TD-LTE 4G项目特写侧记:宝剑锋从磨砺出 4G胜自苦寒来

通信技术,作为人与人之间的沟通工具,从千百年前的金鼓旗语和狼烟驿站,演变到近代电话电台大哥大到当下火热的移动互联网,在社会的进步发展中发挥着越发重要的作用。当前,我国主导的TD-LTE第四代移动通信技术战胜了美国主导的WiMAX等竞争技术,成为全球主流的4G标准。

作为世界最大的移动通信运营商,中国移动不仅在短短三年的时间里建成全球最大规模的4G网络,4G客户规模在全球占比超过30%,更是在TD-LTE整体项目的技术标准、产品研发、规模应用的筹备和运作等阶段攻坚创新,联合业界推动产业国际化,助力我国实现“1G空白,2G跟随,3G突破,4G引领”的网络强国战略。

牵引技术创新,打赢4G标准之争这场没有硝烟的战斗

将时钟拨回到十年前,中国3G建设刚如火如荼开展起来,一场决定中国4G命运的角逐正在暗流涌动。

2007年,随着国内3G牌照的发放,中国移动拿到了TD-SCDMA并担起了包括各奥运主办、协办城市在内的10城市TD-SCDMA扩大试验的各类重要任务,除此之外,摆在移动面前很大的一个问题就是未来TD-S如何发展和演进。而国际上2005年就启动了第四代移动通讯。

从标准的角度,TDD当时是有三种选择:

第一种是以美国主导由美国电气和电子工程师协会IEEE提出的WiMAX,

第二种是欧洲主导的以FDD为参考设计的TDD制式一,

第三个是中国主导以TD-SCDMA为参考设计的TDD制式二。

这三种选择在当时来看各有优缺点,WiMAX的产业支持力度大,但它的运营商支持都是小众运营商。在3GPP内,标准化主流力量多集中于FDD方面的优化,中国的标准影响力还偏弱,沿袭于TD-SCDMA血统的TDD制式二更是聚焦不足,因而TDD网络中一些固有技术缺陷没有得到有效解决,TDD网络可能的优势也没有得到充分发掘。。TDD LTE面临着盛衰抉择,“不做变革,必然沿袭TD-SCDMA封闭发展的老路,最终缺乏竞争力而自生自灭”“

在这种情况下,中国移动与信息产业部电信研究院、大唐、中兴、华为、普天等产业各界的技术专家一起开始认真思考有没有第四条路可趟?答案是“融合+创新”。

一是融合,融合的技术标准能够整合产业资源,扩大规模效应,以及为全球化规模发展奠定基础。

二是创新,基于TD-SCMDA网络运营的经验和教训,以及对移动互联网业务发展和网络运营的需求,充分挖掘TDD的技术潜力,通过创新不断提升技术竞争力。项目组锐意创新,攻克了TDD宽带、高速移动和大容量等难题,原创性地提出基于TDD、OFDM和智能多天线的技术系统方案,针对大规模组网下干扰难以控制的难题,提出国际领先的TD-LTE同频组网技术等。以多流智能天线技术为例,需要考虑边缘速率和系统吞吐量、导频设计、产业能力、成本、施工难度等五大类、10+小类复杂因素,通过理论计算、系统设计、仿真评估、外场试验评估多种手段攻坚技术难题,最终战胜国外十余项候选方案而奠定TDD天线相关技术基础。

中国移动TD国际标准化团队马不停蹄的沟通于十多个国际主要运营商,上下斡旋于产业链中数十个制造商,TDD标准融合最终成为国际标准化组织3GPP几乎所有成员的共同目标。

“我们考虑融合TDD两种制式不但可以整合产业资源,也可以给未来国际化发展带来更大的可能性。在信息产业部科技司的统一组织领导下,通过国内产业艰苦攻关,与国际主流运营商、设备商的竞争与合作,我们最终实现了LTE TDD制式一、二的融合,形成了我国主导的LTE TDD制式,这个制式一方面可以与FDD LTE共芯片、共平台,另一方面解决了TDD原设计的不足,而且充分发掘TDD LTE的优势,特别的是,充分体现中国移动TD-SCDMA运营经验教训的几项专利也写入了标准。这个LTE TDD就是今天的TD-LTE。TD-LTE为未来TDD技术的国际化发展奠定了坚实的基础,也为未来TDD、FDD的融合发展、协同发展,实现基站的共平台和终端的双模共芯片提供了前提。” 中国移动通信研究院刘光毅亲身参与和见证了TD-LTE国际标准从无到有的全过程,谈起那段充满变数与斗争的4G标准化岁月依然历历在目。

随后中国政府将LTE TDD更名为TD-LTE,明确其TD-SCDMA后续演进技术的地位。中国移动的明确支持,使诸多国外运营商逐步认识到,得到中国运营商支持、有技术优势的TD-LTE标准将使3GPP产业在非对称频谱上的竞争力更强,是全球非对称频谱的最佳技术选择,因此也逐渐转向支持TD-LTE,使TD-LTE阵营进一步壮大,逐步成为了TDD 4G主流标准。

2008年,以TD-SCDMA及其后续演进技术为主要内容的“新一代宽带无线移动通信网”列六大国家重大专项的第三项,与神舟飞船、探月工程等并列。如果说中国移动对TD-SCDMA的参与和奉献是出于对央企社会责任的担当,那么,对TD-LTE的积极参与,则是在TDD创新路上的国家、行业以及企业发展的共同选择。

在此后的国际标准化中,中国移动以胡臻平、徐晓东、李男等为代表的标准化团队,在3GPP不断攻城略地,先后拿下多个研究和标准化项目,针对TD-LTE帧结构、多流智能天线等解决方案,形成70余本各类规范,主导申请专利612项,夯实了TD-LTE规模商用的技术基础,并在TD-LTE标准相对FDD进程落后情况下,联合各方加速工作使其与FDD标准同步完成。此外,中国移动将3GPP的多项领导职务收入囊中,在标准化工作的协调和决策中为中国公司诉求的传递和利益的争取发挥重要作用。

联合产业攻关,推动产业具备了端到端商用能力

中国移动借助ITU、NGMN、GSMA等国际组织,利用世界移动通信大会、世博会、亚运会等国际性舞台,举办面向全球的各类大型国际TD-LTE宣传展示活动,以扩大全球认知,赢得广泛支持。

TD-LTE的首次国际亮相在2008年初,当时主管技术工作的集团副总裁沙跃家提出TD-LTE必须坚持国际化道路,不能关起门自己搞。如何国际化、如何在国际舞台上唱响TD-LTE,成为中国移动人的新挑战。时任所长的黄宇红是国际组织NGMN的执行委员会成员,还担任过3GPP SA的副主席建议借助在巴塞罗那 MWC会议期间,由中国移动联合Vodafone、Verizon召开TD-LTE/FDD LTE测试会议,携手开展TD-LTE测试,向业界发出TD-LTE未来发展可期的积极信号。一般办个国际会议要提前半年准备,但只有一个月的时间,几乎不可能。绝佳的时机不能错失,研究院团立即行动,从内容策划、到人员邀请、到会场准备,无数的沟通,无数的细节确认。终于,在巴塞罗那,来自中国移动的沙跃家携手VodafoneCTO宣布联合开展TD-LTE测试,呼吁全球产业界投入到TD-LTE发展事业中,得到来自国内外产业界20余家公司的积极响应。同样在巴塞罗那,中国移动向全球首次提出多模多频终端的发展策略,研究制定了多模多频的技术方案和标准规范。

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2009年初,FDD产业发力,三星推出LTE FDD终端商用芯片,瑞典运营商TeliaSonera号称LTE FDD年底商用。而此时TD-LTE产业还没有明确的产业信号,未有雏形;大部分国际运营商对TDD仅技术跟踪、未有任何实质的商用计划;TD-LTE与FDD的产业差距一下子拉大,产业资源已经明显偏向LTE FDD,TD-LTE形势危急。当时研究院分管领导,现移动技术部部长王晓云审时度势,及时提出了一个大胆的设想:借鉴世博会这个国际展示的重要窗口, 拉动端到端TD-LTE设备成熟,并在世博园建一个试验网向世界展示TD-LTE技术竞争力,吸引全球同行关注和推广TD-LTE技术和产业。

很快,中国移动集团公司组织起草了世博演示方案获得政府支持,工信部LTE推进组决定委托中国移动全面负责试验演示网的组织协调。

为充分展示TD-LTE技术先进性和产业快速发展现状,从而增强整体产业链信心,中移动TD-LTE项目组制订联合产业、政府、省公司、集团等“多维一体、重点攻关”的计划。为保证室外站建设进度,站址需早于世博园内建筑成型前确定,导致无法采用常规仿真方案进行网络规划;为克服该问题,项目组长上海移动孟忻几十次带领团队实地勘察和测试,掌握了第一手的现场数据,保证了世博园内良好的覆盖质量。为在世博期间展示出最强的TD-LTE产业实力和先进的技术优势,中国移动充分利用研究院实验室作为技术加速器,搭建完备的端到端测试环境,采取多厂商联合攻关的方式、在研发阶段就开始一致性互通测试,跳过与测试仪表联调的环节,实现产业快速发展。在方法优化的基础上,还需要大量时间的投入;实验室里,中国移动研究院杨光带领邓伟、许灵军、肖善鹏、王小旭等技术人员,与来自大唐、华为、中兴、爱立信、诺西、阿朗、摩托罗拉等系统厂家,创毅视讯、高通等芯片厂商,台湾广达等平板厂商的技术人员经常为排查问题通宵达旦测试和研发。最终,2010年5月1日世博会开幕,TD-LTE在世博会上的亮相给全球的观众都带来了震撼和惊喜。全国政协副主席、科技部部长万钢在开通仪式上称赞TD-LTE世博园演示网络是有效推动了自主创新技术的产业化进程,将向全世界展示我国自主创新技术的重大成果。

中国移动依托国家重大专项并构建TD-LTE世博示范网,推动产业具备了端到端商用能力;牵头或参与了79项新一代宽带无线移动通信重大专项,并作为“国家新一代宽带移动通信工程实验室”主体开展TD-LTE大量试验测试工作,以发布技术路标、设备规范和测试验证等工作,确保产品符合商用市场的需求,成功推出了首款TD-LTE终端芯片以及相应端到端产品。

面向运营开展规模试验,扎实、全面的技术体系是全球领先精品网络的坚实基础

如果说2010年世博会演示网络支持了TD-LTE的产业发展,那么2011年TD-LTE规模试验及2012年TD-LTE扩大规模试验则对TD-LTE的组网运营技术发展至关重要,是商用前的冲刺。中国移动作为试验承担单位,发挥着关键作用。

TD-LTE商用面临诸多的运营难题:从未有过的TDD同频组网、从未有过的高频段多场景组大网、从未有过的TD-LTE复杂互操作(与GSM的语音互操作+与TD-SCDMA的数据互操作)、从未有过的3G升级建设方案等。面对这么多的“从未有过”,中国移动全体总动员、从公司总裁到项目经理,逐一梳理TD-LTE从技术成熟到商用成功需要解决的问题,最终理出六大类、84项大问题,这些问题从解决方案的提出到最后技术产业成熟均需要在两年时间、六个城市的试验中完成。

为实现试验高效运转,中国移动总部周胜、李通、李坤江、罗建迪等精心规划安排,制订研究、测试、总结、汇报等完备计划;中国移动研究院王四海和李新、设计院李楠和董江波组织试验与技术攻关团队,针对问题制订测试方案、测试计划;中国移动浙江公司王科钻、广东公司陈其铭、上海公司孟忻、江苏公司林兴、福建公司傅海等等从测试一开始就“撸起袖子加油干”,积极组织试验网络建设、准备试验资源。在试验开展的两年多时间里,D-LTE试验团队完成了不可能完成的任务,共完成270余项技术方案验证、2万多项测试用例、参测设备超过100款,形成了50多项重要的世界领先、并为全球运营商借鉴的技术创新方案,包含:2/8天线的性能评估,TDD密集城区、普通城区、室内外覆盖指标,1.9GHz和2.6GHz频段的穿透损耗等。大到技术难题的解决、小到一线人员情绪的调节,整个团队无不细致对待,保障了整个试验工作如期顺利完成。在此过程中,整个团队付出了巨大的努力,深圳和杭州规模试验外场负责人曲嘉杰和刘磊抽样自己的普通“一天”,得到了这样一组数据:56个沟通电话,106封测试邮件,接触75人次、17个公司和部门,凌晨3点17分睡觉……连当年号称最耐用的诺基亚E71手机,也和耳机一起不堪重负地坏在了试验现场。T

产品研发方面,为做好每一处弱区以及盲区的覆盖,中国移动于业界第一次提出了采用终端套片实现的mini满格宝4G微型直放站方案,为尽可能早的给客户提供好的产品,项目组人员加班加点,一些人放弃了婚假的蜜月和陪伴家人的节假日时光。

为了建设好、运营好和维护好全球规模最大、场景最复杂的4G网络,离不开中国移动全体员工的全情付出。中国移动作为首家规模使用TDD制式的4G网络运营商,在提供4G业务的同时,还需协同2G/3G网络以保证用户无缝连续覆盖的业务服务,中国移动的4G网络涉及十大领域38个接口,端到端流程长,业务实现极其复杂,要实现商用网络改造难度极大、网络优化任务繁重。中国移动网络部总经理魏丽红作为全程负责人之一,在前期方案,预研测试阶段提出系统和网络组网调整、网管升级技术方案,测试中发现上千问题的解决方案和测试用例,同时提出全国集中网优平台的建设方案和集中优化工作模式的改革转型,大大提高了4G网络建设优化的效率。在开网预商用阶段,科研与实际应用结合发现的问题最为复杂,魏丽红经理引领多个部门开展质量大会战,规模化解决实际运行种发现的成千上万的问题。2013年8月3日下午16:30,云南鲁甸发生6.5级强震,地震给中国移动网络带来较大的影响。灾情发生后,魏丽红第一时间赶赴灾区,抵达余震不断的震中龙头山镇现场开展应急通信保障工作。当时正直4G网络开通,当地6个4G一体化便携式基站分别覆盖龙头山镇灾民救助点、医疗救助中心以及鲁甸县城指挥部、新闻中心,成功接入数百位用户,接通率达到99%,下载速率达到30M,确保救灾指挥人员和媒体记者及时向外传递消息。保障期间累计抢通基站321站次,抢通站次比例达97%。尽管震区4G业务量较平时增长2倍,随着网络业务的快速抢通和应急保障的有序开展,中国移动4G网络第一次经受住了严峻的考验。千百像魏丽红这样中国移动的巾帼英雄,用智慧与汗水的结合打造出中移动的世界领先的网络与技术品质。

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坚定TD-LTE全球化发展,创建中国主导的国际性组织GTI带领小伙伴们奋勇向前

面对TD-LTE的规模应用即将到来,中国移动认真思考这样一个问题:只有TD-LTE被更多国际运营商支持,坚持走国际化发展的道路,利用规模优势集合全球产业资源,才能避免再次面临3G时代“TDD小众技术”的不利局面。然而,对于一家中国运营商来说,如何让尽可能多的国际运营商了解、认可、进而支持TD-LTE,形成协同效应,广泛调动全球产业的积极性,是一个新的难题。为此,中国移动公司领导提出为什么不能成立一个由中国企业主导、国际运营商及产业链广泛参与的国际合作平台,团结一切可以团结的力量以推动TD-LTE全球发展?

创建一个中国主导的国际性组织以前国内从来没有人做过,而启动的过程尤为困难。研究院黄宇红带领了由徐兆吉、刘晓宇、于江等GTI筹备小组,勇敢承担起这个艰巨的任务。面向广阔的国际市场,TD-LTE要想“走出去”,去哪里、先找谁、做什么?一切都是未知数。中国移动研究院的GTI筹备组全面分析了当时的国际电信市场形势,制定了“先中心突破、再边缘扩散”的基本战略,也就是先占领市场规模大、影响力强的市场,再发展其他市场。“中心突破”第一战是印度。2010年,印度政府以高价拍卖了TDD全国性频谱,各大运营商面临技术路线的选择,而WiMAX阵营在印度产业界大造舆论,一方面提出TD-LTE尚未成熟商用,一方面宣称TD-LTE是类似TD-SCDMA的小众技术。GTI筹备组抓住关键问题,通过各种渠道与印度各大运营商沟通,克服语言、文化等重重困难,全面澄清各种误解。在决策关键时刻,GTI筹备组组织了印度最大的移动运营商Bharti Airtel董事长Sunil Bharti Mittal与中国移动、华为等9家TD-LTE企业核心高层共同参加的闭门会议,全面展示了TD-LTE的强大产业链,促其最终下定决心部署TD-LTE,并且成为GTI的坚定支持者。在Bharti Airtel的示范作用下,所有拿到TDD频谱的印度运营商均选择放弃WiMAX,TD-LTE赢得了除中国外人口最多的新兴市场。“中心突破”第二战是日本市场。日本电信市场以市场封闭、要求严格而著称,此前,还从未有中国电信设备厂商进入日本市场,而一旦拿下日本市场,也就意味着TD-LTE拿到进入发达国家电信市场的门票。GTI筹备组抓住日本软银重组TDD运营商Willcom的市场机遇,克服日本产业界的重重阻力,使得日本软银董事长孙正义在TD-LTE、WiMAX、以及日本的TDD技术XGP(eXtended Global Platform)之间,最终选择TD-LTE,其本人也成为TD-LTE技术的重要支持者。“中心突破”第三战是美国市场。美国运营商Clearwire(后被Sprint收购)是当时全球规模最大的WiMAX运营商,但是其商业运营中遇到网络演进乏力、终端不成熟、产业链薄弱等诸多困难。GTI筹备组从运营商角度出发,从关键技术、网络测试、多模多频段终端等各个角度,使得Clearwire充分认识到TD-LTE技术和产业的强大优势,最终使其改变技术路线,加入TD-LTE阵营,这也标志着TD-LTE对WiMAX的决定性胜利。

拿下印度、日本和美国市场, TD-LTE国际化进入新的阶段,一个多方共赢的国际合作平台成为必然选择。GTI筹备组借鉴GSMA、NGMN等多个国际组织的运作方式,确定将GTI打造成为TD-LTE需求牵引平台、产业联合攻关平台、TDD技术的布道者和生态构建者,构建了新型国际组织模式。2011年2月,在通信行业的顶级盛会——世界移动通信大会上,中国移动联合日本软银、印度Bharti Airtel、美国Sprint、英国Vodafone共同宣布成立了TD-LTE全球发展倡议,也就是GTI。这是一个具有重大意义的历史时刻,从此,TD-LTE的全球发展之路正式启动!

关于GTI的名字还有一个小插曲。项目组在向领导汇报组织名称时,中国移动副总裁李正茂想到了当时全球热映、名声很大的科幻电影——《星球大战》的英文名字Strategic Defense initiative,缩写为SDI。我们的联盟名称可否就叫Global TD-LTE Initiative ,即全球TD-LTE发展倡议,缩写为GTI。这个倡议得到大家一致认可。

平台成立了,但是如何将其运作好,使其在推动TD-LTE全球发展中发挥出重要作用对于团队来说也是一个全新的、艰巨的任务。GTI团队勇敢地承担了国际市场拓展这条创业之路。20余次国际会议举办和国际展示,100余次国际交流会谈,500余次国际电话会议,50000余封电子邮件,是团队日常工作的缩影。为了在全球产业推进会上让业界多了解一点儿TD-LTE,会议期间,团队每天都像“打仗”一样,日程更是从早上8点满满当当地排到晚上11点,每天早上都会端着餐盘挨桌和关键人物讨论、交流。团队成员们常常说“我们一会儿是会议主席、一会儿是技术专家、一会儿是宣传片导演、一会儿是国际峰会的策划、一会儿是产品解说的“推销员”、一会儿是翻译,一会儿又是爬格子作家,还是国际组织的组织者……我们时常想象自己是孙悟空,会七十二变,只是要让TD-LTE在国际上“修成正果”。2012年2月的GTI产业峰会上,中国移动总裁李跃发布了中国移动下一步的TD-LTE规模部署计划,前工信部副部长奚国华首次以中国移动董事长身份出席会议,高调发布了中国移动TD-LTE“双百”计划:2013年中国移动4G网络覆盖将超过100个城市,4G终端采购将超过100万部。

中国移动的全国范围TD-LTE扩大规模试验拉动了TD-LTE芯片和终端等产业薄弱环节发展成熟,进一步缩小了TD-LTE与LTE FDD的差距,共建设基站20.6万个,在100个重点城市实现主城区的连续覆盖和一般城区的数据业务热点区域覆盖。

2013年底,工信部向中国移动、中国电信和中国联合颁发TD-LTE经营许可。我国正式迈入4G时代。在随后的“中国移动全球合作伙伴大会”上中国移动发布新的商业主品牌“and和”。 “and”既是中文“和”品牌的英文直译,又是“一个新的梦想”—— a new dream,的首字母组合,这一品牌的发布同时也标志着中国移动及其建设运营的TD网络进入了“产业携手、共同圆梦”的新阶段。

经过三年的建设和精心运营就有了本文开篇提到的成绩:在上月中国移动全球合作伙伴大会上,中国移动董事长尚冰表示,从2013年年底正式商用4G到2016年11月,中国移动4G用户突破5.1亿户,4G基站提前一个月完成146万个的规模,年终端销售达4亿部,未来中国移动将全面实施大连接战略,不断提升移动网络的性能开放各项连接能力。

在这份成绩单背后是移动人辛勤的汗水和付出:超过3000人的测试团队,外场测试用例20000+,测试里程可绕地球一圈;资金投入3000亿,实现终端2000+款,基站146万,网络设备5000+套,工具及仪表1.5万余套……同时,TD-LTE同时也走出了一条真正的国际化发展之路。无论是标准的提出,还是产业的形成,乃至后续的推广,来自全球的力量都在支持TD-LTE的发展,对整体产业的发展起到了强有力的带动作用,处于产业链各个环节的企业,如诺基亚西门子、爱立信、中兴、华为,均在TD-LTE的国际化发展方面不遗余力。

如今,GTI已拥有127家运营商成员和130家厂商合作伙伴,成功推动全球46个国家和地区开通85个商用网络。TD-LTE基站建设200万,约占全球4G基站的40%,发展TD-LTE用户8.09亿(含与FDD融合组网的用户,包括电信、联通等),占4G总用户数50% ;全球支持TD-LTE终端近4269款,其中,TD-LTE手机3255款以上,并且55%的TD-LTE终端同时支持TDD和FDD;高端手机市场上,Iphone7和三星 S7等均支持TD-LTE,低端手机市场上,价格低于50美金。

“GSMA用了20年的时间把GSM推到全球,而GTI仅用了5年时间就推动TDD/FDD融合基本完成。” GTI主席何力勤在评价GTI工作时如是说。而GTI2.0去年的启动预示着一个新时代的来临:进一步扩大TD-LTE全球市场规模,促进TD-LTE“走出去”的同时,充分发挥TDD优势,推动5G发展。

今天,在人们享受4G平均速率38Mbps带来的移动互联生活、感受视频下载从13分钟减少为2秒的神奇、体会移动医疗、电子政务、互联网金融、智能交通等各类便捷行业应用的同时,中国移动已经肩负TD-LTE向5G演进的重任走在了路上:2016年2月巴塞罗那世界移动通信大会期间中国移动5G联合创新中心正式成立。中移动5G联创中心发力在4G向5G演进过程中,聚焦基础通信能力、物联网、车联网、工业互联网、云端机器人、虚拟/增强现实等领域,联合通信企业、互联网企业及垂直应用行业合作伙伴,推动基础通信能力的成熟,促进5G创新应用发展,并构建跨行业融合生态系统,为满足中国移动2020年5G商用部署奠定坚实基础。而业内普遍认为,5G有望成为中国新兴产业的“未来之花”,实现对欧美从同步到主导的超越。

本项目的最终成功,离不开中国移动众多员工的努力和投入。


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