4G网络技术概论与应用
LTE-Advanced
简介
LTE-Advanced是LTE的演进，正式名称为 Further Advancements for E-UTRA，2008年3月开始，2008年5月确定需求。它满足ITU-R 的IMT-Advanced技术征集的需求，不仅是3GPP形成欧洲IMT-Advanced技术提案的一个重要来源，还是一个后向兼容的技术，完全兼容LTE，是演进而不是革命。
技术参数
带宽：100MHz
峰值速率：下行1Gbps，上行500Mbps
峰值频谱效率：下行30bps/Hz，上行15bps/Hz 针对室内环境进行优化
有效支持新频段和大带宽应用
峰值速率大幅提高，频谱效率有限改进
主要新技术
1 多频段协同与频谱整合
多频段层叠无线接入系统：高频段优化的系
统用于小范围热点、室内和家庭基站（Home Node B）等场景，基于低频段的系统为高频段系统提供“底衬”，填补高频段系统的覆盖空洞和高速移动用户 频谱整合（Spectrum Aggregation）：将相邻的数个较小的频带整合为1个较大的频带 2中继（Relay）技术：Relay Station (RS) 改善覆盖和提高容量 Reapter（直放站） 层1 RS (AF amplify-and-forward)增强直放站
层2 RS和层3 RS (DF decoded-and-forward)，其中层2争议较大 RS，新的干扰源，需要新的帧结构和资源调度，双工方式等 3 协同多点传输
CoMP，Coordinative Multiple Point 类似于分布式天线
增强服务，尤其是小区边缘 4 家庭基站带来的挑战
密集部署、重叠覆盖会造成很复杂的干扰
家庭基站的所有权变化，运营商可能部分的丧失网规、网优的控制权，更加剧了干扰控制和接入管理的难度
5 物理层传输技术
上行OFDMA代替SC-FDMA(DFT-S-OFDM)
小区间干扰抑制技术：联合检测和干扰消除
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WiMax WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access),即全球微波互联接入。WiMAX也叫802·16无线城域网或802.16。WiMAX是一项新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达50km。WiMAX还具有QoS保障、传输速率高、业务丰富多样等优点。WiMAX的技术起点较高，采用了代表未来通信技术发展方向的OFDM/OFDMA、AAS、MIMO等先进技术，随着技术标准的发展，WiMAX逐步实现宽带业务的移动化，而3G则实现移动业务的宽带化，两种网络的融合程度会越来越高。 简介 WiMAX是又一种为企业和家庭用户提供“最后一英里”的宽带无线连接方案。因在数据通信领域的高覆盖范围(可以覆盖25～30英里的范围),以及对3G可能构成的威胁，使WiMAX在最近一段时间备受业界关注。 该技术以IEEE 802.16 的系列宽频无线标准为基础。一如当年对提升802.11使用率有功的Wi-Fi联盟，WiMAX 也成立了论坛，将提高大众对宽频潜力的认识，并力促供应商解决设备兼容问题，借此加速WiMAX 技术的使用率，让WiMAX 技术成为业界使用IEEE 802.16 系列宽频无线设备的标准。虽然WiMAX 无法另辟新的市场﹙目前市面已有多种宽频无线网方式﹚，但是有助于统一技术的规范，有了标准化的规范，就可以以量制价，降低成本，提高市场增长率。短期而言﹙2004年﹚，WiMAX 论坛将在年底之前，着手开发认证流程，为最后一步的产品测试预作准备。2005年左右，大型供应商将推出拥有WiMAX 认证的产品，多数产品的频率不超过11GHz.长期而言，WiMAX 将进步到可以支持最后一里，回程、私人企业应用。2006/07 年左右，WiMAX 解决方案将内建于笔记本电脑，可直接进行客户端发送，递送真正的便携式无线宽频，不需外接的客户端设备(CPE)。WiMAX是一项新兴技术，能够在比Wi-Fi更广阔的地域范围内提供“最后一公里”宽带连接性，由此支持企业客户享受T1类服务以及居民用户拥有相当于线缆/DSL的访问能力。凭借其在任意地点的1～6英里覆盖范围(取决于多种因素)，WiMAX将可以为高速数据应用提供更出色的移动性。此外，凭借这种覆盖范围和高吞吐率，WiMAX还能够提供为电信基础设施、企业园区和Wi-Fi热点提供回程。 一、工作原理 WiMAX1被认为当前最好的一种access 蜂窝网络，允许便捷地连接到任何地方服务提供者的宽覆盖区域和采取最高的一Wi-Fiexperience—the fast速度和熟悉宽带互联网体验。 然后结合在一起到一个新无线标准。 能够获得WiMAX作为订购或付费点播as-you-转服务使宽带类似于接收移动电话服务。 WiMAX是一种城域网(MAN)技术。 服务供应商部署一个网络的塔，就能启用超过许多英里的访问。 覆盖区域内的任何地方可立即启用互联网连接。和Wi-Fi一样 WiMAX也是一个基于开放标准的技术，它可以提供消费者希望的设备和服务,它会在全球经济范围内创造一个开放而具有竞争优势的市场 。 - 37 -
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二、主要构成 2.1、传输单元
因此WiMAX传输互联网在前景，WiMAX网络使用的做法是，类似于移动电话。 开展某一定地理范围内被分成多个一系列重叠的区域称为单元。 每一个单元提供覆盖范围为用户在该邻域。 当旅行到主要从一个单元到另一个，无线连接是递送关闭从一个单元到另一个。
2.2、主要设备
WiMAX网络包括两个主要组件:一个基站和订户设备。 WiMAX基站安装在一个立式或高楼为广播此无线信号。 订户接收信号在WiMAX启用笔记本电脑,Mobile Internet Device (MID)(或者甚至了WiMAX调制解调器。
2.3、应用范围
WiMAX标准支持移动，便携式和固定服务选项。 这使无线供应商提供宽带互联网访问区域相对不发达通过电话和电缆公司。 用于固定WiMAX部署中，服务提供商提供客户端设备(CPE)，作为指向无线“modem”以提供的界面为WiMAX网络为特定位置，如家庭、网吧，或办公室。 WiMAX也以及适合新兴市场作为的经济方法提供高速度互联网。 无线信号
这些条蜂窝电话或无线笔记本电脑告诉人们的强度无线信号。这些图形背后indicators的世界的无线通信。 无线网络旅行空中使用无线电信号工作在给定频率,称为频谱。 经距离,无线电信号会变弱因天气、建筑物、甚至枝叶。 这就是为什么无线网络依赖与广播多个塔之间重叠的领域的大型以毯区域。
频是任一许可或无许可证。 无许可证频是打开以任何用户,这引起的可能性来自其它设备干扰。 Wi-Fi网络使用无许可证频谱。 WiMAX服务供应商使用许可频谱,从而允许独占权利对其使用以了解更多可预见性和稳定性。
2.4、技术
WiMAX是一项新兴技术，能够在比Wi-Fi更广阔的地域范围内提供“最后一公里”宽带连接性，由此支持企业客户享受T1类服务以及居民用户拥有相当于线缆/DSL的访问能力。凭借其在任意地点的1～6英里覆盖范围(取决于多种因素)，WiMAX可以为高速数据应用提供更出色的移动性。此外，凭借这种覆盖范围和高吞吐率，WiMAX还能够提供为电信基础设施、企业园区和Wi-Fi热点提供回程。
WiMAX构建于高级无线技术，抵消效果的干扰提供更多数据以大范围。 两个关键高级无线突破结合入移动WiMAX标准是正交频分多址(OFDMA)和多个输入/多个输出(MIMO)智能天线技术。 这两种技术有效地放置到更多的数据的可用电波以提高吞吐量和/或覆盖范围。 尤其有利MIMO高干扰环境中，如中心城市。
OFDMA断裂一个信号转换许多独立之前将其传输碎跨电波以增加光谱效率。 通过多
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元化的信号这样,即使某些块没使它通过，则信号会重建仍然可以对方是否 MIMO使用多个天线的两端的无线连接(基站和用户设备)以启用数据到沿多个独立路径。 例如,一个1x2配置指设备带有1Tx(传输)和2Rx(接收)天线;同样,3 x3指3Tx和Rx天线3。
1WiMAX连接需要一个WiMAX-启用设备和订阅了WiMAX宽带服务。 WiMAX连接性可能需要购买额外的软件或硬件在额外费用。 可用性WiMAX可能受限制，需要咨询自己的载体支持的详情和网络限制。 宽带性能和结果可能不同由于环境因素和其它变量。
三、相关区别
为了对WiMAX与WiFi技术进行对比分析，这里从两者的传输范围、传输速度、网络安全性以及标准竞争方面进行分析。 3.1、传输范围分析
WiMAX的设计可以在需要执照的无线频段，或是公用的无线频段进行网络运作。只要系统企业拥有该无线频段的执照，而让WiMAX在授权频段运作时，WiMAX便可以用更多频宽、更多时段与更强的功率进行发送。一般来说，只有无线IS/7．企业才会使用授权频宽的WiMAX技术。至于Wi—Fi的设计则只在公用频段中的2.4 GHz到5 GHZ之间工作。美国的联邦通讯委员会(FCC)规定Wi—Fi一般的传输功率要在1毫瓦到100毫瓦之间。一般的WiMAX的传输功率大约100千瓦，所以WiFi的功率大约是WiMAX的一百万分之一。使用WiFi基地台一百万倍传输功率的WiMAX基地台，会有比WiFi终端更大的传输距离，这也是显而易见的了。
虽然WiMAX显然有较长的传输范围，在使用WiMAX基地台时必须注意，要有一个授权的无线电频段才能使用。而如果WiMAX跟Wi—Fi一样都使用未授权的工作频段，则它的传输优势就消失了。WiMAX跟WiFi都是基于无线频段传输的技术，所以受同样的物理定律限制。反之，如果在同样的条件下，让Wi—Fi使用授权频带，WiFi同样也可以跟WiMAX一样有较大的传输范围。另外，虽然WiMAX可以利用较新的多径处理技术，目前新推出的pre—NMIMO(多天线双向传输)技术Wi—Fi产品也使用了该技术。
3.2、传输速度分析 WiMAX的技术优势大多数人都看好是传输速度的优势。虽然WiMAX声称最高速度每秒324Mbyte，然而最新的Wi—FiMIMO理论上也有每秒108Mbyte的最高速度，而实际环境下也有300 mbps的速度，已经是经过实验验证确认其速度约为300Mbps。而WiMAX 的商用产品目前很少。而WiMAX技术也会受技术问题与物理定律所限制。无线ISP企业在组建WiMAX网络的时候，同样会遇到现今其他无线企业会遇到的频宽竞争的难题。授权频段的WiMAX系统涵盖范围极大，约数十公里，其组建的困难可说是一把两刃剑。这是因为无线覆盖范围非常大，里面会有极多的使用者同时竞争同样的频宽。即使无线ISP企业使用多个独立的频道来运作，在同一个频道中，还是会有数倍于Wi—Fi的使用人数。一般来说，一家无线ISP企业，不管是无线微波企业、3G行动企业，到卫星电话企业，同样都会遇到频宽竞争与QoS(服务品质)管控的问题。如果网络的延迟在大约200到2000毫秒间，这种网络很难使用VoIP、视讯会议、网络游戏，或任何其他的即时应用。理论上可以在WiMAX加上QoS机制，以供VoIP使用，只是目前仍然没有商用的产品出现。而在WiFi技术方面，Spectralink上的QoS运作效果已被证实，同时802．1le的无线QoS
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标准也将要推出。无线ISP企业的WiMAX组建一般会比非授权的WiMAX或Wi—Fi基地台组建要慢一些，因为对无线ISP企业不太可能会去让少数用户使用整个频段。使用公用频段的WiMAX基地台，与WiFi基地台的设置两者哪一个速率更快，在实际应用上取决于商用产品的推出。由于理论上他们的传输功率与频段大致相同，而市场上已经有大量而且成熟的WiFi产品。WiFi在非授权频段这一边已经领先一大步，因此WiMAX多是往无线ISP企业的方向来推动发展。
3.3、安全性分析
WiMAX与WiFi从安全性的角度来说，实际上WiMAX使用的是与WiFi的WPA2标准相似的认证与加密方法。其中的微小区别在于WiMAX的安全机制使用3DES或AES加密，然后再加上EAP，这种方法叫PKM—EAP．而另一方面WiFi的WPA2则是用典型的PEAP认证与AES加密。两者的安全性都是可以保证的，因此在实际中网络的安全性一般取决于实际组建方式的正确合理性。
WiMAX技术与802．16标准是十分重要的，因为他是无线ISP企业未来合理的演进方向。但它不是无线网络技术的终极解决方案。WiMAX或其他的无线网络技术将会是互补的，同时这些无线技术也不可能取代有线技术的需求。无线的连线方式必定更有行动力、更方便。而有线的连线方式，一般传输速度更快，更可靠。
3.4、移动性分析
从移动业务能力上看，WiMAX标准之一802．16 e提供的主要是具有一定移动特性的宽带数据业务，面向的用户主要是笔记本终端和802．16 e终端持有者。802．16 e接入IP核心网，也可以提供VoIP业务。但是从覆盖范围上看，802．16 e为了获得较高的数据接入带宽(30 Mbit/s)，必然要牺牲覆盖和移动性，因此802．16 e在相当长的时间内将主要解决热点覆盖，网络可以提供部分的移动性，主要应用会集中在游牧或低速移动状态下的数据接人。在移动性方面WiFi技术也是支持的，但是不支持两个Wi—Fi基地台之间的终端的切换。当在两个WiFi基地台之间移动时是一个重新接入的过程。
3.5、网络对比分析
WiMAX在整合与标准化无线微波ISP市场的过程中，将会有自己的发展空间，但它并不会直接与大多数的Wi—Fi组建竞争。WiMAX将会聚焦于授权频段的无线ISP市场，而Wi—Fi将会继续主导私用的无照无线市场，如公司或家用的无线网络。
WiMAX与 WiFi唯一会重叠的地方，就是收费的WiFi存取点。由于WiMAX连线的涵盖面积较大，以数十公里计，而WiFi存取点是由数十米的小片面积所组成，所以WiMAX在全球涵盖上会占有优势。但是因为目前的市场占有率较高，以及因为小范围、同时竞争的用户人数较少，造成 WiFi较快、延迟较小的特性，WiFi的收费存取点仍可能持续流行。因此，WiMAX竞争的关键因素将是WiMAX的QoS机制良好地运作，以及解决过多使用者的问题。
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