标准迈向整合LTE-WiMAX多模方案指日可待

    历经数年的言辞辩论和技术规格较劲之后，目前的种种迹象均显示：LTE和WiMAX两大阵营可能寻求谈判以达成和解。

    对于众多的业界厂商来说，目前存在着许多足以使其接受双方和平共存的理由，其中最主要的原因就是‘省钱’。如果双方无法和谈，那么将在未来几年内出现的激烈竞争可能会使得各家厂商必须为设备部署投入数十亿美元的巨额资金。这种情况也可能使得终端用户感到无所适从，而在这场高风险的竞赛中，甚至有可能分出绝对的胜负。 

    直到最近，业界还执着于比较这两大4G无线通讯技术的性能特色差异，而忽略了架构方面的相似性，因而使得两大技术标准之间的差异也被大肆宣扬

    然而，从技术角度来看，3GPP长期演进(LTE)规格和微波接取全球互通(WiMAX)标准之间的主要差异为何？更重要的是，可使得长久以来抢占市场主导地位的标准竞争划下句点的新兴多模技术为何？

    在WiMax阵营方面，英特尔(Intel)执行副总裁马宏升(Sean Malony)暗示，这两种标准应该要相互协调，因为二者有80%都是类似的。英特尔正设法寻求可整合两项技术的方法，他补充道，要开发可用于两大标准的芯片组在技术上是可行的。

    马宏升的论点可被解读为因应今年二月在全球行动通讯大会(MWC 08)时的一种业界预言──WiMax将在LTE标准中找到其存在的一席之地。如Vodafone公司CEO Arun Sarin在当时大会的专题演说中便抛出了这样的提议。英特尔当然也就认为WiMax标准比LTE更加成熟了。

    尽管现在还不足以将这些试探性的建议解读为业界普遍的认同，但这些提议出现的时机恰逢新兴半导体技术承诺不久将可实现WiMAX-LTE多模作业之际；在这一架构背景下，花费数十亿美元部署仅支持单一标准的特定网络就显得没什么吸引力了。

    “两种标准的差异更明显的表现在于政治方面，”ABI Research无线架构资深分析师Nadine Manjaro指出。虽然Manjaro预期两大标准应该会相互融合，但她也表示，LTE在2009或2010年以前还无法成为一项正式的标准。因此，她认为，至少要到2015年以后才会迈向标准的融合。

图：全球在WiMax频谱的差异性使其在增加至现有蜂巢式频带时，也为开发可用于全球各地的多模手机功率放大器带来了莫大的设计挑战。

本是同根生

    在LTE和WiMax之间最重要的相似点就在于二者都采用了正交频分多任务(OFDM)的讯号传输；此外，两大技术也都采用了Viterbi和Turbo加速器以实现前向纠错。

    就设计的观点来看，如果必须在同一芯片或芯片组中支持两种方案，极可能会大量地重复利用相同闸极(gate reuse)。而就软件无线电(SDR)的观点来看，它所能实现的市场机会就更诱人了！弹性度、闸极重用与可程序性似乎成为WiMax-LTE多模技术挑战的解决之道──而这就意味着SDR的重要性。

    也许LTE和WiMax在采用OFDM方面相同，但二者并不是一模一样的。以下是三项显著的差异：

    1. 两项标准在下行链路时都采用正交频分多任务接取(CDMA)。但WiMax由于可在宽广的信道中处理全部信息，因而最佳化信道的最大使用率。另一方面，LTE则将可用的频谱组织为更小的频带。

    然而，WiMax为这种高通道利用率付出相当代价，因为处理这么大量的信息需要1,000点的快速傅立叶转换(FFT)；而LTE则用16点FFT就可实现同样的效果。但这会导致较高的功耗，因为要设计出一款即使在LTE设计中也能发挥效用的固定功能WiMax硬件并不容易。但一种基于SDR原则的架构则可重新配置其FFT功能，从而实现更高功效。

    2. LTE的上行链路讯号传输采用单载波频分多任务接取(SC-FDMA)，而WiMax则使用正交频分多任务接取(OFDMA)。采用OFDM的系统存在一个主要的问题是其峰均值功率比(PAPR)较高。在其文宣中所介绍的平均功率规格并不够完整。遗憾的是，系统的功率放大器必须专门设计用以处理峰值功率，因而该功率放大器成为手持设备中最大的功耗源。

    LTE就是专为提升功率放大器效率而采用SC-FDMA的。“如果能仅改变调变机制而能使效率从5%提升到50%，那么便可显著延长电池寿命，”多模技术供货商Coresonic公司的首席系统架构师Anders Nilsson说。WiMax采用OFDMA的峰均值功率比为10dB，而LTE采用的SC-FDMA的峰均值功率比约为5dB。

    Nilsson接着表示，由于在上行链路时必须支持两种调变方案，因而这种差别也影响到基频芯片的选择。可程序的解决具备足够的弹性度，能够重复使用闸极，并在LTE模式下保持低功耗。

    3．虽然IEEE 802.13e标准和演进中的LTE标准都支持频分双工(FDD)和时分双工(TDD)，但WiMAX的建置则主要采用TDD。而LTE似乎采取了FDD方案，因为FDD实际上采用了全双工运作：上行和下行链路采用的是毗邻的通道。因此，就来说，虽然LTE必须为前向纠错建立严格的延迟要求，但它也为下行链路数据传输实现了更佳规格。其结果是，WiMax讯号简单得多了。

    这些差异使得要设计出可支持两种标准的芯片或芯片组更形困难，但两项标准在网络基础架构方面的相似处则有助于使双方得以透过协调而非竞争的方式来轻易地解决问题。当然，从手机设计者的观点视之，并没有所谓的输赢。

    芯片或芯片组的电池寿命和功效是取得市场成功的关键，专精于无线测试和设计领域的独立咨询师Fannie Mlinarsky说。无论是对WiMax或LTE来说，功耗都是一项大问题，因为mbps级的性能意味着严格执行DSP将使芯片更耗电。

图：尽管比较LTE与WiMax后发现许多共通点，但其差异性也严重地影响到功耗。

采用SDR的多模方案

    虽然SDR被冠以昂贵且过度宣扬之名正恰如其分，但同样现实的是，电信芯片设计者业已采用了SDR技术。原因就在于他们必须迎合不断变化的标准。

    SDR的传统定义是：具有可在软件中实现功能的通用处理器数组。这一途径可能相当昂贵，且可能无法达到WiMax和LTE等高数据率技术的价格/性能目标，Mlinarsky说。

    但另一方面，采用此创新硬件架构的新方法似乎正逢其时。拥有多年设计OFDMA芯片经验的Wavesat是较早推出初始方案的公司之一。该公司与行动产品ODM公司Compal Communications签署了合作协议以开发行动WiMax产品；同时，Wavesat也与日本电信企业Willcom公司合作采用Wavesat的Odyssey 8500芯片组开发XG-PHS宽带无线产品。

    事实上，该芯片组是一款可建置任何基于OFDM技术的4G平台，Wavesat公司资深营销副总裁Vijay Dube表示。Odyssey 8500具有8个DSP核心。

    Coresonic公司也有一款基于新架构的多模平台──单一指令串流、多任务(SIMT）。SIMT架构可实现超长指令字架构的性能，而所需的经常开销较低、所需的程序和内存空间也较小，CEO Rich Clucas介绍。

    虽然开发LTE和WiMax的多模基频解决方案是一大挑战，Mlinarsky说，但设计前端芯片更是一件苦差事，原因之一在于两项标准的频谱覆盖范围宽达4GHz。LTE较可能支持900MHz到1,900MHz频段；而WiMax则不得不为寻找可用频谱而战－－根据不同的区域，大约可运作在2.3GHz到3.5GHz之间。

    BitWave Semiconductor的可程序RF收发器可望为此满布荆棘的多模之路找到方向。BitWave公司的Softransceiver RFIC原型已经被几家ODM所选用，该公司营销长Russell Cyr透露。采用该技术的手机和毫微微蜂巢式基地台(femtocell)将于明年陆续推出。BitWave的技术可针对被动组件进行数字调节，从而使得LNA、滤波器和混频器等模拟功能可被加以编程设计。

    随着这些新技术的登场，透过一点彼此相互谐调将可使其发挥长期效用。LTE目前仍处于开发阶段，而WiMax也尚未成型，Forward Concepts总裁Will Strauss说。“802.16m任务组正致力于完成一些可使其看起来更像是蜂巢式系统的改善，如切换(hand-off)等功能。” Strauss说。