FDD—LTE和TDD—LTE的技術差異分析

柴林博　李力

摘 要：3GPP制定的LTE技術同時支持FDD和TDD兩種制式來實現對頻譜資源的有效利用，雖然兩種制式的協議非常相似，但因為兩種不同的雙工模式而形成的差異依然存在。文章通過對兩種制式的對比分析，以期使網絡布局能夠得到更好的優化。

關鍵詞：FDD-LTE；TDD-LTE；制式的對比

中圖分類號：TN929.533 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）23-0006-02

社會的發展和經濟的進步，無線通信技術已經從模擬通信轉向數字通信，無線通信技術已經從僅僅承載文字信息到傳輸文本、音頻、視頻、圖像、傳真等業務，人們對于通信業務的多樣化服務的要求和無線通信更高傳輸速度的要求，會推動無線通信技術的進一步發展。

為了實現無線通信技術的進一步發展，國際標準化組織3GGP在3G技術的基礎上進一步推進，制訂了新的LTE（long term evolution，長期演進）。LTE是第三代移動通信的演進性技術，依據其雙工方式的不同，可分為FDD（頻分雙工）和TDD（時分雙工）兩種制式。

FDD-LTE和TDD-LTE從標準制定之初，就獲得了國際主流通信運營商和設備商的支持和認可。

3GPP組織在進行FDD-LTE和TDD-LTE的標準制定工作時，就盡量用相同的規范來實現兩種制式的協議。

分析FDD-LTE和TDD-LTE兩種制式差異有助于我們更好地了解兩者的特點。

1 FDD-LTE和TDD-LTE兩種制式在宏觀上的比較

1.1 上下行信道的比較

TDD-LTE上下行使用相同頻段的信道，并且在上下行的信息流存在一定時間的保護間隔。而FDD-LTE在上下行使用的是不同頻段，在上下行信道之間存在一定帶寬的保戶帶。

1.2 兩種制式的工作頻段不同

FDD-LTE的上行和下行頻帶集中在BAND1～14、BAND

17～26。

TDD-LTE的上行和下行頻帶集中在BAND33～43。

1.3 協議棧的比較

在LTE標準制定的時候，3GPP組織就盡量用相同的規范來實現兩種制式的協議，所以在基站（eNodeB）的協議棧中，無論是在控制層（C-Plane）和用戶層（U-Plane），兩種制式都使用基本相同的協議。

在控制層（C-Plane）使用的協議由高層到底層的順序依次為：NAS、RRC、PDCP、PLC、MAC、PHY。

在用戶層（U-Plane）使用的協議由高層到底層的順序依次為：PDCP、PLC、MAC、PHY。

1.4 協議標準

FDD-LTE和TDD-LTE所制定的協議標準絕大部分相同，這些協議標準的一部分，見表1。

相較于3G時代的TD-SCDMA/WiMAX和WCDMA的差異，FDD-LTE和TDD-LTE的差異顯著縮小。

2 FDD-LTE和TDD-LTE兩種制式技術差異比較

2.1 雙工方式差異

FDD-LTE和TDD-LTE兩種制式差異的本質原因是TDD與FDD雙工方式不同。TDD用時間來分離接收和發送信道。FDD是在分離的兩個對稱頻率信道上進行發送和接收，用保護頻段來分離接收和發送信道。時分雙工TDD示意圖，如圖1所示。

在TDD方式的移動通信系統中，上行和下行使用同一頻率載波的不同時隙作為信道的承載，并且從時間軸來看，其在單方向的資源在時間上是不連續的，時間資源在上下行兩個方向進行了分配?；荆╡NB）和用戶設備（UE）之間需采用相同的時間分配模式才能順利配合。頻分雙工FDD示意圖，如圖2所示。

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。

2.2 無線幀格式不同

3GPP定義的TD-LTE的幀結構為Type2，如圖3所示。每個10 ms無線幀包括兩個長度為5 ms的半幀，每個半幀由4個數據子幀和1個特殊子幀組成所示。特殊子幀包括3個特殊時隙：DwPTS，GP和UpPTS，總長度為1 ms。

FDD模式下，10 ms的無線幀被分為10個子幀，每個子幀包含兩個時隙，每時隙長0.5 ms，FDD-LTE的幀結構，如圖4所示。

LTE支持5 ms和10 ms上下行切換點。對于5 ms上下行切換周期，子幀2和子幀7總是用作上行。對于10 ms上下行切換周期，每個半幀都有DwPTS；只在第1個半幀內有GP和UpPTS，第2個半幀的DwPTS長度為1 ms。UpPTS和子幀2用作上行，子幀7和子幀9用作下行。

在LTE中TDD與FDD幀結構最顯著的區別在于：在TDD-

LTE的Type2幀結構中存在1 ms的特殊子幀（Subframe），該子幀由三個特殊時隙組成：DwPTS、GP和UpPTS。DwPTS可以看作是一個特殊的下行子幀，它的長度可配置為3～12個OFDM符號。

UpPTS子幀不發送任何控制信令或數據，UpPTS的可配置長度為1～2個OFDM符號，當為2個OFDM符號時用于短RACH或Sounding RS。GP長度為1～10個OFDM符號，它保證距離天線遠近不同的用戶設備（UE）上行信號在基站（eNB）的天線空口對齊，同時提供上下行的轉化時間，GP的大小決定了支持小區半徑的大小，TDD-LTE最大支持100 km，避免上下行基站間的相互干擾。

2.3 同步信號的設計不同

FDD-LTE和TDD-LTE同步信道的不同也是兩種制式主要的技術不同方面之一。

雖然同步信號的不同也體現在TDD幀結構與FDD幀結構的方面，但是這種差異能使終端在接入網絡的最開始階段就可以檢測出網絡的雙工方式，能夠顯著的區分兩種制式。同步信號用于用戶設備（UE）對小區進行搜索時獲取時間、頻率、同步和小區標識，LTE中用于小區搜索的同步信道包括主同步信號（PSS）和輔同步信號（SSS），周期是5 ms。

在FDD-LTE和TDD-LTE這兩種幀結構中，同步信號位于不同的位置：在FDD-LTE幀結構中，FDD中PSS位于子幀1和5的最后一個符號，SSS位于子幀0和子幀5的倒數第二個符號。SSS位于第一個子幀和第六個子幀的中間位置；而TDD-LTE幀結構中，SSS在子幀0和子幀5的最后一個符號，PSS位于特殊子幀 DwPTS的第三個符號。

在兩種幀結構中，同步信號在無線幀中的絕對位置不相同由于同步信號是終端進行小區搜索時最先檢測的信號，這樣不同的相對位置的設計使得終端在小區搜索的初始階段就可以檢測出網絡的雙工方式是FDD或是TDD。

3 TDD-LTE和FDD-LTE的組網性能對比

3.1 頻譜配置

頻段資源是無線通信中最寶貴的資源，隨著移動通信的發展，移動通信承載的業務越來越多樣化，對于頻譜的需求日益增加。FDD-LTE的上行和下行頻帶集中在BAND1～14、BAND 17～26，這種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不能被頻分雙工使用而閑置，造成了頻譜浪費。由于TDD系統支持非對稱時隙配比，可以根據不同的業務類型調整上下行時間配比，在FDD雙工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?？傮w上TDD-LTE的頻譜效率優于FDD-LTE。

3.2 覆蓋能力

在相同頻段（2.6 G）情況下，FDD-LTE的上行覆蓋半徑優于TDD-LTE12%，FD-LTE的下行行覆蓋半徑優于TDD-LTE13%，

覆蓋能力見表2。

4 結 語

通過對移動通信LTE技術中兩種最主流的系統的對比分析，可以詳細的了解兩種制式的特點以及兩種制式存在的技術差異，深刻理解兩種先進的移動通信技術標準，并更好地運用這兩種技術標準，能有效的提升移動通信運營商的網絡服務質量，使網絡布局得到更好的優化。

參考文獻：

[1] 莫宏波，朱新寧.LTE TDD與LTE FDD的關鍵過程差異分析[J].電信科學，2010，（2）.

[2] 龍紫薇，徐曉東.LTE TDD與LTE FDD技術簡介和比較[A].中國通信學會無線及移動通信委員會學術年會論文集[C].2008.