FDD LTE與TD-LTE業務速率分析

胡虹+許光斌

【摘要】LTE網絡現已規模化建設，其業務速率是指導網絡規劃的基礎。通過分析LTE物理資源塊以及信令格式，并對FDD LTE與TD-LTE的常規CP和擴展CP去除開銷的上行各種Preamble格式峰值業務速率和下行的峰值業務速率進行仿真以及分析，得到了兩種制式不同CP方式的速率差異。

【關鍵詞】物理資源塊Preamble格式峰值業務速率常規CP擴展CP

物理資源塊Preamble格式峰值業務速率常規CP擴展CP

Analysis of FDD LTE and TD-LTE Traffic Rate

HU Hong, XU Guang-bin

(1. China Mobile Communications Group Guizhou Co., Ltd., Guiyang 550000, China，

2. Huaxin Consulting and Designing Institute Co., Ltd., Hangzhou 310014, China)

[Abstract] LTE network is the scale construction, whose traffic rate is the basis of network planning. LTE physical resource block and signalingformat are analyzed. In addition, the upside peak traffic rate with various Preambleformats and the downside peak traffic rate of normal CP and extended CP without the overhead for FDD LTE and TD-LTE are simulated and analyzed, and the rate differences between the two different CP ways are acquired.

[Key words] physical resource blockPreamble formatpeak traffic ratenormal CPextended CP

1 引言

隨著智能手機的日益普及、視訊以及流業務的不斷發展，人們對通信速率要求越來越高[1-2]。電信運營商寄希望于LTE技術來解決這一矛盾，因此LTE網絡越來越受到電信運營商的認可，發展潛力無限。截至目前，國內電信運營商也都相應地開始建設各自的LTE網絡，對于容量的配置將成為電信運營商考慮的重要因素，研究LTE去除開銷后的峰值業務速率對指導容量規劃有重要意義。

2 物理資源、幀結構及物理信道分析

2.1物理資源及幀結構

LTE系統的物理資源分組有PRB（Physical Resource Block，物理資源塊）、REG（Resource Element Group，資源單元組）和CCE（Control Channel Element，控制信道單元）等。一個PRB在時域上包含7個連續的OFDM符號（擴展CP時為6個OFDM符號），在頻域上包含12個連續的子載波。PRB的時域大小為1個時隙，即0.5ms，如圖1所示（以下行為例）：

圖1下行時隙結構和物理資源

圖1為1個下行時隙個OFDM符號。其中，1個RB（Resource Block，資源塊）包括個RE（Resource Element，資源單元），1個時隙含有個子載波，每個子載波帶寬為15kHz。每個子載波含有個OFDM符號。

是每個下行時隙含有的資源塊個數，取決于小區中的下行傳輸帶寬的配置：。

若一個RB中子載波的個數，則每個RB的帶寬為12×15kHz=180kHz。

一個FDD LTE幀長度為10ms，分為10個1ms子幀（也是最小TTI單位），每個子幀又分為2個0.5ms時隙；在每個0.5ms時隙結構中，由數據符號和CP（Cyclic Prefix，循環前綴）組成。針對不同的CP，OFDM符號數也不同：常規CP時，每個時隙的符號數為7個，每個子幀14個符號；擴展CP時，每個時隙的符號數為6個，每個子幀12個符號。兩種方式上、下行信道頻段獨立并對稱。

一個TD-LTE幀長度也為10ms，TD-LTE包含2個長度為5ms的半幀，每個半幀由5個長度為1ms的子幀組成；每個半幀由4個常規子幀和1個特殊子幀組成，每個子幀1ms。和FDD LTE一樣，常規CP共14個符號，擴展CP共12個符號。TD-LTE幀結構中，能夠靈活地支持不同配比的上、下行業務；而在FDD LTE中不能根據業務情況調整上、下行時隙配比。TD-LTE子幀配置一共為7種，特殊子幀由DwPTS、GP和UpPTS構成，合計1ms，子幀1和6可用于傳輸特殊子幀。UpPTS是上行導頻時隙；DwPTS是下行導頻時隙；GP為保護時隙，以防止上下行交叉干擾，不傳輸任何數據。TD-LTE的特殊時隙有多種配置方式，DwPTS、GP和UpPTS可以根據實際網絡情況改變長度，以適應覆蓋、容量和干擾等不同場景的需要。常規CP有9種配置方案，擴展CP有7種配置方案，而FDD LTE只有一種方式。

根據3GPP規范，E-UTRA系統可以使用的工作頻段有40個[2-3]，其中第15、16以及18至32頻段目前還沒有分配具體頻點，在已分配的頻段中也有部分重疊。E-UTRA系統可以配置6種信道帶寬：1.4MHz（實際占用帶寬1.08MHz、傳輸RB數6個、子載波數72個）、3MHz（實際占用帶寬2.7MHz、傳輸RB數15個、子載波數180個）、5MHz（實際占用帶寬4.5MHz、傳輸RB數25個、子載波數300個）、10MHz（實際占用帶寬9MHz、傳輸RB數50個、子載波數600個）、15MHz（實際占用帶寬13.5MHz、傳輸RB數75個、子載波數900個）和20MHz（實際占用帶寬18MHz、傳輸RB數100個、子載波數1 200個）[4-5]。

2.2物理信道分析

LTE頻譜帶寬資源配置都跟物理信道的配置相對應；LTE系統物理信道中的PUCCH用于承載上行控制信息，各類反饋的控制信息長度不同，通常信息長度不能超過20比特，如果超過則采用PUSCH傳輸。根據接入用戶數、網絡負荷情況、復用系數以及系統配置的帶寬情況配置PUCCH數目。一般情況下，5MHz帶寬配置為2，10MHz帶寬配置為4，20MHz帶寬配置為8[2,5]。控制信息包括：

（1）根據已經接收的下行數據比特是否誤碼，確定是否需要重傳；

（2）已連接用戶的PMI、RI、CQI等信道狀態信息；

（3）MIMO回饋信息以及SR（Scheduling Request，調度請求）。

為了保證上行傳輸的SC（Single Carrier，單載波）特性，多個PUCCH不能同時傳輸且不能與PUSCH同時傳輸。

PRACH承載隨機接入前導，用于非同步手機的初始接入、切換、上行同步和上行SCH資源請求。每個PRACH占用6個RB即72個子載波，且與PUCCH位置相鄰。各個小區的PRACH信道在時域上應盡量錯開；在同一小區的PRACH資源映射中，一個上行子幀中可以同時存在一個或者多個PRACH信道。如果存在多個上行PRACH信道，根據時間上分配情況，若能分配，則考慮占用不同的子幀；若時間上分配不滿足，則考慮一個子幀中支持多個PRACH信道。

Preamble采用Zadoff-Chu序列生成信息序列，其中Preamble format 0—3序列長度為839，Preamble format 4的序列長度為139。Preamble信號采用的子載波間隔與上行其它SC-FDMA符號不同，頻域資源位置如圖2所示：

圖2Preamble format 0—4

一個PRACH占用6個RB，Preamble format 0—3的839長度的Preamble序列映射在包含864個子載波的PRACH信道子載波中間，子載波間隔為1.25kHz，是常規子載波間隔的1/12，多于一個PRACH時，分別與頻帶兩側的PUCCH相鄰；Preamble format 4在FDD LTE中是沒有的，而是TD-LTE特有的，139長度的Preamble序列映射在包含144個子載波的PRACH信道子載波中間，子載波間隔為7.5kHz，是常規子載波間隔15kHz的1/2。

物理下行控制信道（PDCCH）承載上下行調度設定信息和其它控制信息，其大小由PCFICH所標定的符號數決定。頻帶范圍內，未被參考信號以及PCFIH或者PCFIH占用的RE都可以作為PDCCH使用。PDCCH格式從0至3共4種格式，其對應CCE個數是以2的格式號次方，每個CCE為72比特。

3 仿真及結果分析

LTE系統在較長時間進行數據傳送時，系統傳輸過程需要的系統開銷不可忽略，因此下行需要考慮的開銷包括：控制信道開銷、小區參考信號開銷、主輔同步信號開銷、廣播信道開銷等；上行需要考慮的開銷包括：控制信道開銷、解調參考信號（DMRS）開銷、探測參考信號（SRS）開銷、PRACH開銷等。對這些開銷進行分析及仿真，仿真采用基礎參數如表1所示：

表1公共、下行和上行開銷參數

參數 參數取值

常規CP 擴展CP

NRB（TDD、FDD） 100

NSC_in_RB（TDD、FDD） 12

Nsymbol_in_slot（TDD、FDD） 7 6

Nsolt_in_subframe（TDD、FDD） 2

Nsymbol_DwPTS（TDD） 10 10

Nsymbol_UpPTS（TDD） 2

NModulation Order（TDD、FDD） 6

Rmax_code rate_DL（TDD、FDD） 0.925 8

Rmax_code rate_UL（TDD、FDD） 0.77

Nattena port（TDD、FDD） 2

N_code word_DL（TDD、FDD） 2

N_code word_UL（TDD、FDD） 1

Nsymbol_controldomai/DLsubframe（TDD、FDD） 1

Nsymbol_controldomai/DwPTS（TDD） 1

NRB_controldomai/ULsubframe（TDD、FDD） 2

Nsymbol_SRS/frame（TDD、FDD） 1

Nsymbol_DMRS/slot/subframe（TDD、FDD） 1

RE_PRACH,

NRE_compensation of DMRS for PRACH Preamble format 持續時間/ms

0（TDD、FDD） 1（TDD、FDD）

1（TDD、FDD） 2（TDD、FDD）

2（TDD、FDD） 2（TDD、FDD）

3（TDD、FDD） 3（TDD、FDD）

4（TDD） 同UpPTS（TDD）

根據以上仿真參數，對FDD LTE和TD-LTE常規CP及擴展CP上、下行去除開銷后的峰值業務速率進行了仿真，結果如圖3—5所示：

圖3FDD LTE各Preamble格式上行業務峰值速率

圖4TD-LTE各Preamble格式上行業務峰值速率

從圖3和圖4可以看出，去除控制域、DMRS、SRS和PRACH等開銷，FDD LTE上行去開銷業務峰值速率常規CP比擴展CP大，從Preamble格式0至3，速率差從10.79Mbps降至10.66Mbps，依次縮小；TD-LTE考慮每10ms幀配置一個PRACH信道，一個子幀（10ms）的上、下行配比為DL:S:UL=2:2:6時，上行得到最大速率，上行去開銷業務峰值速率常規CP比擴展CP大，從Preamble格式0至3，速率差從6.45Mbps降至6.32Mbps，依次縮小，但在Preamble格式4時，兩者的速率差最大，達到6.52Mbps。同時，上行的去開銷峰值速率FDD LTE比TD-LTE常規CP大26Mbps左右，擴展CP時大21Mbps。

在圖5中，1表示常規CP，2表示擴展CP，TD-LTE一個子幀（10ms）的上、下行配比為DL:S:UL=8:1:1，此時得到最大下行速率。從圖5可以看出，去除控制域、公共導頻、PSS、SSS和PBCH等開銷后，FDD LTE比TD-LTE下行峰值速率常規CP高20.88Mbps；擴展CP時，前者比后者高15.99Mbps。

4 結束語

通信發展日新月異，電信運營商網絡建設緊跟技術發展步伐，從3G到4G，LTE現已規模化建設，眾多市區以及縣城都已建設TD-LTE或FDD LTE站點。本文通過對TD-LTE和FDD LTE峰值業務速率進行仿真及對比分析，從而指導后期網絡的容量需求建設。

參考文獻：

[1] 許光斌,劉魚勇,樓正華. 基于Elman神經網絡的話務預測[J]. 移動通信, 2012(9): 45-48.

[2] 肖清華,汪丁鼎,許光斌,等. TD-LTE網絡規劃設計與優化[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2013.

[3] 許光斌,等. TD-LTE試驗網絡規劃[A]. 2012 TD-LTE網絡創新研討會論文集[C]. 2012.

[4] 許光斌,黃濤,夏偉翰. TD-LTE規劃仿真[J]. 移動通信, 2013(6): 21-24.

[5] 王洪,許光斌. TD-LTE與FDD-LTE異同點分析[J]. 移動通信, 2013(10): 57-60.★

作者簡介

胡虹：工程師，碩士畢業于重慶郵電大學，現任職于中國移動通信集團貴州有限公司，從事移動通信網絡規劃及項目管理工作。

許光斌：工程師兼副教授，中國通信學會會員，碩士畢業于重慶郵電大學，現任職于華信咨詢設計研究院有限公司，從事移動通信規劃設計工作，發表論文多篇。

Preamble采用Zadoff-Chu序列生成信息序列，其中Preamble format 0—3序列長度為839，Preamble format 4的序列長度為139。Preamble信號采用的子載波間隔與上行其它SC-FDMA符號不同，頻域資源位置如圖2所示：

圖2Preamble format 0—4

一個PRACH占用6個RB，Preamble format 0—3的839長度的Preamble序列映射在包含864個子載波的PRACH信道子載波中間，子載波間隔為1.25kHz，是常規子載波間隔的1/12，多于一個PRACH時，分別與頻帶兩側的PUCCH相鄰；Preamble format 4在FDD LTE中是沒有的，而是TD-LTE特有的，139長度的Preamble序列映射在包含144個子載波的PRACH信道子載波中間，子載波間隔為7.5kHz，是常規子載波間隔15kHz的1/2。

物理下行控制信道（PDCCH）承載上下行調度設定信息和其它控制信息，其大小由PCFICH所標定的符號數決定。頻帶范圍內，未被參考信號以及PCFIH或者PCFIH占用的RE都可以作為PDCCH使用。PDCCH格式從0至3共4種格式，其對應CCE個數是以2的格式號次方，每個CCE為72比特。

3 仿真及結果分析

LTE系統在較長時間進行數據傳送時，系統傳輸過程需要的系統開銷不可忽略，因此下行需要考慮的開銷包括：控制信道開銷、小區參考信號開銷、主輔同步信號開銷、廣播信道開銷等；上行需要考慮的開銷包括：控制信道開銷、解調參考信號（DMRS）開銷、探測參考信號（SRS）開銷、PRACH開銷等。對這些開銷進行分析及仿真，仿真采用基礎參數如表1所示：

表1公共、下行和上行開銷參數

參數 參數取值

常規CP 擴展CP

NRB（TDD、FDD） 100

NSC_in_RB（TDD、FDD） 12

Nsymbol_in_slot（TDD、FDD） 7 6

Nsolt_in_subframe（TDD、FDD） 2

Nsymbol_DwPTS（TDD） 10 10

Nsymbol_UpPTS（TDD） 2

NModulation Order（TDD、FDD） 6

Rmax_code rate_DL（TDD、FDD） 0.925 8

Rmax_code rate_UL（TDD、FDD） 0.77

Nattena port（TDD、FDD） 2

N_code word_DL（TDD、FDD） 2

N_code word_UL（TDD、FDD） 1

Nsymbol_controldomai/DLsubframe（TDD、FDD） 1

Nsymbol_controldomai/DwPTS（TDD） 1

NRB_controldomai/ULsubframe（TDD、FDD） 2

Nsymbol_SRS/frame（TDD、FDD） 1

Nsymbol_DMRS/slot/subframe（TDD、FDD） 1

RE_PRACH,

NRE_compensation of DMRS for PRACH Preamble format 持續時間/ms

0（TDD、FDD） 1（TDD、FDD）

1（TDD、FDD） 2（TDD、FDD）

2（TDD、FDD） 2（TDD、FDD）

3（TDD、FDD） 3（TDD、FDD）

4（TDD） 同UpPTS（TDD）

根據以上仿真參數，對FDD LTE和TD-LTE常規CP及擴展CP上、下行去除開銷后的峰值業務速率進行了仿真，結果如圖3—5所示：

圖3FDD LTE各Preamble格式上行業務峰值速率

圖4TD-LTE各Preamble格式上行業務峰值速率

從圖3和圖4可以看出，去除控制域、DMRS、SRS和PRACH等開銷，FDD LTE上行去開銷業務峰值速率常規CP比擴展CP大，從Preamble格式0至3，速率差從10.79Mbps降至10.66Mbps，依次縮小；TD-LTE考慮每10ms幀配置一個PRACH信道，一個子幀（10ms）的上、下行配比為DL:S:UL=2:2:6時，上行得到最大速率，上行去開銷業務峰值速率常規CP比擴展CP大，從Preamble格式0至3，速率差從6.45Mbps降至6.32Mbps，依次縮小，但在Preamble格式4時，兩者的速率差最大，達到6.52Mbps。同時，上行的去開銷峰值速率FDD LTE比TD-LTE常規CP大26Mbps左右，擴展CP時大21Mbps。

在圖5中，1表示常規CP，2表示擴展CP，TD-LTE一個子幀（10ms）的上、下行配比為DL:S:UL=8:1:1，此時得到最大下行速率。從圖5可以看出，去除控制域、公共導頻、PSS、SSS和PBCH等開銷后，FDD LTE比TD-LTE下行峰值速率常規CP高20.88Mbps；擴展CP時，前者比后者高15.99Mbps。

4 結束語

通信發展日新月異，電信運營商網絡建設緊跟技術發展步伐，從3G到4G，LTE現已規模化建設，眾多市區以及縣城都已建設TD-LTE或FDD LTE站點。本文通過對TD-LTE和FDD LTE峰值業務速率進行仿真及對比分析，從而指導后期網絡的容量需求建設。

參考文獻：

[1] 許光斌,劉魚勇,樓正華. 基于Elman神經網絡的話務預測[J]. 移動通信, 2012(9): 45-48.

[2] 肖清華,汪丁鼎,許光斌,等. TD-LTE網絡規劃設計與優化[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2013.

[3] 許光斌,等. TD-LTE試驗網絡規劃[A]. 2012 TD-LTE網絡創新研討會論文集[C]. 2012.

[4] 許光斌,黃濤,夏偉翰. TD-LTE規劃仿真[J]. 移動通信, 2013(6): 21-24.

[5] 王洪,許光斌. TD-LTE與FDD-LTE異同點分析[J]. 移動通信, 2013(10): 57-60.★

作者簡介

胡虹：工程師，碩士畢業于重慶郵電大學，現任職于中國移動通信集團貴州有限公司，從事移動通信網絡規劃及項目管理工作。

許光斌：工程師兼副教授，中國通信學會會員，碩士畢業于重慶郵電大學，現任職于華信咨詢設計研究院有限公司，從事移動通信規劃設計工作，發表論文多篇。

Preamble采用Zadoff-Chu序列生成信息序列，其中Preamble format 0—3序列長度為839，Preamble format 4的序列長度為139。Preamble信號采用的子載波間隔與上行其它SC-FDMA符號不同，頻域資源位置如圖2所示：

圖2Preamble format 0—4

一個PRACH占用6個RB，Preamble format 0—3的839長度的Preamble序列映射在包含864個子載波的PRACH信道子載波中間，子載波間隔為1.25kHz，是常規子載波間隔的1/12，多于一個PRACH時，分別與頻帶兩側的PUCCH相鄰；Preamble format 4在FDD LTE中是沒有的，而是TD-LTE特有的，139長度的Preamble序列映射在包含144個子載波的PRACH信道子載波中間，子載波間隔為7.5kHz，是常規子載波間隔15kHz的1/2。

物理下行控制信道（PDCCH）承載上下行調度設定信息和其它控制信息，其大小由PCFICH所標定的符號數決定。頻帶范圍內，未被參考信號以及PCFIH或者PCFIH占用的RE都可以作為PDCCH使用。PDCCH格式從0至3共4種格式，其對應CCE個數是以2的格式號次方，每個CCE為72比特。

3 仿真及結果分析

LTE系統在較長時間進行數據傳送時，系統傳輸過程需要的系統開銷不可忽略，因此下行需要考慮的開銷包括：控制信道開銷、小區參考信號開銷、主輔同步信號開銷、廣播信道開銷等；上行需要考慮的開銷包括：控制信道開銷、解調參考信號（DMRS）開銷、探測參考信號（SRS）開銷、PRACH開銷等。對這些開銷進行分析及仿真，仿真采用基礎參數如表1所示：

表1公共、下行和上行開銷參數

參數 參數取值

常規CP 擴展CP

NRB（TDD、FDD） 100

NSC_in_RB（TDD、FDD） 12

Nsymbol_in_slot（TDD、FDD） 7 6

Nsolt_in_subframe（TDD、FDD） 2

Nsymbol_DwPTS（TDD） 10 10

Nsymbol_UpPTS（TDD） 2

NModulation Order（TDD、FDD） 6

Rmax_code rate_DL（TDD、FDD） 0.925 8

Rmax_code rate_UL（TDD、FDD） 0.77

Nattena port（TDD、FDD） 2

N_code word_DL（TDD、FDD） 2

N_code word_UL（TDD、FDD） 1

Nsymbol_controldomai/DLsubframe（TDD、FDD） 1

Nsymbol_controldomai/DwPTS（TDD） 1

NRB_controldomai/ULsubframe（TDD、FDD） 2

Nsymbol_SRS/frame（TDD、FDD） 1

Nsymbol_DMRS/slot/subframe（TDD、FDD） 1

RE_PRACH,

NRE_compensation of DMRS for PRACH Preamble format 持續時間/ms

0（TDD、FDD） 1（TDD、FDD）

1（TDD、FDD） 2（TDD、FDD）

2（TDD、FDD） 2（TDD、FDD）

3（TDD、FDD） 3（TDD、FDD）

4（TDD） 同UpPTS（TDD）

根據以上仿真參數，對FDD LTE和TD-LTE常規CP及擴展CP上、下行去除開銷后的峰值業務速率進行了仿真，結果如圖3—5所示：

圖3FDD LTE各Preamble格式上行業務峰值速率

圖4TD-LTE各Preamble格式上行業務峰值速率

從圖3和圖4可以看出，去除控制域、DMRS、SRS和PRACH等開銷，FDD LTE上行去開銷業務峰值速率常規CP比擴展CP大，從Preamble格式0至3，速率差從10.79Mbps降至10.66Mbps，依次縮小；TD-LTE考慮每10ms幀配置一個PRACH信道，一個子幀（10ms）的上、下行配比為DL:S:UL=2:2:6時，上行得到最大速率，上行去開銷業務峰值速率常規CP比擴展CP大，從Preamble格式0至3，速率差從6.45Mbps降至6.32Mbps，依次縮小，但在Preamble格式4時，兩者的速率差最大，達到6.52Mbps。同時，上行的去開銷峰值速率FDD LTE比TD-LTE常規CP大26Mbps左右，擴展CP時大21Mbps。

在圖5中，1表示常規CP，2表示擴展CP，TD-LTE一個子幀（10ms）的上、下行配比為DL:S:UL=8:1:1，此時得到最大下行速率。從圖5可以看出，去除控制域、公共導頻、PSS、SSS和PBCH等開銷后，FDD LTE比TD-LTE下行峰值速率常規CP高20.88Mbps；擴展CP時，前者比后者高15.99Mbps。

4 結束語

通信發展日新月異，電信運營商網絡建設緊跟技術發展步伐，從3G到4G，LTE現已規模化建設，眾多市區以及縣城都已建設TD-LTE或FDD LTE站點。本文通過對TD-LTE和FDD LTE峰值業務速率進行仿真及對比分析，從而指導后期網絡的容量需求建設。

參考文獻：

[1] 許光斌,劉魚勇,樓正華. 基于Elman神經網絡的話務預測[J]. 移動通信, 2012(9): 45-48.

[2] 肖清華,汪丁鼎,許光斌,等. TD-LTE網絡規劃設計與優化[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2013.

[3] 許光斌,等. TD-LTE試驗網絡規劃[A]. 2012 TD-LTE網絡創新研討會論文集[C]. 2012.

[4] 許光斌,黃濤,夏偉翰. TD-LTE規劃仿真[J]. 移動通信, 2013(6): 21-24.

[5] 王洪,許光斌. TD-LTE與FDD-LTE異同點分析[J]. 移動通信, 2013(10): 57-60.★

作者簡介

胡虹：工程師，碩士畢業于重慶郵電大學，現任職于中國移動通信集團貴州有限公司，從事移動通信網絡規劃及項目管理工作。

許光斌：工程師兼副教授，中國通信學會會員，碩士畢業于重慶郵電大學，現任職于華信咨詢設計研究院有限公司，從事移動通信規劃設計工作，發表論文多篇。