FDD LTE與TD-LTE差異分析

王美玲

【摘要】 LTE技術分為TDD和FDD兩種制式，盡管在協議中二者很多特性趨于一致，但是由于雙工模式、幀結構等不同仍然導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：一是初傳數據與ACK/NACK之間的定時關系差異；二是HARQ進程數的差異。

1.1初傳數據與ACK/NACK之間的定時關系

FDD中ACK/NACK與初傳數據存在4TTI的定時關系，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與初傳數據之間的定時關系并不是一個常數。按協議規定，上下行子幀與ACK/ NACK反饋之間的對應關系見表1。

1.2 HARQ進程數

對于FDD來說HARQ的進程數固定為8，而對于TDD來說，HARQ進程數為HARQ最小RTT時間中包含的同一發送方向的子幀數目。

TDD中基站首先通過PDCCH或PHICH發送消息或者HARQ指示，經過一定傳輸時延到達UE，UE對信息進行處理時間約為3毫秒，經過等待時延，當上行子幀到來時由PUSCH發出上行業務數據，同樣經過傳輸時延到達基站，基站根據消息對業務數據進行處理，等待在下一個下行子幀發送消息，這是一個完整的HARQ流程。由此可知，TDD系統中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成。

下面根據表1，以TDD系統子幀配置1為例計算TDD中HARQ進程數。以P代表HARQ傳輸進程中開始傳輸數據的子幀，基站通過PHICH反饋ACK/NACK后，處理時間為3毫秒，進行非自適應重傳，則UE在上行子幀12進行數據傳輸，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送其他進程的數據，因此子幀配比為1情況下上行HARQ進程數為4。

根據上面的分析方法，可計算得出TDD上行和下行的HARQ進程數如表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，此時需要區分反饋信息屬于哪個上行子幀所對應的進程。

二、理論峰值傳輸速率

LTE系統峰值傳輸速率可以根據實際使用的MCS和TBS進行計算，也可以根據帶寬資源進行估算。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生額外開銷。本文中的計算方法參考的系統配置信息為：系統帶寬：20MHz；天線數：2；下行調制方式：64QAM；碼率：5/6；PDSCH所占用的符號數：3；PHICH組數：13。

每幀中的總符號數減去總開銷即可得到每幀中用于數據傳輸的符號數。

根據上述系統配置，常規循環前綴CP下，LTE FDD每幀中的符號數為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為5.43，同樣可知TDD每幀中符號數為91200。

1、控制信道開銷

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

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*每幀中的時隙數。

3、 PBCH開銷

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

通過上述計算可得TDD與FDD下行鏈路開銷如表3所示：

系統下行吞吐量=有效下行符號數*調制方式下每符號比特數*碼率*天線數

由表可計算得，每幀中的下行PDSCH符號數對于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開銷以及上行解調參考信號和探測信號開銷。假設上行PUCCH和PRACH所占用的RB數分別為8和6；上行解調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-上行信道開銷）*調制方式下每符號比特數。

假設去除PUCCH和PRACH后剩余符號數為x，上行采用16QAM調制方式，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中規定，FDD LTE系統下行瞬時峰值速率要達到100Mbit/s，上行50Mbit/s，通過上述計算可知FDD系統可以滿足標準要求。然而由于TDD系統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系統的性能，通常采用頻譜效率來進行性能評估。

三、結束語

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，更適合于不對稱業務，并且TDD的時分雙工方式導致其TX/RX簡單，上下行信道特性一致，信道反饋信道更加準確但是相對的其HARQ等機制卻更加復雜。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務測試打下基礎，對于最終實現互操作和融合組網也具有積極的促進作用。但是總結來說二者各有優缺點，在未來的發展中相信二者會相輔相成，相互融合共同發展。

參 考 文 獻

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