移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展，移動(dòng)數據流量飛速增長(cháng)。利用免許可頻率分流LTE網(wǎng)絡(luò )流量成為緩解流量壓力的重要手段。但由于LTE與WLAN標準差別較大，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )深度融合的難度大，且工作在2.4GHz頻段各類(lèi)設備較多，干擾問(wèn)題突出，單純通過(guò)部署WLAN網(wǎng)絡(luò )緩解LTE流量壓力效果不佳。
LTE-Advanced商用后，運營(yíng)商越來(lái)越依賴(lài)于通過(guò)載波聚合提高帶寬。但載波聚合需要運營(yíng)商擁有較大帶寬的頻譜資源，而在頻譜稀缺的今天，運營(yíng)商很難一次性拿出數個(gè)10MHz甚至20MHz的頻譜資源進(jìn)行載波聚合，頻譜資源供需矛盾突出。而全球的免許可頻段資源較為豐富，尤其是5GHz頻段使用率較低，還未被充分利用，大部分主要國家的5GHz頻譜量都在400MHz以上。
利用5GHz免許可頻段，部署改進(jìn)的LTE系統，實(shí)現授權頻段和免許可頻段LTE系統的深度融合，一方面能夠充分利用資源豐富且尚未被充分利用的5GHz免許可頻段，另一方面大大降低運營(yíng)商使用頻率資源的成本，因此成為L(cháng)TE發(fā)展演進(jìn)的一種新思路。
標準化剛剛起步，將分兩個(gè)階段實(shí)現商用
LTE利用免許可頻段尚處于起步階段，其技術(shù)發(fā)展仍在產(chǎn)業(yè)競爭中不斷探索和嘗試。高通聯(lián)合阿朗、愛(ài)立信、三星、Verizon等企業(yè)成立了LTE-U論壇，對LTE標準進(jìn)行了部分修改，使其能夠與WLAN在一定程度上共存工作在5GHz的免許可頻段。
由于谷歌、IEEE等標準組織和企業(yè)的質(zhì)疑，LTE-U技術(shù)方案未被3GPP納入正式的LTE標準，但這一思路已經(jīng)成為L(cháng)TE技術(shù)演進(jìn)的重要方向，3GPP在R13中正式立項制定LAA標準，重點(diǎn)工作在5GHz免許可頻段。目前LAA主要有兩種模式，一是補充下行鏈路模式（SDL, Supplement Downlink），免許可頻段只被用來(lái)做下行數據鏈路傳輸；二是載波聚合模式（CA，Carrier Aggregation），免許可頻段用于下行數據鏈路和上行數據鏈路，該模式的優(yōu)勢是可靈活調節上行和下行鏈路免許可頻段帶寬。在SDL和CA模式中，免許可頻段都僅用于數據層，所有的控制層流量都由授權頻段承載，運營(yíng)商對授權和免許可頻段資源同時(shí)進(jìn)行控制。2016年即將凍結的LTE R13會(huì )形成SDL模式標準，可以實(shí)現簡(jiǎn)單部署和運營(yíng)，3GPP將在后續的5G標準中進(jìn)一步研究制定LAA的CA模式標準。
部分頻率資源匱乏的運營(yíng)商正在積極推進(jìn)LTE在免許可頻段上的部署。但由于運營(yíng)商策略及監管環(huán)境不同，有可能將分為兩個(gè)階段實(shí)現商用。第一階段是基于LTE-U的商用，高通的FDD版本芯片已經(jīng)準備就緒，Verizon計劃從2016年開(kāi)始部署LTE-U技術(shù)；第二階段是基于3GPP Release 13的LAA技術(shù)， Vodafone已經(jīng)在荷蘭進(jìn)行了試商用，利用20MHz的1800MHz許可頻段與20Mhz的5GHz免許可頻段進(jìn)行載波聚合，下行傳輸速率達到了274Mbps。DoCoMo、T-Mobile、SKT、LG U+等運營(yíng)商也正在積極測試，預計2016年3月標準化完成后，可以實(shí)現商用，屆時(shí)將會(huì )有更多的運營(yíng)商采用。
各國監管要求不同，美國正在對其進(jìn)行評估
免許可頻段是指在滿(mǎn)足相關(guān)技術(shù)要求下，不需要管理部門(mén)許可就能直接使用的頻譜資源。全球各國對5GHz免許可頻段的監管政策主要分為兩類(lèi)。一類(lèi)政策是不涉及具體的共存要求和規定，主要限制發(fā)射功率，避免干擾相鄰頻段和共享頻段的主要用戶(hù)，如美國、印度。針對LTE利用免許可頻段可能引發(fā)的干擾問(wèn)題，美國FCC還在廣泛征集各方意見(jiàn)，并進(jìn)行全面評估，尚未做出明確規定。另一類(lèi)政策是設定具體的共存要求和使用區域（室內），必須具備發(fā)射功率控制（TPC）及動(dòng)態(tài)頻率選擇（DFS）干擾抑制技術(shù)，該技術(shù)要求類(lèi)似于WLAN標準中的“先聽(tīng)后講”（LBT,listen before talk），保證與無(wú)線(xiàn)電定位等其他無(wú)線(xiàn)電業(yè)務(wù)的共存，如日本、歐盟，由于這些國家的監管要求更為嚴格，LTE-U不符合監管要求，當地部分運營(yíng)商正在積極測試符合監管要求的LAA技術(shù)。
LTE與WLAN兩大陣營(yíng)之間的巨大爭議
對于部署工作在5GHz免許可頻段的LTE系統可能與WLAN等技術(shù)產(chǎn)生干擾問(wèn)題，產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)引發(fā)巨大爭議。美國運營(yíng)商Verizon和T-Mobile計劃部署LTE-U技術(shù)，遭到了來(lái)自WLAN陣營(yíng)的反對。LTE-U技術(shù)規范主要基于LTE的R10及后續版本空口接口進(jìn)行修改，加入了避讓、載波選擇、功率控制等功能，采用SDL模式與授權頻段配合使用。LTE-U論壇認為L(cháng)TE-U能夠在不影響WLAN的情況下，可以提升LTE網(wǎng)絡(luò )性能。但以Wi-Fi聯(lián)盟、已經(jīng)大規模部署了WLAN網(wǎng)絡(luò )的有線(xiàn)電視公司和以谷歌為代表的WLAN陣營(yíng)企業(yè)紛紛提出明確的反對意見(jiàn)，認為L(cháng)TE-U不是標準化的技術(shù)，如果LTE-U部署將會(huì )嚴重影響WLAN的性能，敦促FCC暫緩LTE-U設備的認證。
考慮到一些國家免許可頻段規定和WLAN等技術(shù)特點(diǎn)，R13的LAA建議工作在5470-5725MHz、5725-5850MHz和5150-5350MHz（部分地區）頻段，一方面符合各國監管機構關(guān)于免許可頻段的規定，另一方面從共存角度出發(fā)，在空中接口方面引入了LBT、自適應小區開(kāi)關(guān)、載波選擇等功能，從目前3GPP的仿真結果看，LAA可以與WLAN實(shí)現較好共存，但IEEE認為還需要通過(guò)一系列研討，才能確定LAA與WLAN共存的合適方式。
我們認為，未來(lái)LTE將與新一代WLAN技術(shù)（802.11ac）在5GHz頻段展開(kāi)競爭。WLAN在免許可頻段稱(chēng)霸多年，盡管有藍牙、ZigBee等技術(shù)也使用免許可頻段，但其市場(chǎng)規模和影響力遠不及WLAN。隨著(zhù)智能手機及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，WLAN更是逐漸成為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量的主要承載網(wǎng)絡(luò )，根據思科2015年初發(fā)布的數據，2014年WLAN分流的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量占總量的46%，預計2017年會(huì )占51%，到2019年將會(huì )進(jìn)一步擴大到54%。LTE使用免許可頻段，將對WLAN產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生重大影響：一方面可以提升運營(yíng)商室內覆蓋能力，擺脫對WLAN分流的依賴(lài)；另一方面LTE將與WLAN剛剛投入商用的新一代技術(shù)——802.11ac在5GHz頻段上正面競爭，爭奪頻譜資源，該技術(shù)也使用5GHz頻段，最高傳輸速率可達3.2Gbps，2014年802.11ac已經(jīng)占全球WLAN出貨量的11%，若該技術(shù)快速在全球得到部署，5GHz的頻譜占用度將大大提高，影響LTE系統在免許可頻段的使用效率。
傳統上一直使用許可頻段的蜂窩技術(shù)開(kāi)始拓展免許可頻率資源，一方面體現了頻率資源的緊張，多種技術(shù)共享頻譜的理念已經(jīng)逐漸被產(chǎn)業(yè)界接納，用頻模式正在發(fā)生巨大轉變；另一方面LTE使用免許可頻段是未來(lái)蜂窩技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新方向，其發(fā)展對運營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò )升級和技術(shù)演進(jìn)策略都會(huì )產(chǎn)生一定影響，同時(shí)也將牽扯到其它利用免許可頻率的無(wú)線(xiàn)技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。但LTE利用免許可技術(shù)仍面臨很多挑戰和不確定性，干擾共存的技術(shù)問(wèn)題、監管機構的態(tài)度、兩大產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度，都可能對其發(fā)展產(chǎn)生巨大影響，值得我們進(jìn)一步深入研究。
作者簡(jiǎn)介：
李珊：中國信息通信研究院規劃所無(wú)線(xiàn)技術(shù)與應用部副主任
