LTE TDD与LTE FDD技术工作原理和优势对比

1、引言

随着移动通信技术的蓬勃发展，无线通信系统呈现出移动化、宽带化和IP 化的趋势，移动通信市场的竞争也日趋激烈。为应对来自WiMAX ，Wi-Fi 等传统和新兴无线宽带接入技术的挑战，提高3G在宽带无线接入市场的竞争力，3GPP 开展UTRA长期演进(Long Term Evolution ,LTE) 技术的研究，以实现3G技术向B3G和4G的平滑过渡。LTE的改进目标是实现更高的数据速率、更短的时延、更低的成本，更高的系统容量以及改进的覆盖范围。

LTE系统同时定义了频分双工(Frequency Division Duplexing, FDD) 和时分双工(Time Division Duplexing, TDD) 两种方式，但由于无线技术的差异、使用频段的不同以及各个厂家的利益等因素，LTE FDD支持阵营更加强大，标准化与产业发展都领先于LTE TDD。2007年11月，3GPP RAN1会议通过了27家公司联署的LTE TDD融合帧结构的建议，统一了LTE TDD的两种帧结构。融合后的LTE TDD帧结构是以TD-SCDMA的帧结构为基础的，这就为TD-SCDMA成功演进到LTE乃至4G标准奠定了基础。

TDD帧结构的融合使更多的厂商参与到TDD的标准化进程中，LTE TDD技术受到了广泛的重视，其产业化进程也有了显著的发展。本文在比较分析TDD和FDD技术特点的基础上，总结了TD-LTE系统的特有技术，并结合中国移动现有的网络部署和TDD频段资源情况，对LTE TDD和LTE FDD的应用前景进行了分析。

2、FDD与TDD工作原理

频分双工(FDD) 和时分双工(TDD) 是两种不同的双工方式。如图1所示，FDD是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送，用保护频段来分离接收和发送信道。FDD必须采用成对的频率，依靠频率来区分上下行链路，其单方向的资源在时间上是连续的。FDD在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时，频谱利用率将大大降低。

TDD用时间来分离接收和发送信道。在TDD 方式的移动通信系统中, 接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载, 其单方向的资源在时间上是不连续的，时间资源在两个方向上进行了分配。某个时间段由基站发送信号给移动台，另外的时间由移动台发送信号给基站，基站和移动台之间必须协同一致才能顺利工作。

图1：FDD和TDD的工作原理

TDD 双工方式的工作特点使TDD具有如下优势： （1）能够灵活配置频率，使用FDD 系统不易使用的零散频段； （2）可以通过调整上下行时隙转换点，提高下行时隙比例，能够很好的支持非对称业务； （3）具有上下行信道一致性，基站的接收和发送可以共用部分射频单元，降低了设备成本； （4）接收上下行数据时，不需要收发隔离器，只需要一个开关即可，降低了设备的复杂度； （5）具有上下行信道互惠性，能够更好的采用传输预处理技术，如预RAKE 技术、联合传输(JT)技术、智能天线技术等, 能有效地降低移动终端的处理复杂性。 但是，TDD双工方式相较于FDD，也存在明显的不足： （1）由于TDD方式的时间资源分别分给了上行和下行，因此TDD方式的发射时间大约只有FDD的一半，如果TDD要发送和FDD同样多的数据，就要增大TDD的发送功率； （2）TDD系统上行受限，因此TDD基站的覆盖范围明显小于FDD基站； （3）TDD系统收发信道同频，无法进行干扰隔离，系统内和系统间存在干扰； （4）为了避免与其他无线系统之间的干扰，TDD需要预留较大的保护带，影响了整体频谱利用效率。

3、TD-LTE系统特有技术

LTE系统同时定义了频分双工(FDD) 和时分双工(TDD) 两种双工方式，并分别设计了FDD和TDD的帧结构[1]。FDD模式下，10ms的无线帧被分为10个子帧,每个子帧包含两个时隙，每时隙长0.5ms。TDD模式下，每个10ms无线帧包括2个长度为5ms的半帧，每个半帧由4个数据子帧和1个特殊子帧组成，如图2所示。特殊子帧包括3个特殊时隙：DwPTS，GP和UpPTS，总长度为1ms。DwPTS和UpPTS的长度可配置，DwPTS的长度为3～12个OFDM符号，UpPTS的长度为1～2个OFDM符号，相应的GP长度为1～10个OFDM符号。
LTE支持5ms和10ms上下行切换点。对于5ms上下行切换周期，子帧2和7总是用作上行。对于10ms上下行切换周期，每个半帧都有DwPTS；只在第1个半帧内有GP和UpPTS，第2个半帧的DwPTS长度为1ms。UpPTS和子帧2用作上行，子帧7和9用作下行。

图2：LTE TDD帧结构

由于TDD帧结构与FDD帧结构不同，TD-LTE系统具有一些特有技术。 （1）上下行配比 LTE TDD中支持不同的上下行时间配比，上下行时间比不总是“1:1”（见表1），可以根据不同的业务类型，调整上下行时间配比，以满足上下行非对称的业务需求。