相关专题：
通信世界网消息(CWW) LTE和WiMAX的比较与未来展望
中国移动通信集团河南有限公司三门峡分公司 茹慧芳 王卓
摘 要：LTE和WiMAX技术及其产业链分别是由3GPP和IEEE研究、发展和推广。虽然在技术层这两种技术面有很强的相似性，但它们之间的竞争却越演越烈。它们之间的竞争从两个标准化组织分别提出各自的准4G标准（基于IEEE 802.16e的移动WiMAX技术和基于3GPP R8的LTE技术）开始，持续到4G标准（基于IEEE 802.16m的WiMAX 2.0和基于3GPP R10的LTE-A）的提出。表面上看，这种竞争随着LTE技术获得绝对的优势而结束，但实际上WiMAX正计划与LTE技术在未来的多种混合接入模式中进行整合。
本文通过讨论这两种技术间的相似性和差异性，即一种技术相对于另一种技术的优点，找出使LTE技术在这场竞争中取得优势地位的关键因素，也探讨了影响这两种技术发展的诸如政策、历史及经济等非技术类因素。最后，结合当前LTE和WiMAX技术在其标准化过程中的动向，对这两种技术未来的发展前景进行了展望。
关键词：LTE； WiMAX； IEEE 802.16e；IEEE 802.16m；3GPP R8；3GPP R10
中图分类号： 文献标识码： 文章编号：
LTE and WiMAX: Comparison and Future Perspective
Abstract: Two wireless technologies, WiMAX based on IEEE standards and LTE standardized by 3GPP, are two competing technologies, nevertheless, are very technically similar. This competition started with the advent of their pre-4G versions (802.16e for Mobile WiMAX and 3GPP release 8 for LTE) and continued with the advent of their 4G versions (WiMAX 2.0 based on IEEE 802.16 m and LTE-Advanced standardized by Release 10). It looks that the competition ended with the advantage of LTE. Plans are set for WiMAX to migrate/integrate with LTE in a multiple heterogeneous access technology mode. This article addresses the technical similarities and differences that advantage one technology over the other technology in order to determine which of these factors might have contributed to LTE winning. Non-technical factors of commercial and historical nature which might also advantage one technology over the other one are also explored. Finally, current activities in the standardization of both WiMAX and LTE are presented with a perspective on the prospects of both technologies.
Key words: LTE；WiMAX；IEEE 802.16e；IEEE 802.16m；3GPP R8；3GPP R10
1 引言
WiMAX（全球微波互联接入，Worldwide Interoperability for Microwave Access）是一种由IEEE（电气和电子工程师协会，Institute of Electrical and Electronics Engineers）提出的一种标准化技术。IEEE发布了一系列标准，其中IEEE 802.16系列标准的制定开始于2000年，目的在于提供一种无线城域网技术标准。IEEE 802.16系列标准中真正具有实用性的是2004年发布IEEE 802.16d标准[1]。这一标准是为固网用户提供最后一公里的高吞吐率的无线数据接入技术，对传统的DSL（数字用户专线，Digital Subscriber Line）和同轴电缆运营商形成了真正的威胁。被认为是移动WiMAX或WiMAX 1.0的IEEE 802.16e 标准发布于2005年[2]。2011年3月，WiMAX 2.0即IEEE 802.16m标准发布，它所支持的数据速率是WiMAX 1.0的数倍。2012年，WiMAX 2.0被正式认定为4G（第四代移动通信技术，the 4 Generation mobile communication）标准[3]。4G技术是指符合ITU（国际电信联盟，International Telecommunication Union）提出的IMT-Advanced（高级国际移动通信，International Mobile Telecommunications-Advanced）系统性能要求的技术，即对低速用户下行峰值速率能够达到1 Gbps，对高速用户能够达到100 Mbps，从而为移动用户提供高级服务和应用[4]。
LTE（长期演进，Long Term Evolution）是由3GPP（第三代合作伙伴计划，The 3rd Generation Partnership Project）提出的一种通信技术标准，是TD-SCDMA（时分同步码分多址，Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access）, UMTS（通用移动通信系统，Universal Mobile Telecommunications System）和CDMA2000等3G（第三代移动通信技术，3rd-Generation）向4G演进的跨越性一步，对数据传输速率、系统容量以及延迟有着苛刻的要求[5]。2011年，3GPP基于UMTS R10 版本提出的LTE-A（LTE改进，LTE-Advanced）也是一种得到业界认可的4G技术标准[3]。
LTE和WiMAX这两种技术之间虽然有很多的相似之处，但是它们之间的竞争，从它们各自准4G标准的发布就已经开始，并持续到4G标准的提出。最终，WiMAX似乎放弃了这场竞争，选择了在未来的WiMAX-A（WiMAX 改进，WiMAX-Advanced）标准中与LTE技术相融合。本文讨论了这两种技术在技术方面的相似之处和不同点，精确定位到它们各自相对于对方的优势所在，同时也探讨了影响这两种技术发展的诸如政策、历史及经济等非技术类因素。最后，本文结合当前LTE和WiMAX技术未来的发展计划，对这两种技术的发展前景进行了展望，并对WiMAX技术的可替代性进行了讨论。
本文剩下的部分由以下章节组成：第二节展示了LTE和WiMAX技术的演进；第三节展示了这两种技术的显著特征；第四节讨论了这两种技术之间的关键技术差异；第五节讨论了一些影响彼此发展的非技术因素；第六节讨论了这两种技术的未来；最后一节为本文总结。
2 标准的演进
图1展示了LTE和WiMAX技术的演进过程。LTE技术起源于电信运营商、3GPP协会和3GPP2（第三代合作伙伴计划2，3rd Generation Partnership Project 2）协会所倡导第1、2、3代移动通信技术。1G（第1代移动通信技术，First Generation）技术是以欧洲的TACS（全入网通信系统，Total Access Communications System）和AMPS（高级移动电话系统，Advantage Mobile Phone System）为代表的模拟通信系统。2G（第2代移动通信技术，Second Generation）时代为数字通信时代，除语音业务外，可以传输低速的数据业务，以GSM（全球移动通信系统，Global System for Mobile Communication）和CDMA-ONE通信标准为代表。2.5G阶段采用增强型分组交换技术，例如GPRS（通用分组无线服务技术，General Packet Radio Service）和EDGE（增强型数据速率GSM演进技术，Enhanced Data Rate for GSM Evolution），实现中等速率数据传输，而语音业务仍为电路交换。IMT-2000（国际移动电话系统-2000，International Mobile Telecom System-2000）是由ITU提出的3G系统，与多媒体技术相结合，能够处理声音、图像、视频等多种形式数据，能够提供与物联网连接的多种信息服务。其中WCDMA（宽带码分多址，Wideband Code Division Multiple Access）在欧洲和世界其他国家和地区被广泛采用，CDMA2000（码分多址2000，Code Division Multiple Access 2000）是主要用于北美的3G技术。WCDMA和CDMA2000都是频分双工系统，采用一对频带分别用作发送和接收。第三种3G标准为中国主导的TD-SCDMA，利用时分双工技术实现数据在同一个频段内的发送和接收。3G系统仍旧采用的是电路交换和分组交换技术相结合。在增强型3G阶段，HSPA（高速分组接入，High-Speed Packet Access）极大提升了WCDMA、TD-SCDMA系统分组数据的传输速率；CDMA2000系统也发展了相应的EV-DO和EV-DV版本，实现了高速数据业务传输，并且能同时在一个CDMA载频上能同时支持话音和数据。
3GPP R8标准提出了基于OFDM（正交频分复用，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术的全IP的LTE技术标准，有TDD（时分双工，Time Division Duplexing）和FDD（频分双工，Frequency Division Duplexing）两种模式，即TDD-LTE和FDD-LTE。由北美3GPP2主导的UMB（超移动宽带，Ultra Mobile Broadband）是CDMA2000系列标准基于OFDM技术的演进升级版本，最终退出了LTE的标准竞争。TDD-LTE由TD-CDMA演进而来。虽然LTE仍是3G标准，但是它所支持的无线速率是基本3G系统的数倍，因此LTE又被称为准4G或3.9G，而在商业上通常称之为4G。
ITU在2003年提出了的IMT-Advanced概念，明确了4G系统架构和总体设计目标，并将2009年10月定为4G技术规范建议书的最后提交日期[4]。ITU要求IMT-Advanced系统峰值速率达到1Gbps，当终端移动速度在500km/h时能够达到100Mbps，同时对分组交换时延、VoIP（Voice over Internet Protocol）系统效率也提出了更高的要求，此外对频谱效率尤其是小区覆盖边缘区域的频谱效率有严格的要求，以实现高吞吐率。LTE-A是基于3GPP 2011年发布的UMTS R10标准，是经过官方认可的满足IMT-Advanced性能要求的4G标准。
WiMAX是由IEEE系列标准演进而来的一种无线通信技术，例如IEEE802.3以太网标准、IEEE 802.11 WiFi无线技术等。早期在城域无线宽带技术方面的一些研究都是基于非移动的无线接入技术。由于系统频段较高，需采用视距传播，且容易受到雨、雾等天气的影响，这些研究大多没有取得实质性的成果。第一个具有实用价值的技术标准是2004年发布的IEEE 802.16d标准[1]。IEEE 802.16d标准旨在为固网用户提供最后一公里高速率的无线接入，对传统的DSL和同轴电缆运营商形成了真正的威胁。2005年发布的IEEE 802.16e标准是移动WiMAX或WiMAX 1.0技术的基础[2]。在第一个3G技术标准诞生许多年后，WiMAX技术在2007年被正式认定为3G技术[6]。2011年3月发布的IEEE 802.16m标准被为认为是WiMAX的2.0版本。IEEE 802.16m对802.16e标准的空中接口进行了改进，在满足IMT-Advanced性能要求的同时，又能与先前的802.16系列标准兼容。WiMAX 2.0所能提供的峰值速率是WiMAX 1.0的数倍，能够满足ITU IMT-Advanced系统的性能要求，是另一个被官方认可的4G技术标准[4]。实际上LTE-A和WiMAX 2.0标准都还没有最终定型，许多WiMAX技术倡导者有计划将WiMAX技术与LTE-A技术相融合。如图1最右边所示（Beyond 4G/Evolved 4G/Evolved 3G），双方都制定了未来的技术发展规划，详细内容将在下文进行探讨。
3 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[7]。除了以上几点外，还有一些重要特点如下[8]：
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[9]。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[10]。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[11] [12]。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[11] [13] [14] 。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。
4 LTE和WiMAX的技术差异
由上节所述，LTE和WiMAX在系统架构和设计目标方面具有许多技术方面的相似之处，例如：都采用了基于扁平IP架构的OFDMA技术，通过应用各项技术达到甚至超过了IMT-A系统的性能要求。然而，这两种标准间也存在着许多技术上的差异。WiMAX 1.0相对于LTE系统，以及WiMAX 2.0相对于LTE-A系统的技术差异主要有以下几方面：
1) 双工模式：LTE和WiMAX技术都能够支持TDD和FDD两种双工模式。虽然移动通信技术经过几代的发展，但FDD模式仍是大多数电信公司的主流选择。而TD-LTE是中国国自主提出的3G标准——TD-SCDMA演进而来，近年来才逐渐受到关注。另一方面，WiMAX至始至终聚焦在TDD，将来最有可能与WiMAX技术结合的LTE标准是TD-LTE。
2) 频谱方面：LTE和LTE-A使用的是得到许可证的IMT-2000的频段，例如700、900、1800、2100或2600 MHz频段。而WiMAX使用的频段是2.3、2.5、3.5或5.8 GHz。LTE系统可用频段相对较低，相比较WiMAX具有明显的覆盖优势，增大了LTE技术用于公共广域网的机会。目前也有一些运营商已经开始尝试利用自己所拥有的WiMAX频段部署LTE网络。
3) 子载波间隔：LTE系统的子载波间隔为15KHz，WiMAX 2.0系统的子载波间隔为10.94KHz。较大的子载波间隔，使得LTE系统对多普勒频移有更大的容忍度，支持的用户终端的移动速度也将更高。LTE系统可以支持终端移动速度为350kmph，而WiMAX 1.0系统支持的最大速度仅为120kmph，直到WiMAX 2.0系统才能够支持到350kmph。
4) 接入技术：LTE-A系统采用的下行接入技术OFDMA，上行接入技术为SC-FDMA（单载波频分多址，Single-carrier Frequency-Division Multiple Access）。SC-FDMA相比较OFDMA来说，PAPR（峰均比，Peak-to-Average-Power-Ratio）能够降低3~5dB。因此SC-FDMA技术能够改善上行链路质量，提升网络覆盖能力和小区边缘用户的吞吐率。WiMAX 2.0系统的上下行链路均采用的是SOFDMA技术。相对于SC-FDMA，OFDM的主要优势能够对抗多径信号传播，使其尤其适用于宽带通信系统[15]。
除了以上几各方面，文献[16]从安全和企业IP网络整合两个方面，对LTE和WiMAX应用于企业环境时的异同之处进行了对比分析。研究结果表明LTE和WiMAX技术都可以用于下一代移动企业网络的建设和发展。在安全性方面，由于WiMAX的认证协议，使得WiMAX天生就能满足企业的安全要求。
所以可以得出结论，LTE的设计标准对移动性、数据吞吐量和系统容量的关注度极高。这些因素固然重要，但相对于其他一些因素，这些因素可能不会影响一个技术的普及。对于这一问题，我们将在第5节中进行讨论。
5 其他方面的差异和影响因素
除了技术方面的差异外，运营商和监管等因素的调整和制约，也会导致LTE和WiMAX之间相互的优势地位发生改变。
相对于LTE的商用，WiMAX网络的出现和部署要更早。在美国，由Clearwire公司和Sprinit公司合伙部署WiMAX的商用网络。在韩国、俄罗斯、日本等国的许多大公司也都在部署和推广WiMAX网络。由于固定线路基础设施的缺乏，诸如印度这样的发展中国家发现，即使是非移动版本的WiMAX技术也能够满足他们对宽带网络需求[17]。
WiMAX采用TDD技术，因此不需要使用成对的频谱资源资源，同时上下行链路在时隙分配上也具有很大灵活性，更适合于数据传输。这使得WiMAX替代有线DSL网络成为可能。另一方面，移动通信运营商建设的3GPP 2G、3G和LTE网络，仍需要分别为上下行链路配置单独的频带，因此频谱租赁和设备成本都非常昂贵，当然TD-LTE网络除外。
为了追求更高的性能，IEEE的一系列WiMAX版本，都是模块化的独立的标准体系，这使得它与3GPP标准间的兼容性无法实现。例如WiMAX 2.0（4G版WiMAX）不支持传统的3GPP的设备，这意味着不能切换到2G（GSM）和3G（UMTS）网络。但是另一方面，3GPP则为欧洲、北美和中国主导的2、3G标准向LTE的演进提供了清晰的思路，同时LTE-A能够后向兼容以前所有的技术标准。因此，世界上部署了3GPP网络的运营商会发现它们的网络易于升级，而且它们能将自己已经获取频谱资源用于LTE网络，例如2G设备退网后的2G频谱，这就是一个非常好的商业案例。
中国将依照自己制定的演进路线，实现其主导的3G标准——TD-SCDMA向LTE-A的平滑演进[18]。为了节约投资，并能够充分利用现有的网络设施，中国在制定TD-LTE标准的时候就充分结合TD-SCDMA的技术特点，确保TD-LTE能够后向兼容TD-SCDMA，实现TD-SCDMA技术的平滑演进。与此同时，由于WiMAX支持的频谱非常有限，使得已经部署了3GPP网络的运营商很难转向WiMAX网络的建设。
尽管WiMAX在其早期阶段取得了一定的优势，但最终的赢家还是LTE。LTE的成功主要是因为支持技术的后向兼容性，这奠定了它能够拥有雄厚的用户资源，尽管这些客户中有许多还仅仅使用的是2G网络。表1将3GPP的LTE和IEEE 802.16到WiMAX的演进过程进行对比。IEEE标准的优势是一开始就采用OFDMA技术、提供高速率的数据传输、全IP化、网络结构扁平化等，首先局部区域的无线网络数据接入服务，在取得成功后，向支持移动性和语音通话的方向发展。另一方面，与WiMAX的发展路线正好相反，3GPP的目标首先是提供广覆盖和无处不在的网络服务，随后逐渐采用一些新技术，如WiMAX一开始就用到的OFDMA、TDD、全IP、扁平化的网络结构、高传输速率等，使得3GPP首先获得了巨大的用户群体，然后又能够充分利用WiMAX已经成熟的关键技术。在种种这些因素的综合作用下，LTE取得了成功。
6 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。
6.1 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[19]。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[20]。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[21]。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[20]，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[20]。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[22]，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[23]。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[24]：“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。
6.2 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[25]。
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》[26]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[10,11,26,27]，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。
7 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。
参考文献:
[1] IEEE, “IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems,” IEEE Standard 802.16-2004, 2004.
[2] IEEE, “Amendment for Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands,” IEEE Standard 802.16e-2005, 2006.
[3] ITU Press Release, “IMT-Advanced Standards Announced for Next-Generation Mobile Technology,” 2012. http://www.itu.int/net/pressoffice/press_releases/2012/02.aspx
[4] ITU, “Framework and Overall Objectives of the Future Development of IMT-2000 and Systems beyond IMT-2000,” ITU-R M.1645, 2003.
[5] 3GPP, “Requirements for Evolved UTRA (E-UTRA) and Evolved UTRAN (E-UTRAN)Release 7,” 3GPP TS 25.913, 2007.
[6] ITU Press Release, “ITU Radiocommunication Assembly Approves New Developments for Its 3G Standards,” 2007. http://www.itu.int/newsroom/press_releases/2007/30.html
[7] C. Gessner, A., Roessler and M. Kottkamp, “UMTS Long Term Evolution (LTE) Technology Introduction,” Rohde and Schwarz, Application Note, IMA111_3E, 2012.
[8] A. Zreikat, I. Aldmour and K. Al-Begain, “Performance Model of a WIMAX 2.0 All-IP 4G System,” Wireless Personal Communications, Vol. 72, No. 1, 2013, pp. 191-210. http://dx.doi.org/10.1007/s11277-013-1008-0
[9] L. Korowajczuk, “LTE, WiMAX and WLAN Network Design, Optimization and Performance Analysis,” Wiley, 2011. http://dx.doi.org/10.1002/9781119970460
[10] C. Y. Wong, R. S. Cheng, K. B. Lataief and R. D. Murch, “Multiuser OFDM with Adaptive Subcarrier, Bit, and Power Allocation,” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 17, No. 10, 1999, pp. 1747-1758. http://dx.doi.org/10.1109/49.793310
[11] S. Ahmadi, “An Overview of Next-Generation Mobile WiMAX Technology,” IEEE Communications Magazine, Vol. 47, No. 6, 2009, pp. 84-98. http://dx.doi.org/10.1109/MCOM.2009.5116805
[12] T.-T. Tran, Y. Shin and O.-S. Shin, “Overview of Enabling Technologies for 3GPP LTE-Advanced,” EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, Vol. 2012, No. 1, 2012, pp. 1-12. http://dx.doi.org/10.1186/1687-1499-2012-54
[13] R. Irmer, H. Droste, P. Marsch, M. Grieger, G. Fettweis, S. Brueck, H.-P. Mayer, L. Thiele and V. Jungnickel, “Coordinated Multipoint: Concepts, Performance, and Field Trial Results,” IEEE Communications Magazine,Vol. 49, No. 2, 2011, pp. 102-111. http://dx.doi.org/10.1109/MCOM.2011.5706317
[14] K. Etemad, “Overview of Mobile WiMAX Technology and Evolution,” IEEE Communications Magazine, Vol.46, No. 10, 2008, pp. 31-40. http://dx.doi.org/10.1109/MCOM.2008.4644117
[15] IXIA, “SC-FDMA: Single Carrier FDMA in LTE,” IXIA White Paper, November 2009.
[16] L. Yi, K. Miao and A. Liu, “A Comparative Study of WiMAX and LTE as the Next Generation Mobile Enterprise Network,” Proceedings of the 13th International Conference on Advanced Communication Technology (ICACT), Gangwon-do, South Korea, 13-16 February 2011, pp. 654-658.
[17] “WiMAX: The Quintessential Answer to Broadband in India,” 2009. http://resources.wimaxforum.org/sites/wimaxforum.org/files/wimax_in_india_protiviti_paper_0.pdf
[18] M. Peng and W. Wang, “Technologies and Standards for TD-SCDMA Evolutions to IMT-Advanced,” IEEE Communications Magazine, Vol. 47, No. 12, 2009, pp. 50-58. http://dx.doi.org/10.1109/MCOM.2009.5350368
[19] WiMAX Forum, “Requirements for WiMAX Coexistence with LTE Networks,”WMF-T31-132-v02, December 2012.
[20] WiMAX Forum, “WiMAX Forum System Profile Requirements for Smart Grid Applications—Requirements for WiGRID,” WMF T31-002-R010-v01, February 2013.
[21] Z. Brabec, J. Holecek and T. Hruza, “Overview of Applicability of ICT Technologies for Smart Grids,” Proceedings of15th International Symposium on MECHATRONIKA, Prague, 5-7 December 2012, pp. 1-5.
[22] Q. Wang, J. Wang, Y. Lin, J.Tang and Z. Zhu, “Interference Management for Smart Grid Communication under Cognitive Wireless Network,” Proceedings of IEEE Third International Conference onSmart Grid Communications (SmartGridComm), Tainan,5-8 November 2012, pp. 246- 251.
[23] B. Ayvazian and R. Schwartz, “WiMAX Technology Roadmap: The Path to Harmonization of 4G Technology Standards,” 2012. http://www.wimaxforum.org/LiteratureRetrieve.aspx?ID=177981
[24] T. Parker, “WiMAX Forum President describes Roadmap Wherein WiMAX, LTE Are Complementary,” 2012. http://www.fiercebroadbandwireless.com/node/14529/print
[25] S. Parkvall, E. Dahlman, A. Furuskar, Y. Jading, M. Olsson, S. Wanstedt and K. Zangi, “LTE-Advanced-Evolving LTE towards IMT-Advanced,” Proceedings of IEEE 68th Vehicular Technology Conference (VTC 2008-Fall), Calgary, 21-24 September 2008, pp. 1-5.
[26] K. Mallinson, “2020 Vision for LTE,” 2012. http://www.3gpp.org/IMG/pdf/wiseharbor.pdf
[27] Y. Yang, H. Hu, J. Xu and G. Mao, “Relay Technologies for WiMAX and LTE-Advanced Mobile Systems,” IEEE Communications Magazine, Vol. 47, No. 10, 2009, pp. 100-105. http://dx.doi.org/10.1109/MCOM.2009.5273815
作者：茹慧芳 王卓 来源：通信世界网
