移动通信网络发展及其网络规划设计应对思考

张同须

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

移动通信网络发展及其网络规划设计应对思考

张同须

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

简要论述了移动通信未来的发展趋势，介绍了5G的若干特点和关键技术。最后提出了面向未来网络规划设计的一些思考。

移动通信；5G；规划设计

张同须

1987年毕业于北京邮电大学，获通信与电子系统工学硕士学位。教授级高级工程师，全国工程勘察设计大师。现任中国移动通信集团设计院有限公司院长。工业和信息化部通信科学技术委员会委员。多年来一直从事大型电信网络的工程设计工作，现致力于IP及宽带移动通信网络的设计和研究工作，编写了有关的技术体制和设计规范，获多个国家及部级奖项，发表数十篇论文，出版两本专著。2001年享受国务院政府特殊津贴。

1 概述

移动通信的迅猛发展已经深刻地改变了人们的生活，手机已经成为人们日常生活中必不可少的物品。其中移动互联网和物联网是未来移动通信发展的两大主要驱动力，人们通过手机获取各种信息的数据流量将出现爆炸式的增长。根据预测[1]，2010～2020年全球移动数据流量增长将超过200倍，2010～2030年将增长近2万倍；中国的移动数据流量增速高于全球平均水平，预计2010～2020年将增长300倍以上，2010～2030年将增长超4万倍，发达城市及热点地区的移动数据流量增速甚至更快，见图1所示。而未来全球移动通信网络连接的设备总量将达到千亿规模，其中预计到2020年全球移动终端（不含物联网设备）数量将超过100亿，而中国将超过20亿，见图2所示。到2030年全球物联网设备连接数将接近1千亿，而中国超过200亿，见图3所示。

近几年中国的移动通信网络快速发展与上述预测趋势是大体吻合的。特别是在2013年底中国政府发放4G TD-LTE牌照后，在过去的一年中4G呈井喷状发展态势，可以说是叹为观止，这其中中国移动的推动力度最大。中国移动只用了1年时间便建成了全球最大的4G网络[2]。据介绍，截至2015年1月底，中国移动已建成超过70万座4G基站，实现绝大部分城市、县城的连续覆盖，发达乡镇的热点覆盖，到2015年底有望建成100万座4G基站；在终端销售超过1个亿的同时，4G客户也达到了1亿。同时，中国移动积极推动4G技术演进发展，加速LTE-A成熟商用，让速率从100 Mbit/s不断提升到200 Mbit/s、600 Mbit/s，乃至未来1 Gbit/s；在技术层面，积极推动3D-MIMO、大数据网优、干扰消除等技术成熟；在网络层面，积极推进NFV、SDN等加速使用。

图1 2010～2030年全球和中国移动数据流量增长趋势（单位：倍）

图2 2010～2030年全球和中国移动终端连接数增长趋势(亿部)

图3 2010～2030年全球和中国物联网连接数增长趋势(亿个)（左图为全球，右图为中国)

前不久，中国政府又发放了4G FDD-LTE牌照给中国电信和中国联通，预计未来两年4G网络的建设又会有一个突飞猛进的发展。虽然中国移动经过一年的大发展领先优势较大，短时间内难以撼动现有市场格局，但长期看将会形成一个三足鼎立的格局，中国4G市场前景看好。

2 移动通信网络发展趋势和挑战分析

从当前移动通信网络发展的两大驱动力看，移动通信网络的未来发展需求可以总结为海量数据、极致体验、泛在连接、重构模式、智能扩展。

首先是移动互联网的发展，它颠覆了传统的移动通信业务形态和业务模式，为用户提供丰富多样的业务产品、快速便捷的信息交互方式、前所未有的使用体验，深刻影响着人们工作生活的方方面面，在文字升级到图片、视频等富媒体的基础上，未来还将进一步引入超高清乃至3D视频、虚拟现实等更加身临其境的极致业务体验，这就意味着需要更大数据流量、更灵活的资源分配以及更复杂且更精细的网络规划设计。

其次是物联网的发展，它扩展了移动通信的服务范围，从人与人通信延伸到物与物、人与物智能互联，使移动通信技术渗透至更加广阔的行业和领域，未来移动医疗、车联网、智能家居、工业控制、环境监测等应用将会极为普遍，真正实现万物互联、巨量数据和云端计算，这就意味着规划设计的移动网络能够满足超高流量密度、超高连接数密度、超高移动性和智能化的一致服务，而且还应具备围绕业务内容及用户感知的智能优化能力。

第三是各个行业的发展，原先各个垂直行业领域一直相互孤立，商业模式各不相同，行业市场间的壁垒非常明显，行业内的利益相关方极为分散，但随着智能手机的出现和普及，不仅通过统一的标准将产业链进行了串接，而且也促发了大量商业模式创新，进而在未来将促使各行各业重构其商业模式，实现不同行业生态链的融合与协同发展，移动通信网络将成为这个过程中最基本的技术要素。

最后是智能化的发展，移动通信网络不断扩展人们的感知范围，同时与当前最为热门的云计算、大数据等信息技术一起不断地将人类智能向各种物品尤其是人造物进行扩展，而且这些智能以知识积累的方式在时间和空间两个维度进行传递。

这些发展要求和能力需求意味着移动通信网络面临以下挑战：

（1） 由持续增长并且超高的连接和移动数据流量（尤其是视频）所造成的网络容量与频谱短缺。目前全球移动通信网络容量大约需要10年的时间来实现翻倍，但数据流量每年都在翻番，因此业界在5G等新技术研究中首要重点是支持数据业务（尤其是视频），而话音被视为一个需要支持但是相对不成问题的传统服务。这就需要更多频谱、更高效的频谱使用技术、更高速的无线通信技术、更高密度的覆盖和更灵活便捷的优化调整机制。

（2）由连接数和数据流量激增所带来的能源消耗与资源巨量需求。从近年来大型数据中心建设运营过程中的能源消耗看，数据流量和能源消耗呈线性关系，未来可能会随着数据流量的激增而导致局部能耗超过运营商所能承受的成本，而容量扩大和覆盖深度加深对频率、码字等资源产生了更大的需求。

（3）由网络智能化、垂直行业信息化所带来的网络本身以及网络规划设计的复杂度大大增加。比如SDN这种提供物理或虚拟网络应用的架构，它能够启动网络服务和网络基础设施之间的智能交互，以实现网络动态地适应具体应用的需要，但是也意味着网络本身复杂度的增加以及网络规划设计需要更精细化、更广泛和深入的仿真计算。比如异构网络、超密集网络等均带来网络结构、系统干扰等各方面复杂程度的增大。再如自动驾驶等各种工业应用对时延的极高要求会限制网络路由复杂度，但同时对网络智能化水准、网络规划设计提出了极高要求。

（4）垂直行业信息化和商业模式创新需要基于移动通信网络开展，因此必须引导更多行业积极参与到移动通信技术研究、移动通信网络规划设计优化，而移动通信行业也需要自觉地拥抱其他行业，了解其他行业的需求和商业模式细节，才能推动更广泛范围的技术创新和商业模式创新。

目前移动通信行业正在结合上述需求和挑战，重点围绕5G开展研究。虽然现在还很难给出5G清晰的定义，但5G的几个愿景逐渐得到共识[3]，包括：

软（Soft）： 从核心网到接入网以及空口，通过引入SDN等全面强化每个网络单元的敏捷性和灵活性。

绿（Green）： 从网络侧到终端侧，全面提升网络资源效率，降低能耗水平。

极速（Super Fast）： 为未来所有可预期场景提供接近浸入式可触控用户体验。

对性能具体要求的实现体现在能力方面。5G的关键能力体系如表1所示[4]，其中用户体验将首次达到Gbit/s数量级。

表1 5G的关键能力体系

要实现这些指标要求，5G标准必须采用若干先进技术加以支撑[5]。例如在无线传输技术方面， 将引入能进一步挖掘频谱效率提升潜力的技术，如先进的多址接入技术、多天线技术、编码调制技术、新的波形设计技术等；在无线网络方面， 将采用更灵活、更智能的网络架构和组网技术， 如采用控制与转发分离的软件定义无线网络的架构、统一的自组织网络、异构超密集部署等。5G移动通信标志性的关键技术主要体现在超高效能的无线传输技术和高密度无线网络(High Density Wireless Network) 技术。另外，体系结构变革将是新一代无线移动通信系统发展的主要方向。现有的扁平化体系结构促进了移动通信系统与互联网的高度融合，高密度、智能化、可编程则代表了未来移动通信演进的进一步发展趋势。

另一个值得注意的趋势是，通过固定和/或移动通信技术交付的宽带正被越来越多地作为现代经济运作和发展所必要的第四大资源以及现代生活必不可少的元素。到2015年大约10亿人将使用大/小屏移动宽带作为互联网接入的主要形式，这在全球宽带用户数中占比28%，世界人口数中占比13%[6]。在网络方面，随着运营商寻求优化家庭内外固定和移动终端的内容与服务，市场上出现越来越多各种形式灵活的固定和移动宽带接入。虽然移动宽带技术的能力正在改善，但至少从中期看来，与固定宽带技术相比，它无法提供相同的数字家庭服务水平以及相同的价位。然而，移动宽带能够为家庭用户带来灵活性，而且还允许服务供应商将网络覆盖范围扩展至无法获取固定宽带接入的区域。这意味着，宽带固移融合也会带来越来越多的创新机会和技术挑战。

3 移动通信网络规划设计应对思考

面对移动通信技术发展和需求变化，作为从事移动通信规划设计优化工作的人员而言，也必须与时俱进，深入思考，加强研究，以起到引领通信网络发展和应用的作用。

3.1 高频段无线电波传播特性及超高密度通信技术

由于适合通信服务且掌握传播特性的频段已经没有太多可用的频谱，频率重用和简单扩展到邻近频段进行扩容的可能性将越来越小，目前可行的就是向上扩展，使用3～60 GHz的高频段。而使用这些新频段需要首先对无线电波在这些频率上的传播特性进行基本研究，掌握并充分应用于未来移动网络规划设计中。同时，针对高数据流量开展超高密度覆盖技术、大容量通信技术的研究，通过精细化、室内外联合、多网协同的迭代仿真分析，以规划设计复杂度提升换取网络覆盖和容量的提升。

3.2 绿色节能技术

移动通信网络的无线接入部分是主要的能量杀手。图4是沃达丰关于移动通信网络的能耗统计。而且，随着后续数据流量增加，数据中心能耗也将急剧增加。因此，绿色节能技术的研究和应用在今后的移动通信网络中则显得越来越重要。在过去几年中，绿色节能技术在器件能耗性能提升，例如更有效的功放、馈线损耗的降低等方面，以及自然冷却技术、绿色空调改造等方面都做了大量的研究和应用，但是针对基站、数据中心等部署有效性、频谱应用的有效性、资源利用的有效性等方面还做的不够，需要更加体系地研究，进而通过更为有效的网络规划设计形成绿色节能型网络，降低单位信息传递的能耗。

图4 典型的移动通信网络的功耗（数据来源：沃达丰）

3.3 智能软件开发技术

随着整个网络的不断“软”化，软件开发技术将成为规划设计人员乃至咨询设计行业必须了解、掌握并能熟练加以应用的基础，尽管目前软件行业的商业模式与移动通信设计咨询行业还未有效衔接，但是未来对网络的了解并不是仅仅通过掌握设备性能和参数，而是还需要深入了解设备软件运作模式甚至实现细节，进而通过网络规划设计咨询中进行各种方案的组合，甚至将设计咨询中的智能固化到软件中，实现设计咨询的智能拓展，解决实际网络需求和可能面临的问题。

3.4 平台化

平台是提高规划设计技术含量和竞争力、解决规划设计复杂度、降低设计成本的重要手段，独特的软件工具和高技术含量的方法论更是区别于其他规划设计单位的必要条件。未来的网络质量将越来越与规划设计水平密切相关，因此规划设计领域应加强平台化工具化的推进，这是一个必然的趋势。

3.5 加强知识管理

设计咨询是知识密集型行业，知识是企业发展的基石，解决知识提炼、共享、创新问题将极大地促进设计咨询企业提升工作效率，加速员工技术储备和能力提升，更好地应对未来多行业生态链的融合。

4 结束语

为了应对未来爆炸性的移动数据流量增长、海量的设备连接、不断涌现的各类新业务和应用场景，作为规划设计咨询企业必须把握未来移动通信网络发展趋势，深刻领会这种趋势所带来的生产方式变化以及引发的世界范围的经济、社会乃至生活的变化，顺应形势、不断创新，提升自身技术能力和管理能力，才能在汹涌的信息化发展大潮中占据一席之地。

[1] IMT-2020(5G)推进组. 5G愿景与需求白皮书[R]. 2015.

[2] 中国移动沙跃家:2015年TD-LTE发展将更加超乎想象. [EB/OL] (2015-03-04)[2015-03-09] http://www.c114.net/news/118/ a884827.html.

[3] 未来移动通信论坛. 5G White Paper[R]. 2014.

[4] IMT-2020(5G)推进组. IMT-2020(5G)推进组整体工作进展汇报[R]. 2014.

[5] 尤肖虎，潘志文，高西奇，曹淑敏，邬贺铨. 5G移动通信发展趋势与若干关键技术[J]. 中国科学，2014，44(5).

[6] OVUM. 5G移动网络发展蓝图[R]. 2014.

[7] OVUM. 全球移动市场前景:2014-2019[R]. 2014.

Development of mobile communication network and suggestions of network plan and design

ZHANG Tong-xu
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)

This paper mainly described the trends of mobile communications, introduced some features and key technologies of 5G. Finally, some suggestions based on the network plan and design of the network were given in this paper.

mobile communication; 5G; plan and design

TN929.5

A

1008-5599（2015）03-0001-05

2015-03-09