摘 要：目前LTE技術(shù)已確定成為3G的演進(jìn)的唯一方向，本文通過對(duì)兩種主流LTE技術(shù)—TDD-LTE和LTE FDD的區(qū)別分析，闡述各自系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，以及網(wǎng)絡(luò)融合的可行性，提出融合組網(wǎng)是LTE網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要途徑，有利于解決全球頻譜資源緊張性的問題。

關(guān)鍵詞：TDD-LTE；LTE FDD；幀結(jié)構(gòu)；同步信號(hào)；參考信號(hào)

中圖分類號(hào)：TN711.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP（The 3rd Generation Partnership Project）在3G的長期演進(jìn)（Long Term Evolution，LTE）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)雙工方式的不同，制定了FDD（Frequency Division Duplexing）和TDD（Time Division Duplexing）兩種制式[1]，同時(shí)，為了改善3G時(shí)代不同制式之間的漫游問題和減低設(shè)備的規(guī)模成本，3GPP在制定LTE標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，充分考慮了技術(shù)的通用性，所以TDD-LTE和 LTE FDD在技術(shù)規(guī)范上存在非常大的統(tǒng)一性，主要表現(xiàn)在擁有相同的層二和層三結(jié)構(gòu)，而物理層的主要區(qū)別是幀結(jié)構(gòu)[2]，TDD為了實(shí)現(xiàn)與FDD的融合問題，在幀結(jié)構(gòu)上也做了大量的改進(jìn)工作，使其更接近于FDD。雖然3GPP致力于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一，但由于雙工方式的不同，TDD-LTE和LTE FDD在系統(tǒng)控制和調(diào)度、頻帶需求等方面還是存在一些差異，本文重點(diǎn)分析兩種LTE制式的區(qū)別，以及網(wǎng)絡(luò)融合問題。

2 TDD-LTE與LTE FDD技術(shù)特點(diǎn)

2.1 TDD-LTE

TDD-LTE采用時(shí)分雙工的工作模式[3]，上下行鏈路頻段現(xiàn)同，使用不同時(shí)隙來區(qū)分，其單方向的資源在時(shí)間上是不連續(xù)的，時(shí)間資源在兩個(gè)反向上進(jìn)行分配，所以基站和終端之間必須有嚴(yán)格的時(shí)間同步才能順利工作。TDD工作模式如圖1所示。

TDD時(shí)分雙工的工作特點(diǎn)，使其在頻段的要求、對(duì)非對(duì)稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持、收/發(fā)射頻單元的共用、上下性信道互惠、智能天線的使用等方面都具有優(yōu)勢[4]，但同時(shí)也存在諸如系統(tǒng)收發(fā)間干擾、時(shí)間同步要求嚴(yán)格、控制信令復(fù)雜、覆蓋距離短等劣勢。

圖1 TDD工作模式圖

2.2 LTE FDD

LTE FDD采用頻分雙工的工作模式，在分離的兩個(gè)對(duì)稱信道上進(jìn)行接受和發(fā)送，用保護(hù)頻段來分離上下行信道，其單方向資源在時(shí)間上是連續(xù)的。FDD工作模式如圖2所示。由于雙工方式的不同，使得LTE-FDD的優(yōu)劣勢與TDD-LTE 是相對(duì)的。

圖2 FDD工作模式圖

3 兩種LTE制式的主要區(qū)別

TDD-LTE與LTE FDD區(qū)別的根源是幀結(jié)構(gòu)的不同，由此產(chǎn)生的同步信號(hào)、參考信號(hào)和信道設(shè)計(jì)的差異，以及像HARQ等關(guān)鍵技術(shù)在策略上的差異[5]。

3.1 TDD幀結(jié)構(gòu)

TDD一個(gè)無線幀10ms，每個(gè)無線幀由兩個(gè)半幀組成，每個(gè)半幀由8個(gè)常規(guī)時(shí)隙和DwPTS、GP、UpPTS三個(gè)特殊時(shí)隙構(gòu)成，DwPTS和UpPTS的長度可配置，DwPTS的長度為3-12個(gè)OFDM符號(hào)，UpPTS的長度為1-2個(gè)OFDM符號(hào)，相應(yīng)的GP長度為1-10個(gè)OFDM符號(hào)，總長度固定為1ms。

圖3 TDD-LTE幀結(jié)構(gòu)

在TDD幀結(jié)構(gòu)中，每個(gè)無線幀被分割為兩個(gè)5ms的半幀，因此TDD幀結(jié)構(gòu)可分為5ms周期和10ms周期兩類，可以靈活的支持不同配比的上下行業(yè)務(wù)。在5ms周期結(jié)構(gòu)中，子幀1和子幀6固定配置為特殊子幀，10ms周期結(jié)構(gòu)中，子幀1固定配置為特殊子幀。特殊子幀固定由DwPTS、GP、UpPTS三部分組成，特殊子幀的引入主要是為了解決上下行業(yè)務(wù)切換的問題，隔離上下行業(yè)務(wù)。

DwPTS（下行導(dǎo)頻時(shí)隙）：可看作一個(gè)特殊的子幀，用于傳輸下行數(shù)據(jù)和信令。

UpPTS（上行導(dǎo)頻時(shí)隙）：不發(fā)任何控制信令和數(shù)據(jù)，長度分為2個(gè)OFDM符號(hào)和1個(gè)OFDM符號(hào)，2個(gè)符號(hào)時(shí)用于傳輸RRACH Preamble或Sounding RS，當(dāng)為1個(gè)符號(hào)時(shí)只傳輸Sounding RS。UpPTS及其相連的第一個(gè)子幀固定傳輸上行業(yè)務(wù)。

GP（保護(hù)周期）：保證距離天線遠(yuǎn)近不同的UE上行信號(hào)在eNodeB的天線空口對(duì)齊，提供上下行轉(zhuǎn)換時(shí)間，避免相鄰基站間上下行干擾，GP的大小決定了支持小區(qū)半徑的大小。

表1 TDD-LTE上下行配置圖

在10ms的周期結(jié)構(gòu)中，下半幀的特殊子幀為DwPTS=1ms，用于下行傳輸，如圖5中的3、4、5。

3.2 FDD幀結(jié)構(gòu)

FDD一個(gè)無線幀長度為10ms，由20個(gè)時(shí)隙構(gòu)成，相鄰2個(gè)時(shí)隙組成1個(gè)子幀，子幀長度為1ms，對(duì)于FDD，在每一個(gè)10ms中，有10個(gè)子幀可以用于下行傳輸，同時(shí)也有10個(gè)子幀可以用于上行傳輸，上下行在頻域上是分開的。

圖4 LTE FDD幀結(jié)構(gòu)

由于上下行傳輸在不同頻域上進(jìn)行，使得LTE-FDD系統(tǒng)在幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上比TDD-LTE簡單，而且由于不需要在上下行鏈路間進(jìn)行切換，對(duì)時(shí)間同步性要求低。

3.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵進(jìn)程差異

由于幀結(jié)構(gòu)的不同，直接導(dǎo)致了LTE FDD系統(tǒng)和TDD-LTE系統(tǒng)在同步信號(hào)、參考信號(hào)等方面需分別考慮，以及像HARQ等關(guān)鍵技術(shù)在策略上的差異。

（1）同步信號(hào)設(shè)計(jì)

在兩種幀結(jié)構(gòu)中，同步信號(hào)具有不同的位置：在FDD系統(tǒng)中，主同步信號(hào)和輔同步信號(hào)連接在一起，位于子幀0和子幀5的中間位置；而TDD系統(tǒng)中，主同步信號(hào)位于特殊子幀DwPTS中，輔同步信號(hào)位于子幀0的最后1個(gè)OFDM符號(hào)。正是由于兩種系統(tǒng)的主同步信號(hào)和輔同步信號(hào)之間的間隔不同，使得UE在接入系統(tǒng)是，通過檢測同步信號(hào)，能夠識(shí)別系統(tǒng)是FDD還是TDD。

圖5 LTE FDD和TDD-LTE同步信號(hào)設(shè)計(jì)

（2）參考信號(hào)設(shè)計(jì)

上行鏈路中SRS（sounding reference signal，探測參考信號(hào)）用于eNodeB對(duì)上行信道質(zhì)量的評(píng)估，在FDD系統(tǒng)中，SRS僅在普通數(shù)據(jù)子幀中傳輸，但TDD系統(tǒng)中，SRS既可以在普通數(shù)據(jù)子幀中傳輸，同時(shí)為了提高頻譜效率，也可以在特殊子幀UpPTS中傳輸；下行鏈路中有CRS（cell-specific RS）和DRS（UE-specific RS）兩類參考信號(hào)對(duì)下行鏈路進(jìn)行評(píng)估，其中CRS用作小區(qū)級(jí)下行信道質(zhì)量測量，兩種系統(tǒng)中都有，而DRS是TDD系統(tǒng)獨(dú)有，僅用于評(píng)估Beamforming信道特性，與TDD系統(tǒng)的智能天線技術(shù)結(jié)合使用。由于TDD系統(tǒng)上下行鏈路的對(duì)稱特性，參考信號(hào)對(duì)TDD系統(tǒng)具有更加重要的作用，比如eNodeB可利用SRS得到的上行信道質(zhì)量評(píng)估信息進(jìn)行下行信道的選擇性調(diào)度或關(guān)閉MIMO的預(yù)編碼矩陣的選擇。

（3）關(guān)鍵技術(shù)HARQ過程差異

HARQ（hybird automatic repeat-request，混合式自動(dòng)重傳請(qǐng)求）是在ARQ的基礎(chǔ)上增加FEC功能，系統(tǒng)通過ACK/NACK判斷是否進(jìn)行數(shù)據(jù)重傳。HARQ技術(shù)能夠很好的補(bǔ)償無線移動(dòng)信道時(shí)變和多徑衰落對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懀瑫r(shí)由于實(shí)現(xiàn)了“早中止”功能，有效提升了頻譜效率。

在FDD系統(tǒng)中，由于上下行子幀配比固定，因此ACK與初傳數(shù)據(jù)的間隔固定為4個(gè)TTI，既HARQ的RTT（Round Trip Time）固定為8ms，且ACK/NACK位置固定。但在TDD系統(tǒng)中，由于上下行子幀的配比是變化的，4個(gè)TTI后不一定是上行子幀，因此ACK與初傳數(shù)據(jù)的間隔不是固定的，給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)增加了難度。

4 網(wǎng)絡(luò)融合問題

隨著LTE技術(shù)的向前發(fā)展，物理層幀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的差異性逐步被淡化，TDD系統(tǒng)和FDD系統(tǒng)的融合技術(shù)壁壘基本得到解決[6]，網(wǎng)絡(luò)融合也必將是后續(xù)4G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的首選方式。

4.1 融合組網(wǎng)的必要性

首先，網(wǎng)絡(luò)融合有利于發(fā)揮各自系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，F(xiàn)DD系統(tǒng)在組網(wǎng)成本、覆蓋能力、廠商支撐等方面具有絕對(duì)優(yōu)勢，而TDD系統(tǒng)對(duì)零散頻譜資源的使用，能夠有效緩解頻譜資源的緊張性，提高頻譜利用效率，畢竟在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，頻譜是最核心的資源；其次，低流量區(qū)域采用FDD系統(tǒng)覆蓋，高流量區(qū)域采用FDD+TDD系統(tǒng)覆蓋，既能夠滿足覆蓋需求，又能夠滿足容量需求，是目前最為理想的組網(wǎng)模式。最后，在國內(nèi)，2012年10月份工信部宣布將2.6GHz頻段全部190MHz頻率資源規(guī)劃為TDD頻譜，將1.8GHz和2.1GHz頻段中未分配的兩個(gè)60MH頻率資源用于FDD-LTE，對(duì)于國內(nèi)移動(dòng)運(yùn)營商而言，采用FDD+TDD聯(lián)合組網(wǎng)的模式意味著能夠分配到更多的頻譜資源，這有利于減低運(yùn)營商的運(yùn)營成本，提升自身競爭力。

4.2 融合組網(wǎng)現(xiàn)狀

據(jù)GSA最新統(tǒng)計(jì)，截止到2013年4月份，全球商用LTE FDD網(wǎng)絡(luò)166個(gè)，商用TDD-LTE網(wǎng)絡(luò)15個(gè)，其中采用融合組網(wǎng)的有6個(gè)。華為公司于2011年為波蘭Aero2部署了全球首個(gè)LTE TDD/FDD融合網(wǎng)絡(luò)，并獲得GTB頒發(fā)的“LTE網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施創(chuàng)新”大獎(jiǎng)。而目前幾乎所有移動(dòng)通信系統(tǒng)廠家都可以同時(shí)支持LTE TDD和LTE FDD網(wǎng)絡(luò)部署，LTE芯片也普遍支持TDD和FDD雙模，同時(shí)支持TDD/FDD的多種類型終端也已商用，用戶可以在LTE TDD和LTE FDD兩種制式的網(wǎng)絡(luò)之間自由切換，真正實(shí)現(xiàn)了無差異體驗(yàn)。

5 結(jié)語

本文重點(diǎn)分析了兩種主流LTE技術(shù)各自特點(diǎn)，通過分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)和關(guān)鍵過程的差異，描述了兩個(gè)系統(tǒng)的主要區(qū)別。同時(shí)，結(jié)合目前LTE技術(shù)發(fā)展潮流以及頻譜資源情況，重點(diǎn)闡明了4G時(shí)代融合組網(wǎng)的必要性和現(xiàn)狀，為運(yùn)營商4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供參考依據(jù)。

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作者簡介：

黃苗苗（1981-），女，碩士，講師.研究領(lǐng)域：并行網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)加

密.

黃英銘（1969-），男，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù).

謝少彬（1981-），男，學(xué)士，初級(jí)工程師.研究領(lǐng)域：移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)

化和規(guī)劃.