FDD—LTE和TDD—LTE的技術(shù)差異分析

柴林博　李力

摘 要：3GPP制定的LTE技術(shù)同時(shí)支持FDD和TDD兩種制式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)頻譜資源的有效利用，雖然兩種制式的協(xié)議非常相似，但因?yàn)閮煞N不同的雙工模式而形成的差異依然存在。文章通過(guò)對(duì)兩種制式的對(duì)比分析，以期使網(wǎng)絡(luò)布局能夠得到更好的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：FDD-LTE；TDD-LTE；制式的對(duì)比

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.533 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）23-0006-02

社會(huì)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，無(wú)線通信技術(shù)已經(jīng)從模擬通信轉(zhuǎn)向數(shù)字通信，無(wú)線通信技術(shù)已經(jīng)從僅僅承載文字信息到傳輸文本、音頻、視頻、圖像、傳真等業(yè)務(wù)，人們對(duì)于通信業(yè)務(wù)的多樣化服務(wù)的要求和無(wú)線通信更高傳輸速度的要求，會(huì)推動(dòng)無(wú)線通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

為了實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GGP在3G技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步推進(jìn)，制訂了新的LTE（long term evolution，長(zhǎng)期演進(jìn)）。LTE是第三代移動(dòng)通信的演進(jìn)性技術(shù)，依據(jù)其雙工方式的不同，可分為FDD（頻分雙工）和TDD（時(shí)分雙工）兩種制式。

FDD-LTE和TDD-LTE從標(biāo)準(zhǔn)制定之初，就獲得了國(guó)際主流通信運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備商的支持和認(rèn)可。

3GPP組織在進(jìn)行FDD-LTE和TDD-LTE的標(biāo)準(zhǔn)制定工作時(shí)，就盡量用相同的規(guī)范來(lái)實(shí)現(xiàn)兩種制式的協(xié)議。

分析FDD-LTE和TDD-LTE兩種制式差異有助于我們更好地了解兩者的特點(diǎn)。

1 FDD-LTE和TDD-LTE兩種制式在宏觀上的比較

1.1 上下行信道的比較

TDD-LTE上下行使用相同頻段的信道，并且在上下行的信息流存在一定時(shí)間的保護(hù)間隔。而FDD-LTE在上下行使用的是不同頻段，在上下行信道之間存在一定帶寬的保戶帶。

1.2 兩種制式的工作頻段不同

FDD-LTE的上行和下行頻帶集中在BAND1～14、BAND

17～26。

TDD-LTE的上行和下行頻帶集中在BAND33～43。

1.3 協(xié)議棧的比較

在LTE標(biāo)準(zhǔn)制定的時(shí)候，3GPP組織就盡量用相同的規(guī)范來(lái)實(shí)現(xiàn)兩種制式的協(xié)議，所以在基站（eNodeB）的協(xié)議棧中，無(wú)論是在控制層（C-Plane）和用戶層（U-Plane），兩種制式都使用基本相同的協(xié)議。

在控制層（C-Plane）使用的協(xié)議由高層到底層的順序依次為：NAS、RRC、PDCP、PLC、MAC、PHY。

在用戶層（U-Plane）使用的協(xié)議由高層到底層的順序依次為：PDCP、PLC、MAC、PHY。

1.4 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

FDD-LTE和TDD-LTE所制定的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)絕大部分相同，這些協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的一部分，見(jiàn)表1。

相較于3G時(shí)代的TD-SCDMA/WiMAX和WCDMA的差異，F(xiàn)DD-LTE和TDD-LTE的差異顯著縮小。

2 FDD-LTE和TDD-LTE兩種制式技術(shù)差異比較

2.1 雙工方式差異

FDD-LTE和TDD-LTE兩種制式差異的本質(zhì)原因是TDD與FDD雙工方式不同。TDD用時(shí)間來(lái)分離接收和發(fā)送信道。FDD是在分離的兩個(gè)對(duì)稱頻率信道上進(jìn)行發(fā)送和接收，用保護(hù)頻段來(lái)分離接收和發(fā)送信道。時(shí)分雙工TDD示意圖，如圖1所示。

在TDD方式的移動(dòng)通信系統(tǒng)中，上行和下行使用同一頻率載波的不同時(shí)隙作為信道的承載，并且從時(shí)間軸來(lái)看，其在單方向的資源在時(shí)間上是不連續(xù)的，時(shí)間資源在上下行兩個(gè)方向進(jìn)行了分配?；荆╡NB）和用戶設(shè)備（UE）之間需采用相同的時(shí)間分配模式才能順利配合。頻分雙工FDD示意圖，如圖2所示。

FDD必須采用成對(duì)的頻率，依靠頻率來(lái)區(qū)分上下行鏈路，其單方向的資源在時(shí)間上是連續(xù)的。FDD在支持對(duì)稱業(yè)務(wù)時(shí)，能充分利用上下行的頻譜，但在支持非對(duì)稱業(yè)務(wù)時(shí)，頻譜利用率將大大降低。

2.2 無(wú)線幀格式不同

3GPP定義的TD-LTE的幀結(jié)構(gòu)為T(mén)ype2，如圖3所示。每個(gè)10 ms無(wú)線幀包括兩個(gè)長(zhǎng)度為5 ms的半幀，每個(gè)半幀由4個(gè)數(shù)據(jù)子幀和1個(gè)特殊子幀組成所示。特殊子幀包括3個(gè)特殊時(shí)隙：DwPTS，GP和UpPTS，總長(zhǎng)度為1 ms。

FDD模式下，10 ms的無(wú)線幀被分為10個(gè)子幀，每個(gè)子幀包含兩個(gè)時(shí)隙，每時(shí)隙長(zhǎng)0.5 ms，F(xiàn)DD-LTE的幀結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

LTE支持5 ms和10 ms上下行切換點(diǎn)。對(duì)于5 ms上下行切換周期，子幀2和子幀7總是用作上行。對(duì)于10 ms上下行切換周期，每個(gè)半幀都有DwPTS；只在第1個(gè)半幀內(nèi)有GP和UpPTS，第2個(gè)半幀的DwPTS長(zhǎng)度為1 ms。UpPTS和子幀2用作上行，子幀7和子幀9用作下行。

在LTE中TDD與FDD幀結(jié)構(gòu)最顯著的區(qū)別在于：在TDD-

LTE的Type2幀結(jié)構(gòu)中存在1 ms的特殊子幀（Subframe），該子幀由三個(gè)特殊時(shí)隙組成：DwPTS、GP和UpPTS。DwPTS可以看作是一個(gè)特殊的下行子幀，它的長(zhǎng)度可配置為3～12個(gè)OFDM符號(hào)。

UpPTS子幀不發(fā)送任何控制信令或數(shù)據(jù)，UpPTS的可配置長(zhǎng)度為1～2個(gè)OFDM符號(hào)，當(dāng)為2個(gè)OFDM符號(hào)時(shí)用于短RACH或Sounding RS。GP長(zhǎng)度為1～10個(gè)OFDM符號(hào)，它保證距離天線遠(yuǎn)近不同的用戶設(shè)備（UE）上行信號(hào)在基站（eNB）的天線空口對(duì)齊，同時(shí)提供上下行的轉(zhuǎn)化時(shí)間，GP的大小決定了支持小區(qū)半徑的大小，TDD-LTE最大支持100 km，避免上下行基站間的相互干擾。

2.3 同步信號(hào)的設(shè)計(jì)不同

FDD-LTE和TDD-LTE同步信道的不同也是兩種制式主要的技術(shù)不同方面之一。

雖然同步信號(hào)的不同也體現(xiàn)在TDD幀結(jié)構(gòu)與FDD幀結(jié)構(gòu)的方面，但是這種差異能使終端在接入網(wǎng)絡(luò)的最開(kāi)始階段就可以檢測(cè)出網(wǎng)絡(luò)的雙工方式，能夠顯著的區(qū)分兩種制式。同步信號(hào)用于用戶設(shè)備（UE）對(duì)小區(qū)進(jìn)行搜索時(shí)獲取時(shí)間、頻率、同步和小區(qū)標(biāo)識(shí)，LTE中用于小區(qū)搜索的同步信道包括主同步信號(hào)（PSS）和輔同步信號(hào)（SSS），周期是5 ms。

在FDD-LTE和TDD-LTE這兩種幀結(jié)構(gòu)中，同步信號(hào)位于不同的位置：在FDD-LTE幀結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)DD中PSS位于子幀1和5的最后一個(gè)符號(hào)，SSS位于子幀0和子幀5的倒數(shù)第二個(gè)符號(hào)。SSS位于第一個(gè)子幀和第六個(gè)子幀的中間位置；而TDD-LTE幀結(jié)構(gòu)中，SSS在子幀0和子幀5的最后一個(gè)符號(hào)，PSS位于特殊子幀 DwPTS的第三個(gè)符號(hào)。

在兩種幀結(jié)構(gòu)中，同步信號(hào)在無(wú)線幀中的絕對(duì)位置不相同由于同步信號(hào)是終端進(jìn)行小區(qū)搜索時(shí)最先檢測(cè)的信號(hào)，這樣不同的相對(duì)位置的設(shè)計(jì)使得終端在小區(qū)搜索的初始階段就可以檢測(cè)出網(wǎng)絡(luò)的雙工方式是FDD或是TDD。

3 TDD-LTE和FDD-LTE的組網(wǎng)性能對(duì)比

3.1 頻譜配置

頻段資源是無(wú)線通信中最寶貴的資源，隨著移動(dòng)通信的發(fā)展，移動(dòng)通信承載的業(yè)務(wù)越來(lái)越多樣化，對(duì)于頻譜的需求日益增加。FDD-LTE的上行和下行頻帶集中在BAND1～14、BAND 17～26，這種雙工方式占用了大量的頻段資源，同時(shí)一些零散頻譜資源由于不能被頻分雙工使用而閑置，造成了頻譜浪費(fèi)。由于TDD系統(tǒng)支持非對(duì)稱時(shí)隙配比，可以根據(jù)不同的業(yè)務(wù)類(lèi)型調(diào)整上下行時(shí)間配比，在FDD雙工系統(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?？傮w上TDD-LTE的頻譜效率優(yōu)于FDD-LTE。

3.2 覆蓋能力

在相同頻段（2.6 G）情況下，F(xiàn)DD-LTE的上行覆蓋半徑優(yōu)于TDD-LTE12%，F(xiàn)D-LTE的下行行覆蓋半徑優(yōu)于TDD-LTE13%，

覆蓋能力見(jiàn)表2。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)移動(dòng)通信LTE技術(shù)中兩種最主流的系統(tǒng)的對(duì)比分析，可以詳細(xì)的了解兩種制式的特點(diǎn)以及兩種制式存在的技術(shù)差異，深刻理解兩種先進(jìn)的移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并更好地運(yùn)用這兩種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，能有效的提升移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，使網(wǎng)絡(luò)布局得到更好的優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

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