1、LTE TDD與LTE FDD技術簡介和比較摘要：UTRA 的長期演進(Long Term Evolution ,LTE) 技術存在LTE FDD和LTE TDD兩大陣營，本文在比較分析TDD和FDD技術特點的基礎上，對LTE TDD（即TD-LTE）的特有技術進行了總結，并結合中國移動現有的網絡部署和TDD頻段資源情況，對LTE TDD和LTE FDD的應用前景進行了初步分析。1、引言隨著移動通信技術的蓬勃發展，無線通信系統呈現出移動化、寬帶化和IP 化的趨勢，移動通信市場的競爭也日趨激烈。為應對來自WiMAX ，Wi-Fi 等傳統和新興無線寬帶接入技術的挑戰，提高3G在寬帶無線接入市場的競

2、爭力，3GPP 開展UTRA長期演進(Long Term Evolution ,LTE) 技術的研究，以實現3G技術向B3G和4G的平滑過渡。LTE的改進目標是實現更高的數據速率、更短的時延、更低的成本，更高的系統容量以及改進的覆蓋范圍。LTE系統同時定義了頻分雙工(Frequency Division Duplexing, FDD) 和時分雙工(Time Division Duplexing, TDD) 兩種方式，但由于無線技術的差異、使用頻段的不同以及各個廠家的利益等因素，LTE FDD支持陣營更加強大，標準化與產業發展都領先于LTE TDD。2007年11月，3GPP RAN1會議通過了

3、27家公司聯署的LTE TDD融合幀結構的建議，統一了LTE TDD的兩種幀結構。融合后的LTE TDD幀結構是以TD-SCDMA的幀結構為基礎的，這就為TD-SCDMA成功演進到LTE乃至4G標準奠定了基礎。TDD幀結構的融合使更多的廠商參與到TDD的標準化進程中，LTE TDD技術受到了廣泛的重視，其產業化進程也有了顯著的發展。本文在比較分析TDD和FDD技術特點的基礎上，總結了TD-LTE系統的特有技術，并結合中國移動現有的網絡部署和TDD頻段資源情況，對LTE TDD和LTE FDD的應用前景進行了分析。2、FDD與TDD工作原理頻分雙工(FDD) 和時分雙工(TDD) 是兩種不同的雙

4、工方式。如圖1所示，FDD是在分離的兩個對稱頻率信道上進行接收和發送，用保護頻段來分離接收和發送信道。FDD必須采用成對的頻率，依靠頻率來區分上下行鏈路，其單方向的資源在時間上是連續的。FDD在支持對稱業務時，能充分利用上下行的頻譜，但在支持非對稱業務時，頻譜利用率將大大降低。TDD用時間來分離接收和發送信道。在TDD 方式的移動通信系統中, 接收和發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送信號給移動臺，另外的時間由移動臺發送信號給基站，基站和移動臺之間必須協同一致才能順利工作。圖1：FDD和TDD的工

5、作原理TDD 雙工方式的工作特點使TDD具有如下優勢： （1）能夠靈活配置頻率，使用FDD 系統不易使用的零散頻段；（2）可以通過調整上下行時隙轉換點，提高下行時隙比例，能夠很好的支持非對稱業務；（3）具有上下行信道一致性，基站的接收和發送可以共用部分射頻單元，降低了設備成本；（4）接收上下行數據時，不需要收發隔離器，只需要一個開關即可，降低了設備的復雜度；（5）具有上下行信道互惠性，能夠更好的采用傳輸預處理技術，如預RAKE 技術、聯合傳輸(JT)技術、智能天線技術等, 能有效地降低移動終端的處理復雜性。但是，TDD雙工方式相較于FDD，也存在明顯的不足：（1）由于TDD方式的時間資源分別分

6、給了上行和下行，因此TDD方式的發射時間大約只有FDD的一半，如果TDD要發送和FDD同樣多的數據，就要增大TDD的發送功率；（2）TDD系統上行受限，因此TDD基站的覆蓋范圍明顯小于FDD基站；（3）TDD系統收發信道同頻，無法進行干擾隔離，系統內和系統間存在干擾；（4）為了避免與其他無線系統之間的干擾，TDD需要預留較大的保護帶，影響了整體頻譜利用效率。3、TD-LTE系統特有技術LTE系統同時定義了頻分雙工(FDD) 和時分雙工(TDD) 兩種雙工方式，并分別設計了FDD和TDD的幀結構1。FDD模式下，10ms的無線幀被分為10個子幀,每個子幀包含兩個時隙，每時隙長0.5ms。TDD模

7、式下，每個10ms無線幀包括2個長度為5ms的半幀，每個半幀由4個數據子幀和1個特殊子幀組成，如圖2所示。特殊子幀包括3個特殊時隙：DwPTS，GP和UpPTS，總長度為1ms。DwPTS和UpPTS的長度可配置，DwPTS的長度為312個OFDM符號，UpPTS的長度為12個OFDM符號，相應的GP長度為110個OFDM符號。LTE支持5ms和10ms上下行切換點。對于5ms上下行切換周期，子幀2和7總是用作上行。對于10ms上下行切換周期，每個半幀都有DwPTS；只在第1個半幀內有GP和UpPTS，第2個半幀的DwPTS長度為1ms。UpPTS和子幀2用作上行，子幀7和9用作下行。圖2：L

8、TE TDD幀結構由于TDD幀結構與FDD幀結構不同，TD-LTE系統具有一些特有技術。（1）上下行配比LTE TDD中支持不同的上下行時間配比，上下行時間比不總是“1:1”（見表1），可以根據不同的業務類型，調整上下行時間配比，以滿足上下行非對稱的業務需求。表1：不同幀周期的上下行配比（2）特殊時隙的應用為了節省網絡開銷，TD-LTE允許利用特殊時隙DwPTS和UpPTS傳輸系統控制信息。LTE FDD中用普通數據子幀傳輸上行sounding導頻，而TDD系統中，上行sounding導頻可以在UpPTS上發送。另外，DwPTS也可用于傳輸PCFICH、PDCCH、PHICH、PDSCH和P-

9、SCH等控制信道和控制信息。其中，DwPTS時隙中下行控制信道的最大長度為兩個符號，且主同步信道固定位于DwPTS的第三個符號。（3）多子幀調度/反饋和FDD不同，TDD系統不總是存在1:1的上下行比例。當下行多于上行時，存在一個上行子幀反饋多個下行子幀，TD-LTE提出的解決方案有：multi-ACK/NAK，ACK/NAK捆綁（bundling）等。當上行子幀多于下行子幀時，存在一個下行子幀調度多個上行子幀（多子幀調度）的情況。（4）同步信號設計除了TDD固有的特性之外（上下行轉換、特殊時隙等），TDD幀結構與FDD幀結構的主要區別在于同步信號的設計。LTE 同步信號的周期是5ms，分為主

10、同步信號（PSS）和輔同步信號（SSS）。LTE TDD和FDD幀結構中，同步信號的位置/相對位置不同，如圖3所示。在TDD幀結構中，PSS位于DwPTS的第三個符號，SSS位于5ms第一個子幀的最后一個符號；在FDD幀結構中，主同步信號和輔同步信號位于5ms第一個子幀內前一個時隙的最后兩個符號。利用主、輔同步信號相對位置的不同，終端可以在小區搜索的初始階段識別系統是TDD還是FDD。圖3：FDD和TDD的同步信號設計（5）HARQ的設計LTE FDD 系統中，HARQ的RTT（Round Trip Time）固定為8ms，且ACK/NACK位置固定，如圖4所示。TD-LTE系統中HARQ的設

11、計原理與LTE FDD相同，但是實現過程卻比LTE FDD復雜，由于TDD上下行鏈路在時間上是不連續的，UE發送ACK/NACK的位置不固定，而且同一種上下行配置的HARQ的RTT長度都有可能不一樣，這樣增加了信令交互的過程和設備的復雜度。如圖4所示，LTE FDD系統中，UE發送數據后，經過3ms的處理時間，系統發送ACK/NACK，UE再經過3ms的處理時間確認，此后，一個完整的HARQ處理過程結束，整個過程耗費8ms。在LTE TDD系統中，UE發送數據，3ms處理時間后，系統本來應該發送ACK/NACK，但是經過3ms處理時間的時隙為上行，必須等到下行才能發送ACK/NACK。系統發送

12、ACK/NACK后，UE再經過3ms處理時間確認，整個HARQ處理過程耗費11ms。類似的道理，UE如果在第2個時隙發送數據，同樣，系統必須等到DL時隙時才能發送ACK/NACK，此時，HARQ的一個處理過程耗費10ms。可見，LTE TDD系統HARQ的過程復雜，處理時間長度不固定，發送ACK/NACK的時隙也不固定，給系統的設計增加了難度。圖4：FDD和TDD 的HARQ 設計4、LTE TDD與LTE FDD的比較LTE TDD在幀結構、物理層技術、無線資源配置等方面具有自己獨特的技術特點，與LTE FDD相比，具有特有的優勢，但也存在一些不足。4.1、LTE TDD的優勢（1）頻譜配置

13、頻段資源是無線通信中最寶貴的資源，隨著移動通信的發展，多媒體業務對于頻譜的需求日益增加。現有的通信系統GSM900和GSM1800均采用FDD雙工方式，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系統無需成對的頻率, 可以方便的配置在LTE FDD 系統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。另外，中國已經為TDD 劃分了155 MHz 的頻段(如圖5所示) ,為LTE TDD的應用創造了條件。因此，在頻段資源方面，LTE TDD系統和LTE FDD系統具有更大的優勢。中國移動可以針對不同

14、的頻段資源，分別部署LTE TDD系統和LTE FDD系統，充分利用頻譜資源。 圖5：中國為TDD劃分的頻段（2）支持非對稱業務在第三代移動通信系統以及未來的移動通信系統中,除了提供語音業務之外，數據和多媒體業務將成為主要內容，且上網、文件傳輸和多媒體業務通常具有上下行不對稱特性。LTE TDD系統在支持不對稱業務方面具有一定的靈活性。根據LTE TDD幀結構的特點，LTE TDD系統可以根據業務類型靈活配置LTE TDD幀的上下行配比。如瀏覽網頁、視頻點播等業務，下行數據量明顯大于上行數據量，系統可以根據業務量的分析，配置下行幀多于上行幀情況，如 6DL:3UL ，7DL:2UL，8DL:1

15、UL，3DL:1UL等。而在提供傳統的語音業務時，系統可以配置下行幀等于上行幀，如2DL:2UL。在LTE FDD系統中, 非對稱業務的實現對上行信道資源存在一定的浪費, 必須采用高速分組接入(HSPA) 、EV-DO 和廣播/組播等技術。相對于LTE FDD系統，LTE TDD系統能夠更好的支持不同類型的業務，不會造成資源的浪費。（3）智能天線的使用智能天線技術是未來無線技術的發展方向，它能降低多址干擾，增加系統的吞吐量。在LTE TDD系統中, 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值。與之不同的

16、是, 由于FDD 系統上下行鏈路信號傳播的無線環境受頻率選擇性衰落影響不同, 根據上行鏈路計算得到的權值不能直接應用于下行鏈路。因而, LTE TDD系統能有效地降低移動終端的處理復雜性。另外，在LTE TDD系統中，由于上下行信道一致, 基站的接收和發送可以共用部分射頻單元, 從而在一定程度上降低了基站的制造成本。（4）與TD-SCDMA的共存LTE TDD系統還有一個LTE FDD無法比擬的優勢，就是LTE TDD系統能夠與TD-SCDMA系統共存。對現有通信系統來說，目前的數據傳輸速率已經無法滿足用戶日益增長的需求，運營商必須提前規劃現有通信系統向B3G/4G系統的平滑演進。由于LTE

17、TDD幀結構基于我國TD-SCDMA的幀結構，能夠方便的實現TD-LTE系統與TD-SCDMA系統的共存和融合。如圖6所示，以5ms 的子幀為基準，TD-SCDMA有7個子幀，且特殊時隙是固定的，TD-LTE通過調整特殊時隙的長度，就能夠保證兩個系統的GP時隙重合（上下行切換點），從而實現兩個系統的融合。圖6：TD-SCDMA與TD-LTE融合4.1、LTE TDD的不足由于LTE TDD在同一幀中傳輸上下行兩個鏈路，系統設計更加復雜，對設備的要求較高，存在一些不足：（1）由于保護間隔的使用降低了頻譜利用率，特別是提供廣覆蓋的時候，使用長CP，對頻譜資源造成了浪費。（2）使用HARQ技術時，LTE TDD使用的控制信令比LTE FDD更復雜，且平均RTT 稍長于LTE FDD的8ms。（3）由于上下行信道占用同一頻段的不同時隙，為了保證上下行幀的準確接收，系統對終端和基站的同步要求很高。為了補償LTE TDD系統的不足，LTE TDD 系統采用了一些新技術，