網絡側融合到無線側融合,實現更精細化和更深度融合。
從芯片、終端層面看,主流的無線芯片和智能終端都同時支持蜂窩網和無線局域網,并且支持2G/3G/4G的多模制式和各協議版本的802.11a/b/g/n/ac等。
從網絡設備層面看,設備制造商的小基站(Small Cell)能提供蜂窩網絡和WLAN網絡的接入能力;并且能夠提供網絡側互通、協同以及無線側空口融合的解決方案。
從運營層面看,基礎電信運營商、虛擬運營商等不同程度地推動移動蜂窩網和WLAN的業務整合,實現WLAN對移動蜂窩網的補充覆蓋和業務分流。
3、通過VoWiFi和VoLTE完成網絡側的業務融合,提供語音業務的無縫切換
基于IMS架構通過VoWiFi和VoLTE提供語音業務的無縫切換,完成網絡側的業務融合。隨著LTE網絡在全球的廣泛部署,運營商升級EPC和IMS網絡,將基于VoLTE的業務擴展到Wi-Fi接入,用戶可以通過Wi-Fi撥打電話,同時支持VoLTE和VoWiFi之間的無縫切換。
VoWiFi給運營商/用戶帶來了新價值,VoWiFi和VoLTE之間是一種互補關系,Wi-Fi是對LTE網絡增強覆蓋的一種有效手段,可以增強運營商的競爭力,增強用戶體驗,減少漫游費用,減少消費者對OTT業務的依賴。
未來VoWiFi的大規模商用已經成為必然,發展中機遇與挑戰并存。
VoWiFi的發展機遇來自于Wi-Fi熱點的全球部署
隨著移動互聯網的發展,Wi-Fi已經在全球普及。截至今年年初,國內Wi-Fi公共熱點約為650萬個,家用Wi-Fi熱點1億多個,運營商Wi-Fi、商用公共Wi-Fi、政府公共Wi-Fi等大概有2.3億個。龐大的Wi-Fi熱點已經為VoWiFi提供了非常好的接入基礎。
VoWiFi的挑戰主要在于支持ePDG架構的VoWiFi的原生(native)終端數量較少。
除IPhone6/6p及以上的版本支持VoWiFi外,目前市面上其他終端廠家僅有幾款終端支持VoWiFi,產業鏈還比較薄弱。
目前,國外運營商積極部署VoWiFi,未來的大規模商用已經成為必然,并且存在虛擬運營商/互聯網企業開展VoWiFi業務的可能。Wi-Fi產業在未來5G的發展中可能在網絡互通、協同和業務連續性等方面給予技術和標準的支持。
4、產業鏈正探索免許可頻段技術在無線側融合中的應用,其發展面臨較大不確定性
移動通信產業正探索免許可頻段技術在無線側融合中的應用,基于LTE的免許可頻段技術主要包括以LAA和LWA為代表的3GPP標準方案,以及以LTE-U和MulteFire為代表的非3GPP標準方案。蜂窩網免許可頻段技術的發展面臨各國監管政策、產業界態度、3GPP 5G技術標準進展、IEEE 802.11系列發展等諸多影響因素。
3GPP標準融合路線:在4.5G階段以LAA、LWA及后續演進為代表的,僅僅是運營商網絡升級的備選方案;此融合路線有望在5G階段迎來新的解決方案。
LAA和LWA發展路徑取決于運營商的網絡部署策略。當運營商許可頻段頻率資源緊張,流量壓力較大的時候,將考慮采用免許可頻段技術。如果業務需求大,快速部署利用免許可頻段資源,適合采用LAA技術;如果為了保護Wi-Fi投資,且Wi-Fi可以升級,適合采用LWA技術。
雖然3GPP在R13和R14中都進行了LAA和LWA的標準化研究,但是對于運營商來說,這兩種技術都只能算作是4.5G的備選技術,在網絡部署中作為與授權頻段LTE網絡協同組網的補充技術。并且隨著5G新空口(NR)和全頻譜接入技術的研究和應用,在5G時代來臨的時候,運營商優先使用許可頻段的策略給基于LTE的免許可頻段技術(LAA和LWA)的應用帶來了較大的不確定性。
非3GPP標準融合路線:LTE-U和MulteFire面臨更大挑戰,LTE-U可能只在局部地區商用,而MulteFire有可能演進為Wi-Fi技術的直接競爭者,并推動互聯網企業更深入地介入無線產業的發展。
目前來看,MulteFire發展將面臨全方位的挑戰。從產業界的態度來看,運營商和Wi-Fi陣營都反對。從技術發展來看,MulteFire技術較Wi-Fi復雜,需要在后續演進中能夠提供更低的成本和更好的性能。
由于MulteFire采用直接部署在免許可頻段上的模式,相當于基于LTE技術的AP,其面臨和Wi-Fi AP(基于802.11ac/ax)的直接競爭。如果發展成為類似新型商業Wi-Fi的模式,將使互聯網企業有機會進一步介入無線產業。
作者簡介:曹磊,中國信息通信研究院產業與規劃研究所高級工程師