探讨如何应对未来移动数据业务的高速增长

未来10年全球移动业务将快速增长，本文分析了推动移动业务增长背后的原因，提出通过技术演进、增加IMT频谱、提高网络密度和加大业务分流四种途径解决未来巨大的网络压力。综合使用这四种手段才能满足未来移动业务的需求。

1、移动数据业务的快速增长VS.有限的网络承载能力，路在何方?

截至2012年第一季度全球移动用户达62亿，移动用户渗透率达87%。移动数据业务呈现出高速增长的趋势。尽管2011年全球经济不景气，但移动数据业务相对2010年增长了2.3倍，约为597PB/月。目前移动数据业务的发展与2000年互联网高速发展阶段相似，过去3年的全球移动数据业务每年增速都超过130%。而运营商网络承载能力的增速低于业务需求增速，国际上主流运营商如Verizon、NTT DoCoMo都对用户流量进行了限制。其结果是抑制了用户需求，导致用户感知下降。未来5-10年移动业务仍将保持较快增长，其背后的原因是什么？解决业务压力的出路在哪里？本文做一个初步探讨。

2、全球未来10年移动数据业务发展将保持较高的增长速度

对于未来移动业务的发展趋势预测，全球多家咨询机构、设备制造商、运营商都做出了各自的判断，如爱立信预测2011-2017年移动流量年均复合增长为60%；UMTS论坛预测2020年全球移动网络每年的总流量将是2010年的33倍，未来5年移动数据业务年均复合增长率在90%左右。ITU在2011年的《IMT.UPDATE》报告中指出2015年移动业务量将是2010年的30倍，2015到2020年移动业务量更将以指数级增长。虽然各机构预测的具体数值有所差别，但共同观点都是未来10年移动业务发展将仍保持较高增速。分析背后的原因，有几个主要因素决定了移动数据业务量的高速增长。

2.1、以移动互联网和云计算为代表的各类新业务刺激移动业务量飞速增长

业务创新改变着用户行为，以移动互联网和云计算为代表的新型业务正在改变着用户使用移动网络的习惯。移动互联网应用如浏览Web、社交网络、收发邮件、视频浏览、音乐娱乐等业务的广泛应用都导致了数据业务的飞速增长，以云计算为特点的模式涵盖了视频、图像、文档、娱乐等多种业务，集中化的云服务对网络带宽提出了更高要求。早期移动网络承载的业务主要是语音，随着业务种类的丰富和终端智能化发展，移动数据业务逐渐发展成主要业务。据统计日本NTT DoCoMo的数据业务已占全网总业务的90%。通过移动智能终端接入互联网驱动了移动流量的飞速增长，成为未来移动业务高速增长的主要原因之一。

2.2、智能终端是移动数据流量飞速增长的主发动机

据统计目前全球移动用户中约有12%的用户使用智能手机，而产生的业务量占据了手机总流量的82%，平均每月有150MB的数据业务流量，相比之下普通功能机只产生4.3MB的流量。大屏幕、高分辨率、高处理能力的智能终端不断出现，全球智能手机的出货量已超过普通功能机的出货量。由于智能终端价格下调，运营商的大力推广以及来自互联网厂商介入终端等事件的影响，未来包括智能手机在内的智能终端普及率将快速提升。根据思科预测未来5年智能手机产生的移动数据业务流量年均复合增长率超过100%，可以说智能终端是未来移动流量飞速增长的主发动机。

2.3、物联网业务日渐增长，或将成为移动网络的主要业务之一

物联网被业界认为是未来通信的发展方向之一，物联网通信连接数将远高于全球人口的数量级。由于物联网业务类型不同，所需的带宽流量差别较大。例如智能电表只需要几百kB/s的速率，而视频监控类应用则需要几MB/s的速率。据统计目前全球物联网应用流量约23PB/月，未来5年将保持年均86%的增长速度，将对移动网络造成较大压力。对于更远的将来，随着物联网应用的普及，目前的IMT网络将无法承载物联网业务，届时或将出现物联网专用的无线网络。

2.4、移动视频业务流量将成为移动业务流量中主要部分

随着智能终端的普及和用户行为的改变，移动视频类应用将成为一类主要的业务。由于视频业务占用带宽较大，移动视频应用产生的流量逐渐成为网络流量的主要部分。据统计2011年底全球移动视频流量占整个网络流量的52%，未来移动视频应用将保持年均90%的增长率发展，预测到2016年移动视频流量将占移动网络总流量的70%左右，成为流量的主要部分。

2.4、未来5年我国移动数据业务发展速度超过全球平均水平

截至2012年5月，中国移动通信用户数超过10.4亿，其中3G用户接近1.7亿。考虑到我国3G网络正在建设，与移动通信相对成熟的市场相比还有一定差距，未来我国移动通信具有巨大的用户群体和发展潜力。目前我国移动用户正处于由2G向3G的迁移阶段。可以预测未来5年的我国移动数据业务年均复合增长率接近100%，到2020年我国移动业务流量占全球流量的比例将超过10%。

3、解决未来移动数据业务高速增长的途径

如何解决未来巨大的移动数据业务需求成为运营商思考的问题，也是设备制造商、标准组织等机构关注的热点。总的来说有四种途径可以解决未来这个问题。

3.1、研发无线通信新技术，提升频谱承载效率

提升频谱效率是业界一直努力的方向。全球的运营商、标准组织和科研机构都在努力通过技术手段使有限的频谱承载更多的业务。以目前主流的IMT标准为例，3GPP不断推进4G标准LTE-A的后续演进，在新的R11版本中从加强载波聚合、增强下行控制信道、同构/异构网络协同发射与接收、更增强型小区间干扰协调等方面进一步提高系统频谱效率，同时R11中纳入机器通信(MTC)的内容，进一步加强自优化网络、网络节能等涉及网络运维的内容。3GPP已经开展了关于R12版本的讨论，确定了R12版本的时间计划。包括ITU在内的多个标准组织就未来移动通信发展的方向和趋势展开了研究。相比目前LTE频谱效率，争取2020年IMT系统的频谱效率能够提高1倍。

3.2、为IMT系统分配更多的频谱资源

频谱是移动通信的核心资源。经过三次WRC会议，目前ITU在全球范围统一划分IMT频段1085MHz，地区/国家性划分为292MHz，各国根据国情分配了不同的频率带宽。针对飞速增长的业务需求，为移动通信分配新的频率资源是最直接和最有效的方式。运营商可以在不增加基站数量的情况下较快提升网络容量，而且投资相对较小。多个国家的宽带战略都明确了未来宽带无线的频率规划，美国的国家宽带计划提出未来10年内新增500MHz的频谱用于宽带接入，其中300MHz在五年内提供给移动通信使用。2012年的WRC12大会决定WRC15的1.1议题将讨论为IMT系统分配新的频率，目前ITU已成立了相关工作组开展频率需求和候选频段的研究。预计到2020年划分给IMT系统的频段增加500MHz左右。

3.3、提升站址密度，加大网络覆盖深度

随着IMT网络基站的增加，全球移动网络覆盖范围和覆盖深度不断扩大，2011年全球IMT系统（含2G和3G）覆盖了世界人口的85%，已超过电网覆盖人口（80%），预计2012年底全球宏蜂窝数量约为600万个。基站密度是决定网络容量的关键因素之一，解决未来移动业务增长压力的另一个出路就是提高网络密度。在高业务量区域实现小蜂窝、多层异构网络的覆盖，从而提升网络容量。由于密集城区站址资源稀缺，小蜂窝（small cell）逐渐成为在密集城区网络部署的趋势。运营商已开始采用femtocell/pico-cell等小蜂窝的方式提高网络容量以承载更多业务。设备制造商研发的设备采用挂墙、抱杆等安装方式和各种有线和无线传输方式，可以快速安装在热点区域提升容量。未来小蜂窝的规模将远超过宏蜂窝数量，有效支撑高业务量区域的需求。提升网络密度将是解决未来移动业务压力的重要手段，以目前网络密度为基准，使用小蜂窝等技术，预测2020年密集城区的网络密度将提高3-5倍。

3.4、加大非IMT网络的业务分流比例

利用其它无线技术分流IMT网络业务已被全球主流运营商所认同。目前主要通过WLAN方式将移动业务流量分流到有线宽带网络当中。在运营商的推动下，全球WLAN热点呈现爆发式增长，据统计目前全球约有150万个WLAN热点。中国三大运营商也将WLAN部署作为重要的发展战略，未来几年将大规模部署WLAN网络。利用WLAN等无线技术分流成为解决移动业务压力的重要出路之一。一方面智能终端、多模终端以及固定宽带日益普及，WiFi技术逐渐成为移动智能终端的标准配置；另一方面，运营商和其它机构组织也不断积极推进WLAN热点的部署。预计到2015年全球WLAN热点数量将达580万个，利用WLAN的分流比例将有所提升。有机构预测2015年其它无线技术对IMT网络的业务分流比例将达到30%左右，可以有效缓解未来移动业务增长造成的压力。

4、关于解决未来移动数据业务压力的思考

未来10年移动数据业务快速增长的趋势已成为业界的共识，以上提出了4种解决的途径，每种方法都有其利弊。目前无线新技术的研发已经逼近理论的极限。频谱作为有限资源不可能无限制增加，特别是3GHz以下适用于移动通信的频段越来越少。密集城区的站址资源也越来越宝贵，进一步增加站址密度的难度较大。WLAN等非IMT技术在设计之初就定位于局域网应用，在与IMT系统切换和高速场景应用等方面有着先天不足，所以分流比例提升也是有限的。综上考虑，需要将4种方法综合使用才能解决未来移动通信巨大的业务需求。

作者：刘琪

参考文献

1、Cisco VNI. Cisco Visual Networking Index: Global Mobile Data Traffic Forecast Update, 2011–2016[R]. 2012.2;
2、爱立信. 流量和市场数据报告[R]. 2012.6;
3、UMTS Forum. Mobile traffic forecasts 2010-2020 report[R], 2011.2;
4、3GPP. 3GPP TSG-RAN Activities toward Further Enhancements for LTE/LTE-Advanced[R], 2012.6;
5、WWRF. Research views on IMT Technology Evolution[R], 2012.6;
6、Fderal Communications Commission. MOBILE BROADBAND: THE BENEFITS OF ADDITIONAL SPECTRUM[R]. 2010.10

作者简介：
刘琪，博士，2009年毕业于北京邮电大学。现就职于工业和信息化部电信研究院规划所，主要研究方向为无线电频率管理、移动通信等方面。