無線通信TDD與FDD技術(shù)發(fā)展研究

劉志堅(jiān)

廣東南方電信規(guī)劃咨詢設(shè)計(jì)院有限公司，廣東惠州 516000

摘 要 智能終端設(shè)備的發(fā)展，推動(dòng)了通信技術(shù)的更新?lián)Q代，對高帶寬數(shù)據(jù)流量的需求，推動(dòng)我國通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了3G向4G時(shí)代快速升級。三大運(yùn)營商LTE牌照獲得快速審批，按照工信部的要求，我國LTE建設(shè)采用TDD、FDD兩種組網(wǎng)技術(shù)。中國移動(dòng)受制于TD-SCDMA的網(wǎng)速，快速完成了其基于TDD技術(shù)的4G升級，而中國電信與中國聯(lián)通則采取了TDD與FDD混合組網(wǎng)的4G網(wǎng)絡(luò)。本文對比了FDD與TDD組網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)，分析了TDD、FDD融合組網(wǎng)技術(shù)。

關(guān)鍵詞 網(wǎng)絡(luò)通信；LTE-TDD；LTE-FDD；4G；5G

中圖分類號 TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）13-0104-02

近年來，移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展迅猛，寬帶化、IP化、移動(dòng)化成為無線通信系統(tǒng)發(fā)展的方向。在寬帶無線接入領(lǐng)域，3G技術(shù)受到了來自WiMAX、Wi-Fi技術(shù)的強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)，為了實(shí)現(xiàn)3G技術(shù)升級，長期演進(jìn)（Long Term Evolution，LTE）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，以逐步多度到B3G和4G階段。LTE改進(jìn)完成后，可以用更低的成本實(shí)現(xiàn)更高的無線數(shù)據(jù)傳輸速率、更大的系統(tǒng)容量和更廣的覆蓋范圍。

1 FDD與TDD通信技術(shù)原理

LTE支持兩種不同的工作方式：時(shí)分雙工（TDD）和頻分雙工（FDD）。

時(shí)分雙工（TDD）中收、發(fā)信道依靠時(shí)間區(qū)分。在相同頻段下，TDD在信道的不同時(shí)隙進(jìn)行接收和發(fā)送工作，時(shí)間上的錯(cuò)配可以有效避免上下行數(shù)據(jù)間的干擾。比如基站在某一時(shí)刻將信號發(fā)送給移動(dòng)臺(tái)，移動(dòng)臺(tái)則在另一時(shí)刻發(fā)送信號給基站，移動(dòng)臺(tái)與基站間的數(shù)據(jù)傳輸依靠預(yù)定的通信機(jī)制完成。

頻分雙工（FDD）中數(shù)據(jù)接收、發(fā)送工作在不同的頻率，雙工間隔工作在不同的上下行頻率間。作為區(qū)分上下行鏈路的標(biāo)志，F(xiàn)DD依靠成對頻率，上下行數(shù)據(jù)在時(shí)間上是連續(xù)的。在進(jìn)行對稱數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，F(xiàn)DD可以最大限度利用上下行頻譜；然而，在進(jìn)行非對稱業(yè)務(wù)傳輸時(shí)，這種利用率將變得很差。

2 LTE-TDD與LTE-FDD優(yōu)缺點(diǎn)分析

LTE-TDD、LTE-FDD具備各自的優(yōu)缺點(diǎn)和不同的應(yīng)用領(lǐng)域，LTE-TDD的優(yōu)勢在于更加高效的物理層架構(gòu)、無線資源配置和更簡潔的幀結(jié)構(gòu)。

2.1 LTE-TDD的技術(shù)特點(diǎn)

1）TDD有靈活的頻率配置機(jī)制，零碎頻段得以利用，上下行數(shù)據(jù)傳輸可以使用非對稱帶寬頻段；2）當(dāng)基站與移動(dòng)臺(tái)間上下行數(shù)據(jù)傳輸間隔小于信道相干時(shí)間可，利用TDD技術(shù)可以估計(jì)對方信號的信道特征；3）在移動(dòng)通信系統(tǒng)中廣泛采用分集結(jié)合技術(shù)來縮短信道的衰落周期；4）CDMA系統(tǒng)工作于多徑環(huán)境時(shí)具有明顯優(yōu)勢，其RAKE接收機(jī)可以獲得很好的多徑分集增益；5）終端設(shè)備向著低成本、多模化小型易攜帶方向發(fā)展，這也成為了未來移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

2.2 LTE-TDD的技術(shù)不足

1）CMDA移動(dòng)通信系統(tǒng)工作在TDD模式下，會(huì)受到上下行鏈路以及不同運(yùn)營商間的干擾；2）TDD模式上下行鏈路工作在相同頻率，信號發(fā)射機(jī)可以通過接受到的信號計(jì)算出多徑信號的快衰落周期時(shí)間，但這是基于幀長度小于相干時(shí)間這個(gè)大前提；3）在TDD系統(tǒng)CDMA模式下，基站無法處理進(jìn)行接收和發(fā)送請求，基站進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送過程中，移動(dòng)終端處于等待狀態(tài)。同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸過程中，同一小區(qū)的不同用戶以及用戶與基站間必須保持高度同步，大量不同用戶間的不同步會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾；用戶與基站間的不同步會(huì)堵塞通信信道，而采用FDD工作方式的CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)，從根本上杜絕了以后類似事件的發(fā)生。

3 FDD與TDD融合組網(wǎng)技術(shù)

3.1 LTE融合組網(wǎng)同步技術(shù)

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)融合組網(wǎng)包括兩方面內(nèi)容：時(shí)間融合同步與頻率融合同步。頻率融合同步適用范圍廣，幾乎可以應(yīng)用于所有移動(dòng)終端設(shè)備。當(dāng)終端快速移動(dòng)時(shí)，會(huì)受到多普勒頻移效應(yīng)的影響，在TDD和FDD工作模式下，F(xiàn)DD可以極大地消除頻移效應(yīng)對移動(dòng)終端通信穩(wěn)定性的影響。時(shí)間同步技術(shù)可以解決高干對TDD系統(tǒng)帶來的影響；在解決GSM系統(tǒng)對FDD系統(tǒng)的通信干擾時(shí)，時(shí)間同步有時(shí)也會(huì)被運(yùn)用到FDD通信系統(tǒng)。在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)融合組網(wǎng)過程中，LTE無線融合同步技術(shù)可以很好地解決諸多問題，但同時(shí)也一直受到外界干擾的制約，尋求更加可靠的抗干擾技術(shù)方案和手段是未來融合組網(wǎng)中同步技術(shù)的研究方向。

3.2 FDD與TDD雙模通信終端數(shù)據(jù)復(fù)用與分流技術(shù)

TDD與FDD兩種工作模式在功能上是一致的，這位雙模的網(wǎng)絡(luò)融合提供了現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)，二者的區(qū)別主要存在于物理層面。在融合組網(wǎng)的第三階段，對于通信運(yùn)營商來說有兩種技術(shù)方案：一是雙連接技術(shù)；二是載波聚合技術(shù)。

載波聚合技術(shù)建設(shè)成本低，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)速峰值的短期快速提升；雙連接技術(shù)可操作性強(qiáng)，組網(wǎng)方式靈活，不易受到基站、廠商的制約。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到第三階段是一個(gè)關(guān)鍵的階段，不同運(yùn)營商對技術(shù)方案的選擇也不盡相同。但就我國目前的實(shí)際情況來看，設(shè)備廠商眾多、接口不規(guī)范、基站選址復(fù)雜多變，雙連接技術(shù)成為最實(shí)際可行的方案。

3.3 eNB設(shè)置規(guī)則

工作于TDD和FDD融合組網(wǎng)覆蓋區(qū)域的移動(dòng)終端設(shè)備，當(dāng)處于短暫低電平位置時(shí)，終端設(shè)備會(huì)上傳A5與A2測量指令；當(dāng)處于普遍性高于相鄰A5電平狀態(tài)時(shí)，融合組網(wǎng)的eNB機(jī)制會(huì)對該區(qū)域進(jìn)行重新定向，此時(shí)終端會(huì)連接到新的網(wǎng)絡(luò)融合區(qū)域，但實(shí)時(shí)的操作會(huì)瞬間中斷。終端設(shè)備啟動(dòng)RRC機(jī)制對高電平區(qū)域進(jìn)行連接，以保證通信網(wǎng)絡(luò)暢通。在被覆蓋區(qū)域的PRB利用率超過臨界限制時(shí)，融合組網(wǎng)區(qū)域的eNB就會(huì)長傳系統(tǒng)busy指令，同時(shí)向移動(dòng)終端設(shè)備發(fā)送A4門限指令，直至目標(biāo)區(qū)域的電平回落至A4門限以下，融合網(wǎng)絡(luò)的eNB機(jī)制完成一次順利切換，上傳完成指令。

4 5G通信技術(shù)發(fā)展展望

第五代移動(dòng)通信技術(shù)簡稱5G，它是4G技術(shù)的升級版。高數(shù)據(jù)傳輸速率是5G時(shí)代最主要的特點(diǎn)，各技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案間的最大傳輸速率略有差異，但最少的也達(dá)到了10Gbit的傳輸速率，相當(dāng)于現(xiàn)有4G技術(shù)的100倍之多。2015年3月，英國研究人員進(jìn)行的100m測試結(jié)果達(dá)到了125GB，相比于現(xiàn)行的4G技術(shù)，達(dá)到了驚人的萬余倍。5G需要更多的接入點(diǎn)，以補(bǔ)償能量的衰減，實(shí)現(xiàn)低能耗、低延時(shí)目標(biāo)。滿足未來終端小型化、模塊化、集成化的發(fā)展需求。其技術(shù)特點(diǎn)如下：1）高頻傳輸技術(shù)；2）多天線傳輸技術(shù)；3）同時(shí)同頻全雙工技術(shù)；4）設(shè)備到設(shè)備技術(shù)；5）密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；6）軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

5 結(jié)論與展望

我們已經(jīng)進(jìn)入到了一個(gè)高速移動(dòng)互聯(lián)的大數(shù)據(jù)時(shí)代，谷歌公司執(zhí)行董事長埃里克·施密特在2017年初的座談會(huì)上更是大膽預(yù)測：互聯(lián)網(wǎng)即將消失，一個(gè)高度集成化、互動(dòng)化的物聯(lián)網(wǎng)將成為未來的趨勢。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)首先需要堅(jiān)強(qiáng)通信網(wǎng)架的支持，為了滿足高速數(shù)據(jù)傳輸需求，4G通信網(wǎng)絡(luò)也必然會(huì)快速向5G網(wǎng)絡(luò)升級。

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