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无线网络发展趋势与天线技术发展方向
作者:联通 黄晓明 来源:天线联盟
发布者:秘书处 时间:2013-11-06 13:19
无线网络发展趋势
       
       中国移动通信大概是从1993年开始飞速发展,从1989年到九几年是中国移动通信的起步阶段,发展到现在已经规模非常大了,各运营商的网络基本上是全球最大的网络。
移动通信经过近20年发展,已发生了很大变化。从需求上来讲,从原来的简单语音通信发展到现在的高速数据通信,从户外紧急联系的通话需求,发展到现在随时随地通信要求。移动通信成为一个生活的必需品,因此,无处不在的无线网络成为发展的必然要求,完善无缝的网络覆盖成为网络建设的最大问题。
从通信发生地看,通信业务越来越多发生在室内,移动通信从户外转向室内,因此,无线网络重心在逐步向室内转移。从无线网络的复杂程度看,由于用户规模大,业务越来越多,通信技术在加速发展,我们每个运营商同时运营2、3G多张移动网,多代多网络将长期共存,所以出现了多张无线网络重叠覆盖的现象,而且,因用户规模和通信容量越来越大,无线网络工作频率不断向高端发展,已经从800兆到了2.5GHz,高低频比超过3倍频,因此,无线网络越来越复杂。
从移动蜂窝网络架构演进看,在城市尤其在密集城区,由于建筑和人的活动向空中延伸,无线网络覆盖目标不再仅仅是地平面了,更重要的是高耸如云的高大建筑,现在的网线网络架构已不完全是蜂窝结构,在城区呈现出与建筑结构特点相应的立体分层结构,因此,无线网络架构产生了根本性的变化,呈现出多样性,从简单平面蜂窝结构演进为城区立体分层网络架构。
从无线网络能力看,原来是简单覆盖型网络,对容量要求不高,现在无线网络不仅要求覆盖,网络承载能力要求在快速提高,尤其是LTE、4G之后,高速数据业务将爆炸式增长,网络容量和承载能力将面临新的挑战,今后网络承载能力可能成为网架构设计的重点之一。但从现网运营数据来看,容量分布呈现非常的不均匀性和突发性,网络容量和承载能力不像网络覆盖,呈现点状和局部热点特性,因此,网络承载能力设计需充分考虑网络效率,容量均衡,一定要热点和非热点组合相加。
从网络设备演进看,设备形态开始多样化、小型化了,我再加上分布化,对无线设备还有低功率化也是一个非常重要的演进方向,值得关注。
移动通信的发展演进给我们做无线网络的技术人员带来了诸多挑战和新的发展趋势,在这里列举四点:
1、我们需要重新思考如何构建无线网络。原来无线网络都在室外,室内至多是简单的补充延伸,但现在,无线网络重心在向室内转移,室内电磁环境复杂,无线网络结构迥异,而重要性在不断提高,甚至以后将超过室外,目前城市已超过室外了。
2、设备分布化和形态多样化后,网络复杂程度将成倍增加,这将对网络质量带来很大隐患,对网络运维带来困难和运维成本上升。网络成本在增加,网络通信资费在下降,整个电信行业都面临这一个问题和矛盾。
3、基础电信资源及其有效利用问题。随着网络分布化和规模越来越大,天线分布越来越散,室分越来越多,因此,架设天线的天面资源和室内分布天馈资源逐步转化为基础电信,而且是受建筑客观条件和业主物业主观要求双重限制资源,是非常宝贵的基础资源。现在这种资源的争夺越来越激烈,代价越来越高,如何共建共享和有效利用是运营商面临的另一问题。
 
4、网络复杂化、分布化以后,必然带来网络维护困难和运维成本高等问题,因此,网络智能化势在必行,网络自愈、自维护、自组网、自优化等一系列的技术,将作为网络技术发展非常重要的方向。
   
天线存在的问题
 
 
我们知道,所有无线信号源自于天线,所以天线是构建无线网络的基点,做无线网络目的就是要满足用户随时随地通信的需求。现代无线速率和带宽越来越高,网络越来越复杂,信号越来越多。
无线网络关注的几个主要问题:首先是覆盖。覆盖包括覆盖和覆盖控制,覆盖的难点是室内深度覆盖,覆盖控制主要有小区覆盖边界控制和室内外信号渗透和泄漏控制,现在基站越来越密,实际上做好覆盖控制比做好覆盖本身更难。第二是容量。LTE时代来临,将来数据通信业务模型不清楚,容量如何分布问题很大。第三是干扰。随着网络越来越复杂,信号越来越多,干扰问题越来越突出。在干扰问题中,我个人感觉,多频段多信号之间的互联干扰将是无线网络容量起来后遇到的最大最难解决的问题,去年我们在这方面做了点研究,取得了一些初步的成果。第四是电磁辐射问题。随着网络的增加,室内环境电磁辐射会不会超标?这个问题需要考虑。LTE、4G网络起来以后,如果三个运营商都建有室内分布系统,加上WLAN,大概有十来个无线网络,十来个无线网络信号叠加在一起的电磁辐射会有多高?在部分区域会不会超标?值得大家关注。我们作为网络运营商希望用户随时随地都能享受通信服务,越多越好,但我们也要关注人的健康。室内天线离的人越远越好,尽量不要离人30公分之内。
对天线的质量问题,这些年大家都在关注,我感觉这两年已经有很大的进步,整体来讲天线质量在改善,但国产天线质量总体还不高。还有天线计量标准问题,我们现在的测试场地差异很大,测试误差很大,我们对几个测试场都做了对比,增益相差几个dB,对几个dBi低增益的天线而言,测试误差就几个dB,测试结果就不可信了。另外就是天线技术标准问题,原来的国家标准有很多已经不适用了,凯尔实验室牵头在制订行业标准,但由于种种考虑,也存在一些问题。
对无线网络而言,天线是低价格、高价值的设备,天线投资不足无线网络总投资的3~5%,但决定了无线网络的整体效率和质量。天线产业界面临激烈的价格竞争的压力,我个人认为与天线本身的特点有关。天线具有技术复杂产品简单、设计门槛高制造门槛低、想到很难做到很容易等特点,还有天线质量问题是隐性的特点,导致天线厂家鱼龙混杂,成熟产品几台简单设备、几个人就可生产,尤其是量大价格低的室内天线,竞争十分激烈。
还有天线的专利保护困难,天线技术上创新、要想到很难,但别人一看就清楚,仿造非常简单,导致天线原创性很少,简单模仿现象普遍。另外,天线质量隐性特点使运营商无法简单直观判断天线质量的优劣,导致招投标过多地强调价格,而忽视了质量,对网络投资效率和室内无线网络质量影响很大。现在室内吸顶天线招标价已经降到了几十块钱,甚至十几块钱。我一直认为,当价格低于成本,降低的一定是质量。现在的室内天线大多数都存在质量问题,对网络影响是隐性的,代价将是巨大的。
 
天线技术未来发展方向
 
 
移动通信已经进入了多代多网络共存的时代,网络互补、融合和有效的利用是必然的技术选择,学术界提出了无线网络异构融合的演进思路,我们从实用的角度提出了无线网络室内外综合覆盖的概念,逐步构建立体分层结构的多网络协同互补无线网络体系,从不同的角度和层面探索研究既符合网络实际情况和需要,又适应无线网络未来发展要求的网络建设模式和演进路线。无线网络的演进对天线技术和形态提出了新的要求,呈现出以下几大趋势:多样化、小型化、智能化、有源化,低功率化、一体化、宽带化,还有多制式、多天线技术。
无线网络分布化后,天线越来越多地出现在人们的视野范围内,天线多样化和小型化,包括天线隐形和外观美化,根据目标覆盖区域和场景特点,针对性选择不同的形态和性能的天线,有效解决覆盖问题,同时尽量缓解天线对环境美观的影响和天线辐射对公众造成的抗拒心理。有时候天线对人的视觉冲击导致的问题比辐射本身还严重。小型化、宽带化、一体化和多制式、多天线技术还有助于缓解天线装抱杆和天面资源紧张等问题。多天线技术也是提升通信速率的重要技术手段。
天线智能化包括天线自动调整、控制和天线波束赋形,现在目标覆盖场景越来越复杂,智能化有助于做好覆盖控制和提高信号覆盖的有效性。
无论是室外基站还是室内分布系统,用光纤替代长距离的铜轴电缆是发展的一个趋势,因此,天线的一体化和有源化是必然的。网络容量的提升后,无线小区越来越小,很小的信号功率即可满足覆盖,同时也利用干扰控制,因此,天线低功率化是最佳选择。对我们室内分布系统天线,宽带化是多代多系统适应性的需要,低功率化甚至微功率化是缓解室内电磁辐射水平的重要手段。
天线技术发展适应网络发展的要求,天线的性能和质量与网络质量直接相关,前面嘉宾提到,具有一票否决权,设备再好,天线不行,整个网络就没有用。在此,就网络技术发展现状,提出我个人的几点思考,供大家参考。
1、网络的设备的快速更替问题。由于网络技术在加快发展,网络的更新换代和不断的升级严重降低了设备使用寿命和网络资源的有效性。很多设备还很新,但系统一升级就被淘汰了;很多设备还在网运行,但备品备件已不生产,必须更换新的型号设备,加上竞争导致的网络设备替换和搬迁,造成了设备和网络资源的巨大浪费,这些问题,站在电信设备商和运营商的角度都值得反思。
2、电信产业链利益驱动机制问题。现在电信运营商与设备和网络工程服务商之间,都是采用规模数量的利益驱动机制,技术和服务价值无法得到体现。像室内分布系统工程,方案设计十分重要,但集成商几乎是免费设计,为的是获得建设工程费和设备集成费,通过相应规模的工程和设备获取利润,这种利益驱动机制导致集成商只关注网络建设规模,不关心建成的网络质量,导致设备堆聚和重复建设浪费,而网络质量得不到实质性提高。电信运营商是电信产业的主导者,可否建立和引导以技术服务水平和网络质量为导向的新的利益驱动机制,实现整个产业链的共赢?值得大家思考和共同努力。
3、如何构建可持续积累和不断完善的网络基础?当代科技飞速发展,网络技术越来越快地更新换代,网络寿命周期越来越短,网络建设疲于奔命,不断更新和重复改造。运营商不断投入巨资和巨大的人力时间成本,但是始终跟不上技术和市场发展的步伐。面对快速发展变化,电信网络可否制订更具前瞻性的发展规划?电信基础设施可否持续利用,网络设备能否持续升级?总之,能否建立一个持续积累和不断完善的网络基础?这些问题也值得我们思考。
4、电信基础资源不足问题。随着网络规模不断扩大,网络系统越来越多,基站、机房、天面、管线和室内天馈分布系统等资源不足问题越来越突出,尤其象室内天馈分布系统,建设成本高、施工难度大还影响建筑的正常运行,每更新一代网络去改造一次不太现实,每个运营商都独立建设也有困难。在港澳地区,运营商共建共享一套系统,这个经验值得借鉴。当然,这不光是技术问题,更有管理机制体制和国家政策等方面的问题。

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