1 LTE及WiFi網絡技術特點分析

LTE作為下一代網絡首選的移動通信制式，擁有一些特有的技術，與WiFi網絡技術相比，最具有優勢的是通過ICIC（小區間干擾協調）技術能夠實現同頻組網。

ICIC主要是通過管理無線資源使得小區間干擾得到控制，是一種考慮多個小區中資源使用和負載等情況而進行的多小區無線資源管理。具體而言，ICIC以小區間協調的方式對各個小區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（相關窄帶傳輸功率）、HII（高干擾指示）及OI（過載指示）三種信號，實現載波內頻域數據信道小區間干擾協調。最初的Rel-8版本主要關注宏基站異構組網的應用場景，Rel-10版本提出了eICIC（增強型小區間干擾協調機制），支持強干擾場景（如宏站與微站、宏站與家庭基站等）異構組網的情況。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間干擾協調技術方案。

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

1）功率控制方案

當服務小區與相鄰小區使用相同的頻率資源時，該方案會適當降低服務小區或相鄰小區的發射功率，以提高被干擾宏基站用戶性能。與傳統閉環功率控制方案相比，功率控制是從抑制小區間干擾、優化系統整體小區邊緣性能的角度出發，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方案在異構網絡中得到了廣泛應用，如宏與Pico（微微蜂窩）、宏與家庭基站等異構場景。該方案可以得到系統的后向兼容，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必須基于用戶的測量和上報，在設計上需要考慮基站間的交互信息設計和傳遞。

2）頻域方案

頻域上實現ICIC實際上是限制資源的調度，即將不同小區信號在頻帶上進行調度，利用OFDM（正交頻分復用）窄帶正交性，實現信號的正交傳輸，從而實現干擾消除。頻域干擾協調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雜度。

3）時域方案

Rel-10版本特別對時域干擾協調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點的干擾。

2 LTE及WiFi網絡覆蓋能力分析

通過對現有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缺點，分析兩張網絡適合的覆蓋場景。

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，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、小區邊緣速率4 Mbps / 256 kbps、基站側天線配置2×2MIMO、無線傳播模型為標準COST231 HATA.

具體的鏈路預算見表1.

FDD-LTE密集市區站點覆蓋半徑為320 m，站間距480 m;普通市區站點覆蓋半徑為440 m，站間距660 m.

2.2 WiFi覆蓋能力

目前WiFi網絡覆蓋方式主要有三種方式：室內AP（接入點）直接覆蓋、室內AP合路分布系統覆蓋、室外AP直接覆蓋。AP設備類型主要包括室外型500 mW、室內型500 mW和室內型100 mW.其中室內型100 mW用于室內放裝直接覆蓋，室內型500mW用于接入室內分布系統覆蓋，室外型500mW用于覆蓋室內或室外區域。

1）鏈路損耗

a）WLAN（無線局域網）在2.4

5 GHz頻段一般應用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）上行鏈路預算公式（即計算上行鏈路的最大允許Lp）：

室內Lp =終端發射功率+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）下行鏈路預算公式（即計算下行鏈路的最大允許Lp）：

室內Lp =AP發射功率+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鏈路預算表

2）室內放裝型AP覆蓋能力

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

中國電信運營商設計規范規定：目標覆蓋區域內95%以上的位置，接收信號電平不小于-75dBm，即這時自帶網卡的接收機靈敏度取-75 dBm.由于數據業務具有不對稱特性，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.

在實際工程規劃設計時，室內空曠覆蓋距離一般取40 m，室內隔墻覆蓋距離一般取15 m.

3）室內分布型AP覆蓋能力

室內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域，能直視整個覆蓋區域。目標覆蓋區域內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.

在實際工程規劃設計時，室外空曠覆蓋距離一般取250 m，室內覆蓋距離一般取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，而且天線及設備增益更大，故LTE在室內也比WiFi具有更好的覆蓋能力。

綜上，LTE在覆蓋能力上遠優于WiFi網絡。 3 LTE及WiFi網絡無線容量分析

3.1 WiFi網絡容量

1）IEEE 802.11n

目前使用的主流IEEE 802.11協議為IEEE802.11n協議，IEEE 802.11n將IEEE 802.11g的54 Mbps最高發送速率提高到了300 Mbps，其中關鍵技術為：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，或稱為空間復用技術。該技術實現了兩個流，在一個信道上使吞吐量增加了一倍，條件為多個發射機，多個接收機，并且每個流間的路徑不相關。IEEE802.11n的其他技術有：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（從而提高有效數據傳輸率）、更大的數據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

在實際工程規劃設計時，基本采用天線2×2的放裝型AP，在2.4 GHz頻段應用20 MHz帶寬，5.8 GHz頻段可采用40 MHz帶寬。

a）在室內分布型（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用戶數37人。

b）在室內放裝型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用戶數87人。c）在室內放裝型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用戶數180人。

2）IEEE 802.11ac / IEEE 802.11ad

目前，在標準組織、設備廠商及運營商的共同推動下，WiFi技術正在不斷革新，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）技術也悄然興起。

為了適應高帶寬數據業務的發展及大數據時代的要求，并繼續保持WiFi網絡的競爭優勢，IEEE于2008年底啟動了吞吐量可達千兆的新一代WLAN技術標準（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，預計將于2014年完成標準制定。根據當前標準進展情況，IEEE 802.11ac將在IEEE 802.11n的基礎上支持更大信道帶寬、更高階MIMO和更高階調制編碼方式，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，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網絡無線容量

吞吐率取決于MAC（媒體接入控制）層調度選擇的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）數和MCS（自適應調制編碼方案）階數查表得到，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，此處要根據協議物理層資源分布，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設置（如PDCCH符號數、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，可攜帶比特數=可用RE×調制系數（64QAM為6）。

c）依據可用的RB數選擇滿足CR（碼率）不超過0.93的最大的TBS，其中CR = TBS/可攜帶比特數。d）計算出每個子幀選擇的TBS后，根據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網絡不存在并發用戶數限制的情況，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網絡對比：并發用戶數37人，滿足用戶下行單向速率2.22 Mbps;并發用戶數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網絡AP設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）的優越性，LTE網絡在容量能力上遠低于WiFi網絡。

4 LTE及WiFi網絡終端情況分析

4.1 LTE的終端發展情況

對于新的網絡技術，在商用初期終端支持通常是最大的短板。在LTE發展的初期階段，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的發展，終端一度被認為是LTE發展中的短板。但LTE恰恰趕上了移動通信終端發展最迅猛的階段，無論是平板電腦還是其他大尺寸移動設備的快速普及，再加上多媒體以及社交網絡應用的強勢，都促使各大廠商加大對LTE終端芯片技術的研究投入。

從GSA（全球移動設備供應商協會）發布的最新報告來看，截至2013年2月，97家制造商已經宣布推出了821款支持LTE的用戶終端設備。過去一年，共有474款新LTE終端推出。在此期間，制造商的數量增長了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）的數量最多。TD-LTE設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網絡上使用，也即目前推出商用LTE終端市場的83%.

4.2 WiFi的終端發展情況

當前受到人們對設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。基本上所有的無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，其他電子產品也將WiFi模塊作為其產品的標準配件。

目前所有的WiFi移動電子設備中，手機銷量所占據的比重最大，預計2014年WiFi設備的產品將達到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功能的電子產品設備的銷量有望突破35億臺。WiFi終端產品數量遠遠大于通信終端。

4.3 LTE與WiFi的終端發展情況對比

由以上分析可知，WiFi終端產品數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終端隨著產業鏈的發展及運營商的推動，已經邁入飛速發展的時期，同時大部分LTE終端都將具備WiFi功能。由此可見，LTE及WiFi終端都不會制約網絡的發展，反而會成為網絡發展的一大助力。

5結束語

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