TD－LTE／FDD LTE融合淺析

盧 真

（湖南省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司，湖南 長沙410126）

日前，世界移動通信大會（MWC2013）在西班牙召開，會上TD－LTE和FDD LTE融合成為業(yè)界關(guān)注焦點(diǎn)。繼Hi3G在瑞典部署全球首張TDD／FDD融合網(wǎng)絡(luò)后，中國移動又在香港建設(shè)了TDD／FDD無縫融合網(wǎng)絡(luò)，再次向世界證明，TDD／FDD融合組網(wǎng)將有可能成為全球LTE部署的重要方式。

1 LTE發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

截至2013年1月8日，全球已有66個國家的145家運(yùn)營商推出了商用LTE服務(wù)，預(yù)計到2013年底，將有234張商用LTE網(wǎng)絡(luò)在83個國家推出。LTE已經(jīng)成為移動通信歷史上發(fā)展最快的技術(shù)。

從LTE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來看，在全球145張LTE商用網(wǎng)絡(luò)中，F(xiàn)DD LTE網(wǎng)絡(luò)有132張，TD－LTE網(wǎng)絡(luò)僅有13張。在網(wǎng)絡(luò)數(shù)量方面，TD－LTE全面落后于FDD LTE，TD－LTE國際化進(jìn)程亟待加速。

由于國際上頻譜碎片化，很多運(yùn)營商無法獲得連續(xù)、對稱的FDD頻譜資源，而TDD的頻譜成本要遠(yuǎn)低于FDD，且支持非對稱業(yè)務(wù)，因此TDD優(yōu)勢突顯，其陣營規(guī)模將有望擴(kuò)大。而采用TDD與FDD融合組網(wǎng)將為用戶提供巨大便利，用戶可在兩者之間進(jìn)行選擇，從而實(shí)現(xiàn)LTE業(yè)務(wù)的全球漫游，同時避免進(jìn)行不必要的切換。另外，從建網(wǎng)成本來看，TDD與FDD融合組網(wǎng)比FDD單獨(dú)組網(wǎng)僅增加約30%，實(shí)現(xiàn)TDD／FDD雙模部署能充分利用頻譜資源，降低LTE的整體成本。此外，TDD與FDD融合可實(shí)現(xiàn)多運(yùn)營商對基站主設(shè)備的共用，有效緩解站址資源緊張的局面，推進(jìn)共建共享。對于擁有FDD、TDD頻段和兩張LTE牌照的運(yùn)營商，融合技術(shù)能將資源效益最大化。

2 雙模LTE可行性

2.1 LTE TDD／FDD物理層幀結(jié)構(gòu)

TD－LTE與FDD LTE的幀結(jié)構(gòu)基本一致，均為10 ms無線幀，5 ms半幀，1 ms子幀。幀結(jié)構(gòu)的一致可模糊FDD／TDD的產(chǎn)業(yè)方向，極大節(jié)省設(shè)備商在研發(fā)上的投入，為TD－LTE與FDD LTE的融合奠定基礎(chǔ)。

2.2 LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)

LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

LTE核心網(wǎng)網(wǎng)元主要包括MME、Serving Gateway、PDN Gateway。各核心網(wǎng)元基本功能有：

（1）MME：主要完成移動性管理、承載管理、用戶的鑒權(quán)認(rèn)證、SGW和PGW的選擇等功能；

（2）Serving Gateway：主要負(fù)責(zé)用戶面處理，數(shù)據(jù)包的路由和轉(zhuǎn)發(fā)等功能，支持3GPP不同接入技術(shù)的切換，作為用戶面的錨點(diǎn)；

（3）PDN Gateway：3GPP與non－3GPP網(wǎng)絡(luò)間用戶面數(shù)據(jù)鏈路的錨點(diǎn)，負(fù)責(zé)管理3GPP和non－3GPP間的數(shù)據(jù)路由，3GPP接入和non－3GPP接入（如WLAN、WiMAX等）間的移動，同時還負(fù)責(zé)DHCP、策略執(zhí)行、計費(fèi)等功能。

由于TD－LTE與FDD LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、核心網(wǎng)元功能一致，所以融合網(wǎng)絡(luò)能夠共用核心網(wǎng)。相同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以及相同的用戶面數(shù)據(jù)、控制面信令的協(xié)議結(jié)構(gòu)與流程（如圖2所示）為TD－LTE與FDD LTE融合提供了可操作性。

圖2 LTE協(xié)議結(jié)構(gòu)與流程

LTE的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：OFDM、SC－FDMA、MIMO。

（1）OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing），即正交頻分復(fù)用技術(shù)，LTE下行時采用此技術(shù)。OFDM技術(shù)將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，從而減少子信道之間的相互干擾ICI。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個子信道可視為平坦性衰落，從而可以消除符號間干擾。

（2）SC－FDMA是LTE的上行技術(shù)，較 OFDM 的主要優(yōu)勢在于較低的峰均比，可降低終端功放要求，提高終端待機(jī)時間。

（3）MIMO表示多入多出。MIMO系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端均采用多天線（或陣列天線）和多通道，傳輸信息流經(jīng)過空時編碼形成N個信息子流，這N個子流由N 個天線發(fā)射出去，經(jīng)空間信道后由M個接收天線接收。多天線接收機(jī)利用先進(jìn)的空時編碼處理能夠分開并解碼這些數(shù)據(jù)子流，從而實(shí)現(xiàn)最佳的處理。利用MIMO技術(shù)可以提高信道的容量和可靠性，降低誤碼率。

TD－LTE與FDD LTE采用相同關(guān)鍵技術(shù)，使得基帶處理單元可以共用大部分功能模塊，降低雙模LTE主設(shè)備的設(shè)計難度，同時也有效降低了設(shè)備的體積和成本。業(yè)內(nèi)有觀點(diǎn)認(rèn)為：雙模LTE主設(shè)備在射頻和基帶共芯片方面，已基本無技術(shù)障礙。

3 LTE融合的其他問題

3.1 抗干擾

2G、3G、4G無線技術(shù)并不是一個簡單的替代關(guān)系，在未來的2～3年內(nèi)仍將相互補(bǔ)充、和諧共存。但由于站點(diǎn)資源嚴(yán)重受限，LTE站點(diǎn)勢必與2G、3G基站共站，由此將帶來新的干擾。為有效規(guī)避干擾，保證覆蓋效果，應(yīng)嚴(yán)格保證系統(tǒng)間隔離度，做到各系統(tǒng)天線口水平、垂直間距達(dá)到隔離度要求，或通過符合隔離度門限的合路器實(shí)現(xiàn)抗干擾的目的。目前，中興通訊已經(jīng)研發(fā)出相關(guān)產(chǎn)品，并在瑞典和黃成功應(yīng)用。圖3所示為LTE FDD／TDD融合方案實(shí)例。

圖3 LTE FDD／TDD融合方案實(shí)例

3.2 網(wǎng)絡(luò)互操作性

無縫切換是衡量網(wǎng)絡(luò)互操作性的重要指標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)面向用戶的“一張網(wǎng)”，需要在基站側(cè)和核心網(wǎng)側(cè)增加相關(guān)協(xié)調(diào)機(jī)制，通過基站側(cè)收集的無線信號強(qiáng)度，優(yōu)化切換機(jī)制，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的無縫切換。目前，愛立信已成功實(shí)現(xiàn)TD－LTE與FDD LTE融合互切換和漫游，且網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量無明顯變化。

4 結(jié) 論

預(yù)計至2015年全球有超過20%的LTE網(wǎng)絡(luò)將升級為FDD／TDD雙模網(wǎng)絡(luò)。運(yùn)營商可以根據(jù)自有頻譜和投資規(guī)?；蚵?lián)合其他運(yùn)營商或獨(dú)立進(jìn)行雙模LTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，充分發(fā)揮TD－LTE／FDD LTE融合技術(shù)在節(jié)省投資、提高站址利用效率和頻譜效率等方面的優(yōu)勢。

［1］中興通訊股份有限公司.LTE組網(wǎng)技術(shù)演進(jìn)分析PPT［Z］.2012.

［2］通信世界網(wǎng).歐洲進(jìn)入FDD／TDD融合網(wǎng)絡(luò)測試熱潮期［Z］.2012.

［3］沈 嘉，索士強(qiáng)，全海洋，趙訓(xùn)威，胡海靜，姜怡華.3GPP長期演進(jìn)（LTE）技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計［M］.北京：人民郵電出版社，2008.