基于IP協(xié)議的LTE和WiMAX兩種技術(shù)的對(duì)比

長期演變（LTE）和WiMAX這兩種技術(shù)都使用了先進(jìn)的方法，如正交頻分多址（OFDMA）和多入多出（MIMO），而且它們也都是完全基于IP（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議），具有高速數(shù)據(jù)功能，可實(shí)行快速互聯(lián)網(wǎng)訪問和視頻等高級(jí)應(yīng)用。國際電信聯(lián)盟（ITU）把LTE和WiMAX定義為3G。一些專家認(rèn)為，這兩種標(biāo)準(zhǔn)接近4G，更像是3.9G。

雖然這兩種系統(tǒng)似乎競爭激烈，最終會(huì)有一個(gè)勝出，一個(gè)被淘汰，但事實(shí)可能并非如此。在某些地區(qū)的數(shù)據(jù)服務(wù)中也許存在競爭，但這并不代表全部。這兩種標(biāo)準(zhǔn)是在不同歷史背景下開發(fā)的，現(xiàn)在已有各自不同的用武之地。LTE明顯是UMTS/WCDMA/HSPA和CDMA2000 3G等蜂窩技術(shù)的后繼者，而WiMAX主要用于寬帶無線連接和回程鏈路。

LTE技術(shù)

LTE技術(shù)是從最早的GSM語音技術(shù)、用于數(shù)據(jù)傳送的GPRS和EDGE到目前的UMTS WCDMA和HSPA先進(jìn)3G技術(shù)發(fā)展而來的。如今這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的大部分已經(jīng)完成，但還沒有最終定稿。目前LTE正處于冗長的ITU標(biāo)準(zhǔn)化過程，有望于今年晚些時(shí)候最終完成。

大多數(shù)蜂窩運(yùn)營商同意將LTE用作4G標(biāo)準(zhǔn)，讓全球幾乎每個(gè)人享受新技術(shù)帶來的快樂。這些運(yùn)營商包括了美國的Verizon和Sprint，他們使用不同于UMTS WCDMA標(biāo)準(zhǔn)的CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)。中國則希望采用基于時(shí)分復(fù)用（TDD）而不是頻分復(fù)用（FDD）的LTE變種。目前為止已有30多家運(yùn)營商同意采用LTE，并計(jì)劃在不久的將來將LTE集成到進(jìn)系統(tǒng)中。

目前，處于運(yùn)營中的LTE系統(tǒng)都是遍布全球各個(gè)地區(qū)的試驗(yàn)性系統(tǒng)。到2010年將可以見到一些正式的LTE，但大多數(shù)運(yùn)營商暗示將從2011年開始或2012年以后開展大規(guī)模部署。

業(yè)界現(xiàn)還在積極推廣仍然很新的3G系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的工作狀況非常良好。不過，LTE是必然的選擇。更大的用戶容量和更高的數(shù)據(jù)速率不僅支持目前和未來的視頻等服務(wù)，而且支持?jǐn)?shù)據(jù)密集型服務(wù)，比如手機(jī)上網(wǎng)等。

LTE是專門針對(duì)移動(dòng)應(yīng)用設(shè)計(jì)的無線標(biāo)準(zhǔn)，下行鏈路數(shù)據(jù)速率高達(dá)100Mbps，上行鏈路速率高達(dá)50Mbps。相比之下，目前大多數(shù)HSPA 3G服務(wù)的最大下行速率只有14Mbps，上行速率只有5.7Mbps。更新的HSPA標(biāo)準(zhǔn)將最大下行鏈路和上行鏈路速率分別定義為84Mbps和22Mbps，但這種系統(tǒng)目前還沒有商用化。LTE具有的這些高速率可以讓用戶流暢地訪問視頻、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、游戲和其它數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用。

目前的WCDMA和HSPA信道使用5MHz帶寬，而LTE設(shè)計(jì)使用不同的帶寬，包括1.4、3、5、10、15和20MHz。每種帶寬分別使用128、256、512、1024、1，536和2，048個(gè)快速傅里葉變換（FFT）子信道。

LTE原則上可以在當(dāng)前已分配并具有足夠帶寬的任何蜂窩頻率上正常工作，但并不是所有頻率都適合較寬的帶寬模式。在美國，LTE將運(yùn)行在2.1GHz頻段和700MHz分配頻率。

LTE是嚴(yán)格的FDD技術(shù)，其發(fā)送和接收頻段相互分開。下行鏈路和上行鏈路頻率隔離度不是固定不變的，在最低頻段上的變化范圍從約12MHz至18MHz，在較高頻率上高達(dá)340MHz至560MHz。更高的數(shù)據(jù)速率需要更寬的帶寬，而且需要使用大量的頻譜空間。

正交相移鍵控（QPSK）、16相正交幅度調(diào)制（16QAM）和64QAM是LTE常用的調(diào)制技術(shù)，具體取決于可用帶寬和數(shù)據(jù)速率要求。LTE支持不同模式的MIMO，包括用于下行鏈路的4x4、2x2、2x1和1x1。典型蜂窩容量在5MHz帶寬時(shí)為200左右。更寬的帶寬可以使每個(gè)蜂窩基站的用戶數(shù)增加到400個(gè)以上。頻譜效率在5bit/Hz范圍，但取決于物理層（PHY）細(xì)節(jié)。

OFDMA只用在下行鏈路，上行鏈路的無線技術(shù)是單載波頻分多址（SC-FDMA）。選擇OFDMA的原因主要是為了降低手機(jī)的功耗。這種技術(shù)的峰值與平均功率比（PAPR）要小于OFDM，但意味著可以使用更簡單的射頻功率放大器。這種技術(shù)支持1x2和1x1的MIMO模式。

LTE是一種蜂窩電話技術(shù)，但它也可以應(yīng)用于高速寬帶無線連接，比如USB適配器和數(shù)據(jù)卡，或者嵌入進(jìn)筆記本和上網(wǎng)本。在這些領(lǐng)域，LTE將直接與WiMAX競爭。LTE毫微微蜂窩還能使高速服務(wù)直接進(jìn)入家庭。

雖然目前還沒有LTE基礎(chǔ)設(shè)施，但I(xiàn)TU和3GPP已經(jīng)在研究真正的4G技術(shù)了。這種4G技術(shù)稱高級(jí)國際移動(dòng)通信（IMT-Advanced），它定義了更為先進(jìn)的LTE版本。特別要說明的是，IMT-Advanced或LTE- Advanced的移動(dòng)數(shù)據(jù)速率將超過100Mbps，固定或漫游速率可達(dá)1Gbps。顯然，達(dá)到這些指標(biāo)需要依靠更高的帶寬（＞20MHz）、更大的MIMO模式和其它技術(shù)。盡管如此，人們見到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)或其應(yīng)用還需要數(shù)年時(shí)間。

LTE部署問題

除了蜂窩系統(tǒng)由于采用全新技術(shù)而帶來高額成本外，運(yùn)營商還面臨其它一些關(guān)鍵問題，包括交換式和分組式系統(tǒng)的區(qū)別、需要更多的基站、語音服務(wù)角色以及回程鏈路不足。目前所有蜂窩系統(tǒng)都是電路交換系統(tǒng)，而LTE是基于分組的系統(tǒng)。

這意味著運(yùn)營商需要繼續(xù)保留原來的電路交換系統(tǒng)和設(shè)備，以便為老用戶和當(dāng)前一些用戶提供傳統(tǒng)服務(wù)。但與此同時(shí)，新的分組系統(tǒng)必須要實(shí)施，并與所有現(xiàn)有系統(tǒng)保持兼容。

在美國，LTE最初會(huì)使用2.1GHz和2.6GHz左右較高的蜂窩頻率。在這個(gè)頻率，蜂窩基站覆蓋范圍要比典型的800MHz或900MHz基站小得多，因此需要更多的基站，從而大大增加了成本。唯一的希望是使用一些運(yùn)營商擁有的最新700MHz分配頻段，這個(gè)頻率下的基站覆蓋范圍與當(dāng)前基站相當(dāng)，甚至稍好一些。

LTE是一種分組數(shù)據(jù)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)沒必要考慮語音服務(wù)，因此運(yùn)營商無疑會(huì)面臨如何在LTE上實(shí)現(xiàn)語音的問題。有三種系統(tǒng)可以考慮。

第一種是電路交換（CS）回退，讓運(yùn)營商使用現(xiàn)有的電路交換3G技術(shù)處理LTE語音。第二種是IP多媒體子系統(tǒng)（IMS），在這種情況下，網(wǎng)絡(luò)可以處理任何服務(wù)。第三種系統(tǒng)是通過LTE通用訪問傳送語音（VoLGA），此時(shí)電路交換語音在LTE網(wǎng)絡(luò)上通過隧道傳送。

最后，大多數(shù)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的回程通道還不夠，特別對(duì)具有繁重3G業(yè)務(wù)的應(yīng)用而言，因此，全面部署LTE確實(shí)是一種很好的解決方法。這意味著淘汰掉數(shù)百萬條T1和T3線路，增加更快的微波回程，在可行的地方甚至采用光纖回程。

WiMAX準(zhǔn)備就緒

雖然在微波接入方面缺少全球互操作性，但WiMAX比LTE領(lǐng)先很多。第一個(gè)IEEE802.16 WiMAX標(biāo)準(zhǔn)是在2003年批準(zhǔn)的，現(xiàn)在稱為固定WiMAX的802.16d標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布于2004年，移動(dòng)WiMAX版本802.16e發(fā)布于2006年。多年來，WiMAX的開發(fā)和應(yīng)用雖然緩慢但非常穩(wěn)健。

WiMAX作為一種寬帶無線訪問（BWA）技術(shù)，可替代或競爭用于互聯(lián)網(wǎng)訪問的DSL和有線電視技術(shù)。雖然WiMAX在美國不太成功，但最終成功似乎不可阻擋。WiMAX在發(fā)展中國家已經(jīng)取得了很大的成就，特別是那些安裝新的有線電信系統(tǒng)不可能或不切實(shí)際的地方。

在印度、南美洲和其它地方已有許多BWA WiMAX裝置用于電話、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)和回程。韓國也使用802.16e WiMAX的同類技術(shù)BWA WiBro。日本的對(duì)應(yīng)技術(shù)是XGP。

Sprint和Clearwire準(zhǔn)備在美國大量采用WiMAX提供BWA服務(wù)，特別是在一些較小型的城市。Clearwire的Clear服務(wù)現(xiàn)在已經(jīng)推廣到16個(gè)州48個(gè)以上的城市，并且還將繼續(xù)增加。下行鏈路數(shù)據(jù)速率為1.5Mbps的基本服務(wù)價(jià)格為30美元。通過數(shù)據(jù)modem還能提供IP語音（VoIP）服務(wù)，每個(gè)月的費(fèi)用是50美元。另外還能為筆記本電腦提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)卡。

隨著美國政府向更偏遠(yuǎn)的不發(fā)達(dá)地區(qū)的寬帶接入業(yè)務(wù)發(fā)展注入刺激資金，WiMAX有望得到進(jìn)一步增長，包括Comcast和Time Warner在內(nèi)的有線電視公司也在美國一些地區(qū)采用WiMAX提供BWA服務(wù)。

美國的WiMAX使用2.3GHz和2.5GHz頻段，韓國使用2.7GHz。全球其它地區(qū)使用3.5GHz頻段，不過美國還分配有3.65GHz頻段和新的700MHz開放頻段。雖然大多數(shù)頻率分配落在2GHz至11GHz范圍，但WiMAX的可用頻率還可以在11GHz至66GHz之間。

802.16d固定版本的WiMAX使用具有256個(gè)點(diǎn)和1024個(gè)子信道的FFT的OFDM和OFDMA技術(shù)。而在802.16移動(dòng)版本中，WiMAX使用同樣點(diǎn)數(shù)和128、512和2048個(gè)子信道的FFT。802.16d的典型帶寬為3.5、5、7、10和20MHz，802.16e的典型帶寬為5、8.75、10和20MHz。

調(diào)制方法包括二元相移鍵控（BPSK）、QPSK、16QAM和64QAM。調(diào)制方法自適應(yīng)覆蓋范圍和其它環(huán)境條件。WiMAX也具有2x2收發(fā)格式的MIMO能力?？偟姆涓C容量在100至200個(gè)用戶之間。典型的頻譜效率為3.75bits/Hz。

WiMAX主要提供數(shù)據(jù)服務(wù)。在WiMAX上可以實(shí)現(xiàn)VoIP，但更適合固定服務(wù)而非移動(dòng)手機(jī)。WiMAX更像是超長距離版本的Wi-Fi。它沒有那么快，但覆蓋范圍可達(dá)數(shù)英里。你可以見到WiMAX USB適配器、數(shù)據(jù)卡以及筆記本和上網(wǎng)本中的嵌入式WiMAX。WiMAX毫微微蜂窩基站也在抓緊開發(fā)中。

數(shù)據(jù)速率取決于用戶購買的服務(wù)、帶寬、調(diào)制方式和其它因素，但在普通消費(fèi)環(huán)境中WiMAX的典型速率是1至2Mbps。在最大帶寬和其它條件下可達(dá)約75Mbps的最大速率。根據(jù)基站布置和數(shù)量，WiMAX覆蓋范圍從1英里至5英里左右。

用于回程時(shí)，在理想條件下最大范圍可達(dá)30英里左右。至于復(fù)用方面，F(xiàn)DD或TDD都可以用，但大多數(shù)WiMAX使用TDD。最后，IEEE正在研究更新版的802.16m，其數(shù)據(jù)速率可以從100Mbps至1Gbps。這個(gè)速率能夠很好地滿足ITU對(duì)IMT-Advanced的要求，因此WiMAX有望成為IMT-Advanced定義中的一部分。

具有亮點(diǎn)的半導(dǎo)體方案

ADI公司有一系列射頻產(chǎn)品可以用來實(shí)現(xiàn)LTE或WiMAX，其中AD935x收發(fā)器就是設(shè)計(jì)用于WiMAX與LTE用戶端設(shè)備（CPE）和終端實(shí)現(xiàn)，也可以用于像毫微微蜂窩和微微蜂窩等小型基站。AD9356和AD9357分別工作在2.3至2.7GHz和3.3至3.8GHz頻段。這兩種器件都采用雙發(fā)送和接收鏈（用于MIMO），并包含片上12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）和頻率合成器。

圖1：ADI的ADRF670x是一個(gè)帶PLL和VCO的發(fā)送調(diào)制器（a）。ADRF660x混頻下變頻器包括一個(gè)用于單端50Ω輸入的射頻輸入不平衡變壓器和一個(gè)帶VCO的PLL合成器（b）。這兩個(gè)器件都適用于LTE和WiMAX基站設(shè)計(jì)。

ADRF670x和ADRF660x同樣用于這一領(lǐng)域（圖1）。ADRF670x是一個(gè)模擬I/Q調(diào)制器，集成了射頻輸出開關(guān)和帶集成式壓控振蕩器（VCO）的鎖相環(huán)（PLL）。這個(gè)器件的帶寬可達(dá)500MHz，專門設(shè)計(jì)用于中頻上變頻發(fā)送信號(hào)通道。ADRF670x還具有較高的線性輸出功率。ADRF660x是系列有源射頻混頻器，用于接收通道的下變頻。ADRF660x包含一個(gè)用于單端50Ω輸入的射頻輸入不平衡變壓器和一個(gè)帶集成式VCO的PLL合成器，其差分中頻輸出支持高達(dá)500MHz的頻率。

PicoChip公司提供的PC9608/9 LTE開發(fā)系統(tǒng)主要用于針對(duì)城域網(wǎng)、企業(yè)和住宅應(yīng)用優(yōu)化過的小型LTE基站。這套開發(fā)系統(tǒng)有望加快基站設(shè)計(jì)的上市時(shí)間。PC9608/9 LTE開發(fā)系統(tǒng)集成了基帶、軟件堆棧和射頻單元，可以幫助設(shè)計(jì)師和運(yùn)營商測(cè)試新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的部署。

大多數(shù)LTE實(shí)現(xiàn)將是標(biāo)準(zhǔn)宏基站。然而，運(yùn)營商認(rèn)識(shí)到，大多數(shù)LTE被分配到較高頻率將要求更小的基站，其中包括家庭毫微微蜂窩。

圖2：picoChip PC9608/9小型基站設(shè)計(jì)基于使用248或273迷你處理器的PC203 picoArray，可通過大量并行操作實(shí)現(xiàn)LTE的技術(shù)指標(biāo)。

PC9068/9集成了兼容3GPP標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)營級(jí)軟件定義LTE modem，可以通過應(yīng)用編程接口得到快速優(yōu)化和定制。這套系統(tǒng)使用picoChip公司的PC203多內(nèi)核picoArray芯片，同時(shí)支持TDD和FDD版本的LTE（圖2）。

Wavesat公司的Odyseey 9000主要用于手機(jī)、適配器、數(shù)據(jù)卡和其它移動(dòng)無線設(shè)備。這個(gè)集成式系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）提供完全可編程的架構(gòu)，可以輕松適應(yīng)不斷發(fā)展的LTE標(biāo)準(zhǔn)。Odyssey 9000還能輕松實(shí)現(xiàn)WiMAX和日本的XGP等效標(biāo)準(zhǔn)。這是一個(gè)混合型芯片，整合了高效的DSP和硬件加速模塊，可輕松支持LTE 100Mbps下行鏈路和后面的150Mbps版本。

OD9010是第一個(gè)芯片版本，提供完整的LTE協(xié)議棧，包括MAC、PDCP、RRC和NAS層。另外還提供參考設(shè)計(jì)。OD9050將在同一芯片組內(nèi)提供3G和LTE功能。

“我們正在與一些領(lǐng)先運(yùn)營商和OEM合作，開發(fā)具有完整可互操作性能的LTE器件，以滿足LTE網(wǎng)絡(luò)明年開始全球推廣所提出的要求?！盬avesat公司總裁Rah Singh表示。