LTE和WiMAX的比较与未来展望(1)(2)

LTE和WiMAX的技术特征

LTE和WiMAX都是基于全IP的技术标准，采用相同的分组核心网，这使得它们都能很好的支持VoIP业务产生的突发数据流量。同样这两种技术标准也都采用了OFDMA(正交频分多址，Orthogonal Frequency Division Multiple Access)技术。在OFDM系统中，子载波将相互正交，频谱效率得到提升，同时有助于降低ISI(符号间干扰，Inter-Symbol Interference)和系统自适应均衡的复杂性，对频率选择性衰落和窄带干扰也有较强的容忍度。在OFDMA系统中，时频资源能够得到周期性复用，使得系统性能最大化。除了以上几点外，还有一些重要特点如下：

1) 子载波信道重分配：在频谱分配上，一些子载波用于数据传输，一些子载波作为保护带宽或导频。数据和导频被周期性地随机分配在不同的子信道上，换句话说就是跳频，频域上所有的信道都在跳变。这样可以实现干扰平均化，减少系统纠错，恢复系统性能。将系统子载波分为多个组，每个小区只使用其中的一个或多个子载波组，这叫做PUSC(Partial Usage of Sub-Carriers)，降低了本小区与邻小区之间的干扰。另一种技术是FFR(部分频率复用，Fractional Frequency Reuse)，即用户在小区覆盖的中心区域时能够使用到所有的频点，而在两个小区覆盖的交界处，两个小区的用户分别使用不同的频点，以此来降低小区间的干扰水平。

2) SOFDMA(可扩展OFDMA，Scalable OFDMA)：LTE和WiMAX(如WiMAX 1.0和WiMAX 2.0)都采用了SOFDMA技术。系统子载波数目随着系统带宽的变化而变化，而子载波间的间隔始终是不变得，因此对移动着的用户而言，多普勒效应对系统性能的影响是不变的。WiMAX 16e的系统带宽可以在1.25MHz~28MHz间任意设定，LTE R8系统支持的系统带宽可以为1.25, 2.5, 5, 10, 15, 20 MHz。

3) AMC (自适应调制编码，Adaptive Modulation and Coding)：LTE和WiMAX都采用了AMC技术。由于低阶调制方式相对于高阶调制方式具有更强的鲁棒性，系统可以根据用户信道的质量情况，及时调整调制方式。当信道质量较好的时候，采用16QAM(相正交振幅调制，Quadrature Amplitude Modulation)或64QAM等高阶调制方式，通过提高编码效率提升系统传输速率。当信道质量较差，即用户信号信噪比较低时，采用QPSK(正交相移键控，Quadrature Phase Shift Keying)等鲁棒性较强的低阶调制，确保链路质量即传输误码率保持在用户或系统可以接受的范围。另一方面，当采用16QAM调制方式的用户的信号质量得到改善时，系统可以将调制方式切换到64QAM这样的高阶调制方式，提高系统容量和传输效率。当AMC与OFDM技术相结合时，将会为系统带来更大的增益，因为AMC更加适用于噪声平均的宽带信道。LTE和WiMAX标准的另一个特征是使用了HARQ(混合自动重传，Hybrid Automatic Repeat Request)技术，用于错误检测和多天线系统，从而进一步增强系统性能和数据速率。

4) 系统帧结构：由于WiMAX 1.0的帧长为5ms，而LTE的子帧只有1ms，因此WiMAX 1.0相比LTE具有更长的时延。WiMAX 2.0将一个5ms帧分成了8个子帧，每个子帧长5/8ms，同时保留了5ms的帧结构用于和WiMAX 1.0系统兼容。WiMAX 2.0系统还定义了一个长度为20ms的超帧，通过合并一般帧头和控制比特，来减少系统帧头的整体开销。WiMAX 2.0系统的三层帧结构，有助于提升VoIP业务的QOS(服务质量，Quality of Service)。LTE系统也采用了类似的3层帧结构，其基本时隙长度为0.5ms，子帧长度为1ms，超帧长度为10ms。LTE-A和WiMAX 2.0系统的帧结构如图2所示。

图2 帧结构：(a)WiMAX 2.0帧结构;(b)LTE-A帧结构。

5) 载波聚合：为了达到IMT-A系统对峰值速率的要求，LTE-A和WiMAX 2.0系统通过增加传输带宽的方式来提升系统所能支持的峰值速率，这两中系统的信号最大带宽分别达到了40MHz和100MHz。由于在现实中不可能直接找到一个具有如此大带宽的频带，系统子载波必须分布在多个频带内，这就是所谓的多载波/载波聚合。任何一个信道的子载波可以在一个连续的频带内，也可以来自不同的频带。

6) 小区吞吐量：除了峰值速率外，IMT-A系统对小区边缘吞吐量也有严格的要求。目前LTE-A和WiMAX 2.0系统已经能够轻松地达到这一要求。例如WiMAX 2.0系统在小区中心和小区边缘的频率效率能够分别达到2.6 bit/s/Hz/sector和0.09 bit/s/Hz/sector，分别超过了IMT-A系统要求的2.2 bit/s/Hz/sector和0.06 bit/s/Hz/sector。

7) LTE-A和WiMAX 2.0还支持许多其他技术来提升传输速率 。例如：

Femto(家庭基站)，能够以最大的数据速率提供住宅内部的移动通信能力，提升小区吞吐量。

LTE-A系统中采用的8 × 8 MIMO(多入多出技术，Multiple-Input Multiple-Output)。

CoMP(协同多点传输，Coordinated Multiple Points)技术，多个基站可以协同参与为一个终端传输数据或者联合接收一个终端发送的数据。尤其在小区覆盖的边缘区域，系统可将用户置于几个基站的同一频率上，几个基站同时为该用户服务，降低小区间干扰，提升边缘用户的覆盖性能和频谱效率。

使用中继点来延伸覆盖，提高小区边缘吞吐率。

LTE-A和WiMAX 2.0采用SON(自组织网络，Self-Organizing Networks)技术组网，利于操作、维护费用的降低和系统性能的提升。