無線通信TDD與FDD技術發展研究

劉志堅

廣東南方電信規劃咨詢設計院有限公司，廣東惠州 516000

摘 要 智能終端設備的發展，推動了通信技術的更新換代，對高帶寬數據流量的需求，推動我國通信網絡實現了3G向4G時代快速升級。三大運營商LTE牌照獲得快速審批，按照工信部的要求，我國LTE建設采用TDD、FDD兩種組網技術。中國移動受制于TD-SCDMA的網速，快速完成了其基于TDD技術的4G升級，而中國電信與中國聯通則采取了TDD與FDD混合組網的4G網絡。本文對比了FDD與TDD組網技術的特點，分析了TDD、FDD融合組網技術。

關鍵詞 網絡通信；LTE-TDD；LTE-FDD；4G；5G

中圖分類號 TP2 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）13-0104-02

近年來，移動通信技術發展迅猛，寬帶化、IP化、移動化成為無線通信系統發展的方向。在寬帶無線接入領域，3G技術受到了來自WiMAX、Wi-Fi技術的強有力的挑戰，為了實現3G技術升級，長期演進（Long Term Evolution，LTE）技術應運而生，以逐步多度到B3G和4G階段。LTE改進完成后，可以用更低的成本實現更高的無線數據傳輸速率、更大的系統容量和更廣的覆蓋范圍。

1 FDD與TDD通信技術原理

LTE支持兩種不同的工作方式：時分雙工（TDD）和頻分雙工（FDD）。

時分雙工（TDD）中收、發信道依靠時間區分。在相同頻段下，TDD在信道的不同時隙進行接收和發送工作，時間上的錯配可以有效避免上下行數據間的干擾。比如基站在某一時刻將信號發送給移動臺，移動臺則在另一時刻發送信號給基站，移動臺與基站間的數據傳輸依靠預定的通信機制完成。

頻分雙工（FDD）中數據接收、發送工作在不同的頻率，雙工間隔工作在不同的上下行頻率間。作為區分上下行鏈路的標志，FDD依靠成對頻率，上下行數據在時間上是連續的。在進行對稱數據傳輸時，FDD可以最大限度利用上下行頻譜；然而，在進行非對稱業務傳輸時，這種利用率將變得很差。

2 LTE-TDD與LTE-FDD優缺點分析

LTE-TDD、LTE-FDD具備各自的優缺點和不同的應用領域，LTE-TDD的優勢在于更加高效的物理層架構、無線資源配置和更簡潔的幀結構。

2.1 LTE-TDD的技術特點

1）TDD有靈活的頻率配置機制，零碎頻段得以利用，上下行數據傳輸可以使用非對稱帶寬頻段；2）當基站與移動臺間上下行數據傳輸間隔小于信道相干時間可，利用TDD技術可以估計對方信號的信道特征；3）在移動通信系統中廣泛采用分集結合技術來縮短信道的衰落周期；4）CDMA系統工作于多徑環境時具有明顯優勢，其RAKE接收機可以獲得很好的多徑分集增益；5）終端設備向著低成本、多模化小型易攜帶方向發展，這也成為了未來移動通信系統的發展趨勢。

2.2 LTE-TDD的技術不足

1）CMDA移動通信系統工作在TDD模式下，會受到上下行鏈路以及不同運營商間的干擾；2）TDD模式上下行鏈路工作在相同頻率，信號發射機可以通過接受到的信號計算出多徑信號的快衰落周期時間，但這是基于幀長度小于相干時間這個大前提；3）在TDD系統CDMA模式下，基站無法處理進行接收和發送請求，基站進行數據發送過程中，移動終端處于等待狀態。同時數據傳輸過程中，同一小區的不同用戶以及用戶與基站間必須保持高度同步，大量不同用戶間的不同步會產生嚴重的干擾；用戶與基站間的不同步會堵塞通信信道，而采用FDD工作方式的CDMA移動通信系統，從根本上杜絕了以后類似事件的發生。

3 FDD與TDD融合組網技術

3.1 LTE融合組網同步技術

移動通信網絡融合組網包括兩方面內容：時間融合同步與頻率融合同步。頻率融合同步適用范圍廣，幾乎可以應用于所有移動終端設備。當終端快速移動時，會受到多普勒頻移效應的影響，在TDD和FDD工作模式下，FDD可以極大地消除頻移效應對移動終端通信穩定性的影響。時間同步技術可以解決高干對TDD系統帶來的影響；在解決GSM系統對FDD系統的通信干擾時，時間同步有時也會被運用到FDD通信系統。在移動通信網絡融合組網過程中，LTE無線融合同步技術可以很好地解決諸多問題，但同時也一直受到外界干擾的制約，尋求更加可靠的抗干擾技術方案和手段是未來融合組網中同步技術的研究方向。

3.2 FDD與TDD雙模通信終端數據復用與分流技術

TDD與FDD兩種工作模式在功能上是一致的，這位雙模的網絡融合提供了現實基礎，二者的區別主要存在于物理層面。在融合組網的第三階段，對于通信運營商來說有兩種技術方案：一是雙連接技術；二是載波聚合技術。

載波聚合技術建設成本低，可以實現網速峰值的短期快速提升；雙連接技術可操作性強，組網方式靈活，不易受到基站、廠商的制約。移動通信網絡發展到第三階段是一個關鍵的階段，不同運營商對技術方案的選擇也不盡相同。但就我國目前的實際情況來看，設備廠商眾多、接口不規范、基站選址復雜多變，雙連接技術成為最實際可行的方案。

3.3 eNB設置規則

工作于TDD和FDD融合組網覆蓋區域的移動終端設備，當處于短暫低電平位置時，終端設備會上傳A5與A2測量指令；當處于普遍性高于相鄰A5電平狀態時，融合組網的eNB機制會對該區域進行重新定向，此時終端會連接到新的網絡融合區域，但實時的操作會瞬間中斷。終端設備啟動RRC機制對高電平區域進行連接，以保證通信網絡暢通。在被覆蓋區域的PRB利用率超過臨界限制時，融合組網區域的eNB就會長傳系統busy指令，同時向移動終端設備發送A4門限指令，直至目標區域的電平回落至A4門限以下，融合網絡的eNB機制完成一次順利切換，上傳完成指令。

4 5G通信技術發展展望

第五代移動通信技術簡稱5G，它是4G技術的升級版。高數據傳輸速率是5G時代最主要的特點，各技術實現方案間的最大傳輸速率略有差異，但最少的也達到了10Gbit的傳輸速率，相當于現有4G技術的100倍之多。2015年3月，英國研究人員進行的100m測試結果達到了125GB，相比于現行的4G技術，達到了驚人的萬余倍。5G需要更多的接入點，以補償能量的衰減，實現低能耗、低延時目標。滿足未來終端小型化、模塊化、集成化的發展需求。其技術特點如下：1）高頻傳輸技術；2）多天線傳輸技術；3）同時同頻全雙工技術；4）設備到設備技術；5）密集網絡技術；6）軟件定義網絡技術。

5 結論與展望

我們已經進入到了一個高速移動互聯的大數據時代，谷歌公司執行董事長埃里克·施密特在2017年初的座談會上更是大膽預測：互聯網即將消失，一個高度集成化、互動化的物聯網將成為未來的趨勢。而物聯網技術的實現首先需要堅強通信網架的支持，為了滿足高速數據傳輸需求，4G通信網絡也必然會快速向5G網絡升級。

參考文獻

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