FDD LTE與TD-LTE差異分析

王美玲

【摘要】 LTE技術(shù)分為TDD和FDD兩種制式，盡管在協(xié)議中二者很多特性趨于一致，但是由于雙工模式、幀結(jié)構(gòu)等不同仍然導(dǎo)致它們存在一些性能上的差異。本文重點分析了二者在HARQ過程中的差異，并通過計算進一步比較了峰值傳輸速率。

【關(guān)鍵詞】 TDD FDD 差異 吞吐量

一、HARQ過程

FDD和TDD在HARQ過程中存在的差異：一是初傳數(shù)據(jù)與ACK/NACK之間的定時關(guān)系差異；二是HARQ進程數(shù)的差異。

1.1初傳數(shù)據(jù)與ACK/NACK之間的定時關(guān)系

FDD中ACK/NACK與初傳數(shù)據(jù)存在4TTI的定時關(guān)系，處理時間固定為8ms。

TDD中由于子幀配置不同故4TTI之后不一定得到期望的上行或下行子幀，所以ACK/NACK與初傳數(shù)據(jù)之間的定時關(guān)系并不是一個常數(shù)。按協(xié)議規(guī)定，上下行子幀與ACK/ NACK反饋之間的對應(yīng)關(guān)系見表1。

1.2 HARQ進程數(shù)

對于FDD來說HARQ的進程數(shù)固定為8，而對于TDD來說，HARQ進程數(shù)為HARQ最小RTT時間中包含的同一發(fā)送方向的子幀數(shù)目。

TDD中基站首先通過PDCCH或PHICH發(fā)送消息或者HARQ指示，經(jīng)過一定傳輸時延到達(dá)UE，UE對信息進行處理時間約為3毫秒，經(jīng)過等待時延，當(dāng)上行子幀到來時由PUSCH發(fā)出上行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，同樣經(jīng)過傳輸時延到達(dá)基站，基站根據(jù)消息對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行處理，等待在下一個下行子幀發(fā)送消息，這是一個完整的HARQ流程。由此可知，TDD系統(tǒng)中HARQ過程的RTT，受傳輸時延、接收時延、處理時延以及等待時延構(gòu)成。

下面根據(jù)表1，以TDD系統(tǒng)子幀配置1為例計算TDD中HARQ進程數(shù)。以P代表HARQ傳輸進程中開始傳輸數(shù)據(jù)的子幀，基站通過PHICH反饋ACK/NACK后，處理時間為3毫秒，進行非自適應(yīng)重傳，則UE在上行子幀12進行數(shù)據(jù)傳輸，中間跨度為10個無線幀，RTT為10毫秒，在這10毫秒中有4個上行子幀，為了避免上行子幀的浪費，需要在這些上行子幀上發(fā)送其他進程的數(shù)據(jù)，因此子幀配比為1情況下上行HARQ進程數(shù)為4。

根據(jù)上面的分析方法，可計算得出TDD上行和下行的HARQ進程數(shù)如表2所示：

值得注意的是，子幀配比為0時，上下行配比為DL：UL=2：3，一個下行子幀反饋兩個上行子幀的ACK/NACK的信息，此時需要區(qū)分反饋信息屬于哪個上行子幀所對應(yīng)的進程。

二、理論峰值傳輸速率

LTE系統(tǒng)峰值傳輸速率可以根據(jù)實際使用的MCS和TBS進行計算，也可以根據(jù)帶寬資源進行估算。本文僅僅是進行理論峰值傳輸速率的估算，所以采用帶寬資源估算的方法。

2.1下行峰值吞吐量

FDD和TDD共同的開銷包括控制信道開銷、參考信號開銷、同步信道開銷以及廣播信道開銷等。但是由于TDDLTE中GP無法傳輸有效信息會產(chǎn)生額外開銷。本文中的計算方法參考的系統(tǒng)配置信息為：系統(tǒng)帶寬：20MHz；天線數(shù)：2；下行調(diào)制方式：64QAM；碼率：5/6；PDSCH所占用的符號數(shù)：3；PHICH組數(shù)：13。

每幀中的總符號數(shù)減去總開銷即可得到每幀中用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆枖?shù)。

根據(jù)上述系統(tǒng)配置，常規(guī)循環(huán)前綴CP下，LTE FDD每幀中的符號數(shù)為168000，對于TDD LTE以上下行配置1，特殊子幀配置7為例，由表1可知有效下行子幀數(shù)為5.43，同樣可知TDD每幀中符號數(shù)為91200。

1、控制信道開銷

一個子幀中所占用的控制信道符號數(shù)為12*3，扣除2天線時3個符號處RS所占用的符號數(shù)，可得每幀中控制信道所占用的符號數(shù)為（12*3-4）/168*每幀中的符號數(shù)。

2、參考信號開銷

每幀中參考信號開銷為一個RB中參考信號*20MHZ RB數(shù)*每幀中的時隙數(shù)。

3、 PBCH開銷

PBCH總共占用的符號數(shù)為每個RB包含的（PBCH符號數(shù)-參考信號符號數(shù)）*6

通過上述計算可得TDD與FDD下行鏈路開銷如表3所示：

系統(tǒng)下行吞吐量=有效下行符號數(shù)*調(diào)制方式下每符號比特數(shù)*碼率*天線數(shù)

由表可計算得，每幀中的下行PDSCH符號數(shù)對于TDD和FDD分別為：63702.9和118560。因此可知TDD和FDD下行吞吐量分別為118.56Mbit/s，63.70Mbit/s。

2.2上行峰值吞吐量

上行信道開銷主要為PUCCH開銷、PRACH開銷以及上行解調(diào)參考信號和探測信號開銷。假設(shè)上行PUCCH和PRACH所占用的RB數(shù)分別為8和6；上行解調(diào)參考信號和探測參考信號在每個子幀中分別占用2個和1個OFDM符號，則上行吞吐量=（每幀中的符號總數(shù)-上行信道開銷）*調(diào)制方式下每符號比特數(shù)。

假設(shè)去除PUCCH和PRACH后剩余符號數(shù)為x，上行采用16QAM調(diào)制方式，通過計算可知，TDD LTE上行峰值吞吐量=（x-1/7x-1/14x）*4=19.114Mbit/s，同理可知FDD上行峰值吞吐量為48.259Mbit/s。

在3GPP TS 25.913中規(guī)定，F(xiàn)DD LTE系統(tǒng)下行瞬時峰值速率要達(dá)到100Mbit/s，上行50Mbit/s，通過上述計算可知FDD系統(tǒng)可以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。然而由于TDD系統(tǒng)上下行是共享帶寬的，因此不能通過瞬時峰值速率來比較其于FDD系統(tǒng)的性能，通常采用頻譜效率來進行性能評估。

三、結(jié)束語

FDD和TDD的差異影響了二者在穿透損耗、覆蓋性能以及吞吐量等方面的性能。TDD由于上下行子幀可以靈活配置，更適合于不對稱業(yè)務(wù)，并且TDD的時分雙工方式導(dǎo)致其TX/RX簡單，上下行信道特性一致，信道反饋信道更加準(zhǔn)確但是相對的其HARQ等機制卻更加復(fù)雜。而對于FDD來說，由于頻段和雙工方式的影響使得其時延較低，覆蓋性好，同樣條件下FDD峰值吞吐量更好些。充分掌握LTE兩種制式的差異，可以為更好的進行業(yè)務(wù)測試打下基礎(chǔ)，對于最終實現(xiàn)互操作和融合組網(wǎng)也具有積極的促進作用。但是總結(jié)來說二者各有優(yōu)缺點，在未來的發(fā)展中相信二者會相輔相成，相互融合共同發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

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[3]陳書貞，張璇，王玉鎮(zhèn)，文志成.LTE關(guān)鍵技術(shù)與無線性能[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.10

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