LTE兩大制式淺析

申倩倩

（1.河南理工大學 計算機科學與技術學院，河南 焦作 454000；中國聯通焦作市分公司，河南 焦作 454000）

在國內3G 網絡商用近五年后，2013年12月4日中國移動、中國電信和中國聯通同時獲得了工信部發放的TD-LTE 4G 牌照，拿到了商用4G 網絡的資格。取得TD-LTE 牌照后，中國聯通和中國電信高層沒有放棄力挺FDD-LTE 4G 制式，仍在積極申請FDD-LTE 4G 牌照的發放。目前各大運營商都在積極備戰4G，4G 網絡正如火如荼的建設中。

2010年12月6日國際電信聯盟正式把LTE 稱為4G。LTE 是UTRA 的長期演進(Long Term Evolution，LTE)。LTE FDD 和LTE TDD是LTE 的兩種制式。那么TDD 和FDD 各有什么特點，在組網上各有什么優劣呢？

FDD 和TDD 分別是頻分雙工和時分雙工的英文縮寫。LTE FDD和LTE TDD 在技術規范上存在非常大的共通性和統一性，關鍵技術90%一致。LTE FDD 和LTE TDD 共享相同的二層和三層結構，其區別主要是在物理層上，特別是物理層幀結構相關的區別。由于LTE FDD和LTE TDD 在技術規范上的共通性，無論是在系統側和終端側都能比較容易實現對FDD 和TDD 雙模的支持。另一方面，LTE 系統開始就同時針對FDD 和TDD 進行了優化設計，因此FDD 和TDD 模式可以達到近似的頻譜利用效率。

FDD(頻分雙工) 和TDD (時分雙工) 是兩種不同的雙工方式。FDD是在分離的兩個對稱頻率信道上進行接收和發送，用保護頻段來分離接收和發送信道。如GSM、CDMA 1X 的收發信道間隔為45 MHz，WCDMA 的間隔為190 MHz。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 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。

TDD (時分雙工)系統則是系統的發送和接收使用相同的頻段，上下行數據發送在時間上錯開，通過在不同時隙發送上下行數據。其單方向的資源在時間上不連續，時間資源依據不同時隙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，另外的時間段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。上下行數據發送在時間上錯開，通過在不同時隙發送上下行數據可有效避免上下行干擾。TD-SCDMA 就是典型的TDD 系統。

TDD 雙工方式和FDD 雙工方式比較各有其優缺點，TDD 的優勢如下：

（1）由于FDD 必須采用成對的頻率，依靠頻率來區分上下行鏈路，所以其占用了大量的頻段資源?，F有的GSM 通信系統均采用FDD 雙工方式，一些零散頻譜資源由于FDD 不能使用而閑置，造成了頻譜資源的浪費。隨著移動通信業務的大規模發展，各類多媒體業務對于頻譜的需求日益增加，頻段資源在無線通信中就顯得尤其寶貴。由于LTE TDD 系統的發送和接收使用相同的頻段，無需成對的頻率，它可以將LTE FDD 系統所不易使用的零散頻段重新配置，具有一定的頻譜靈活性，能有效的提高頻譜利用率，節省頻段資源。

（2）在目前的移動通信系統中，用戶的對通信的需求已經不僅僅停留在語音業務上，各種各樣的數據和多媒體業務已經逐漸占據了半壁江山。視頻點播、手機購物等多媒體業務通常下行數據量明顯大于上行數據量，需要下行帶寬大于上行帶寬。而有一些業務有上傳業務需求，要求上行帶寬大于下行帶寬。在這一點上，LTE TDD 系統就顯示出來了優勢。根據其幀結構的特點，LTE TDD 系統可以根據業務類型靈活配置LTE TDD 幀的上下行配比，在支持不對稱業務方面具有很大的靈活性。

在FDD-LTE 系統中，在實現非對稱業務時，它對上行信道資源就存在了浪費，必須采用高速分組接入(HSPA)、EV-DO 和廣播/組播等技術。這一點上，TDD-LTE 系統能夠更好的支持不同類型的業務，不會造成資源的浪費。

（3）在LTE TDD 系統中，上下行鏈路使用的頻率相同，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。在FDD 系統中，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。因而，LTE TDD 系統能有效地降低移動終端的處理復雜性。

（4）采用TDD 模式工作的系統，上下行鏈路工作于同一頻率，其電波傳輸上下行一致，特別適用于智能天線技術，通過智能天線具有的賦形，可以有效減少多徑干擾，提高設備的可靠性。而FDD 系統由于收發有一定的頻率間隔，它很難采用上述技術。同時，智能天線技術要求采多個小功率的線性功率放大器代替單一的大功率線性放大器，其價格遠低于單一大功率線性放大器。從而TDD 模式在一定程度上降低了基站的制造成本。

TDD 雙工方式相較于FDD，同時存在著明顯的不足：

（1）FDD-LTE 實驗網速度達到了150M，而TD-LTE 速率只有100M。

（2）TDD 方式的時間資源分別分給了上行和下行，因此TDD 方式的發射時間大約只有FDD 的一半，如果TDD 要發送和FDD 同樣多的數據，就要增大TDD 的發送功率。當然同時也需要更加復雜的網絡規劃和優化技術。

（3）由于上下行信道占用同一頻段的不同時隙，為了保證上下行幀的準確接收，TDD 系統對終端和基站的同步要求很高。

（4）TDD 系統基站的覆蓋范圍明顯小于FDD 基站。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。

（5）TDD 系統收發信道同頻，無法進行干擾隔離，系統內和系統間存在干擾。TDD 系統能引起鄰區基站對本區基站、鄰區基站對本區移動機、鄰區移動機對本區基站及鄰區移動機對本區移動機四項干擾。使用FDD 可消除鄰近蜂窩區基站和本區基站之間的干擾。存在鄰區基站對本區移動機的干擾及鄰區移動機對本區基站的干擾。綜合對比的話，FDD 系統的抗干擾性能要好于TDD 系統。

（6）移動臺移動速度受限制。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。例如在使用了TDD 的TD-SCDMA 系統中，在目前芯片處理速度和算法的基礎上，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。

截止2013年11月13日，全球92 個國家和地區已部署244 張LTE 正式商用網絡，其中部署219 張FDD-LTE 商用網絡，13 張TDLTE 商用網絡，12 家運營商部署雙模網絡。全球近90%的商用網絡是FDD-LTE。從國際上運營商的商用情況來看，FDD-LTE 產業鏈更為成熟。但是在4G 時代中誰會占據更大的市場份額，要看市場需求和競爭的需要。

FDD 模式與TDD 模式在技術上差異較少而共性更多，兩者互有長短。在我國未來的移動通信網絡中，可以依靠FDD 模式實現信號的廣覆蓋與漫游，在人口密集地區，發揮TDD 模式的積極作用。將兩種模式網絡不斷吸取新技術共同發展，為移動用戶提供超越以往的新體驗，FDD 模式與TDD 模式將各自在未來的通信市場中占據自己的一席之地。

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