LTE FDD與TD-LTE技術及融合組網

歐陽志勇

摘要：基于LTE的4G標準有兩個，分別為LTE FDD和LTE TDD，本文分析了兩種技術的工作原理及特點，從頻譜配置、覆蓋范圍、業務類型、發射功率、設備復雜度及移動速度等多方面比較了兩種技術的優劣勢，并對兩種技術融合組網進行了分析討論。

關鍵詞：LTE；TDD；FDD；融合組網1LTE技術概述

LTE(Long Term Evolution，UTRA長期演進)是無線通信從3G向4G演講的重要技術，該技術的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LTE FDD(Frequency Division Duplexing)與LTE TDD(Time Division Duplexing)兩種方式，分別使用頻分雙工和時分雙工，國內習慣于將LTE TDD稱為TD-LTE。TD-LTE與LTE FDD本質上共用一套標準基礎，相似度超過90%，但在業務實現的技術上有著一定差別，因此在頻譜配置與利用率、速率、覆蓋范圍、抗干擾能力等方面就有了各自的優劣。

從全球范圍來看，國際上已有多家運營商開通了LTE融合網絡或兩張網絡的融合運營，網絡運營和效應較高。中移動在香港的4G網絡中即采用了TD-LTE與FDD混合組網的方式，國內另外兩大運營商中國電信與中國聯通都已明確表態將采用LTE FDD/TDD混合組網。

2FDD與TDD工作原理與特點

2.1 FDD工作原理與特點

FDD是在分離的兩個對稱頻率信道上同時進行接收和發送，用隔離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的上行和下行帶寬是一致的，因此上下行的速率也是相等的，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；由于上行和下行在分離的頻率信道上傳輸，因此，FDD的傳輸距離較遠，可以實現較大的覆蓋范圍，同時，FDD的傳輸速率較高，目前，LTE FDD理論下行速度為150Mbps，

2.2 TDD工作原理

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。

TDD不需要對稱的頻率信道，因此，相對FDD而言，可以更靈活地為TDD配置頻率；也可以通過調整上下行時隙轉換點，提高下行時隙比例，從而更換地支持非對稱業務，提高頻率利用率；由于收發同頻，基站的接收和發送可以共用部分射頻單元，不需要收發隔離器，只需要一個開關即可，降低了設備成本與復雜度。

3FDD與TDD的優劣比較

FDD與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，兩個標準各有所長。

3.1 頻譜配置

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,頻譜資源是制約行業發展的關鍵資源。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。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。

3.2 覆蓋范圍

使用TDD技術時，只要基站和移動臺之間的上下行時間間隔不大，小于信道相干時間，就可以比較簡單的根據對方的信號估計信道特征。而對于一般的FDD技術，一般的上下行頻率間隔遠遠大于信道相干帶寬，幾乎無法利用上行信號估計下行，也無法用下行信號估計上行；這一特點使得TDD方式的移動通信體制在功率控制以及智能天線技術的使用方面有明顯的優勢。但也是因為這一點，TDD系統的覆蓋范圍半徑要小，由于上下行時間間隔的緣故，基站覆蓋半徑明顯小于FDD基站。否則，小區邊緣的用戶信號到達基站時會不能同步。

3.3 支持業務類型

在FDD中，由于上下行使用對稱頻段，因此上下行的速率也是相等的，可以很好地支持對稱業務。對于非對稱業務，FDD就存在頻率浪費現象，或者需要采用廣播/組播等技術來適度地調整。

而TDD則可以根據業務類型靈活配置TDD幀的上下行配比來支持不同的業務類型，如使用1:1上下行配比來支持語音業務，或者使用6:3，7:2，8:1，3:1等上下行配比來支持不同上下行數據比例的上網、文件傳輸和多媒體業務

3.4 發射功率

如果TDD要發送和FDD同樣多的數據，但是發射時間只有FDD的大約一半，這要求TDD的發送功率要大。當然同時也需要更加復雜的網絡規劃和優化技術。

3.5 設備復雜度

TDD收發同頻，基站的接收和發送可以共用部分射頻單元，不需要收發隔離器，只需要一個開關即可，另外，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。因此，TDD能有效降低移動終端的處理復雜性，也一定程度上降低了基站的制造成本。

而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。

3.6 移動速度

在高速移動時，多普勒效應會導致快衰落，速度越高，衰落變換頻率越高，衰落深度越深，因此必須要求移動速度不能太高。當數據率為144kb/s時，TDD的最大移動速度可達250km/h，與FDD系統相比，還有一定差距。一般TDD移動臺的移動速度只能達到FDD移動臺的一半甚至更低。

4FDD與TDD融合組網

目前，國際上已有多家運營商開通了LTE融合網絡或兩張網絡的融合運營，網絡運營和效應較高。較為常用的方法是在廣大人口稀少地區用FDD，在市區人口密集用TDD方式，TDD/FDD混合組網充分發揮LTE的兩種制式的優點，融合組網才能最終符合運營商和用戶需要。

4.1 FDD和TDD之間的雙向無縫切換

運營商必須為用戶提供無縫的移動寬帶服務，融合TDD/FDD技術的網絡需要根據用戶所處的位置提供信號最佳的網絡服務。而如果用戶的位置或者網絡信號強度發生變化，導致現有的eNodeB無法提供最佳服務，網絡就要及時、無縫地將用戶終端切換到信號更好的eNodeB上，這其中就包括FDD和TDD之間的切換。

實際上，從用戶角度出發，用戶并不關心背后的技術到底是LTE FDD還是TD-LTE，運營商呈現給用戶的是一張完美的、可以無縫漫游與切換的網絡。

LTE的基站直接通過IP傳輸網與核心網相連。因此在切換過程中，大部分工作就需要基站之間直接協調完成。在LTE FDD/TDD混合組網時，LTE基站通過ANR技術來自動收集、自動調整鄰區關系，并輔以無線信號測量、傳播特性估計、無線信道測算等技術，優化切換機制，快速準確無縫地實現切換。

4.2 融合組網規劃

FDD與TDD融合組網一般需經歷三階段：快速部署、容量與覆蓋并重、深度優化階段。

快速部署階段是建設大而薄的網絡，實現廣域覆蓋。在重點城市開展LTE業務，共用2/3G站址，FDD用做覆蓋層，TDD用于市區/熱點業務層，達到快速布網的效果。

第二階段是在重點城市根據業務發展優化FDD網絡，利用無線微站、微小區來實現熱點覆蓋與補盲，TDD根據業務發展并行加密，在二線城市是FDD用做覆蓋層，TDD用于市區/熱點業務層，以保證終端用戶體驗感覺。

在第三階段利用載波聚合、CAMP、MRO等技術將LTE網絡優化深化。

5小結

LTE網絡的建設將推動移動數據通信以更快的速度發展，用戶數的增長以及數據流量的井噴又將促進LTE網絡的優化，因此，在LTE FDD與TD-LTE的選擇方面與兩種技術的融合建網方面對網絡建設者而言具有非常的意義。

[參考文獻]

[1]王映民.TD-LTE技術原理與系統設計.人民郵電出版社，2010.

[2]（意）賽西亞,（摩洛哥）陶菲克,（英）貝科.LTE-UMTS長期演進理論與實踐（M）.人民郵電出版社，2009.