摘 要：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(jìng)爭(zhēng)卻越演越烈。它們之間的競(jìng)爭(zhēng)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(kāi)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(jìng)爭(zhēng)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(lái)的多種混合接入模式中進(jìn)行整合。
本文通過(guò)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(lèi)因素。最后，結(jié)合當(dāng)前LTE和WiMAX技術(shù)在其標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程中的動(dòng)向，對(duì)這兩種技術(shù)未來(lái)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞：LTE； WiMAX； IEEE 802.16e；IEEE 802.16m；3GPP R8；3GPP R10
中圖分類(lèi)號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： 文章編號(hào)：
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(kāi)始于2000年，目的在于提供一種無(wú)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)[1]。這一標(biāo)準(zhǔn)是為固網(wǎng)用戶(hù)提供最后一公里的高吞吐率的無(wú)線數(shù)據(jù)接入技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)的DSL（數(shù)字用戶(hù)專(zhuān)線，Digital Subscriber Line）和同軸電纜運(yùn)營(yíng)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[2]。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)[3]。4G技術(shù)是指符合ITU（國(guó)際電信聯(lián)盟，International Telecommunication Union）提出的IMT-Advanced（高級(jí)國(guó)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(hù)下行峰值速率能夠達(dá)到1 Gbps，對(duì)高速用戶(hù)能夠達(dá)到100 Mbps，從而為移動(dòng)用戶(hù)提供高級(jí)服務(wù)和應(yīng)用[4]。
LTE（長(zhǎng)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[5]。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)[3]。
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(jìng)爭(zhēng)，從它們各自準(zhǔn)4G標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布就已經(jīng)開(kāi)始，并持續(xù)到4G標(biāo)準(zhǔn)的提出。最終，WiMAX似乎放棄了這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，選擇了在未來(lái)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(lèi)因素。最后，本文結(jié)合當(dāng)前LTE和WiMAX技術(shù)未來(lái)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(lái)；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(guò)程.lTE技術(shù)起源于電信運(yùn)營(yíng)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(yǔ)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(wú)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(yǔ)音業(yè)務(wù)仍為電路交換.iMT-2000（國(guó)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(guó)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(guó)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(jìng)爭(zhēng).tDD-LTE由TD-CDMA演進(jìn)而來(lái)。雖然LTE仍是3G標(biāo)準(zhǔn)，但是它所支持的無(wú)線速率是基本3G系統(tǒng)的數(shù)倍，因此LTE又被稱(chēng)為準(zhǔn)4G或3.9G，而在商業(yè)上通常稱(chēng)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(shū)的最后提交日期[4].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(guò)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(lái)的一種無(wú)線通信技術(shù)，例如IEEE802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、IEEE 802.11 WiFi無(wú)線技術(shù)等。早期在城域無(wú)線寬帶技術(shù)方面的一些研究都是基于非移動(dòng)的無(wú)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(méi)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)[1].iEEE 802.16d標(biāo)準(zhǔn)旨在為固網(wǎng)用戶(hù)提供最后一公里高速率的無(wú)線接入，對(duì)傳統(tǒng)的DSL和同軸電纜運(yùn)營(yíng)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)[2]。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)[6]。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)[4]。實(shí)際上LTE-A和WiMAX 2.0標(biāo)準(zhǔn)都還沒(méi)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(lái)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。
