LTE 与WiFi 网络技术比较

3 LTE及WiFi网络无线容量分析

3.1 WiFi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 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30~40 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70~80 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 GHz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

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、特殊子帧配比、4天线以上时映射到2端口还是4端口等）。

b）计算每个子帧RE可携带的比特数，可携带比特数＝可用RE×调制系数（64QAM为6）。

c）依据可用的RB数选择满足CR（码率）不超过0.93的最大的TBS，其中CR = TBS/可携带比特数。d）计算出每个子帧选择的TBS后，根据时隙配比累加各个子帧的TBS，如果是双码字还要乘以2，计算出最终吞吐率。

由于LTE网络不存在并发用户数限制的情况，假定每个用户都处于最佳的位置，可以均分峰值速率。这样与WiFi网络对比：并发用户数37人，满足用户下行单向速率2.22 Mbps；并发用户数180人，满足用户下行单向速率468 kbps.

3.3 LTE及WiFi容量对比

由以上分析可知，LTE在极端情况下，单用户速率略高于WiFi（双信道/ 40MHz带宽、天线2×2），但考虑WiFi网络AP设置的便利性及新一代标准IEEE 802.11ac（理论最高传输速率高达6.93 Gbps）、IEEE 802.11ad（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）的优越性，LTE网络在容量能力上远低于WiFi网络。