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(fù)載等情況而進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dāng)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(dāng)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(dá)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)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(yán)格要求在10～15 m ； 進(jìn)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(biāo)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(yuǎn)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(yuǎn)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(dāng)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(hù)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)。不僅IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)正在向著新一代IEEE802.11ac 演進(jìn)， 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(dá)千兆的新一代WLAN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（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(jìn)，是新一代WLAN 的主流技術(shù)，預(yù)計將于2014 年完成標(biāo)準(zhǔn)制定。根據(jù)當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(dá)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(biāo)準(zhǔn)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(dá)2.16 GHz 的信道帶寬，其理論最高傳輸速率高達(dá)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（傳輸塊大小），理論峰值吞吐率就是在一定條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(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11ac（理論最高傳輸速率高達(dá)6.93 Gbps）、IEEE 802.11ad （支持高達(dá)2.16 GHz 的信道帶寬，其理論最高傳輸速率高達(dá)6.76 Gbps） 的優(yōu)越性，LTE網(wǎng)絡(luò)在容量能力上遠(yuǎn)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(rèn)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(dǎo)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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(dá)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(dá)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?？偟目磥?，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(yuǎn)遠(yuǎn)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(biāo)準(zhǔn)、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(biāo)準(zhǔn)、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。