FDD和TDD融合組網的可行性研究

鄭金綱　劉士鋒

【摘要】 隨著LTE牌照的發布，三大運營商開始先后啟動了4G網絡的建設，根據工信部的要求，LTE建設按照TDD與FDD兩種技術制式進行混合組網覆蓋，其中移動依托原有TD-SCDMA進行TDD升級單模式建設，電信與聯通憑借原有的CDMA網絡進行FDD與TDD的融合組網。兩種技術協同發展能夠適合有中國特色的4G網絡建設，并且比單獨組網更有利于我國的移動通信網絡發展，有利于用戶更好的體驗移動網業務。

【關鍵字】 LTE TDD FDD 混合組網 信號補充 干擾

一、LTE技術簡介

1.1 LTE概述

LTE（Long Term Evolution）是3GPP組織主導制定的無線通信技術，主要體現在無線組網架構和無線接口技術的演進發展上，致力于提高網絡傳輸速率，加強安全性和簡化網絡架構。從數據傳輸的角度來說，增強了3G的空中接口的接入技術，采用 OFDM 和MIMO技術實現新一代無線網的下行接口和信號發射標準，頻譜帶寬支持20MHz，支持下行峰值速率100Mbps和上行峰值速率50Mbps。

1.2 FDD與TDD的工作模式

LTE技術支持頻分雙工（Frequency Division Duplexing，FDD）和時分雙工（Time Division Duplexing，TDD）模式。FDD在兩個分離的、對稱頻率的信道上分別對數據信號接收和發送。采用成對的頻段區分上行鏈路（UL，Uplink）和下行鏈路（DL，Downlink），上下行頻段間隔離度較大，來保證信號獨立且不受干擾的發送和接受。FDD的上、下行鏈路在時間上是連續的，可以同時接收和發送數據。TDD的接收和發送是使用同一頻率的不同時隙來區分上、下行信道，而在時間上是不連續的。通過設置不同的時間周期分別由移動終端發送給基站（UL，Uplink），由基站發送給移動終端（DL，Downlink）。

二、FDD與TDD的技術比較

FDD和TDD從功能架構和關鍵技術角度來說是相似的，均采用兩層網絡結構進行扁平化精簡和網絡管理。但由于基于不同的幀結構和復用技術，又具有各自不同的優點及缺點。

（1）頻譜利用方面，FDD使用成對的上下行頻率支撐移動業務進行數據收發，在最大程度上對相對稀缺的頻譜資源進行充分利用，尤其對對稱型應用有良好的支撐；而TDD技術引入了頻段內保護間隔的技術，從而犧牲了部分頻譜資源，降低了頻譜利用率。但在支持非對稱業務的時候，由于必須上下行成對對稱的使用頻率進行數據傳輸，相對于對稱業務，FDD的頻譜利用率約為60%。

（2）高速數據傳輸方面，FDD能夠盡最大可能的忽略上下行用戶業務時延，幀結構中沒有負載的保護間隔符號（Symbol），減少了傳輸過程中的同步損耗，并以全雙工（Full Duplex）的工作模式進行上下行傳輸，支持最高500km/h的移動通信；TDD技術由于對時間同步要求嚴格，需要分配時間片同步基站側及用戶側，最高傳輸速率120km/h。

（3）抗干擾方面， FDD技術使用相互隔離度較大的保護帶寬進行數據上行和下行傳輸，可很好的消除相鄰小區基站和本小區基站之間的干擾。TDD的上、下行信道傳輸工作在同一鏈路上，內部雖設置保護間隔，但由于本小區和相鄰小區帶寬比較接近，容易引起相鄰小區基站與終端的干擾。

（4）移動終端復雜性方面，TDD技術要求上、下行鏈路使用相同的頻率，基站與終端間的傳輸環境差異不大，上下行鏈路可以使用相同的路徑損耗，對于移動終端發射和接受天線及處理器的要求較低。FDD技術的上、下行鏈路信號在傳播時受頻率選擇性衰落影響的不同，根據上行鏈路計算得到的路徑損耗也不同，從而不能直接應用于下行鏈路，降低鏈路利用率。

三、FDD和TDD協同發展的可行性

FDD與TDD根據各自占用的頻譜資源段不同，可以提供更高的網絡承載量和網絡選擇帶寬。根據現有工信部發布的頻譜帶寬的劃分，中國移動TD-LTE獲得三個頻段共計130M頻譜帶寬；中國電信TD-LTE獲得兩個頻段，合計60M 頻譜帶寬，FDD-LTE上下行兩個頻段，合計60M頻譜帶寬；中國聯通TD-LTE獲得兩個頻段，合計40M頻譜帶寬，FDD-LTE上下行兩個頻段，合計40M頻譜帶寬。FDD與TDD各具特色，FDD/TDD協同發展有利于LTE網絡建設和滿足用戶的需求。

（1）FDD與TDD憑借各自的技術特點，能夠對不同應用進行差異化支撐。FDD技術是對稱型技術，比較適合交互式實時數據業務，比如語音和多媒體類業務，現階段常用的交互式IM手機軟件和移動視頻會議等業務是這類業務代表，FDD對該類業務支持較有優勢；TDD技術是非對稱型技術，比較適合包交換和互聯網業務，現階段越來越多的用戶使用手機進行流媒體視頻點播和留言類業務的使用，TDD對該類業務支持有較強優勢。

（2）根據不同的場景利用不同的技術進行無縫覆蓋。使用FDD技術進行室外大面積遠距離的覆蓋，利用FDD較強的抗干擾能力滿足外部復雜的網絡環境，適應較多的建筑物阻擋，利用TDD較強的頻譜效率，較靈活的幀配置能力進行室內覆蓋，滿足辦公或居住區域內用戶更多的使用各種非對稱、響應及時、可靠性較高的應用。

由于用戶的移動業務主要集中在密集城區和熱點區域，對高速數據業務有較大的需求，是運營商主要建設和投資的方向，LTE建設時需要進行FDD和TDD同時部署建設。由于各頻段對應的覆蓋范圍和下傾角各不相同，同時該類區域對通信質量要求較高，網絡會隨著建設頻繁的調整，選擇天線時會涉及到不同頻段的獨立調整。可使用八端口支持四頻段的天線或六端口支持三頻的天線進行覆蓋，通過TDD 2T2R配合FDD 2T2R的模式進行獨立調整。

一般城區建設時需要對覆蓋與容量同時考慮，并對投資成本進行把控。一般城區網絡優化頻率比較低，采用合路器的方法合路TDD和FDD的端口，降低天線部署的復雜度和成本。以LTE全頻段為目標網，可使用六端口支持三頻段的天線或四端口支持雙頻段的天線，對TDD和FDD設置2T2R模式，進行獨立調整。

郊區和農村場景話務量較少，移動業務應用以語音業務為主，運營商建設主要是實現廣度覆蓋。可使用2T4R至8T8R天線，最大程度上擴大覆蓋范圍。選用FDD部署時可使用六端口支持三頻的天線或四端口支持雙頻段的天線。

（3）針對LTE技術本身對小區間同頻干擾比較敏感的特性，可以利用兩種技術進行相互補充。由于LTE網絡單基站蜂窩網覆蓋面積較3G網絡小很多，需要部署大量小區覆蓋，而且LTE技術取消了鄰區及切換的概念，用小區重選和小區切換代替原有的扇區間及載頻間切換。小區間切換類似于硬切換，當多個LTE基站小區進行重復覆蓋時，或部分區域產生覆蓋縫隙時，就會因為FDD各小區可能會出現物理層小區識別碼（PCI ，Physical Cell Identity）沖突，此時如果移動終端（UE）上報的PCI與基站設備（eNodeB）實際指配的小區PCI不一致，出現切換失敗造成掉話，尤其是小區邊界該情況很明顯。在引入TDD網絡對該類區域進行補充覆蓋后，由于兩種技術的幀結構有較大的區別，且eNodeB及UE的PCI編碼格式有明顯的不同，當用戶在不同小區間移動的時候，可以很好的解決切換失敗問題，實現LTE網絡的無縫覆蓋。由于不同小區間存在相互的干擾，如果兩個小區采用同樣的頻段作為業務頻段，則會產生“同頻干擾”，過大的小區低噪會有相應抬高，信噪比會相應升高，故在網絡規劃中常采用小區中心區域同頻組網，邊緣區域異頻組網的模式。在該種組網模式中，LTE覆蓋能力還體現在業務邊緣速率的需求上，邊緣速率要求越低，覆蓋范圍越大。由于FDD頻段緊張，在進行異頻組網建設時可以使用FDD進行小區覆蓋，TDD進行邊緣覆蓋，由于FDD和TDD劃分頻段間隔較大，可以很好的解決頻段接近而引起的鄰頻干擾。且在小區規劃時，本小區與相鄰的小區為異頻小區，通過空間距離間隔同頻小區，盡可能的降低同頻干擾。邊緣速率也不會因為壓縮帶寬而造成的邊緣速率不足。

結合仿真結果和實際路測數據表示：相比于同頻組網，異頻組網提高了小區載干比C/I，如圖1。在同樣的覆蓋面積和頻率資源下，移動終端間有更高的數據傳輸速率。同時，小區邊緣用戶的峰值速率也有所改善。

另外，基站發射功率不是越高越好，功率增大到一定程度會導致信噪比的惡化，頻譜效率下降。

可見在功率較大時，可以通過分配不同的頻帶帶寬降低低噪，TDD靈活的帶寬配置特性可以良好的解決不同場景小區間隔大小不同，用戶需求不同的問題。但高頻段的傳播損耗、穿透損耗比低頻段的要大10dB左右，如表1。高頻段的覆蓋范圍要縮小很多。按照頻段的分配，TDD分配的頻段較FDD高。故TDD在數據傳播過程中會產生較大損耗。

綜上所述，使用FDD進行小區覆蓋，TDD進行邊緣覆蓋的融合組網模式是比單一技術組網更有效的覆蓋模式。

四、結束語

FDD和TDD融合組網，不僅能夠有效的解決單一技術組網的不足，而且能夠在充分利用現有稀缺的頻譜資源，實現不同場景的無線網建設，適應我國用戶基數大，移動業務用戶需求大，業務種類多，生活環境復雜的獨有現狀。相信隨著FDD牌照的正式發放，鐵塔公司對LTE基礎設施建設的加速，FDD和TDD融合組網的優勢會清晰的展現在用戶面前。

參 考 文 獻

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