LTE和WiMAX的比较与未来展望(1)(4)

LTE和WiMAX的未来

扁平化的网络、全IP、TDD等先进技术和理念使得WiMAX比LTE具有一定的技术优势。3GPP从纯电路交换的2G技术，演进到半分组交换的2.5G和3G技术，最终演进为全分组交换的LTE和LTE-A。一开始电信运营商服务对象就是大众客户，目标是建设公共网络和实现广覆盖。而WiMAX的目标是为细分市场提供宽带服务。连同上网讨论的一些因素，是人们意识到，WiMAX技术缺乏与其它技术标准间的兼容性，WiMAX标准体系过于孤立，在3GPP的系列标准面前，尤其是备受关注的LTE面前失去了应有的竞争力。为应对这种局面，WiMAX论坛已经制定多个计划，其中的一个就是促进与LTE技术的融合。

● WiMAX的未来

WiMAX未来的发展方向主要有3个不同的方向：

1) 与LTE或其它多址技术相结合。2012年年底，WiMAX论坛采纳了WiMAX与LTE和谐共存的建议。WiMAX 2.2将聚焦在与多种无线接入技术的兼容性方面以及载波聚合和负载平衡等关键技术。预计能同时支持WiMAX和LTE两种标准和多种接入技术的网络将在2014年年内出现。

2) 无线以太网。WiMAX技术将被用于航空、能源、电力等这种对可靠性、安全性、带宽有较高要求的专有网络细分市场上，用于对它们自身的管理。这就是所谓的无线以太网。

3) 对于那些已经获得了TDD频谱牌照的运营商来说，坚持部署WiMAX网络。在日本、韩国、马来西亚和美国等这样的传统市场中，其市场发展在未来一段时间内仍将继续增长。日本最大的WiMAX运营商UQ和马来西亚的运营商YTEL已经有了持续部署WiMAX 2.0网络的计划。

无线技术是解决能源、航空这种场景覆盖问题的最佳解决方案。这为WiMAX提供了应一个可选择的发展方向，即为专用网络定制方案，在这样的细分市场进一步发展。2013年年初正式发布的WiGRID是一种基于IEEE 802.16e的广域网技术。它能够满足能源、电力行业对服务网络高实时性和高安全性的要求，为智能电网或能源系统的遥测、监控和管理提供网络技术支撑。为了能够支撑这类服务，WiMAX仍需要一步优化上行链路，减少时延、扩大覆盖范围，增强覆盖能力，其设备能力也要能够支持1.4 GHz、1.8 GHz、2.3 GHz、3.65 GHz和5.8 GHz等多个常用频段。在面对用拥塞问题时，公用WiMAX、LTE和3GPP的其它网络标准所能提供的服务可靠性也是不一样的，WiMAX能有效避免网络拥塞。另一方面，公共蜂窝网络可用于智能计量服务，因为公共蜂窝网的网络覆盖较好，同时这种应用对网络的时延和安全性要求也相对较低，配电站的监测则建议采用基于WiMAX技术的专用无线系统。例如文献[22]中提出了WiMAX可以与SCADA(数据采集与视频监控系统，Supervisory Control And Data Acquisition)共用223~225 MHz的频谱资源的建议，仅需要对WiMAX的MAC(媒介访问控制，Media Access Control)层和物理层协议进行简单的修改，实现对干扰的处理即可。

AeroMACS技术是WiMAX技术的一种，可用于机场的基础通讯设施的建设。在运输业、石油业以及天然气业等与其类似的细分市场中，也有相应的网络需求。另外，基于WiMAX的无线以太网视讯分享技术也可以为移动医疗等类似应用提供支撑。

WiMAX向LTE融合的目的是，打开无线接入技术和产业体系大门，超越WiMAX 1.0和2.0。随着网络演进，WiMAX 2.2标准会使运营商具备灵活利用IP宽带数据网络的能力，并使其网络能够支持采用其他带无线接入技术的设备，包括TD-LTE设备 (WiMAX/LTE双模设备)。TD-LTE对WiMAX运营商的影响，用WiMAX论坛主席的话说就是：“我没有看到TD-LTE网络的出现会让WiMAX网络退出市场。我认为，在一定时期内将形成WiMAX和TD-LTE相互补充、并行发展的网络格局。至于这个时期能够持续多久，时间会告诉你。”

向LTE融合过程，必须要对各级网络设备的软件和硬件进行升级，包括核心网、传输网以及为多模异构接入技术提供支撑的各种设备。由于WiMAX网络的用户规模远小于3GPP运营商，融入3GPP会为WiMAX运营商带来巨大的用户资源和丰富的产业体系，对于融合过程中所产生的费用，运营商是乐意接受的。相反，这种融合也会为3GPP运营商获得原先WiMAX用户资源的一个机会。虽然WiMAX在某些亚洲国家发展势头强劲，但这很大程度上是由于这一技术在航空和运输等细分专用市场的应用取得了成功，而不是大众网络市场。只有成功地与LTE融合， WiMAX才能在服务原有细分专用市场的同时，还能服务于大众网络市场。这看起来更像是一个独特的合作，即替代竞争方法本身的方法就是接受竞争。

● LTE的未来

3GPP提供了一个现有技术平滑演进到LTE和LTE-A的方案。经过大量研究取得的成果会在近年新的3GPP版本中进行公布。即将发布的3GPP R12及其后续版本同产业级探索(如何提升移动宽带的实用性?如何提供更稳定的服务质量?如何在频谱资源稀缺的情况下满足急速增长的数据需求?)一样，意义重大。

目前的无线宽带网络，信号覆盖不连续，数据速率飘忽不定。3GPP R12及R13的设计目标就是提供一个稳定的无线宽带网络，也就是这个网络能够随时随地地满足持续呈指数增长的数据业务需求。2012年，当在斯洛文尼亚召开的3GPP TSG全会结束后，Keith Mallinson在他的文章《2020 Vision for LTE》中提到了一组数字3×6×56 = 1008，即预计到2020年，LTE系统所占用的频谱资源将达到目前的3倍，系统频谱效率将达到目前的6倍，平均小区密度将达到目前的56倍。未来将有许多技术，使得这一巨大的变化成为可能。未来LTE技术的变化主要有以下几方面：

1) 更大的系统带宽，更高阶的3D-MIMO技术，高阶调制，微小区等措施，都能使的小区的峰值速率、平均速率及小区边缘的速率实现倍增。

2) 宏蜂窝小区将位于多层网络的顶层，在它的覆盖范围内，随机分布着大量的Micro小区、Pico小区以及Femto小区，这些小区使用的频带都比宏蜂窝小区高。逐渐形成混合型网络结构。这种体系结构有助于均衡高流量小区的业务量，从而提高系统总体吞吐量。也有利于减少覆盖空洞，提升对室内高流量业务的支撑能力，但是对不同类型小区间的移动性以及ICIC(小区间干扰协调，Inter-Cell Interference Coordination)处理效率要求更高。在3GPP运营商的网络中，和femto小区技术一样，无线WIFI(无线保真，WirelessFidelity)将在为数据业务热点或室内用户提供宽带支撑方面发挥越来越重要的作用。

3) 对TDD-LTE技术更为依赖，需要进一步增强上下行间的干扰控制和业务分配。

4) 在基站侧配置8个接收天线，使用交叉极化天线和更高的载波频率，进一步改进上行链路性能。

5) 采用3D-MIMO和大规模天线的波束赋形技术。天线阵列的元件多达64个，使得扇区内的频率实现再利用，获得额外的频率增益。

结论

本文旨在比较LTE和WiMAX这两种无线通信技术，从技术角度论述了LTE在它和WiMAX在关于未来公共网络市场的竞争中取得胜利的因素。文章还对这两种技术的未来方向进行了展望。

本文首先回顾了这两种技术的演进历程。LTE从无线电话标准演进而来，WiMAX是由数据网络演进而来。移动通信技术由以语音业务为中心逐渐转向以数据业务为中心，而WiMAX技术一开始就聚焦于宽带数据业务，后期才开始提供语音服务。这两种技术都采用了扁平化的全IP网络结构、多址接入技术和双工模式。二者技术上的不同之处主要在于：所分配的频率资源不同、子载波间隔不同、帧结构不同以及上行接入技术不同等。LTE能够支持更高的吞吐量、系统容量和移动性。

影响这两种技术标准之间竞争力的因素不仅仅是技术方面的，其他方面的因素对最终的竞争结果也会造成影响。最终的结果是：人们意识到，WiMAX必须与LTE相融合，而不是继续竞争。这就决定了WiMAX未来的演进方向。另外，WiMAX也可以朝着向航空、运输、能源这样的细分市场提供专用无线网络接入技术服务的方向发展，因为基于WiMAX技术的专用网络可以有效避免网络拥塞情况的出现。WiMAX与LTE技术标准的融合，也可以使WiMAX运营商既能服务细分专用网络市场，又能提供公共服务。WiMAX论坛目前正在不断完善标准，为实现WiMAX系列标准与LTE相融合而努力。从终端到基站，再到核心网，许多软件和硬件都需要进行调整，使得系统能够支持多种通信标准，提升系统的反向兼容能力。在公共广覆盖网络建设方面，留给WiMAX的机会已经不多，WiMAX的持续发展，在很大程度要依赖于其在航空和运输等细分专用市场方面取得的成功，而不是大众网络市场。

另一方面，3GPP一直在积极改进LTE和其它现有技术的服务能力。两个新的技术版本——3GPP R12和R13正在编写中。改进的目标是不断提升系统覆盖能力，提供更高速、稳定的数据传输服务，以满足数据业务需求的爆炸是增长。多项技术改进和新技术被提出，用于3D扇区、微小区、ICIC、多模TDD等关键技术的实现。可以说，在不久的将来，LTE将在公共移动网络发展方面成为有主导地位的技术标准，而WiMAX在专用网络发展领域将具有更多的发展机会。