1. LTE 及WiFi 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點分析

　　LTE 作為下一代網(wǎng)絡(luò)首選的移動通信制式，擁有一些特有的技術(shù)，與WiFi 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，最具有優(yōu)勢的是通過ICIC（小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)）技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)同頻組網(wǎng)。

　　ICIC 主要是通過管理無線資源使得小區(qū)間干擾得到控制，是一種考慮多個小區(qū)中資源使用和負載等情況而進行的多小區(qū)無線資源管理。具體而言，ICIC 以小區(qū)間協(xié)調(diào)的方式對各個小區(qū)中無線資源的使用進行限制，包括限制時頻資源的使用，或在一定的時頻資源上限制其發(fā)射功率。

　　LTE Rel-8 版本首先支持ICIC 機制，基站間可以通過X2 接口交換RNTP （相關(guān)窄帶傳輸功率）、HII（高干擾指示）及OI（過載指示）三種信號，實現(xiàn)載波內(nèi)頻域數(shù)據(jù)信道小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)。最初的Rel-8版本主要關(guān)注宏基站異構(gòu)組網(wǎng)的應(yīng)用場景，Rel-10版本提出了eICIC （增強型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)機制），支持強干擾場景（如宏站與微站、宏站與家庭基站等）異構(gòu)組網(wǎng)的情況。目前正處于研究階段的Rel-l1版本則提出了FeICIC（Further-eICIC）工作項，以解決eICIC 中遺留的問題及進一步研究其他小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)方案。

　　Rel-10 版本中提出的eICIC 大致可以分為時域干擾協(xié)調(diào)、頻域干擾協(xié)調(diào)、功率控制三類。

　　1）功率控制方案

　　當服務(wù)小區(qū)與相鄰小區(qū)使用相同的頻率資源時，該方案會適當降低服務(wù)小區(qū)或相鄰小區(qū)的發(fā)射功率，以提高被干擾宏基站用戶性能。與傳統(tǒng)閉環(huán)功率控制方案相比，功率控制是從抑制小區(qū)間干擾、優(yōu)化系統(tǒng)整體小區(qū)邊緣性能的角度出發(fā)， 直到達到一個期望的SNR（信噪比）值。

　　功率控制方案作為一種重要的ICIC 方案在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛應(yīng)用，如宏與Pico（微微蜂窩）、宏與家庭基站等異構(gòu)場景。該方案可以得到系統(tǒng)的后向兼容，且同時適用于FDD（頻分雙工）、TDD（時分雙工）雙工模式。但是，功率控制方案的實現(xiàn)必須基于用戶的測量和上報，在設(shè)計上需要考慮基站間的交互信息設(shè)計和傳遞。

　　2）頻域方案

　　頻域上實現(xiàn)ICIC 實際上是限制資源的調(diào)度，即將不同小區(qū)信號在頻帶上進行調(diào)度， 利用OFDM（正交頻分復(fù)用）窄帶正交性，實現(xiàn)信號的正交傳輸，從而實現(xiàn)干擾消除。頻域干擾協(xié)調(diào)方案可以很好地解決Rel-8/9 版本中終端的后向兼容問題，也同時適用于FDD、TDD 雙工模式。但是，該方案實現(xiàn)同樣要基于用戶的測量和上報及基站間信息交互， 增加了回傳信令的開銷及宏站的檢測復(fù)雜度。

　　3）時域方案

　　Rel-10 版本特別對時域干擾協(xié)調(diào)方案進行了重點研究，方案對受干擾用戶在子幀或OFDM 符號等時域資源上進行調(diào)度，而這些時域資源上已通過各種其他途徑降低了來源于其他節(jié)點的干擾。

　　2. LTE 及WiFi 網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力分析

　　通過對現(xiàn)有LTE 及WiFi 的無線覆蓋能力進行對比分析，列出兩者在覆蓋能力上的優(yōu)缺點，分析兩張網(wǎng)絡(luò)適合的覆蓋場景。

　　2.1 LTE 覆蓋能力

　　由于LTE 的覆蓋能力與制式及頻段密切相關(guān)，我們以電信可能采用的FDD-LTE 制式進行覆蓋半徑測算。

　　選擇2.1 GHz 的FDD-LTE、2 × 15 MHz 帶寬、小區(qū)邊緣速率4 Mbps / 256 kbps、基站側(cè)天線配置2×2MIMO、無線傳播模型為標準COST231 HATA。

　　具體的鏈路預(yù)算見表1。

　　FDD-LTE 密集市區(qū)站點覆蓋半徑為320 m，站間距480 m；普通市區(qū)站點覆蓋半徑為440 m，站間距660 m。

　　2.2 WiFi 覆蓋能力

　　目前WiFi 網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式主要有三種方式：室內(nèi)AP（接入點）直接覆蓋、室內(nèi)AP 合路分布系統(tǒng)覆蓋、室外AP 直接覆蓋。AP 設(shè)備類型主要包括室外型500 mW、室內(nèi)型500 mW 和室內(nèi)型100 mW。其中室內(nèi)型100 mW 用于室內(nèi)放裝直接覆蓋， 室內(nèi)型500mW用于接入室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋，室外型500mW用于覆蓋室內(nèi)或室外區(qū)域。

　　1）鏈路損耗

　　a）WLAN（無線局域網(wǎng)）在2.4

　　5 GHz 頻段一般應(yīng)用COST231-Hata 無線傳播模型： 傳輸損耗Lp= 46.3＋33.9lgf－13.82lghb＋（44.9－6.55lghb）lgd。

　　式中，d：基站與終端的距離，hb：基站天線高度，f：載波頻率。

　　b）上行鏈路預(yù)算公式（即計算上行鏈路的最大允許Lp）：

　　室內(nèi)Lp = 終端發(fā)射功率＋ 終端天線增益＋ AP天線增益－ AP 接收靈敏度－ 陰影儲備－ 穿透損耗

　　c）下行鏈路預(yù)算公式（即計算下行鏈路的最大允許Lp）：

　　室內(nèi)Lp =AP 發(fā)射功率＋AP 天線增益＋ 終端天線增益－ 終端接收靈敏度－ 陰影儲備－ 穿透損耗

　　d）2.4 GHz 電磁波對于各種穿透損耗的經(jīng)驗值如下：隔墻的阻擋（磚墻厚度100～300 mm）：20～40dB；樓層的阻擋：30 dB 以上；木制家具、門和其他木板隔墻的阻擋：2

　　15 dB ；厚玻璃（12 mm）：10 dB ；普通玻璃窗（3～5 mm）：5～7 dB。

　　表1 鏈路預(yù)算表

　　2）室內(nèi)放裝型AP 覆蓋能力

　　由于室內(nèi)型100mW AP 和用戶在同一樓層，所以AP 天線高度考慮為3m；由于室內(nèi)型100mW AP只覆蓋同樓層小范圍區(qū)域，所以沒有考慮陰影儲備。

　　中國電信運營商設(shè)計規(guī)范規(guī)定： 目標覆蓋區(qū)域內(nèi)95% 以上的位置， 接收信號電平不小于-75dBm， 即這時自帶網(wǎng)卡的接收機靈敏度取-75 dBm。由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)具有不對稱特性， 所以對上行速率要求不高。AP 接收機靈敏度為-79 dBm，自帶網(wǎng)卡接收機靈敏度為-75 dBm。具體覆蓋范圍見表2。

　　在實際工程規(guī)劃設(shè)計時， 室內(nèi)空曠覆蓋距離一般取40 m，室內(nèi)隔墻覆蓋距離一般取15 m。

　　3）室內(nèi)分布型AP 覆蓋能力

　　室內(nèi)天線到用戶終端的傳播模型可參照表2，走廊上的天線輸出口功率（EIRP）要求：10 dBm ≤EIRP ≤ 15 dBm，天線與天線之間的距離嚴格要求在10～15 m ； 進入需覆蓋房間的天線輸出口功率（EIRP）要求：EIRP ≥8 dBm，可以比走廊上的天線輸出口功率小一些， 天線與天線之間的距離可以放寬到20～25 m。

　　4）室外型AP 覆蓋能力

　　室外型AP 直接覆蓋，一般采用高增益天線，其天線安裝在較高區(qū)域，能直視整個覆蓋區(qū)域。目標覆蓋區(qū)域內(nèi)95% 以上的位置， 接收信號電平為-75dBm，AP 接收機靈敏度為-77 dBm。具體覆蓋范圍見表3。

　　在實際工程規(guī)劃設(shè)計時， 室外空曠覆蓋距離一般取250 m，室內(nèi)覆蓋距離一般取80 m。

　　2.3 LTE 與WiFi 覆蓋能力對比

　　由以上分析可得，在室外，LTE 比WiFi 明顯具有更好的覆蓋能力，且移動性支持遠高于WiFi。而在室內(nèi)場景，LTE 采用2.1 GHz 頻段或2.3 GHz 頻段，覆蓋能力均比WiFi 的2.4 GHz 要低，而且天線及設(shè)備增益更大， 故LTE 在室內(nèi)也比WiFi 具有更好的覆蓋能力。

　　綜上，LTE 在覆蓋能力上遠優(yōu)于WiFi 網(wǎng)絡(luò)。

　　3 LTE 及WiFi 網(wǎng)絡(luò)無線容量分析

　　3.1 WiFi 網(wǎng)絡(luò)容量

　　1）IEEE 802.11n

　　目前使用的主流IEEE 802.11 協(xié)議為IEEE802.11n 協(xié)議，IEEE 802.11n 將IEEE 802.11g 的54 Mbps 最高發(fā)送速率提高到了300 Mbps，其中關(guān)鍵技術(shù)為：MIMO-OFDM、40 MHz 頻寬模式、幀聚合、Short GI。

　　IEEE 802.11n 最突出的特點當屬MIMO 技術(shù)，或稱為空間復(fù)用技術(shù)。該技術(shù)實現(xiàn)了兩個流，在一個信道上使吞吐量增加了一倍，條件為多個發(fā)射機，多個接收機， 并且每個流間的路徑不相關(guān)。IEEE802.11n 的其他技術(shù)有：采用40 MHz 的信道（帶寬翻倍）、多天線的空時碼（STBC）和波束成形、更高的編碼速率（從而提高有效數(shù)據(jù)傳輸率）、更大的數(shù)據(jù)子載波比例以及更短的保護間隔等。

　　在各種配置下單AP 的容量見表4。

　　表2 室內(nèi)放裝型AP 覆蓋能力表

　　表3 室外型AP 覆蓋能力表

　　表4 AP 速率表

　　在實際工程規(guī)劃設(shè)計時， 基本采用天線2 × 2的放裝型AP， 在2.4 GHz 頻段應(yīng)用20 MHz 帶寬，5.8 GHz 頻段可采用40 MHz 帶寬。

　　a）在室內(nèi)分布型（單信道/ 20 MHz 帶寬，天線1 × 1）的覆蓋方式下，實際帶寬30~40 Mbps，滿足用戶上下行單向速率660 kbps 時，建議并發(fā)用戶為23人；滿足用戶上下行單向速率400 kbps 時，建議允許接入最大并發(fā)用戶數(shù)37 人。

　　b）在室內(nèi)放裝型AP 或者室外型AP（單信道/20 MHz 帶寬，天線2 × 2）的覆蓋方式下，實際帶寬70~80 Mbps，滿足用戶上下行單向速率1 Mbps 時，建議并發(fā)用戶為35 人； 滿足用戶上下行單向速率400 kbps 時，建議允許接入最大并發(fā)用戶數(shù)87 人。c）在室內(nèi)放裝型AP 或室外型AP（雙信道/ 40MHz 帶寬，天線2 × 2）的覆蓋方式下，理論帶寬150Mbps，滿足用戶上下行單向速率2 Mbps 時，建議并發(fā)用戶為37 人；滿足用戶上下行單向速率400 kbps時，建議允許接入最大并發(fā)用戶數(shù)180 人。

　　2）IEEE 802.11ac / IEEE 802.11ad

　　目前，在標準組織、設(shè)備廠商及運營商的共同推動下，WiFi 技術(shù)正在不斷革新，向著千兆時代邁進。不僅IEEE 802.11 標準正在向著新一代IEEE802.11ac 演進， 具備更短距離、更快速率的WiGig（無線千兆比特）技術(shù)也悄然興起。

　　為了適應(yīng)高帶寬數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展及大數(shù)據(jù)時代的要求，并繼續(xù)保持WiFi 網(wǎng)絡(luò)的競爭優(yōu)勢，IEEE 于2008 年底啟動了吞吐量可達千兆的新一代WLAN技術(shù)標準（IEEE 802.11ac 和IEEE 802.11ad）的研制工作。IEEE 802.11ac 工作在5 GHz 頻段， 是IEEE802.11n 的直接演進，是新一代WLAN 的主流技術(shù)，預(yù)計將于2014 年完成標準制定。根據(jù)當前標準進展情況，IEEE 802.11ac 將在IEEE 802.11n 的基礎(chǔ)上支持更大信道帶寬、更高階MIMO 和更高階調(diào)制編碼方式， 理論最高傳輸速率高達6.93 Gbps。IEEE802.11ad 工作在60 GHz 頻段， 面向極高速短距離應(yīng)用，目前剛剛完成標準制定工作。IEEE 802.11ad采用單載波、OFDM 和波束賦形作為主要傳輸技術(shù)，支持高達2.16 GHz 的信道帶寬，其理論最高傳輸速率高達6.76 Gbps。

　　3.2 LTE 網(wǎng)絡(luò)無線容量

　　吞吐率取決于MAC（媒體接入控制）層調(diào)度選擇的TBS（傳輸塊大?。碚摲逯低掏侣示褪窃谝欢l件下計算可以選擇的最大TBS。TBS 由RB（資源塊）數(shù)和MCS（自適應(yīng)調(diào)制編碼方案）階數(shù)查表得到，具體計算思路如下：

　　a）針對每個子幀計算可用的RE（資源粒子）數(shù)，此處要根據(jù)協(xié)議物理層資源分布， 扣除每個子幀里PDCCH （物理下行控制信道）、PBCH （物理廣播信道）、S-SS （輔同步信號）、P-SS （主同步信號）、CRS（小區(qū)專有導頻）（對于BF〔波束賦形〕還有DRS〔上行信道估計〕） 等開銷。這些開銷中，PBCH，S-SS，P-SS 是固定的， 其他開銷要考慮具體的參數(shù)設(shè)置（如PDCCH 符號數(shù)、特殊子幀配比、4 天線以上時映射到2 端口還是4 端口等）。

　　b）計算每個子幀RE 可攜帶的比特數(shù)，可攜帶比特數(shù)＝ 可用RE × 調(diào)制系數(shù)（64QAM 為6）。

　　c）依據(jù)可用的RB 數(shù)選擇滿足CR（碼率）不超過0.93 的最大的TBS，其中CR = TBS/ 可攜帶比特數(shù)。d）計算出每個子幀選擇的TBS 后，根據(jù)時隙配比累加各個子幀的TBS，如果是雙碼字還要乘以2，計算出最終吞吐率。

　　由于LTE 網(wǎng)絡(luò)不存在并發(fā)用戶數(shù)限制的情況，假定每個用戶都處于最佳的位置， 可以均分峰值速率。這樣與WiFi 網(wǎng)絡(luò)對比：并發(fā)用戶數(shù)37 人，滿足用戶下行單向速率2.22 Mbps； 并發(fā)用戶數(shù)180 人，滿足用戶下行單向速率468 kbps。

　　3.3 LTE 及WiFi 容量對比

　　由以上分析可知，LTE 在極端情況下， 單用戶速率略高于WiFi（雙信道/ 40MHz 帶寬、天線2 × 2），但考慮WiFi 網(wǎng)絡(luò)AP 設(shè)置的便利性及新一代標準IEEE 802.11ac（理論最高傳輸速率高達6.93 Gbps）、IEEE 802.11ad （支持高達2.16 GHz 的信道帶寬，其理論最高傳輸速率高達6.76 Gbps） 的優(yōu)越性，LTE網(wǎng)絡(luò)在容量能力上遠低于WiFi 網(wǎng)絡(luò)。

　　4 LTE 及WiFi 網(wǎng)絡(luò)終端情況分析

　　4.1 LTE 的終端發(fā)展情況

　　對于新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)， 在商用初期終端支持通常是最大的短板。在LTE 發(fā)展的初期階段，由于LTE對終端芯片處理能力和功耗控制能力要求非常高，所以對終端芯片在材料、工藝等方面都提出了更高要求。受制于終端芯片技術(shù)的發(fā)展，終端一度被認為是LTE 發(fā)展中的短板。但LTE 恰恰趕上了移動通信終端發(fā)展最迅猛的階段， 無論是平板電腦還是其他大尺寸移動設(shè)備的快速普及， 再加上多媒體以及社交網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的強勢，都促使各大廠商加大對LTE終端芯片技術(shù)的研究投入。

　　從GSA（全球移動設(shè)備供應(yīng)商協(xié)會）發(fā)布的最新報告來看，截至2013 年2 月，97 家制造商已經(jīng)宣布推出了821 款支持LTE 的用戶終端設(shè)備。過去一年，共有474 款新LTE 終端推出。在此期間，制造商的數(shù)量增長了54%。

　　821 款LTE 終端中大部分為FDD 制式。有166款終端支持TD-LTE 制式，頻段38（2.6 GHz）和頻段40（2.3GHz）的數(shù)量最多。TD-LTE 設(shè)備種類涵蓋全部形式，包括智能手機、dongle、路由器、便攜式熱點、嵌入式模塊和平板電腦。在報告中，GSA 呼吁半導體和終端制造商支持全球許多正在3.5 GHz 頻段（頻段42、43） 部署TD-LTE 系統(tǒng)的運營商， 及時提供可用的用戶終端。

　　GSA 總裁Alan Hadden 表示：用戶使用一款雙頻段1800 MHz / 2600 MHz FDD-LTE 終端，可能能在超過55 個國家的約100 張LTE 網(wǎng)絡(luò)上使用，也即目前推出商用LTE 終端市場的83%。

　　4.2 WiFi 的終端發(fā)展情況

　　當前受到人們對設(shè)備無線連接功能需求的影響，WiFi 將席卷整個電腦市場， 而消費電子市場對WiFi 功能的需求也將日益旺盛?；旧纤械臒o線通信智能手機均帶有WiFi 模塊，滿足用戶的多樣性需求。同時，其他電子產(chǎn)品也將WiFi 模塊作為其產(chǎn)品的標準配件。

　　目前所有的WiFi 移動電子設(shè)備中，手機銷量所占據(jù)的比重最大，預(yù)計2014 年WiFi 設(shè)備的產(chǎn)品將達到5.15 億部。同期具備WiFi 功能的平板電腦（如蘋果iPad 等）銷量則可能突破4600 萬部，上網(wǎng)本的銷量則有望達到2.65 億部。索尼PPS 等掌上游戲機的同期銷售有望突破3000 萬臺。總的看來，到2014年前，所有具備WiFi 功能的電子產(chǎn)品設(shè)備的銷量有望突破35 億臺。WiFi 終端產(chǎn)品數(shù)量遠遠大于通信終端。

　　4.3 LTE 與WiFi 的終端發(fā)展情況對比

　　由以上分析可知，WiFi 終端產(chǎn)品數(shù)量遠遠大于通信終端，基本上90%以上的通信終端都具備WiFi功能，但受制于移動性能力，用戶基本都是在靜止或低速率情況下使用WiFi。而LTE 終端隨著產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展及運營商的推動，已經(jīng)邁入飛速發(fā)展的時期，同時大部分LTE 終端都將具備WiFi 功能。由此可見，LTE 及WiFi 終端都不會制約網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，反而會成為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一大助力。

　　5 結(jié)束語

　　通過以上對LTE 與WiFi 網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)標準、覆蓋能力、容量、終端等多方面的比較可以看出：LTE作為下一代網(wǎng)絡(luò)首選的移動通信制式在技術(shù)標準、覆蓋能力、特有技術(shù)上均全面領(lǐng)先WiFi 網(wǎng)絡(luò)，但WiFi 網(wǎng)絡(luò)在容量、AP 性價比、終端普及率上的優(yōu)勢決定了在很長一段時間內(nèi)、在特定場景下WiFi 網(wǎng)絡(luò)仍然是LTE 網(wǎng)絡(luò)的有效補充。