LTE兩大制式淺析

申倩倩

（1.河南理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，河南 焦作 454000；中國(guó)聯(lián)通焦作市分公司，河南 焦作 454000）

在國(guó)內(nèi)3G 網(wǎng)絡(luò)商用近五年后，2013年12月4日中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通同時(shí)獲得了工信部發(fā)放的TD-LTE 4G 牌照，拿到了商用4G 網(wǎng)絡(luò)的資格。取得TD-LTE 牌照后，中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信高層沒(méi)有放棄力挺FDD-LTE 4G 制式，仍在積極申請(qǐng)F(tuán)DD-LTE 4G 牌照的發(fā)放。目前各大運(yùn)營(yíng)商都在積極備戰(zhàn)4G，4G 網(wǎng)絡(luò)正如火如荼的建設(shè)中。

2010年12月6日國(guó)際電信聯(lián)盟正式把LTE 稱為4G。LTE 是UTRA 的長(zhǎng)期演進(jìn)(Long Term Evolution，LTE)。LTE FDD 和LTE TDD是LTE 的兩種制式。那么TDD 和FDD 各有什么特點(diǎn)，在組網(wǎng)上各有什么優(yōu)劣呢？

FDD 和TDD 分別是頻分雙工和時(shí)分雙工的英文縮寫(xiě)。LTE FDD和LTE TDD 在技術(shù)規(guī)范上存在非常大的共通性和統(tǒng)一性，關(guān)鍵技術(shù)90%一致。LTE FDD 和LTE TDD 共享相同的二層和三層結(jié)構(gòu)，其區(qū)別主要是在物理層上，特別是物理層幀結(jié)構(gòu)相關(guān)的區(qū)別。由于LTE FDD和LTE TDD 在技術(shù)規(guī)范上的共通性，無(wú)論是在系統(tǒng)側(cè)和終端側(cè)都能比較容易實(shí)現(xiàn)對(duì)FDD 和TDD 雙模的支持。另一方面，LTE 系統(tǒng)開(kāi)始就同時(shí)針對(duì)FDD 和TDD 進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，因此FDD 和TDD 模式可以達(dá)到近似的頻譜利用效率。

FDD(頻分雙工) 和TDD (時(shí)分雙工) 是兩種不同的雙工方式。FDD是在分離的兩個(gè)對(duì)稱頻率信道上進(jìn)行接收和發(fā)送，用保護(hù)頻段來(lái)分離接收和發(fā)送信道。如GSM、CDMA 1X 的收發(fā)信道間隔為45 MHz，WCDMA 的間隔為190 MHz。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。

TDD (時(shí)分雙工)系統(tǒng)則是系統(tǒng)的發(fā)送和接收使用相同的頻段，上下行數(shù)據(jù)發(fā)送在時(shí)間上錯(cuò)開(kāi)，通過(guò)在不同時(shí)隙發(fā)送上下行數(shù)據(jù)。其單方向的資源在時(shí)間上不連續(xù)，時(shí)間資源依據(jù)不同時(shí)隙在兩個(gè)方向上進(jìn)行了分配。某個(gè)時(shí)間段由基站發(fā)送信號(hào)給移動(dòng)臺(tái)，另外的時(shí)間段由移動(dòng)臺(tái)發(fā)送信號(hào)給基站，基站和移動(dòng)臺(tái)之間必須協(xié)同一致才能順利工作。上下行數(shù)據(jù)發(fā)送在時(shí)間上錯(cuò)開(kāi)，通過(guò)在不同時(shí)隙發(fā)送上下行數(shù)據(jù)可有效避免上下行干擾。TD-SCDMA 就是典型的TDD 系統(tǒng)。

TDD 雙工方式和FDD 雙工方式比較各有其優(yōu)缺點(diǎn)，TDD 的優(yōu)勢(shì)如下：

（1）由于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，所以其占用了大量的頻段資源。現(xiàn)有的GSM 通信系統(tǒng)均采用FDD 雙工方式，一些零散頻譜資源由于FDD 不能使用而閑置，造成了頻譜資源的浪費(fèi)。隨著移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的大規(guī)模發(fā)展，各類(lèi)多媒體業(yè)務(wù)對(duì)于頻譜的需求日益增加，頻段資源在無(wú)線通信中就顯得尤其寶貴。由于LTE TDD 系統(tǒng)的發(fā)送和接收使用相同的頻段，無(wú)需成對(duì)的頻率，它可以將LTE FDD 系統(tǒng)所不易使用的零散頻段重新配置，具有一定的頻譜靈活性，能有效的提高頻譜利用率，節(jié)省頻段資源。

（2）在目前的移動(dòng)通信系統(tǒng)中，用戶的對(duì)通信的需求已經(jīng)不僅僅停留在語(yǔ)音業(yè)務(wù)上，各種各樣的數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)已經(jīng)逐漸占據(jù)了半壁江山。視頻點(diǎn)播、手機(jī)購(gòu)物等多媒體業(yè)務(wù)通常下行數(shù)據(jù)量明顯大于上行數(shù)據(jù)量，需要下行帶寬大于上行帶寬。而有一些業(yè)務(wù)有上傳業(yè)務(wù)需求，要求上行帶寬大于下行帶寬。在這一點(diǎn)上，LTE TDD 系統(tǒng)就顯示出來(lái)了優(yōu)勢(shì)。根據(jù)其幀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，LTE TDD 系統(tǒng)可以根據(jù)業(yè)務(wù)類(lèi)型靈活配置LTE TDD 幀的上下行配比，在支持不對(duì)稱業(yè)務(wù)方面具有很大的靈活性。

在FDD-LTE 系統(tǒng)中，在實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱業(yè)務(wù)時(shí)，它對(duì)上行信道資源就存在了浪費(fèi)，必須采用高速分組接入(HSPA)、EV-DO 和廣播/組播等技術(shù)。這一點(diǎn)上，TDD-LTE 系統(tǒng)能夠更好的支持不同類(lèi)型的業(yè)務(wù)，不會(huì)造成資源的浪費(fèi)。

（3）在LTE TDD 系統(tǒng)中，上下行鏈路使用的頻率相同，且間隔時(shí)間較短，小于信道相干時(shí)間，鏈路無(wú)線傳播環(huán)境差異不大，在使用賦形算法時(shí)，上下行鏈路可以使用相同的權(quán)值。在FDD 系統(tǒng)中，上下行鏈路信號(hào)傳播的無(wú)線環(huán)境受頻率選擇性衰落影響不同，根據(jù)上行鏈路計(jì)算得到的權(quán)值不能直接應(yīng)用于下行鏈路。因而，LTE TDD 系統(tǒng)能有效地降低移動(dòng)終端的處理復(fù)雜性。

（4）采用TDD 模式工作的系統(tǒng)，上下行鏈路工作于同一頻率，其電波傳輸上下行一致，特別適用于智能天線技術(shù)，通過(guò)智能天線具有的賦形，可以有效減少多徑干擾，提高設(shè)備的可靠性。而FDD 系統(tǒng)由于收發(fā)有一定的頻率間隔，它很難采用上述技術(shù)。同時(shí)，智能天線技術(shù)要求采多個(gè)小功率的線性功率放大器代替單一的大功率線性放大器，其價(jià)格遠(yuǎn)低于單一大功率線性放大器。從而TDD 模式在一定程度上降低了基站的制造成本。

TDD 雙工方式相較于FDD，同時(shí)存在著明顯的不足：

（1）FDD-LTE 實(shí)驗(yàn)網(wǎng)速度達(dá)到了150M，而TD-LTE 速率只有100M。

（2）TDD 方式的時(shí)間資源分別分給了上行和下行，因此TDD 方式的發(fā)射時(shí)間大約只有FDD 的一半，如果TDD 要發(fā)送和FDD 同樣多的數(shù)據(jù)，就要增大TDD 的發(fā)送功率。當(dāng)然同時(shí)也需要更加復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化技術(shù)。

（3）由于上下行信道占用同一頻段的不同時(shí)隙，為了保證上下行幀的準(zhǔn)確接收，TDD 系統(tǒng)對(duì)終端和基站的同步要求很高。

（4）TDD 系統(tǒng)基站的覆蓋范圍明顯小于FDD 基站。使用TDD 技術(shù)時(shí)，只要基站和移動(dòng)臺(tái)之間的上下行時(shí)間間隔不大，小于信道相干時(shí)間，就可以比較簡(jiǎn)單的根據(jù)對(duì)方的信號(hào)估計(jì)信道特征。而對(duì)于一般的FDD 技術(shù)，一般的上下行頻率間隔遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道相干帶寬，幾乎無(wú)法利用上行信號(hào)估計(jì)下行，也無(wú)法用下行信號(hào)估計(jì)上行；這一特點(diǎn)使得TDD 方式的移動(dòng)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(shì)。但也是因?yàn)檫@一點(diǎn)，TDD 系統(tǒng)的覆蓋范圍半徑要小，由于上下行時(shí)間間隔的緣故，基站覆蓋半徑明顯小于FDD 基站。

（5）TDD 系統(tǒng)收發(fā)信道同頻，無(wú)法進(jìn)行干擾隔離，系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)間存在干擾。TDD 系統(tǒng)能引起鄰區(qū)基站對(duì)本區(qū)基站、鄰區(qū)基站對(duì)本區(qū)移動(dòng)機(jī)、鄰區(qū)移動(dòng)機(jī)對(duì)本區(qū)基站及鄰區(qū)移動(dòng)機(jī)對(duì)本區(qū)移動(dòng)機(jī)四項(xiàng)干擾。使用FDD 可消除鄰近蜂窩區(qū)基站和本區(qū)基站之間的干擾。存在鄰區(qū)基站對(duì)本區(qū)移動(dòng)機(jī)的干擾及鄰區(qū)移動(dòng)機(jī)對(duì)本區(qū)基站的干擾。綜合對(duì)比的話，F(xiàn)DD 系統(tǒng)的抗干擾性能要好于TDD 系統(tǒng)。

（6）移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)速度受限制。在高速移動(dòng)時(shí)，多普勒效應(yīng)會(huì)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(dòng)速度不能太高。例如在使用了TDD 的TD-SCDMA 系統(tǒng)中，在目前芯片處理速度和算法的基礎(chǔ)上，當(dāng)數(shù)據(jù)率為144kb/s 時(shí)，TDD 的最大移動(dòng)速度可達(dá)250km/h，與FDD 系統(tǒng)相比，還有一定差距。一般TDD移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)速度只能達(dá)到FDD 移動(dòng)臺(tái)的一半甚至更低。

截止2013年11月13日，全球92 個(gè)國(guó)家和地區(qū)已部署244 張LTE 正式商用網(wǎng)絡(luò)，其中部署219 張F(tuán)DD-LTE 商用網(wǎng)絡(luò)，13 張TDLTE 商用網(wǎng)絡(luò)，12 家運(yùn)營(yíng)商部署雙模網(wǎng)絡(luò)。全球近90%的商用網(wǎng)絡(luò)是FDD-LTE。從國(guó)際上運(yùn)營(yíng)商的商用情況來(lái)看，F(xiàn)DD-LTE 產(chǎn)業(yè)鏈更為成熟。但是在4G 時(shí)代中誰(shuí)會(huì)占據(jù)更大的市場(chǎng)份額，要看市場(chǎng)需求和競(jìng)爭(zhēng)的需要。

FDD 模式與TDD 模式在技術(shù)上差異較少而共性更多，兩者互有長(zhǎng)短。在我國(guó)未來(lái)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，可以依靠FDD 模式實(shí)現(xiàn)信號(hào)的廣覆蓋與漫游，在人口密集地區(qū)，發(fā)揮TDD 模式的積極作用。將兩種模式網(wǎng)絡(luò)不斷吸取新技術(shù)共同發(fā)展，為移動(dòng)用戶提供超越以往的新體驗(yàn)，F(xiàn)DD 模式與TDD 模式將各自在未來(lái)的通信市場(chǎng)中占據(jù)自己的一席之地。

［1］聶超.LTE TDD 與LTE FDD 技術(shù)比較[J].科技風(fēng)，2011(14).

［2］朱雪田，孫震強(qiáng).TDD 的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用前景[J].電信科學(xué)，2007(06) .

［3］陳君.基于TDD 的B3G/4G 關(guān)鍵技術(shù)探討[J].科技咨詢導(dǎo)報(bào)，2007(07).

［4］李珊.全球3G 及LTE 發(fā)展與演進(jìn)[J].中國(guó)無(wú)線電，2012(01).

［5］趙然.LTE 關(guān)鍵技術(shù)原理及其應(yīng)用探討[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2012(02).