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)面有很強的相似性，但它們之間的競爭卻越演越烈。它們之間的競爭從兩個標準化組織分別提出各自的準4G標準（基于IEEE 802.16e的移動WiMAX技術(shù)和基于3GPP R8的LTE技術(shù)）開始，持續(xù)到4G標準（基于IEEE 802.16m的WiMAX 2.0和基于3GPP R10的LTE-A）的提出。表面上看，這種競爭隨著LTE技術(shù)獲得絕對的優(yōu)勢而結(jié)束，但實際上WiMAX正計劃與LTE技術(shù)在未來的多種混合接入模式中進行整合。

　　本文通過討論這兩種技術(shù)間的相似性和差異性，即一種技術(shù)相對于另一種技術(shù)的優(yōu)點，找出使LTE技術(shù)在這場競爭中取得優(yōu)勢地位的關鍵因素，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)濟等非技術(shù)類因素。最后，結(jié)合當前LTE和WiMAX技術(shù)在其標準化過程中的動向，對這兩種技術(shù)未來的發(fā)展前景進行了展望。

　　關鍵詞：LTE； WiMAX； IEEE 802.16e；IEEE 802.16m；3GPP R8；3GPP R10

　　中圖分類號： 文獻標識碼： 文章編號：

　　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，Institute of Electrical and Electronics Engineers）提出的一種標準化技術(shù).iEEE發(fā)布了一系列標準，其中IEEE 802.16系列標準的制定開始于2000年，目的在于提供一種無線城域網(wǎng)技術(shù)標準.iEEE 802.16系列標準中真正具有實用性的是2004年發(fā)布IEEE 802.16d標準[1]。這一標準是為固網(wǎng)用戶提供最后一公里的高吞吐率的無線數(shù)據(jù)接入技術(shù)，對傳統(tǒng)的DSL（數(shù)字用戶專線，Digital Subscriber Line）和同軸電纜運營商形成了真正的威脅。被認為是移動WiMAX或WiMAX 1.0的IEEE 802.16e 標準發(fā)布于2005年[2]。2011年3月，WiMAX 2.0即IEEE 802.16m標準發(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被正式認定為4G（第四代移動通信技術(shù)，the 4 Generation mobile communication）標準[3]。4G技術(shù)是指符合ITU（國際電信聯(lián)盟，International Telecommunication Union）提出的IMT-Advanced（高級國際移動通信，International Mobile Telecommunications-Advanced）系統(tǒng)性能要求的技術(shù)，即對低速用戶下行峰值速率能夠達到1 Gbps，對高速用戶能夠達到100 Mbps，從而為移動用戶提供高級服務和應用[4]。

　　LTE（長期演進，Long Term Evolution）是由3GPP（第三代合作伙伴計劃，The 3rd Generation Partnership Project）提出的一種通信技術(shù)標準，是TD-SCDMA（時分同步碼分多址，Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access）， UMTS（通用移動通信系統(tǒng)，Universal Mobile Telecommunications System）和CDMA2000等3G（第三代移動通信技術(shù)，3rd-Generation）向4G演進的跨越性一步，對數(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，LTE-Advanced）也是一種得到業(yè)界認可的4G技術(shù)標準[3]。

　　LTE和WiMAX這兩種技術(shù)之間雖然有很多的相似之處，但是它們之間的競爭，從它們各自準4G標準的發(fā)布就已經(jīng)開始，并持續(xù)到4G標準的提出。最終，WiMAX似乎放棄了這場競爭，選擇了在未來的WiMAX-A（WiMAX 改進，WiMAX-Advanced）標準中與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，精確定位到它們各自相對于對方的優(yōu)勢所在，同時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)濟等非技術(shù)類因素。最后，本文結(jié)合當前LTE和WiMAX技術(shù)未來的發(fā)展計劃，對這兩種技術(shù)的發(fā)展前景進行了展望，并對WiMAX技術(shù)的可替代性進行了討論。

　　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；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；最后一節(jié)為本文總結(jié)。

　　2 標準的演進
 

　　圖1展示了LTE和WiMAX技術(shù)的演進過程.lTE技術(shù)起源于電信運營商、3GPP協(xié)會和3GPP2（第三代合作伙伴計劃2，3rd Generation Partnership Project 2）協(xié)會所倡導第1、2、3代移動通信技術(shù)。1G（第1代移動通信技術(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（高級移動電話系統(tǒng)，Advantage Mobile Phone System）為代表的模擬通信系統(tǒng)。2G（第2代移動通信技術(shù)，Second Generation）時代為數(shù)字通信時代，除語音業(yè)務外，可以傳輸?shù)退俚臄?shù)據(jù)業(yè)務，以GSM（全球移動通信系統(tǒng)，Global System for Mobile Communication）和CDMA-ONE通信標準為代表。2.5G階段采用增強型分組交換技術(shù)，例如GPRS（通用分組無線服務技術(shù)，General Packet Radio Service）和EDGE（增強型數(shù)據(jù)速率GSM演進技術(shù)，Enhanced Data Rate for GSM Evolution），實現(xiàn)中等速率數(shù)據(jù)傳輸，而語音業(yè)務仍為電路交換.iMT-2000（國際移動電話系統(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。其中WCDMA（寬帶碼分多址，Wideband Code Division Multiple Access）在歐洲和世界其他國家和地區(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)，采用一對頻帶分別用作發(fā)送和接收。第三種3G標準為中國主導的TD-SCDMA，利用時分雙工技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)在同一個頻段內(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)展了相應的EV-DO和EV-DV版本，實現(xiàn)了高速數(shù)據(jù)業(yè)務傳輸，并且能同時在一個CDMA載頻上能同時支持話音和數(shù)據(jù)。

　　3GPP R8標準提出了基于OFDM（正交頻分復用，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技術(shù)的全IP的LTE技術(shù)標準，有TDD（時分雙工，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主導的UMB（超移動寬帶，Ultra Mobile Broadband）是CDMA2000系列標準基于OFDM技術(shù)的演進升級版本，最終退出了LTE的標準競爭.tDD-LTE由TD-CDMA演進而來。雖然LTE仍是3G標準，但是它所支持的無線速率是基本3G系統(tǒng)的數(shù)倍，因此LTE又被稱為準4G或3.9G，而在商業(yè)上通常稱之為4G。

　　ITU在2003年提出了的IMT-Advanced概念，明確了4G系統(tǒng)架構(gòu)和總體設計目標，并將2009年10月定為4G技術(shù)規(guī)范建議書的最后提交日期[4].iTU要求IMT-Advanced系統(tǒng)峰值速率達到1Gbps，當終端移動速度在500km/h時能夠達到100Mbps，同時對分組交換時延、VoIP（Voice over Internet Protocol）系統(tǒng)效率也提出了更高的要求，此外對頻譜效率尤其是小區(qū)覆蓋邊緣區(qū)域的頻譜效率有嚴格的要求，以實現(xiàn)高吞吐率.lTE-A是基于3GPP 2011年發(fā)布的UMTS R10標準，是經(jīng)過官方認可的滿足IMT-Advanced性能要求的4G標準。

　　WiMAX是由IEEE系列標準演進而來的一種無線通信技術(shù)，例如IEEE802.3以太網(wǎng)標準、IEEE 802.11 WiFi無線技術(shù)等。早期在城域無線寬帶技術(shù)方面的一些研究都是基于非移動的無線接入技術(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，這些研究大多沒有取得實質(zhì)性的成果。第一個具有實用價值的技術(shù)標準是2004年發(fā)布的IEEE 802.16d標準[1].iEEE 802.16d標準旨在為固網(wǎng)用戶提供最后一公里高速率的無線接入，對傳統(tǒng)的DSL和同軸電纜運營商形成了真正的威脅。2005年發(fā)布的IEEE 802.16e標準是移動WiMAX或WiMAX 1.0技術(shù)的基礎[2]。在第一個3G技術(shù)標準誕生許多年后，WiMAX技術(shù)在2007年被正式認定為3G技術(shù)[6]。2011年3月發(fā)布的IEEE 802.16m標準被為認為是WiMAX的2.0版本.iEEE 802.16m對802.16e標準的空中接口進行了改進，在滿足IMT-Advanced性能要求的同時，又能與先前的802.16系列標準兼容.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，是另一個被官方認可的4G技術(shù)標準[4]。實際上LTE-A和WiMAX 2.0標準都還沒有最終定型，許多WiMAX技術(shù)倡導者有計劃將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），雙方都制定了未來的技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，詳細內(nèi)容將在下文進行探討。