三代移动通信网络协调建设的系统动力学分析

（重庆邮电大学经济管理学院，重庆400065）

三代移动通信网络协调建设的系统动力学分析

高锡荣，张红超

（重庆邮电大学经济管理学院，重庆400065）

基于财务、竞争和战略三大导向，运用系统动力学模型，分析了2G、3G和4G移动通信网络的协调建设问题。代入实证数据进行系统仿真，结果显示，财务导向倾向于投资2G网络，竞争导向倾向于投资3G网络，战略导向倾向于投资4G网络。此外，政策乘子的改变，亦会影响三代网络的投资占比。运营商可以根据自己的导向偏好来选择重点投资的网络类型，并可运用政策乘子进行投资比例的调节。

移动通信网络；协调建设；系统动力学

2013年12月，工信部向三大运营商颁发TD-LTE（time division long term evolution）牌照，标志着我国移动通信4G时代的来临，由此形成了2G、3G和4G三代移动通信网络同时建设的复杂局面。运营商当前所面临的问题是，2G、3G和4G三代移动通信网络都各有其价值，都需要建设和维护，很难在短期内全面转向4G。这种状况势必造成三代移动通信网络之间相互争夺运营商资源、分散运营商投资方向的后果，给运营商带来投资战略和运营管理上的不利影响。在此背景下，如何在三代移动通信网络建设方面进行取舍和协调，就成为了困扰运营商的战略课题。

为探讨三代移动通信网络的协调建设问题，本文拟分别从财务、竞争和战略三个导向出发，同时引入政策乘子因素，构建三代移动通信网络协调建设的系统动力学模型，通过系统仿真来模拟三代移动通信网络建设的投资分配情况。

一、相关文献回顾

（一）对网络用户迁移的研究

网络用户迁移直接影响网络规划建设，从客户流失角度出发对电信运营企业迁移用户进行分类，具体可分为跨网迁移客户和网内迁移客户。跨网迁移客户是指从一家电信运营企业转到另外一家电信运营企业，网内迁移客户是指该客户的迁移行为只发生在同一家电信运营企业的内部［1］，本文主要考虑网内迁移客户。这类客户产生的重要原因是：运营企业自身不断推出新的产品和服务，客户如果重新选择了新产品或者服务，那么运营企业自己的新产品或者服务就会吞噬原来的产品或者服务。影响网络用户网内迁移的因素众多，其中主要因素是网络质量和转网成本。在网络质量相同的情况下，转网成本高，客户忠诚度就高，用户迁移意向就低；转网成本低，客户忠诚度亦低，用户迁移意向就高［2］。在不考虑转网成本的前提下，理性的用户会倾向于选择网络覆盖质量高的网络，如果用户当前所选择的网络覆盖质量低于用户期望水平，用户将放弃该网络而选择能够达到其网络覆盖质量要求的网络［3-4］。

（二）对网络建设的研究

网络建设的影响因素主要包括网络技术的推动、用户实际需求、运营商建设规划、不同代网络共存与运营平衡问题、网络资源配置情况等几个方面［5］。在市场驱使和技术保障下，我国移动通信网络由3G向4G稳定过渡具有历史的必然性［6］。近年来，云计算、大数据快速发展，对网络的要求越来越高，现有网络已经不能满足当前用户的需求。技术的推动作用为网络演进提供了前提条件，LTE技术能够使现有用户在不换卡、不换号、不登记的情况下使用4G网络提供的业务，保证了2G、3G和LTE网络业务的一致性和连续性［7］。为确保网络演进过程中不同代网络的协调发展，网络建设规划需要兼顾系统间的共存与运营平衡问题，在建设TD-LTE网络时要考虑TD-SCDMA（time division-synchronous code division nul-tiple access）系统现网的实际部署情况，因地制宜规划建设TD-LTE网络［8］。研究发现在3G网络投资建设初期，从收益角度考虑，3G年投入系数占比并非越大越好，而应保持在一个适当的范围里，过大的3G年投入系数比例会使得3G的边际收益下降，而2G的收益又受到限制，最终使得总利润下降，导致2G与3G发展不协调［9-10］。网络演进是一个缓慢的过程，4G网络虽然能够带来很好的使用体验，但不会在短时间内覆盖一切，2G、3G网络仍会有很长一段的缓冲时间［11］。

现有文献主要对2G网络与3G网络的协调发展进行了深入研究，也有部分文献对2G、3G用户向4G迁移的可行性进行了研究，但都未能对2G、3G和4G三代移动通信网络协调建设的投资分配进行系统分析。

二、变量设置及研究假定

（一）网络协调建设的关键概念

1．投资效益。本文中的投资效益是指投资的财务效益，即指项目实施后所获得的营业收入。在对不同网络建设分配投资额时，如果投资者选择财务导向，他将会倾向于投资能够带来高额收益的网络。

2．市场份额。在市场大小一定的情况下，某种产品的市场份额越高，此种产品相对的竞争优势就越明显。同时，由于移动通信网络存在规模经济的作用，用户市场份额的增加会使单位产品的成本下降，从而间接地提高财务效益。

3．长远发展。网络的发展是一个不断演进和替代的过程，在进行网络投资建设时应充分考虑网络的应用现状和未来的发展趋势，在满足当前用户需求的情况下，要兼顾到现有的成熟技术和标准是否能够与未来的先进技术和标准完美结合，即保障网络的发展具有可持续性，其中包括网络扩容的可持续性、网络更新换代时网络基础设施的兼容性、网络技术的可持续性。

4．用户偏好演变。最能体现网络用户偏好演变的是网络终端产品的演变过程，其中最具有代表性的是手机的演变过程，主要表现在手机功能上的变化。2G网络时代，手机的主要功能是提供语音通话和收发信息，操作简单；3G网络时代，手机的功能不仅包括2G时代手机的功能，同时还集照相、摄像、视频通话等功能于一体，人们可以利用手机快速浏览网页、看网络视频、进行网络视频通话等；4G时代人们的通信工具已经不再局限于使用手机，越来越多的可穿戴智能设备不断被投入市场，最具有代表性的是三星公司生产的智能手表Gear，其不仅具有邮件收发功能，还有摄像和拍照等功能。

（二）网络协调建设的基本原则

1．短期效益与长期效益兼顾原则。目前2G网络用户数量最多，是运营商收入的主要来源，但是2G网络的传输速率低、业务提供能力弱、数据传输质量差等因素，使2G网络不能够满足今后人们对网络的要求，最终会退出历史舞台；3G网络的数据传输速率和传输质量可以满足大多数用户的需求，但是未来网络业务要求网络具有高的传输速率和传输质量，这就需要发展4G网络以满足网络业务发展的要求。因此，应发展2G、3G以获得短期利益，同时需兼顾到企业未来4G发展，以获得长期效益。

2．响应并引领用户需求的变化原则。网络用户的多样化，使得网络用户的需求往往是多方面的，这就需要企业去分析和引导。可以通过向用户提问、倾听用户谈话等方法来了解用户的不同需求，然后采取相应的措施，以满足不同用户的不同需求，并制定相应的策略来引导用户。

3．保持持续的竞争优势原则。持续竞争优势具有两大突出特征：一是动态性，因为竞争优势都是有条件的，所以企业只有通过不断的自我更新、自我超越创造满足竞争优势的条件，才能实现和保持可持续的竞争优势；二是连续性，长期的可持续竞争优势是由一系列短期的竞争优势积累而成，这些短期的竞争优势可能是一些小的、或者是单独看来并不重要的竞争优势。

（三）系统变量的设置

本文变量包括目标变量、控制变量、中介传动变量和其他辅助变量等四大类型，其中2G、3G、4G网络的中介传动变量类同，仅以2G网络为例进行阐述，各类变量的细分及其物理含义如表1所示。

表1 主要变量类型及其物理含义

（四）模型的基本假定

假定1：模型中只存在三种网络，不会随着仿真运行时间的延长而出现更高级别的网络，即未来一段时间内不会有更高层级的网络投入运营。

假定2：网络投资决策仅有财务导向、竞争导向和战略导向可供选择，并且只能选择其中的一种导向作为主要投资导向。

假定3：通过对模型中某省历年人口数据进行分析，发现人口增长速度极其缓慢，故假定未来几年内人口保持不变。

（五）实证演算的数据来源

本文选择“中国移动”Y省分公司作为模拟对象，模型中“某地区人口总量”来源于Y省卫生和计划生育委员会的人口统计信息。2G网络用户数量、3G网络用户数量和4G网络用户数量的初始值来源于2013年《中国通信统计年鉴》。

三、系统动力学模型构建

基于变量设置及研究假定，构建三代移动通信网络协调建设的系统动力学模型（见图1）。

图1 三代移动通信网络协调建设的系统动力学模型

为了便于模型运行，对变量之间的关系式以及变量初始值作如下规定：

1．模型运行起止时间设定为2013年至2018年；

2．地区人口数量为Y省2013年人口数量；

3．2G、3G、4G用户数量的初始值为2013年年底的实际用户数；

4．竞争导向、战略导向、财务导向的取值范围为［0，1］；

5．引导偏好乘子、培训技能乘子、入网优惠乘子的取值范围为［0，1］；

6．2G、3G、4G用户年新增入网率主要受网络相对规模、运营商的不同导向、入网优惠乘子、引导偏好乘子、培训技能乘子的影响。以2G用户年新增入网率为例，其算式为

2G用户年新增入网率＝2G网络相对规模*EXP（（财务导向*5＋竞争导向*2＋战略导向*3）／5）*EXP（入网优惠乘子＋培训技能乘子＋引导偏好乘子）*0．5

7．2G、3G、4G用户年迁出率主要受网络相对规模的影响。以2G网络为例，其算式为

2G用户年迁出率＝EXP（2G网络相对规模－1）

2G用户年增量＝SMOOTH（INTEGER（2G用户年新增入网率*某地区人口总量*8．1e－005－2G用户总量*2G用户年迁出率），2）

9．2G、3G、4G用户总量。某代网络自模型运行开始到某年本代网络所有用户的累积量。以2G网络用户为例，其算式为

2G用户总量＝INTEG（2G用户年增量，1300）

10．2G、3G、4G年新增网络规模。当某代网络用户的数量增加到一定程度、现有网络容量已经不能够满足所需求容量时，则需要扩大网络规模。以2G网络为例，其算式为

2G年新增网络规模＝IF THEN ELSE（2G用户年增量＜50，0，2G用户年增量*0．02）

11．2G、3G、4G年新增投资额。其分为两个部分：一部分是在用户没有新增的情况下，现有网络运营和维护所需要的投资；一部分是当网络用户增加到一定规模时需要对网络容量进行扩大而进行的投资。以2G网络为例，其算式为

2G年新增投资额＝SMOOTH（IF THEN ELSE（2G年新增网络规模＜0，2G用户总量*0．003 25，2G年新增网络规模*0．007 5＋2G用户总量*0．012 5），3）

12．年总投资额。2G、3G、4G三代移动通信网络年投资额之和，具体算式为

年总投资额＝2G年新增投资额＋3G年新增投资额＋4G年新增投资额

科技创新与新型城镇化的耦合关系及其时空分异研究——以“丝绸之路经济带”沿线九省市为例………………………………………徐秋艳，张秋炜（4）：63

13．2G、3G、4G年新增投资占比。某代网络年新增的投资额占2G、3G、4G三代网络年总投资额的比例。以2G网络为例，其算式为

2G年新增投资占比＝2G年新增投资额／年总投资额

四、系统仿真

（一）同一导向下三代移动通信网络的投资结构仿真

通过改变不同导向取值的大小，确定某种导向为主要投资导向，对模型进行仿真分析。其中财务导向下定义财务导向的取值为0．5，竞争导向的取值为0．2，战略导向的取值为0．2；竞争导向下定义财务导向的取值为0．2，竞争导向的取值为0．5，战略导向的取值为0．2；战略导向下定义财务导向的取值为0．2，竞争导向的取值为0．2，战略导向的取值为0．5。对三种导向下的模型进行仿真，得到仿真结果如图2所示。

图2 同一导向下三代移动通信网络的投资结构仿真注：图2中，1代表2G网络年新增投资占比曲线；2代表3G网络年新增投资占比曲线；3代表4G网络年新增投资占比曲线。

由图2（a）仿真图形可知，财务导向下2G网络年新增投资占比最大，虽然呈持续下降趋势，但是在2016年之前仍大于0．25，截至2018年处于较低的水平；3G网络年新增投资占比在2015年后开始出现大幅度下降，并于2018年同2G网络年新增投资占比一样处于较低水平；4G网络年新增投资占比呈现出持续上升的趋势，在2015年之后投资超过3G网络年新增投资，紧接着又超过2G网络年新增投资，之后投资占比继续提高，在2018年超过0．75，最终成为投资建设的主要对象。

由图2（b）仿真图形可知，竞争导向下2G网络年新增投资占比呈现持续下降的趋势，并一直低于3G网络年新增投资占比，2018年开始保持较低的水平；3G网络年新增投资占比整体上呈下降趋势，在2015年之前大于4G网络年新增投资，2018年趋向于较2G网络年新增投资占比略高的较低水平；4G网络年新增投资占比在未来的年份里呈现持续上升的趋势，在2015年超过3G网络投资，到2017年超过0．75。

由图2（c）仿真图形可知，战略导向下2G网络年新增投资占比呈现持续的下降趋势，并始终处于最低水平，在2017年之后保持很低的水平；3G网络年新增投资占比整体上呈下降趋势，但一直高于2G网络的年新增投资占比，2018年开始保持很低的水平。4G网络的投资占比在未来的年份里呈现出持续上升的趋势，并始终高于2G、3G网络年新增投资，2015年超过0．50，2017年高达0．80。

综合图2，可以看出三种导向下4G网络年新增投资占比均会逐年增加，最终达到很高水平，这意味着4G网络将成为未来的主导网络；2G、3G网络年新增投资占比均逐年降低，并在2017年之后处于低水平，表明2G、3G网络将逐渐退出历史舞台。

（二）同一代移动通信网络在不同导向下的投资结构仿真

对图2进行重组，得到同一种网络在三种不同导向下的仿真图（见图3）。

由图3（a）仿真图形可知，三种导向下2G网络的投资占比最终会趋向于较低水平，这意味着2G网络在未来5年内将逐渐退出历史的舞台。但在不同的导向下，2G网络年新增投资占比存在略微差别。财务导向下2G网络年新增投资占比明显高于其他两种导向下的年新增投资占比，战略导向下2G网络年新增投资占比最低，竞争导向下2G网络年新增投资占比居于前两者之间。

由图3（b）仿真图形可知，在不同导向下3G网络年新增投资占比的趋势基本相同，均是整体呈现下降趋势。区别在于2016年之前3G网络年新增投资占比在竞争导向下明显高于另外两种导向，并且高于0．25；在战略导向下3G网络年新增投资占比处于三种导向下的最低水平。

由图3（c）仿真图形可知，在不同导向下4G网络年新增投资占比的趋势基本相同，均是呈现逐年增加的趋势。不同的是，在同一年份上不同导向下投资占比的幅度有所差异，其中战略导向下4G网络年新增投资占比最高，最低的是财务导向下4G网络年新增投资占比。

综合图3，可以看出2G网络在财务导向下投资占比明显高于竞争导向和战略导向下的投资占比，3G网络在竞争导向下的投资占比高于财务导向和战略导向下的投资占比，4G网络在战略导向下的投资占比远高于财务导向和竞争导向下的投资占比。

图3 同一代网络在不同导向下的投资结构仿真注：图3中，1、2、3分别代表财务导向、竞争导向和战略导向下网络年新增投资占比曲线。

（三）战略导向下政策乘子对4G网络投资结构的影响

首先，调整导向参数，使模型处于战略导向；之后，保持3个乘子中其中2个乘子大小不变，调整另外的一个乘子大小，观察乘子改变前后4G网络年新增投资占比变化情况。仿真结果如图4所示。

图4 战略导向下政策乘子改变对4G网络投资结构影响仿真

图4 中，1为战略导向下各个政策乘子均为0．2时的曲线；2为战略导向下仅把引导偏好乘子调制为0．5时的曲线；3为战略导向下仅把培训技能乘子调制为0．5时的曲线；4为战略导向下仅把入网优惠乘子调制为0．5时的曲线。

由图4可知，当三种政策乘子由0．2增加为0．5，4G网络年新增投资占比均会升高。不同的是，不同政策乘子的改变所产生的影响程度不同，其影响程度大小为：入网优惠乘子＞引导偏好乘子＞培训技能乘子。

五、结论与启示

针对三代移动通信网络对投资计划和企业资源的争夺与矛盾，本文构建了网络协调建设的系统动力学模型。通过系统仿真，展示了财务导向、竞争导向和战略导向下，三代移动通信网络的投资结构及其动态演变。从整体趋势上看，未来五年，4G网络的投资占比会逐渐上升，而2G和3G网络的投资占比会逐渐下降；但在当前，财务导向下将提升2G网络的投资占比，竞争导向将提升3G网络的投资占比，而战略导向将提升4G网络的投资占比。

入网优惠、引导偏好、培训技能等政策乘子的改变，会影响三代网络的投资占比。运营商可以根据自己的导向偏好，运用政策乘子进行投资比例的调节，确定特定时期需要重点投资的网络类型。

从长远来看，选择战略导向加强4G网络建设将是运营商的合理选择。为了引导2G、3G网络用户向4G网络迁移，运营商可以制定相关的转网促进政策，比如，对新入网的4G用户赠送免费流量，促进潜在用户积极入网；组织4G网络体验活动，使用户真切感受4G所带来的高速流畅等。

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System Dynam ics of Coordinating Construction for M obile Communication Networks among 2G，3G and 4G

GAO Xirong，ZHANG Hongchao
（School of Economics and Management，Chongqing University of Posts and Telecommunications，Chongqing 400065，China）

A system dynamic simulation model of coordinating construction formobile communication networks was con-structed from the finance，competition and strategy orientation respectively．The system simulation results showed that the operators tended to invest2G network under the financial orientation，3G network under the competitive orientation and 4G network under the strategic orientation．In addition，the change of policymultipliers also affected the investment pro-portion of the three generations networks．Therefore，the operators could choose one network as theirmain direction for investment according to their orientation preference，and could adjust the investment ratio of the three networks by the policymultipliers．

mobile communications network；coordinating construction；system dynamics

TN929．5

A

1673-8268（2015）05-0089-07

（编辑：段明琰）

10．3969／j．issn．1673-8268．2015．05．017

2014-12-19

国家软科学重大项目：以信息化促进城乡统筹发展重大问题研究（2011GXS1D003）

高锡荣（1963-），男，湖北天门人，教授，博士，主要从事信息化与信息管理研究；张红超（1988-），男，河南驻马店人，硕士研究生，主要从事信息化与信息管理研究。