LTE FDD與TD-LTE技術(shù)及融合組網(wǎng)

歐陽志勇

摘要：基于LTE的4G標準有兩個，分別為LTE FDD和LTE TDD，本文分析了兩種技術(shù)的工作原理及特點，從頻譜配置、覆蓋范圍、業(yè)務(wù)類型、發(fā)射功率、設(shè)備復(fù)雜度及移動速度等多方面比較了兩種技術(shù)的優(yōu)劣勢，并對兩種技術(shù)融合組網(wǎng)進行了分析討論。

關(guān)鍵詞：LTE；TDD；FDD；融合組網(wǎng)1LTE技術(shù)概述

LTE(Long Term Evolution，UTRA長期演進)是無線通信從3G向4G演講的重要技術(shù)，該技術(shù)的目標是實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率、更短的時延、更低的成本，更高的系統(tǒng)容量以及改進的覆蓋范圍。

LTE系統(tǒng)同時定義了LTE FDD(Frequency Division Duplexing)與LTE TDD(Time Division Duplexing)兩種方式，分別使用頻分雙工和時分雙工，國內(nèi)習(xí)慣于將LTE TDD稱為TD-LTE。TD-LTE與LTE FDD本質(zhì)上共用一套標準基礎(chǔ)，相似度超過90%，但在業(yè)務(wù)實現(xiàn)的技術(shù)上有著一定差別，因此在頻譜配置與利用率、速率、覆蓋范圍、抗干擾能力等方面就有了各自的優(yōu)劣。

從全球范圍來看，國際上已有多家運營商開通了LTE融合網(wǎng)絡(luò)或兩張網(wǎng)絡(luò)的融合運營，網(wǎng)絡(luò)運營和效應(yīng)較高。中移動在香港的4G網(wǎng)絡(luò)中即采用了TD-LTE與FDD混合組網(wǎng)的方式，國內(nèi)另外兩大運營商中國電信與中國聯(lián)通都已明確表態(tài)將采用LTE FDD/TDD混合組網(wǎng)。

2FDD與TDD工作原理與特點

2.1 FDD工作原理與特點

FDD是在分離的兩個對稱頻率信道上同時進行接收和發(fā)送，用隔離頻段來分離接收和發(fā)送信道。FDD必須采用成對的頻率，依靠頻率來區(qū)分上下行鏈路，其單方向的資源在時間上是連續(xù)的。

FDD的上行和下行帶寬是一致的，因此上下行的速率也是相等的，F(xiàn)DD在支持對稱業(yè)務(wù)時，能充分利用上下行的頻譜，但在支持非對稱業(yè)務(wù)時，頻譜利用率將大大降低；由于上行和下行在分離的頻率信道上傳輸，因此，F(xiàn)DD的傳輸距離較遠，可以實現(xiàn)較大的覆蓋范圍，同時，F(xiàn)DD的傳輸速率較高，目前，LTE FDD理論下行速度為150Mbps，

2.2 TDD工作原理

TDD用時間來分離接收和發(fā)送信道。在TDD方式的移動通信系統(tǒng)中,接收和發(fā)送使用同一頻率載波的不同時隙作為信道的承載,其單方向的資源在時間上是不連續(xù)的，時間資源在兩個方向上進行了分配。某個時間段由基站發(fā)送信號給移動臺，另外的時間由移動臺發(fā)送信號給基站，基站和移動臺之間必須協(xié)同一致才能順利工作。

TDD不需要對稱的頻率信道，因此，相對FDD而言，可以更靈活地為TDD配置頻率；也可以通過調(diào)整上下行時隙轉(zhuǎn)換點，提高下行時隙比例，從而更換地支持非對稱業(yè)務(wù)，提高頻率利用率；由于收發(fā)同頻，基站的接收和發(fā)送可以共用部分射頻單元，不需要收發(fā)隔離器，只需要一個開關(guān)即可，降低了設(shè)備成本與復(fù)雜度。

3FDD與TDD的優(yōu)劣比較

FDD與TDD在幀結(jié)構(gòu)、物理層技術(shù)、無線資源配置等方面具有自己獨特的技術(shù)特點，兩個標準各有所長。

3.1 頻譜配置

隨著移動通信的發(fā)展，多媒體業(yè)務(wù)對于頻譜的需求日益增加,頻譜資源是制約行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵資源。FDD雙工方式占用了大量的頻段資源，同時，一些零散頻譜資源由于FDD不能使用而閑置，造成了頻譜浪費。由于LTE TDD系統(tǒng)無需成對的頻率，可以方便的配置在LTE FDD 系統(tǒng)所不易使用的零散頻段上，具有一定的頻譜靈活性，能有效的提高頻譜利用率。因此，在頻段資源方面，LTE TDD系統(tǒng)和LTE FDD系統(tǒng)具有更大的優(yōu)勢。

3.2 覆蓋范圍

使用TDD技術(shù)時，只要基站和移動臺之間的上下行時間間隔不大，小于信道相干時間，就可以比較簡單的根據(jù)對方的信號估計信道特征。而對于一般的FDD技術(shù)，一般的上下行頻率間隔遠遠大于信道相干帶寬，幾乎無法利用上行信號估計下行，也無法用下行信號估計上行；這一特點使得TDD方式的移動通信體制在功率控制以及智能天線技術(shù)的使用方面有明顯的優(yōu)勢。但也是因為這一點，TDD系統(tǒng)的覆蓋范圍半徑要小，由于上下行時間間隔的緣故，基站覆蓋半徑明顯小于FDD基站。否則，小區(qū)邊緣的用戶信號到達基站時會不能同步。

3.3 支持業(yè)務(wù)類型

在FDD中，由于上下行使用對稱頻段，因此上下行的速率也是相等的，可以很好地支持對稱業(yè)務(wù)。對于非對稱業(yè)務(wù)，F(xiàn)DD就存在頻率浪費現(xiàn)象，或者需要采用廣播/組播等技術(shù)來適度地調(diào)整。

而TDD則可以根據(jù)業(yè)務(wù)類型靈活配置TDD幀的上下行配比來支持不同的業(yè)務(wù)類型，如使用1:1上下行配比來支持語音業(yè)務(wù)，或者使用6:3，7:2，8:1，3:1等上下行配比來支持不同上下行數(shù)據(jù)比例的上網(wǎng)、文件傳輸和多媒體業(yè)務(wù)

3.4 發(fā)射功率

如果TDD要發(fā)送和FDD同樣多的數(shù)據(jù)，但是發(fā)射時間只有FDD的大約一半，這要求TDD的發(fā)送功率要大。當然同時也需要更加復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化技術(shù)。

3.5 設(shè)備復(fù)雜度

TDD收發(fā)同頻，基站的接收和發(fā)送可以共用部分射頻單元，不需要收發(fā)隔離器，只需要一個開關(guān)即可，另外，上下行鏈路使用相同頻率, 且間隔時間較短, 小于信道相干時間，鏈路無線傳播環(huán)境差異不大，在使用賦形算法時，上下行鏈路可以使用相同的權(quán)值。因此，TDD能有效降低移動終端的處理復(fù)雜性，也一定程度上降低了基站的制造成本。

而FDD系統(tǒng)上下行鏈路信號傳播的無線環(huán)境受頻率選擇性衰落影響不同，根據(jù)上行鏈路計算得到的權(quán)值不能直接應(yīng)用于下行鏈路。

3.6 移動速度

在高速移動時，多普勒效應(yīng)會導(dǎo)致快衰落，速度越高，衰落變換頻率越高，衰落深度越深，因此必須要求移動速度不能太高。當數(shù)據(jù)率為144kb/s時，TDD的最大移動速度可達250km/h，與FDD系統(tǒng)相比，還有一定差距。一般TDD移動臺的移動速度只能達到FDD移動臺的一半甚至更低。

4FDD與TDD融合組網(wǎng)

目前，國際上已有多家運營商開通了LTE融合網(wǎng)絡(luò)或兩張網(wǎng)絡(luò)的融合運營，網(wǎng)絡(luò)運營和效應(yīng)較高。較為常用的方法是在廣大人口稀少地區(qū)用FDD，在市區(qū)人口密集用TDD方式，TDD/FDD混合組網(wǎng)充分發(fā)揮LTE的兩種制式的優(yōu)點，融合組網(wǎng)才能最終符合運營商和用戶需要。

4.1 FDD和TDD之間的雙向無縫切換

運營商必須為用戶提供無縫的移動寬帶服務(wù)，融合TDD/FDD技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)需要根據(jù)用戶所處的位置提供信號最佳的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。而如果用戶的位置或者網(wǎng)絡(luò)信號強度發(fā)生變化，導(dǎo)致現(xiàn)有的eNodeB無法提供最佳服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)就要及時、無縫地將用戶終端切換到信號更好的eNodeB上，這其中就包括FDD和TDD之間的切換。

實際上，從用戶角度出發(fā)，用戶并不關(guān)心背后的技術(shù)到底是LTE FDD還是TD-LTE，運營商呈現(xiàn)給用戶的是一張完美的、可以無縫漫游與切換的網(wǎng)絡(luò)。

LTE的基站直接通過IP傳輸網(wǎng)與核心網(wǎng)相連。因此在切換過程中，大部分工作就需要基站之間直接協(xié)調(diào)完成。在LTE FDD/TDD混合組網(wǎng)時，LTE基站通過ANR技術(shù)來自動收集、自動調(diào)整鄰區(qū)關(guān)系，并輔以無線信號測量、傳播特性估計、無線信道測算等技術(shù)，優(yōu)化切換機制，快速準確無縫地實現(xiàn)切換。

4.2 融合組網(wǎng)規(guī)劃

FDD與TDD融合組網(wǎng)一般需經(jīng)歷三階段：快速部署、容量與覆蓋并重、深度優(yōu)化階段。

快速部署階段是建設(shè)大而薄的網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)廣域覆蓋。在重點城市開展LTE業(yè)務(wù)，共用2/3G站址，F(xiàn)DD用做覆蓋層，TDD用于市區(qū)/熱點業(yè)務(wù)層，達到快速布網(wǎng)的效果。

第二階段是在重點城市根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展優(yōu)化FDD網(wǎng)絡(luò)，利用無線微站、微小區(qū)來實現(xiàn)熱點覆蓋與補盲，TDD根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展并行加密，在二線城市是FDD用做覆蓋層，TDD用于市區(qū)/熱點業(yè)務(wù)層，以保證終端用戶體驗感覺。

在第三階段利用載波聚合、CAMP、MRO等技術(shù)將LTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化深化。

5小結(jié)

LTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)將推動移動數(shù)據(jù)通信以更快的速度發(fā)展，用戶數(shù)的增長以及數(shù)據(jù)流量的井噴又將促進LTE網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化，因此，在LTE FDD與TD-LTE的選擇方面與兩種技術(shù)的融合建網(wǎng)方面對網(wǎng)絡(luò)建設(shè)者而言具有非常的意義。

[參考文獻]

[1]王映民.TD-LTE技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計.人民郵電出版社，2010.

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