3 LTE和WiMAX的技術(shù)特征

　　LTE和WiMAX都是基于全I(xiàn)P的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用相同的分組核心網(wǎng)，這使得它們都能很好的支持VoIP業(yè)務(wù)產(chǎn)生的突發(fā)數(shù)據(jù)流量。同樣這兩種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也都采用了OFDMA（正交頻分多址，Orthogonal Frequency Division Multiple Access）技術(shù)。在OFDM系統(tǒng)中，子載波將相互正交，頻譜效率得到提升，同時(shí)有助于降低ISI（符號(hào)間干擾，Inter-Symbol Interference）和系統(tǒng)自適應(yīng)均衡的復(fù)雜性，對(duì)頻率選擇性衰落和窄帶干擾也有較強(qiáng)的容忍度。在OFDMA系統(tǒng)中，時(shí)頻資源能夠得到周期性復(fù)用，使得系統(tǒng)性能最大化[7]。除了以上幾點(diǎn)外，還有一些重要特點(diǎn)如下[8]：

　　1) 子載波信道重分配：在頻譜分配上，一些子載波用于數(shù)據(jù)傳輸，一些子載波作為保護(hù)帶寬或?qū)ьl。數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻被周期性地隨機(jī)分配在不同的子信道上，換句話說(shuō)就是跳頻，頻域上所有的信道都在跳變。這樣可以實(shí)現(xiàn)干擾平均化，減少系統(tǒng)糾錯(cuò)，恢復(fù)系統(tǒng)性能[9]。將系統(tǒng)子載波分為多個(gè)組，每個(gè)小區(qū)只使用其中的一個(gè)或多個(gè)子載波組，這叫做PUSC（Partial Usage of Sub-Carriers），降低了本小區(qū)與鄰小區(qū)之間的干擾。另一種技術(shù)是FFR（部分頻率復(fù)用，F(xiàn)ractional Frequency Reuse），即用戶在小區(qū)覆蓋的中心區(qū)域時(shí)能夠使用到所有的頻點(diǎn)，而在兩個(gè)小區(qū)覆蓋的交界處，兩個(gè)小區(qū)的用戶分別使用不同的頻點(diǎn)，以此來(lái)降低小區(qū)間的干擾水平。

　　2) SOFDMA（可擴(kuò)展OFDMA，Scalable OFDMA）：LTE和WiMAX（如WiMAX 1.0和WiMAX 2.0）都采用了SOFDMA技術(shù)。系統(tǒng)子載波數(shù)目隨著系統(tǒng)帶寬的變化而變化，而子載波間的間隔始終是不變得，因此對(duì)移動(dòng)著的用戶而言，多普勒效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)性能的影響是不變的.wiMAX 16e的系統(tǒng)帶寬可以在1.25MHz~28MHz間任意設(shè)定，LTE R8系統(tǒng)支持的系統(tǒng)帶寬可以為1.25， 2.5， 5， 10， 15， 20 MHz。

　　3) AMC (自適應(yīng)調(diào)制編碼，Adaptive Modulation and Coding)：LTE和WiMAX都采用了AMC技術(shù)。由于低階調(diào)制方式相對(duì)于高階調(diào)制方式具有更強(qiáng)的魯棒性，系統(tǒng)可以根據(jù)用戶信道的質(zhì)量情況，及時(shí)調(diào)整調(diào)制方式。當(dāng)信道質(zhì)量較好的時(shí)候，采用16QAM（相正交振幅調(diào)制，Quadrature Amplitude Modulation）或64QAM等高階調(diào)制方式，通過(guò)提高編碼效率提升系統(tǒng)傳輸速率。當(dāng)信道質(zhì)量較差，即用戶信號(hào)信噪比較低時(shí)，采用QPSK（正交相移鍵控，Quadrature Phase Shift Keying）等魯棒性較強(qiáng)的低階調(diào)制，確保鏈路質(zhì)量即傳輸誤碼率保持在用戶或系統(tǒng)可以接受的范圍。另一方面，當(dāng)采用16QAM調(diào)制方式的用戶的信號(hào)質(zhì)量得到改善時(shí)，系統(tǒng)可以將調(diào)制方式切換到64QAM這樣的高階調(diào)制方式，提高系統(tǒng)容量和傳輸效率。當(dāng)AMC與OFDM技術(shù)相結(jié)合時(shí)，將會(huì)為系統(tǒng)帶來(lái)更大的增益，因?yàn)锳MC更加適用于噪聲平均的寬帶信道[10].lTE和WiMAX標(biāo)準(zhǔn)的另一個(gè)特征是使用了HARQ（混合自動(dòng)重傳，Hybrid Automatic Repeat Request）技術(shù)，用于錯(cuò)誤檢測(cè)和多天線系統(tǒng)，從而進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)性能和數(shù)據(jù)速率。

　　4) 系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)：由于WiMAX 1.0的幀長(zhǎng)為5ms，而LTE的子幀只有1ms，因此WiMAX 1.0相比LTE具有更長(zhǎng)的時(shí)延.wiMAX 2.0將一個(gè)5ms幀分成了8個(gè)子幀，每個(gè)子幀長(zhǎng)5/8ms，同時(shí)保留了5ms的幀結(jié)構(gòu)用于和WiMAX 1.0系統(tǒng)兼容.wiMAX 2.0系統(tǒng)還定義了一個(gè)長(zhǎng)度為20ms的超幀，通過(guò)合并一般幀頭和控制比特，來(lái)減少系統(tǒng)幀頭的整體開銷.wiMAX 2.0系統(tǒng)的三層幀結(jié)構(gòu)，有助于提升VoIP業(yè)務(wù)的QOS（服務(wù)質(zhì)量，Quality of Service）.lTE系統(tǒng)也采用了類似的3層幀結(jié)構(gòu)，其基本時(shí)隙長(zhǎng)度為0.5ms，子幀長(zhǎng)度為1ms，超幀長(zhǎng)度為10ms.lTE-A和WiMAX 2.0系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　圖2 幀結(jié)構(gòu)：（a）WiMAX 2.0幀結(jié)構(gòu)；（b）LTE-A幀結(jié)構(gòu)

　　5) 載波聚合：為了達(dá)到IMT-A系統(tǒng)對(duì)峰值速率的要求，LTE-A和WiMAX 2.0系統(tǒng)通過(guò)增加傳輸帶寬的方式來(lái)提升系統(tǒng)所能支持的峰值速率，這兩中系統(tǒng)的信號(hào)最大帶寬分別達(dá)到了40MHz和100MHz。由于在現(xiàn)實(shí)中不可能直接找到一個(gè)具有如此大帶寬的頻帶，系統(tǒng)子載波必須分布在多個(gè)頻帶內(nèi)，這就是所謂的多載波/載波聚合。任何一個(gè)信道的子載波可以在一個(gè)連續(xù)的頻帶內(nèi)，也可以來(lái)自不同的頻帶。

　　6) 小區(qū)吞吐量：除了峰值速率外，IMT-A系統(tǒng)對(duì)小區(qū)邊緣吞吐量也有嚴(yán)格的要求。目前LTE-A和WiMAX 2.0系統(tǒng)已經(jīng)能夠輕松地達(dá)到這一要求[11] [12]。例如WiMAX 2.0系統(tǒng)在小區(qū)中心和小區(qū)邊緣的頻率效率能夠分別達(dá)到2.6 bit/s/Hz/sector和0.09 bit/s/Hz/sector，分別超過(guò)了IMT-A系統(tǒng)要求的2.2 bit/s/Hz/sector和0.06 bit/s/Hz/sector。

　　7) LTE-A和WiMAX 2.0還支持許多其他技術(shù)來(lái)提升傳輸速率[11] [13] [14] 。例如：

　　Femto（家庭基站），能夠以最大的數(shù)據(jù)速率提供住宅內(nèi)部的移動(dòng)通信能力，提升小區(qū)吞吐量。

　　LTE-A系統(tǒng)中采用的8 × 8 MIMO（多入多出技術(shù)，Multiple-Input Multiple-Output）。

　　CoMP（協(xié)同多點(diǎn)傳輸，Coordinated Multiple Points）技術(shù)，多個(gè)基站可以協(xié)同參與為一個(gè)終端傳輸數(shù)據(jù)或者聯(lián)合接收一個(gè)終端發(fā)送的數(shù)據(jù)。尤其在小區(qū)覆蓋的邊緣區(qū)域，系統(tǒng)可將用戶置于幾個(gè)基站的同一頻率上，幾個(gè)基站同時(shí)為該用戶服務(wù)，降低小區(qū)間干擾，提升邊緣用戶的覆蓋性能和頻譜效率。

　　使用中繼點(diǎn)來(lái)延伸覆蓋，提高小區(qū)邊緣吞吐率。

　　LTE-A和WiMAX 2.0采用SON（自組織網(wǎng)絡(luò)，Self-Organizing Networks）技術(shù)組網(wǎng)，利于操作、維護(hù)費(fèi)用的降低和系統(tǒng)性能的提升。