LTE与WiFi网络技术大比拼 谁是赢家

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1、LTE 与 WiFi 网络技术大比拼 谁是赢家 1. LTE 及及 WiFi 网络技术特点分析网络技术特点分析 LTE 作为下一代网络首选的移动通信制式，拥有一些特有的技术，与 WiFi 网络技术相比，最具有优势的是通过 ICIC（小区间干扰协调）技术能够实现同频组网。 ICIC 主要是通过管理无线资源使得小区间干扰得到控制，是一种考虑多个小区中资源使用和负载等情况而进行的多小区无线资源管理。具体而言，ICIC 以小区间协调的方式对各个小区中无线资源的使用进行限制， 包括限制时频资源的使用， 或在一定的时频资源上限制其发射功率。 LTE Rel-8 版本首先支持 ICIC 机制，基站间可以通过

2、 X2 接口交换 RNTP （相关窄带传输功率）、HII（高干扰指示）及 OI（过载指示）三种信号，实现载波内频域数据信道小区间干扰协调。最初的 Rel-8 版本主要关注宏基站异构组网的应用场景，Rel-10 版本提出了 eICIC （增强型小区间干扰协调机制），支持强干扰场景（如宏站与微站、宏站与家庭基站等）异构组网的情况。目前正处于研究阶段的 Rel-l1 版本则提出了 FeICIC（Further-eICIC）工作项，以解决 eICIC 中遗留的问题及进一步研究其他小区间干扰协调技术方案。 Rel-10 版本中提出的 eICIC 大致可以分为时域干扰协调、频域干扰协调、功率控制三类。 1

3、）功率控制方案）功率控制方案 当服务小区与相邻小区使用相同的频率资源时， 该方案会适当降低服务小区或相邻小区的发射功率，以提高被干扰宏基站用户性能。与传统闭环功率控制方案相比，功率控制是从抑制小区间干扰、优化系统整体小区边缘性能的角度出发， 直到达到一个期望的 SNR（信噪比）值。 功率控制方案作为一种重要的 ICIC 方案在异构网络中得到了广泛应用，如宏与 Pico（微微蜂窝）、宏与家庭基站等异构场景。该方案可以得到系统的后向兼容，且同时适用于FDD（频分双工）、TDD（时分双工）双工模式。但是，功率控制方案的实现必须基于用户的测量和上报，在设计上需要考虑基站间的交互信息设计和传递。 2）频

4、域方案）频域方案 频域上实现 ICIC 实际上是限制资源的调度， 即将不同小区信号在频带上进行调度， 利用 OFDM（正交频分复用）窄带正交性，实现信号的正交传输，从而实现干扰消除。频域干扰协调方案可以很好地解决 Rel-8/9 版本中终端的后向兼容问题，也同时适用于 FDD、TDD 双工模式。但是，该方案实现同样要基于用户的测量和上报及基站间信息交互， 增加了回传信令的开销及宏站的检测复杂度。 3）时域方案）时域方案 Rel-10 版本特别对时域干扰协调方案进行了重点研究，方案对受干扰用户在子帧或OFDM 符号等时域资源上进行调度，而这些时域资源上已通过各种其他途径降低了来源于其他节点的干扰

5、。 2. LTE 及及 WiFi 网络覆盖能力分析网络覆盖能力分析 通过对现有 LTE 及 WiFi 的无线覆盖能力进行对比分析，列出两者在覆盖能力上的优缺点，分析两张网络适合的覆盖场景。 2.1 LTE 覆盖能力覆盖能力 由于 LTE 的覆盖能力与制式及频段密切相关，我们以电信可能采用的 FDD-LTE 制式进行覆盖半径测算。 选择 2.1 GHz 的 FDD-LTE、2 15 MHz 带宽、小区边缘速率 4 Mbps / 256 kbps、基站侧天线配置 22MIMO、无线传播模型为标准 COST231 HATA。 具体的链路预算见表 1。 FDD-LTE 密集市区站点覆盖半径为 320

6、m，站间距 480 m；普通市区站点覆盖半径为440 m，站间距 660 m。 2.2 WiFi 覆盖能力覆盖能力 目前 WiFi 网络覆盖方式主要有三种方式：室内 AP（接入点）直接覆盖、室内 AP 合路分布系统覆盖、室外 AP 直接覆盖。AP 设备类型主要包括室外型 500 mW、室内型 500 mW 和室内型 100 mW。其中室内型 100 mW 用于室内放装直接覆盖， 室内型 500mW用于接入室内分布系统覆盖，室外型 500mW 用于覆盖室内或室外区域。 1）链路损耗）链路损耗 a）WLAN（无线局域网）在 2.4 5 GHz 频段一般应用 COST231-Hata 无线传播模型：

7、 传输损耗 Lp= 46.333.9lgf13.82lghb（44.96.55lghb）lgd。 式中，d：基站与终端的距离，hb：基站天线高度，f：载波频率。 b）上行链路预算公式（即计算上行链路的最大允许 Lp）： 室内 Lp = 终端发射功率 终端天线增益 AP 天线增益 AP 接收灵敏度 阴影储备 穿透损耗 c）下行链路预算公式（即计算下行链路的最大允许 Lp）： 室内 Lp =AP 发射功率AP 天线增益 终端天线增益 终端接收灵敏度 阴影储备 穿透损耗 d） 2.4 GHz 电磁波对于各种穿透损耗的经验值如下： 隔墙的阻挡 （砖墙厚度 100300 mm）：2040dB；楼层的阻挡

8、：30 dB 以上；木制家具、门和其他木板隔墙的阻挡：2 15 dB ；厚玻璃（12 mm）：10 dB ；普通玻璃窗（35 mm）：57 dB。 表 1 链路预算表 2）室内放装型）室内放装型 AP 覆盖能力覆盖能力 由于室内型 100mW AP 和用户在同一楼层，所以 AP 天线高度考虑为 3m；由于室内型 100mW AP 只覆盖同楼层小范围区域，所以没有考虑阴影储备。 中国电信运营商设计规范规定： 目标覆盖区域内 95% 以上的位置， 接收信号电平不小于-75dBm， 即这时自带网卡的接收机灵敏度取-75 dBm。 由于数据业务具有不对称特性， 所以对上行速率要求不高。AP 接收机灵敏

9、度为-79 dBm，自带网卡接收机灵敏度为-75 dBm。具体覆盖范围见表 2。 在实际工程规划设计时， 室内空旷覆盖距离一般取 40 m，室内隔墙覆盖距离一般取15 m。 3）室内分布型）室内分布型 AP 覆盖能力覆盖能力 室内天线到用户终端的传播模型可参照表 2，走廊上的天线输出口功率（EIRP）要求：10 dBm EIRP 15 dBm，天线与天线之间的距离严格要求在 1015 m ； 进入需覆盖房间的天线输出口功率（EIRP）要求：EIRP 8 dBm，可以比走廊上的天线输出口功率小一些， 天线与天线之间的距离可以放宽到 2025 m。 4）室外型）室外型 AP 覆盖能力覆盖能力 室外

10、型 AP 直接覆盖，一般采用高增益天线，其天线安装在较高区域，能直视整个覆盖区域。目标覆盖区域内 95% 以上的位置， 接收信号电平为-75dBm，AP 接收机灵敏度为-77 dBm。具体覆盖范围见表 3。 在实际工程规划设计时， 室外空旷覆盖距离一般取 250 m， 室内覆盖距离一般取 80 m。 2.3 LTE 与与 WiFi 覆盖能力对比覆盖能力对比 由以上分析可得，在室外，LTE 比 WiFi 明显具有更好的覆盖能力，且移动性支持远高于 WiFi。而在室内场景，LTE 采用 2.1 GHz 频段或 2.3 GHz 频段，覆盖能力均比 WiFi 的 2.4 GHz 要低，而且天线及设备增

11、益更大， 故 LTE 在室内也比 WiFi 具有更好的覆盖能力。 综上，LTE 在覆盖能力上远优于 WiFi 网络。 3 LTE 及及 WiFi 网络无线容量分析网络无线容量分析 3.1 WiFi 网络容量网络容量 1）IEEE 802.11n 目前使用的主流 IEEE 802.11 协议为 IEEE802.11n 协议，IEEE 802.11n 将 IEEE 802.11g 的 54 Mbps 最高发送速率提高到了 300 Mbps，其中关键技术为：MIMO-OFDM、40 MHz 频宽模式、帧聚合、Short GI。 IEEE 802.11n 最突出的特点当属 MIMO 技术，或称为空间复

12、用技术。该技术实现了两个流，在一个信道上使吞吐量增加了一倍，条件为多个发射机，多个接收机， 并且每个流间的路径不相关。IEEE802.11n 的其他技术有：采用 40 MHz 的信道（带宽翻倍）、多天线的空时码（STBC）和波束成形、更高的编码速率（从而提高有效数据传输率）、更大的数据子载波比例以及更短的保护间隔等。 在各种配置下单 AP 的容量见表 4。 表 2 室内放装型 AP 覆盖能力表 表 3 室外型 AP 覆盖能力表 表 4 AP 速率表 在实际工程规划设计时， 基本采用天线 2 2 的放装型 AP， 在 2.4 GHz 频段应用20 MHz 带宽，5.8 GHz 频段可采用 40

13、MHz 带宽。 a）在室内分布型 （单信道/ 20 MHz 带宽， 天线 1 1）的覆盖方式下，实际带宽 3040 Mbps，满足用户上下行单向速率 660 kbps 时，建议并发用户为 23 人；满足用户上下行单向速率 400 kbps 时，建议允许接入最大并发用户数 37 人。 b）在室内放装型 AP 或者室外型 AP（单信道/20 MHz 带宽，天线 2 2）的覆盖方式下，实际带宽 7080 Mbps，满足用户上下行单向速率 1 Mbps 时，建议并发用户为 35 人； 满足用户上下行单向速率 400 kbps 时，建议允许接入最大并发用户数 87 人。c）在室内放装型 AP 或室外型

14、AP（双信道/ 40MHz 带宽，天线 2 2）的覆盖方式下，理论带宽150Mbps，满足用户上下行单向速率 2 Mbps 时，建议并发用户为 37 人；满足用户上下行单向速率 400 kbps 时，建议允许接入最大并发用户数 180 人。 2）IEEE 802.11ac / IEEE 802.11ad 目前，在标准组织、设备厂商及运营商的共同推动下，WiFi 技术正在不断革新，向着千兆时代迈进。 不仅 IEEE 802.11 标准正在向着新一代 IEEE802.11ac 演进， 具备更短距离、更快速率的 WiGig（无线千兆比特）技术也悄然兴起。 为了适应高带宽数据业务的发展及大数据时代的要

15、求， 并继续保持 WiFi 网络的竞争优势，IEEE 于 2008 年底启动了吞吐量可达千兆的新一代 WLAN 技术标准（IEEE 802.11ac 和 IEEE 802.11ad） 的研制工作。 IEEE 802.11ac 工作在 5 GHz 频段， 是 IEEE802.11n 的直接演进，是新一代 WLAN 的主流技术，预计将于 2014 年完成标准制定。根据当前标准进展情况， IEEE 802.11ac 将在 IEEE 802.11n 的基础上支持更大信道带宽、 更高阶 MIMO 和更高阶调制编码方式， 理论最高传输速率高达 6.93 Gbps。IEEE802.11ad 工作在 60 G

16、Hz 频段， 面向极高速短距离应用，目前刚刚完成标准制定工作。IEEE 802.11ad 采用单载波、OFDM 和波束赋形作为主要传输技术，支持高达 2.16 GHz 的信道带宽，其理论最高传输速率高达 6.76 Gbps。 3.2 LTE 网络无线容量网络无线容量 吞吐率取决于 MAC（媒体接入控制）层调度选择的 TBS（传输块大小），理论峰值吞吐率就是在一定条件下计算可以选择的最大 TBS。TBS 由 RB（资源块）数和 MCS（自适应调制编码方案）阶数查表得到，具体计算思路如下： a） 针对每个子帧计算可用的 RE （资源粒子） 数， 此处要根据协议物理层资源分布， 扣除每个子帧里 PDCCH （物理下行控制信道）、PBCH （物理广播信道）、S-SS （辅同步信号）、P-SS （主同步信号）、CRS（小区专有导频） （对于 BF波束赋形还有 DRS上行信道估计） 等开销。这些开销中，PBCH，S-SS，P-SS 是固定的， 其他开销要考虑具体的参数设置（如 PDCCH 符号数