LTE和WiMAX技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)鏈分別是由3GPP和IEEE研究、發(fā)展和推廣。雖然在技術(shù)層這兩種技術(shù)面有很強(qiáng)的相似性，但它們之間的競爭卻越演越烈。它們之間的競爭從兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織分別提出各自的準(zhǔn)4G標(biāo)準(zhǔn)（基于IEEE 802.16e的移動(dòng)WiMAX技術(shù)和基于3GPP R8的LTE技術(shù)）開始，持續(xù)到4G標(biāo)準(zhǔn)（基于IEEE 802.16m的WiMAX 2.0和基于3GPP R10的LTE-A）的提出。表面上看，這種競爭隨著LTE技術(shù)獲得絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)而結(jié)束，但實(shí)際上WiMAX正計(jì)劃與LTE技術(shù)在未來的多種混合接入模式中進(jìn)行整合。

　　本文通過討論這兩種技術(shù)間的相似性和差異性，即一種技術(shù)相對(duì)于另一種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，找出使LTE技術(shù)在這場競爭中取得優(yōu)勢(shì)地位的關(guān)鍵因素，也探討了影響這兩種技術(shù)發(fā)展的諸如政策、歷史及經(jīng)濟(jì)等非技術(shù)類因素。最后，結(jié)合當(dāng)前LTE和WiMAX技術(shù)在其標(biāo)準(zhǔn)化過程中的動(dòng)向，對(duì)這兩種技術(shù)未來的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

　　1、引言

　　WiMAX（全球微波互聯(lián)接入，Worldwide Interoperability for Microwave Access）是一種由IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會(huì)，Institute of Electrical and Electronics Engineers）提出的一種標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。IEEE發(fā)布了一系列標(biāo)準(zhǔn)，其中IEEE 802.16系列標(biāo)準(zhǔn)的制定開始于2000年，目的在于提供一種無線城域網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.16系列標(biāo)準(zhǔn)中真正具有實(shí)用性的是2004年發(fā)布IEEE 802.16d標(biāo)準(zhǔn)。這一標(biāo)準(zhǔn)是為固網(wǎng)用戶提供最后一公里的高吞吐率的無線數(shù)據(jù)接入技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)的DSL（數(shù)字用戶專線，Digital Subscriber Line）和同軸電纜運(yùn)營商形成了真正的威脅。被認(rèn)為是移動(dòng)WiMAX或WiMAX 1.0的IEEE 802.16e 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布于2005年。2011年3月，WiMAX 2.0即IEEE 802.16m標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，它所支持的數(shù)據(jù)速率是WiMAX 1.0的數(shù)倍。2012年，WiMAX 2.0被正式認(rèn)定為4G（第四代移動(dòng)通信技術(shù)，the 4 Generation mobile communication）標(biāo)準(zhǔn)。4G技術(shù)是指符合ITU（國際電信聯(lián)盟，International Telecommunication Union）提出的IMT-Advanced（高級(jí)國際移動(dòng)通信，International Mobile Telecommunications-Advanced）系統(tǒng)性能要求的技術(shù)，即對(duì)低速用戶下行峰值速率能夠達(dá)到1 Gbps，對(duì)高速用戶能夠達(dá)到100 Mbps，從而為移動(dòng)用戶提供高級(jí)服務(wù)和應(yīng)用。

　　LTE（長期演進(jìn)，Long Term Evolution）是由3GPP（第三代合作伙伴計(jì)劃，The 3rd Generation Partnership Project）提出的一種通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是TD-SCDMA（時(shí)分同步碼分多址，Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access）, UMTS（通用移動(dòng)通信系統(tǒng)，Universal Mobile Telecommunications System）和CDMA2000等3G（第三代移動(dòng)通信技術(shù)，3rd-Generation）向4G演進(jìn)的跨越性一步，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率、系統(tǒng)容量以及延遲有著苛刻的要求。2011年，3GPP基于UMTS R10 版本提出的LTE-A（LTE改進(jìn)，LTE-Advanced）也是一種得到業(yè)界認(rèn)可的4G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

　　LTE和WiMAX這兩種技術(shù)之間雖然有很多的相似之處，但是它們之間的競爭，從它們各自準(zhǔn)4G標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布就已經(jīng)開始，并持續(xù)到4G標(biāo)準(zhǔn)的提出。最終，WiMAX似乎放棄了這場競爭，選擇了在未來的WiMAX-A（WiMAX 改進(jìn)，WiMAX-Advanced）標(biāo)準(zhǔn)中與LTE技術(shù)相融合。本文討論了這兩種技術(shù)在技術(shù)方面的相似之處和不同點(diǎn)，精確定位到它們各自相對(duì)于對(duì)方的優(yōu)勢(shì)所在，同時(shí)也探討了影響這兩種技術(shù)發(fā)展的諸如政策、歷史及經(jīng)濟(jì)等非技術(shù)類因素。最后，本文結(jié)合當(dāng)前LTE和WiMAX技術(shù)未來的發(fā)展計(jì)劃，對(duì)這兩種技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望，并對(duì)WiMAX技術(shù)的可替代性進(jìn)行了討論。

　　本文剩下的部分由以下章節(jié)組成：第二節(jié)展示了LTE和WiMAX技術(shù)的演進(jìn)；第三節(jié)展示了這兩種技術(shù)的顯著特征；第四節(jié)討論了這兩種技術(shù)之間的關(guān)鍵技術(shù)差異；第五節(jié)討論了一些影響彼此發(fā)展的非技術(shù)因素；第六節(jié)討論了這兩種技術(shù)的未來；最后一節(jié)為本文總結(jié)。

　　2、標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)

　圖1展示了LTE和WiMAX技術(shù)的演進(jìn)過程。LTE技術(shù)起源于電信運(yùn)營商、3GPP協(xié)會(huì)和3GPP2（第三代合作伙伴計(jì)劃2，3rd Generation Partnership Project 2）協(xié)會(huì)所倡導(dǎo)第1、2、3代移動(dòng)通信技術(shù)。1G（第1代移動(dòng)通信技術(shù)，F(xiàn)irst Generation）技術(shù)是以歐洲的TACS（全入網(wǎng)通信系統(tǒng)，Total Access Communications System）和AMPS（高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng)，Advantage Mobile Phone System）為代表的模擬通信系統(tǒng)。2G（第2代移動(dòng)通信技術(shù)，Second Generation）時(shí)代為數(shù)字通信時(shí)代，除語音業(yè)務(wù)外，可以傳輸?shù)退俚臄?shù)據(jù)業(yè)務(wù)，以GSM（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，Global System for Mobile Communication）和CDMA-ONE通信標(biāo)準(zhǔn)為代表。2.5G階段采用增強(qiáng)型分組交換技術(shù)，例如GPRS（通用分組無線服務(wù)技術(shù)，General Packet Radio Service）和EDGE（增強(qiáng)型數(shù)據(jù)速率GSM演進(jìn)技術(shù)，Enhanced Data Rate for GSM Evolution），實(shí)現(xiàn)中等速率數(shù)據(jù)傳輸，而語音業(yè)務(wù)仍為電路交換。IMT-2000（國際移動(dòng)電話系統(tǒng)-2000，International Mobile Telecom System-2000）是由ITU提出的3G系統(tǒng)，與多媒體技術(shù)相結(jié)合，能夠處理聲音、圖像、視頻等多種形式數(shù)據(jù)，能夠提供與物聯(lián)網(wǎng)連接的多種信息服務(wù)。其中WCDMA（寬帶碼分多址，Wideband Code Division Multiple Access）在歐洲和世界其他國家和地區(qū)被廣泛采用，CDMA2000（碼分多址2000，Code Division Multiple Access 2000）是主要用于北美的3G技術(shù)。WCDMA和CDMA2000都是頻分雙工系統(tǒng)，采用一對(duì)頻帶分別用作發(fā)送和接收。第三種3G標(biāo)準(zhǔn)為中國主導(dǎo)的TD-SCDMA，利用時(shí)分雙工技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在同一個(gè)頻段內(nèi)的發(fā)送和接收。3G系統(tǒng)仍舊采用的是電路交換和分組交換技術(shù)相結(jié)合。在增強(qiáng)型3G階段，HSPA（高速分組接入，High-Speed Packet Access）極大提升了WCDMA、TD-SCDMA系統(tǒng)分組數(shù)據(jù)的傳輸速率；CDMA2000系統(tǒng)也發(fā)展了相應(yīng)的EV-DO和EV-DV版本，實(shí)現(xiàn)了高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸，并且能同時(shí)在一個(gè)CDMA載頻上能同時(shí)支持話音和數(shù)據(jù)。

　　3GPP R8標(biāo)準(zhǔn)提出了基于OFDM（正交頻分復(fù)用，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技術(shù)的全I(xiàn)P的LTE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，有TDD（時(shí)分雙工，Time Division Duplexing）和FDD（頻分雙工，F(xiàn)requency Division Duplexing）兩種模式，即TDD-LTE和FDD-LTE。由北美3GPP2主導(dǎo)的UMB（超移動(dòng)寬帶，Ultra Mobile Broadband）是CDMA2000系列標(biāo)準(zhǔn)基于OFDM技術(shù)的演進(jìn)升級(jí)版本，最終退出了LTE的標(biāo)準(zhǔn)競爭。TDD-LTE由TD-CDMA演進(jìn)而來。雖然LTE仍是3G標(biāo)準(zhǔn)，但是它所支持的無線速率是基本3G系統(tǒng)的數(shù)倍，因此LTE又被稱為準(zhǔn)4G或3.9G，而在商業(yè)上通常稱之為4G。

　　ITU在2003年提出了的IMT-Advanced概念，明確了4G系統(tǒng)架構(gòu)和總體設(shè)計(jì)目標(biāo)，并將2009年10月定為4G技術(shù)規(guī)范建議書的最后提交日期。ITU要求IMT-Advanced系統(tǒng)峰值速率達(dá)到1Gbps，當(dāng)終端移動(dòng)速度在500km/h時(shí)能夠達(dá)到100Mbps，同時(shí)對(duì)分組交換時(shí)延、VoIP（Voice over Internet Protocol）系統(tǒng)效率也提出了更高的要求，此外對(duì)頻譜效率尤其是小區(qū)覆蓋邊緣區(qū)域的頻譜效率有嚴(yán)格的要求，以實(shí)現(xiàn)高吞吐率。LTE-A是基于3GPP 2011年發(fā)布的UMTS R10標(biāo)準(zhǔn)，是經(jīng)過官方認(rèn)可的滿足IMT-Advanced性能要求的4G標(biāo)準(zhǔn)。

　　WiMAX是由IEEE系列標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)而來的一種無線通信技術(shù)，例如IEEE802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、IEEE 802.11 WiFi無線技術(shù)等。早期在城域無線寬帶技術(shù)方面的一些研究都是基于非移動(dòng)的無線接入技術(shù)。由于系統(tǒng)頻段較高，需采用視距傳播，且容易受到雨、霧等天氣的影響，這些研究大多沒有取得實(shí)質(zhì)性的成果。第一個(gè)具有實(shí)用價(jià)值的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是2004年發(fā)布的IEEE 802.16d標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.16d標(biāo)準(zhǔn)旨在為固網(wǎng)用戶提供最后一公里高速率的無線接入，對(duì)傳統(tǒng)的DSL和同軸電纜運(yùn)營商形成了真正的威脅。2005年發(fā)布的IEEE 802.16e標(biāo)準(zhǔn)是移動(dòng)WiMAX或WiMAX 1.0技術(shù)的基礎(chǔ)。在第一個(gè)3G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)誕生許多年后，WiMAX技術(shù)在2007年被正式認(rèn)定為3G技術(shù)。2011年3月發(fā)布的IEEE 802.16m標(biāo)準(zhǔn)被為認(rèn)為是WiMAX的2.0版本。IEEE 802.16m對(duì)802.16e標(biāo)準(zhǔn)的空中接口進(jìn)行了改進(jìn)，在滿足IMT-Advanced性能要求的同時(shí)，又能與先前的802.16系列標(biāo)準(zhǔn)兼容。WiMAX 2.0所能提供的峰值速率是WiMAX 1.0的數(shù)倍，能夠滿足ITU IMT-Advanced系統(tǒng)的性能要求，是另一個(gè)被官方認(rèn)可的4G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際上LTE-A和WiMAX 2.0標(biāo)準(zhǔn)都還沒有最終定型，許多WiMAX技術(shù)倡導(dǎo)者有計(jì)劃將WiMAX技術(shù)與LTE-A技術(shù)相融合。如圖1最右邊所示（Beyond 4G/Evolved 4G/Evolved 3G），雙方都制定了未來的技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，詳細(xì)內(nèi)容將在下文進(jìn)行探討。

　　3、LTE和WiMAX的技術(shù)特征

　　LTE和WiMAX都是基于全I(xiàn)P的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用相同的分組核心網(wǎng)，這使得它們都能很好的支持VoIP業(yè)務(wù)產(chǎn)生的突發(fā)數(shù)據(jù)流量。同樣這兩種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也都采用了OFDMA（正交頻分多址，Orthogonal Frequency Division Multiple Access）技術(shù)。在OFDM系統(tǒng)中，子載波將相互正交，頻譜效率得到提升，同時(shí)有助于降低ISI（符號(hào)間干擾，Inter-Symbol Interference）和系統(tǒng)自適應(yīng)均衡的復(fù)雜性，對(duì)頻率選擇性衰落和窄帶干擾也有較強(qiáng)的容忍度。在OFDMA系統(tǒng)中，時(shí)頻資源能夠得到周期性復(fù)用，使得系統(tǒng)性能最大化。除了以上幾點(diǎn)外，還有一些重要特點(diǎn)如下：

　　1) 子載波信道重分配：在頻譜分配上，一些子載波用于數(shù)據(jù)傳輸，一些子載波作為保護(hù)帶寬或?qū)ьl。數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻被周期性地隨機(jī)分配在不同的子信道上，換句話說就是跳頻，頻域上所有的信道都在跳變。這樣可以實(shí)現(xiàn)干擾平均化，減少系統(tǒng)糾錯(cuò)，恢復(fù)系統(tǒng)性能[9]。將系統(tǒng)子載波分為多個(gè)組，每個(gè)小區(qū)只使用其中的一個(gè)或多個(gè)子載波組，這叫做PUSC（Partial Usage of Sub-Carriers），降低了本小區(qū)與鄰小區(qū)之間的干擾。另一種技術(shù)是FFR（部分頻率復(fù)用，F(xiàn)ractional Frequency Reuse），即用戶在小區(qū)覆蓋的中心區(qū)域時(shí)能夠使用到所有的頻點(diǎn)，而在兩個(gè)小區(qū)覆蓋的交界處，兩個(gè)小區(qū)的用戶分別使用不同的頻點(diǎn)，以此來降低小區(qū)間的干擾水平。

　　2) SOFDMA（可擴(kuò)展OFDMA，Scalable OFDMA）：LTE和WiMAX（如WiMAX 1.0和WiMAX 2.0）都采用了SOFDMA技術(shù)。系統(tǒng)子載波數(shù)目隨著系統(tǒng)帶寬的變化而變化，而子載波間的間隔始終是不變得，因此對(duì)移動(dòng)著的用戶而言，多普勒效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)性能的影響是不變的。WiMAX 16e的系統(tǒng)帶寬可以在1.25MHz~28MHz間任意設(shè)定，LTE R8系統(tǒng)支持的系統(tǒng)帶寬可以為1.25, 2.5, 5, 10, 15, 20 MHz。

　3) AMC (自適應(yīng)調(diào)制編碼，Adaptive Modulation and Coding)：LTE和WiMAX都采用了AMC技術(shù)。由于低階調(diào)制方式相對(duì)于高階調(diào)制方式具有更強(qiáng)的魯棒性，系統(tǒng)可以根據(jù)用戶信道的質(zhì)量情況，及時(shí)調(diào)整調(diào)制方式。當(dāng)信道質(zhì)量較好的時(shí)候，采用16QAM（相正交振幅調(diào)制，Quadrature Amplitude Modulation）或64QAM等高階調(diào)制方式，通過提高編碼效率提升系統(tǒng)傳輸速率。當(dāng)信道質(zhì)量較差，即用戶信號(hào)信噪比較低時(shí)，采用QPSK（正交相移鍵控，Quadrature Phase Shift Keying）等魯棒性較強(qiáng)的低階調(diào)制，確保鏈路質(zhì)量即傳輸誤碼率保持在用戶或系統(tǒng)可以接受的范圍。另一方面，當(dāng)采用16QAM調(diào)制方式的用戶的信號(hào)質(zhì)量得到改善時(shí)，系統(tǒng)可以將調(diào)制方式切換到64QAM這樣的高階調(diào)制方式，提高系統(tǒng)容量和傳輸效率。當(dāng)AMC與OFDM技術(shù)相結(jié)合時(shí)，將會(huì)為系統(tǒng)帶來更大的增益，因?yàn)锳MC更加適用于噪聲平均的寬帶信道[10]。LTE和WiMAX標(biāo)準(zhǔn)的另一個(gè)特征是使用了HARQ（混合自動(dòng)重傳，Hybrid Automatic Repeat Request）技術(shù)，用于錯(cuò)誤檢測(cè)和多天線系統(tǒng)，從而進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)性能和數(shù)據(jù)速率。

　　4) 系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)：由于WiMAX 1.0的幀長為5ms，而LTE的子幀只有1ms，因此WiMAX 1.0相比LTE具有更長的時(shí)延。WiMAX 2.0將一個(gè)5ms幀分成了8個(gè)子幀，每個(gè)子幀長5/8ms，同時(shí)保留了5ms的幀結(jié)構(gòu)用于和WiMAX 1.0系統(tǒng)兼容。WiMAX 2.0系統(tǒng)還定義了一個(gè)長度為20ms的超幀，通過合并一般幀頭和控制比特，來減少系統(tǒng)幀頭的整體開銷。WiMAX 2.0系統(tǒng)的三層幀結(jié)構(gòu)，有助于提升VoIP業(yè)務(wù)的QOS（服務(wù)質(zhì)量，Quality of Service）。LTE系統(tǒng)也采用了類似的3層幀結(jié)構(gòu)，其基本時(shí)隙長度為0.5ms，子幀長度為1ms，超幀長度為10ms。LTE-A和WiMAX 2.0系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　圖2 幀結(jié)構(gòu)：（a）WiMAX 2.0幀結(jié)構(gòu)；（b）LTE-A幀結(jié)構(gòu)。

　　5) 載波聚合：為了達(dá)到IMT-A系統(tǒng)對(duì)峰值速率的要求，LTE-A和WiMAX 2.0系統(tǒng)通過增加傳輸帶寬的方式來提升系統(tǒng)所能支持的峰值速率，這兩中系統(tǒng)的信號(hào)最大帶寬分別達(dá)到了40MHz和100MHz。由于在現(xiàn)實(shí)中不可能直接找到一個(gè)具有如此大帶寬的頻帶，系統(tǒng)子載波必須分布在多個(gè)頻帶內(nèi)，這就是所謂的多載波/載波聚合。任何一個(gè)信道的子載波可以在一個(gè)連續(xù)的頻帶內(nèi)，也可以來自不同的頻帶。

　　6) 小區(qū)吞吐量：除了峰值速率外，IMT-A系統(tǒng)對(duì)小區(qū)邊緣吞吐量也有嚴(yán)格的要求。目前LTE-A和WiMAX 2.0系統(tǒng)已經(jīng)能夠輕松地達(dá)到這一要求。例如WiMAX 2.0系統(tǒng)在小區(qū)中心和小區(qū)邊緣的頻率效率能夠分別達(dá)到2.6 bit/s/Hz/sector和0.09 bit/s/Hz/sector，分別超過了IMT-A系統(tǒng)要求的2.2 bit/s/Hz/sector和0.06 bit/s/Hz/sector。

　　7) LTE-A和WiMAX 2.0還支持許多其他技術(shù)來提升傳輸速率。例如：

　　Femto（家庭基站），能夠以最大的數(shù)據(jù)速率提供住宅內(nèi)部的移動(dòng)通信能力，提升小區(qū)吞吐量。

　　LTE-A系統(tǒng)中采用的8 × 8 MIMO（多入多出技術(shù)，Multiple-Input Multiple-Output）。

　　CoMP（協(xié)同多點(diǎn)傳輸，Coordinated Multiple Points）技術(shù)，多個(gè)基站可以協(xié)同參與為一個(gè)終端傳輸數(shù)據(jù)或者聯(lián)合接收一個(gè)終端發(fā)送的數(shù)據(jù)。尤其在小區(qū)覆蓋的邊緣區(qū)域，系統(tǒng)可將用戶置于幾個(gè)基站的同一頻率上，幾個(gè)基站同時(shí)為該用戶服務(wù)，降低小區(qū)間干擾，提升邊緣用戶的覆蓋性能和頻譜效率。

　　使用中繼點(diǎn)來延伸覆蓋，提高小區(qū)邊緣吞吐率。

　　LTE-A和WiMAX 2.0采用SON（自組織網(wǎng)絡(luò)，Self-Organizing Networks）技術(shù)組網(wǎng)，利于操作、維護(hù)費(fèi)用的降低和系統(tǒng)性能的提升。

　　4、LTE和WiMAX的技術(shù)差異

　　由上節(jié)所述，LTE和WiMAX在系統(tǒng)架構(gòu)和設(shè)計(jì)目標(biāo)方面具有許多技術(shù)方面的相似之處，例如：都采用了基于扁平IP架構(gòu)的OFDMA技術(shù)，通過應(yīng)用各項(xiàng)技術(shù)達(dá)到甚至超過了IMT-A系統(tǒng)的性能要求。然而，這兩種標(biāo)準(zhǔn)間也存在著許多技術(shù)上的差異。WiMAX 1.0相對(duì)于LTE系統(tǒng)，以及WiMAX 2.0相對(duì)于LTE-A系統(tǒng)的技術(shù)差異主要有以下幾方面：

　　1) 雙工模式：LTE和WiMAX技術(shù)都能夠支持TDD和FDD兩種雙工模式。雖然移動(dòng)通信技術(shù)經(jīng)過幾代的發(fā)展，但FDD模式仍是大多數(shù)電信公司的主流選擇。而TD-LTE是中國國自主提出的3G標(biāo)準(zhǔn)——TD-SCDMA演進(jìn)而來，近年來才逐漸受到關(guān)注。另一方面，WiMAX至始至終聚焦在TDD，將來最有可能與WiMAX技術(shù)結(jié)合的LTE標(biāo)準(zhǔn)是TD-LTE。

　　2) 頻譜方面：LTE和LTE-A使用的是得到許可證的IMT-2000的頻段，例如700、900、1800、2100或2600 MHz頻段。而WiMAX使用的頻段是2.3、2.5、3.5或5.8 GHz。LTE系統(tǒng)可用頻段相對(duì)較低，相比較WiMAX具有明顯的覆蓋優(yōu)勢(shì)，增大了LTE技術(shù)用于公共廣域網(wǎng)的機(jī)會(huì)。目前也有一些運(yùn)營商已經(jīng)開始嘗試?yán)米约核鶕碛械腤iMAX頻段部署LTE網(wǎng)絡(luò)。

　　3) 子載波間隔：LTE系統(tǒng)的子載波間隔為15KHz，WiMAX 2.0系統(tǒng)的子載波間隔為10.94KHz。較大的子載波間隔，使得LTE系統(tǒng)對(duì)多普勒頻移有更大的容忍度，支持的用戶終端的移動(dòng)速度也將更高。LTE系統(tǒng)可以支持終端移動(dòng)速度為350kmph，而WiMAX 1.0系統(tǒng)支持的最大速度僅為120kmph，直到WiMAX 2.0系統(tǒng)才能夠支持到350kmph。

　　4) 接入技術(shù)：LTE-A系統(tǒng)采用的下行接入技術(shù)OFDMA，上行接入技術(shù)為SC-FDMA（單載波頻分多址，Single-carrier Frequency-Division Multiple Access）。SC-FDMA相比較OFDMA來說，PAPR（峰均比，Peak-to-Average-Power-Ratio）能夠降低3~5dB。因此SC-FDMA技術(shù)能夠改善上行鏈路質(zhì)量，提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力和小區(qū)邊緣用戶的吞吐率。WiMAX 2.0系統(tǒng)的上下行鏈路均采用的是SOFDMA技術(shù)。相對(duì)于SC-FDMA，OFDM的主要優(yōu)勢(shì)能夠?qū)苟鄰叫盘?hào)傳播，使其尤其適用于寬帶通信系統(tǒng)。

　　除了以上幾各方面，文獻(xiàn)[16]從安全和企業(yè)IP網(wǎng)絡(luò)整合兩個(gè)方面，對(duì)LTE和WiMAX應(yīng)用于企業(yè)環(huán)境時(shí)的異同之處進(jìn)行了對(duì)比分析。研究結(jié)果表明LTE和WiMAX技術(shù)都可以用于下一代移動(dòng)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和發(fā)展。在安全性方面，由于WiMAX的認(rèn)證協(xié)議，使得WiMAX天生就能滿足企業(yè)的安全要求。

　　所以可以得出結(jié)論，LTE的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)移動(dòng)性、數(shù)據(jù)吞吐量和系統(tǒng)容量的關(guān)注度極高。這些因素固然重要，但相對(duì)于其他一些因素，這些因素可能不會(huì)影響一個(gè)技術(shù)的普及。對(duì)于這一問題，我們將在第5節(jié)中進(jìn)行討論。

　　5、其他方面的差異和影響因素

　　除了技術(shù)方面的差異外，運(yùn)營商和監(jiān)管等因素的調(diào)整和制約，也會(huì)導(dǎo)致LTE和WiMAX之間相互的優(yōu)勢(shì)地位發(fā)生改變。

　　相對(duì)于LTE的商用，WiMAX網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和部署要更早。在美國，由Clearwire公司和Sprinit公司合伙部署WiMAX的商用網(wǎng)絡(luò)。在韓國、俄羅斯、日本等國的許多大公司也都在部署和推廣WiMAX網(wǎng)絡(luò)。由于固定線路基礎(chǔ)設(shè)施的缺乏，諸如印度這樣的發(fā)展中國家發(fā)現(xiàn)，即使是非移動(dòng)版本的WiMAX技術(shù)也能夠滿足他們對(duì)寬帶網(wǎng)絡(luò)需求。

　　WiMAX采用TDD技術(shù)，因此不需要使用成對(duì)的頻譜資源資源，同時(shí)上下行鏈路在時(shí)隙分配上也具有很大靈活性，更適合于數(shù)據(jù)傳輸。這使得WiMAX替代有線DSL網(wǎng)絡(luò)成為可能。另一方面，移動(dòng)通信運(yùn)營商建設(shè)的3GPP 2G、3G和LTE網(wǎng)絡(luò)，仍需要分別為上下行鏈路配置單獨(dú)的頻帶，因此頻譜租賃和設(shè)備成本都非常昂貴，當(dāng)然TD-LTE網(wǎng)絡(luò)除外。

　　為了追求更高的性能，IEEE的一系列WiMAX版本，都是模塊化的獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)體系，這使得它與3GPP標(biāo)準(zhǔn)間的兼容性無法實(shí)現(xiàn)。例如WiMAX 2.0（4G版WiMAX）不支持傳統(tǒng)的3GPP的設(shè)備，這意味著不能切換到2G（GSM）和3G（UMTS）網(wǎng)絡(luò)。但是另一方面，3GPP則為歐洲、北美和中國主導(dǎo)的2、3G標(biāo)準(zhǔn)向LTE的演進(jìn)提供了清晰的思路，同時(shí)LTE-A能夠后向兼容以前所有的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。因此，世界上部署了3GPP網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營商會(huì)發(fā)現(xiàn)它們的網(wǎng)絡(luò)易于升級(jí)，而且它們能將自己已經(jīng)獲取頻譜資源用于LTE網(wǎng)絡(luò)，例如2G設(shè)備退網(wǎng)后的2G頻譜，這就是一個(gè)非常好的商業(yè)案例。

　　中國將依照自己制定的演進(jìn)路線，實(shí)現(xiàn)其主導(dǎo)的3G標(biāo)準(zhǔn)——TD-SCDMA向LTE-A的平滑演進(jìn)[18]。為了節(jié)約投資，并能夠充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，中國在制定TD-LTE標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候就充分結(jié)合TD-SCDMA的技術(shù)特點(diǎn)，確保TD-LTE能夠后向兼容TD-SCDMA，實(shí)現(xiàn)TD-SCDMA技術(shù)的平滑演進(jìn)。與此同時(shí)，由于WiMAX支持的頻譜非常有限，使得已經(jīng)部署了3GPP網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營商很難轉(zhuǎn)向WiMAX網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。

　　盡管WiMAX在其早期階段取得了一定的優(yōu)勢(shì)，但最終的贏家還是LTE。LTE的成功主要是因?yàn)橹С旨夹g(shù)的后向兼容性，這奠定了它能夠擁有雄厚的用戶資源，盡管這些客戶中有許多還僅僅使用的是2G網(wǎng)絡(luò)。表1將3GPP的LTE和IEEE 802.16到WiMAX的演進(jìn)過程進(jìn)行對(duì)比。IEEE標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)是一開始就采用OFDMA技術(shù)、提供高速率的數(shù)據(jù)傳輸、全I(xiàn)P化、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)扁平化等，首先局部區(qū)域的無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接入服務(wù)，在取得成功后，向支持移動(dòng)性和語音通話的方向發(fā)展。另一方面，與WiMAX的發(fā)展路線正好相反，3GPP的目標(biāo)首先是提供廣覆蓋和無處不在的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，隨后逐漸采用一些新技術(shù)，如WiMAX一開始就用到的OFDMA、TDD、全I(xiàn)P、扁平化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、高傳輸速率等，使得3GPP首先獲得了巨大的用戶群體，然后又能夠充分利用WiMAX已經(jīng)成熟的關(guān)鍵技術(shù)。在種種這些因素的綜合作用下，LTE取得了成功。

　　6、LTE和WiMAX的未來

　　扁平化的網(wǎng)絡(luò)、全I(xiàn)P、TDD等先進(jìn)技術(shù)和理念使得WiMAX比LTE具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。3GPP從純電路交換的2G技術(shù)，演進(jìn)到半分組交換的2.5G和3G技術(shù)，最終演進(jìn)為全分組交換的LTE和LTE-A。一開始電信運(yùn)營商服務(wù)對(duì)象就是大眾客戶，目標(biāo)是建設(shè)公共網(wǎng)絡(luò)和實(shí)現(xiàn)廣覆蓋。而WiMAX的目標(biāo)是為細(xì)分市場提供寬帶服務(wù)。連同上網(wǎng)討論的一些因素，是人們意識(shí)到，WiMAX技術(shù)缺乏與其它技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)間的兼容性，WiMAX標(biāo)準(zhǔn)體系過于孤立，在3GPP的系列標(biāo)準(zhǔn)面前，尤其是備受關(guān)注的LTE面前失去了應(yīng)有的競爭力。為應(yīng)對(duì)這種局面，WiMAX論壇已經(jīng)制定多個(gè)計(jì)劃，其中的一個(gè)就是促進(jìn)與LTE技術(shù)的融合。

　　6.1 WiMAX的未來

　　WiMAX未來的發(fā)展方向主要有3個(gè)不同的方向：

　　1) 與LTE或其它多址技術(shù)相結(jié)合。2012年年底，WiMAX論壇采納了WiMAX與LTE和諧共存的建議[19]。WiMAX 2.2將聚焦在與多種無線接入技術(shù)的兼容性方面以及載波聚合和負(fù)載平衡等關(guān)鍵技術(shù)。預(yù)計(jì)能同時(shí)支持WiMAX和LTE兩種標(biāo)準(zhǔn)和多種接入技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)將在2014年年內(nèi)出現(xiàn)。

　　2) 無線以太網(wǎng)。WiMAX技術(shù)將被用于航空、能源、電力等這種對(duì)可靠性、安全性、帶寬有較高要求的專有網(wǎng)絡(luò)細(xì)分市場上，用于對(duì)它們自身的管理。這就是所謂的無線以太網(wǎng)。

　　3) 對(duì)于那些已經(jīng)獲得了TDD頻譜牌照的運(yùn)營商來說，堅(jiān)持部署WiMAX網(wǎng)絡(luò)。在日本、韓國、馬來西亞和美國等這樣的傳統(tǒng)市場中，其市場發(fā)展在未來一段時(shí)間內(nèi)仍將繼續(xù)增長。日本最大的WiMAX運(yùn)營商UQ和馬來西亞的運(yùn)營商YTEL已經(jīng)有了持續(xù)部署WiMAX 2.0網(wǎng)絡(luò)的計(jì)劃。

　　無線技術(shù)是解決能源、航空這種場景覆蓋問題的最佳解決方案。這為WiMAX提供了應(yīng)一個(gè)可選擇的發(fā)展方向，即為專用網(wǎng)絡(luò)定制方案，在這樣的細(xì)分市場進(jìn)一步發(fā)展。2013年年初正式發(fā)布的WiGRID是一種基于IEEE 802.16e的廣域網(wǎng)技術(shù)。它能夠滿足能源、電力行業(yè)對(duì)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)高實(shí)時(shí)性和高安全性的要求，為智能電網(wǎng)或能源系統(tǒng)的遙測(cè)、監(jiān)控和管理提供網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支撐。為了能夠支撐這類服務(wù)，WiMAX仍需要一步優(yōu)化上行鏈路，減少時(shí)延、擴(kuò)大覆蓋范圍，增強(qiáng)覆蓋能力，其設(shè)備能力也要能夠支持1.4 GHz、1.8 GHz、2.3 GHz、3.65 GHz和5.8 GHz等多個(gè)常用頻段。在面對(duì)用擁塞問題時(shí)，公用WiMAX、LTE和3GPP的其它網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)所能提供的服務(wù)可靠性也是不一樣的，WiMAX能有效避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。另一方面，公共蜂窩網(wǎng)絡(luò)可用于智能計(jì)量服務(wù)，因?yàn)楣卜涓C網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋較好，同時(shí)這種應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延和安全性要求也相對(duì)較低，配電站的監(jiān)測(cè)則建議采用基于WiMAX技術(shù)的專用無線系統(tǒng)。例如文獻(xiàn)中提出了WiMAX可以與SCADA（數(shù)據(jù)采集與視頻監(jiān)控系統(tǒng)，Supervisory Control And Data Acquisition）共用223~225 MHz的頻譜資源的建議，僅需要對(duì)WiMAX的MAC（媒介訪問控制，Media Access Control）層和物理層協(xié)議進(jìn)行簡單的修改，實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾的處理即可。

　　AeroMACS技術(shù)是WiMAX技術(shù)的一種，可用于機(jī)場的基礎(chǔ)通訊設(shè)施的建設(shè)。在運(yùn)輸業(yè)、石油業(yè)以及天然氣業(yè)等與其類似的細(xì)分市場中，也有相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)需求。另外，基于WiMAX的無線以太網(wǎng)視訊分享技術(shù)也可以為移動(dòng)醫(yī)療等類似應(yīng)用提供支撐。

　　WiMAX向LTE融合的目的是，打開無線接入技術(shù)和產(chǎn)業(yè)體系大門，超越WiMAX 1.0和2.0。隨著網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，WiMAX 2.2標(biāo)準(zhǔn)會(huì)使運(yùn)營商具備靈活利用IP寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的能力，并使其網(wǎng)絡(luò)能夠支持采用其他帶無線接入技術(shù)的設(shè)備，包括TD-LTE設(shè)備 (WiMAX/LTE雙模設(shè)備)。TD-LTE對(duì)WiMAX運(yùn)營商的影響，用WiMAX論壇主席的話說就是：“我沒有看到TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)會(huì)讓W(xué)iMAX網(wǎng)絡(luò)退出市場。我認(rèn)為，在一定時(shí)期內(nèi)將形成WiMAX和TD-LTE相互補(bǔ)充、并行發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)格局。至于這個(gè)時(shí)期能夠持續(xù)多久，時(shí)間會(huì)告訴你?！?/p>

　　向LTE融合過程，必須要對(duì)各級(jí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的軟件和硬件進(jìn)行升級(jí)，包括核心網(wǎng)、傳輸網(wǎng)以及為多模異構(gòu)接入技術(shù)提供支撐的各種設(shè)備。由于WiMAX網(wǎng)絡(luò)的用戶規(guī)模遠(yuǎn)小于3GPP運(yùn)營商，融入3GPP會(huì)為WiMAX運(yùn)營商帶來巨大的用戶資源和豐富的產(chǎn)業(yè)體系，對(duì)于融合過程中所產(chǎn)生的費(fèi)用，運(yùn)營商是樂意接受的。相反，這種融合也會(huì)為3GPP運(yùn)營商獲得原先WiMAX用戶資源的一個(gè)機(jī)會(huì)。雖然WiMAX在某些亞洲國家發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，但這很大程度上是由于這一技術(shù)在航空和運(yùn)輸?shù)燃?xì)分專用市場的應(yīng)用取得了成功，而不是大眾網(wǎng)絡(luò)市場。只有成功地與LTE融合， WiMAX才能在服務(wù)原有細(xì)分專用市場的同時(shí)，還能服務(wù)于大眾網(wǎng)絡(luò)市場。這看起來更像是一個(gè)獨(dú)特的合作，即替代競爭方法本身的方法就是接受競爭。

　　6.2 LTE的未來

　　3GPP提供了一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)平滑演進(jìn)到LTE和LTE-A的方案。經(jīng)過大量研究取得的成果會(huì)在近年新的3GPP版本中進(jìn)行公布。即將發(fā)布的3GPP R12及其后續(xù)版本同產(chǎn)業(yè)級(jí)探索（如何提升移動(dòng)寬帶的實(shí)用性？如何提供更穩(wěn)定的服務(wù)質(zhì)量？如何在頻譜資源稀缺的情況下滿足急速增長的數(shù)據(jù)需求？）一樣，意義重大。

　　目前的無線寬帶網(wǎng)絡(luò)，信號(hào)覆蓋不連續(xù)，數(shù)據(jù)速率飄忽不定。3GPP R12及R13的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是提供一個(gè)穩(wěn)定的無線寬帶網(wǎng)絡(luò)，也就是這個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠隨時(shí)隨地地滿足持續(xù)呈指數(shù)增長的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求。2012年，當(dāng)在斯洛文尼亞召開的3GPP TSG全會(huì)結(jié)束后，Keith Mallinson在他的文章《2020 Vision for LTE》[26]中提到了一組數(shù)字3×6×56 = 1008，即預(yù)計(jì)到2020年，LTE系統(tǒng)所占用的頻譜資源將達(dá)到目前的3倍，系統(tǒng)頻譜效率將達(dá)到目前的6倍，平均小區(qū)密度將達(dá)到目前的56倍。未來將有許多技術(shù)[10,11,26,27]，使得這一巨大的變化成為可能。未來LTE技術(shù)的變化主要有以下幾方面：

　　1) 更大的系統(tǒng)帶寬，更高階的3D-MIMO技術(shù)，高階調(diào)制，微小區(qū)等措施，都能使的小區(qū)的峰值速率、平均速率及小區(qū)邊緣的速率實(shí)現(xiàn)倍增。

　　2) 宏蜂窩小區(qū)將位于多層網(wǎng)絡(luò)的頂層，在它的覆蓋范圍內(nèi)，隨機(jī)分布著大量的Micro小區(qū)、Pico小區(qū)以及Femto小區(qū)，這些小區(qū)使用的頻帶都比宏蜂窩小區(qū)高。逐漸形成混合型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種體系結(jié)構(gòu)有助于均衡高流量小區(qū)的業(yè)務(wù)量，從而提高系統(tǒng)總體吞吐量。也有利于減少覆蓋空洞，提升對(duì)室內(nèi)高流量業(yè)務(wù)的支撐能力，但是對(duì)不同類型小區(qū)間的移動(dòng)性以及ICIC（小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)，Inter-Cell Interference Coordination）處理效率要求更高。在3GPP運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)中，和femto小區(qū)技術(shù)一樣，無線WIFI（無線保真，WirelessFidelity）將在為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)熱點(diǎn)或室內(nèi)用戶提供寬帶支撐方面發(fā)揮越來越重要的作用。

　　3) 對(duì)TDD-LTE技術(shù)更為依賴，需要進(jìn)一步增強(qiáng)上下行間的干擾控制和業(yè)務(wù)分配。

　　4) 在基站側(cè)配置8個(gè)接收天線，使用交叉極化天線和更高的載波頻率，進(jìn)一步改進(jìn)上行鏈路性能。

　　5) 采用3D-MIMO和大規(guī)模天線的波束賦形技術(shù)。天線陣列的元件多達(dá)64個(gè)，使得扇區(qū)內(nèi)的頻率實(shí)現(xiàn)再利用，獲得額外的頻率增益。

　　7、結(jié)論

　　本文旨在比較LTE和WiMAX這兩種無線通信技術(shù)，從技術(shù)角度論述了LTE在它和WiMAX在關(guān)于未來公共網(wǎng)絡(luò)市場的競爭中取得勝利的因素。文章還對(duì)這兩種技術(shù)的未來方向進(jìn)行了展望。

　　本文首先回顧了這兩種技術(shù)的演進(jìn)歷程。LTE從無線電話標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)而來，WiMAX是由數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)而來。移動(dòng)通信技術(shù)由以語音業(yè)務(wù)為中心逐漸轉(zhuǎn)向以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為中心，而WiMAX技術(shù)一開始就聚焦于寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，后期才開始提供語音服務(wù)。這兩種技術(shù)都采用了扁平化的全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、多址接入技術(shù)和雙工模式。二者技術(shù)上的不同之處主要在于：所分配的頻率資源不同、子載波間隔不同、幀結(jié)構(gòu)不同以及上行接入技術(shù)不同等。LTE能夠支持更高的吞吐量、系統(tǒng)容量和移動(dòng)性。

　　影響這兩種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之間競爭力的因素不僅僅是技術(shù)方面的，其他方面的因素對(duì)最終的競爭結(jié)果也會(huì)造成影響。最終的結(jié)果是：人們意識(shí)到，WiMAX必須與LTE相融合，而不是繼續(xù)競爭。這就決定了WiMAX未來的演進(jìn)方向。另外，WiMAX也可以朝著向航空、運(yùn)輸、能源這樣的細(xì)分市場提供專用無線網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)服務(wù)的方向發(fā)展，因?yàn)榛赪iMAX技術(shù)的專用網(wǎng)絡(luò)可以有效避免網(wǎng)絡(luò)擁塞情況的出現(xiàn)。WiMAX與LTE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的融合，也可以使WiMAX運(yùn)營商既能服務(wù)細(xì)分專用網(wǎng)絡(luò)市場，又能提供公共服務(wù)。WiMAX論壇目前正在不斷完善標(biāo)準(zhǔn)，為實(shí)現(xiàn)WiMAX系列標(biāo)準(zhǔn)與LTE相融合而努力。從終端到基站，再到核心網(wǎng)，許多軟件和硬件都需要進(jìn)行調(diào)整，使得系統(tǒng)能夠支持多種通信標(biāo)準(zhǔn)，提升系統(tǒng)的反向兼容能力。在公共廣覆蓋網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面，留給WiMAX的機(jī)會(huì)已經(jīng)不多，WiMAX的持續(xù)發(fā)展，在很大程度要依賴于其在航空和運(yùn)輸?shù)燃?xì)分專用市場方面取得的成功，而不是大眾網(wǎng)絡(luò)市場。

　　另一方面，3GPP一直在積極改進(jìn)LTE和其它現(xiàn)有技術(shù)的服務(wù)能力。兩個(gè)新的技術(shù)版本——3GPP R12和R13正在編寫中。改進(jìn)的目標(biāo)是不斷提升系統(tǒng)覆蓋能力，提供更高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，以滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的爆炸是增長。多項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)和新技術(shù)被提出，用于3D扇區(qū)、微小區(qū)、ICIC、多模TDD等關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。可以說，在不久的將來，LTE將在公共移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方面成為有主導(dǎo)地位的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，而WiMAX在專用網(wǎng)絡(luò)發(fā)展領(lǐng)域?qū)⒕哂懈嗟陌l(fā)展機(jī)會(huì)。