FDD LTE与TDD LTE的区别及系统设计差异

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关键字：LTE   FDD   TDD   多天线  
随着通讯业的迅猛发展，4G技术即LTE 时代呼之欲出,文章基于3GPP R8 LTE协议，从频段、性能、关键 技术、具体实现、工程实施等方面，对FDD LTE 和TDD LTE 系统进行简单的比较分析，供大家了解并参考。
1 FDD LTE 与TDD LTE 的区别

FDD LTE 与TDD LTE 的区别在于双工方式的不同，以及由此带来一些系统设计上的差异。

1.1 双工方式比较

FDD 与TDD 是两种截然不同的双工方式。FDD 采用两个对称的频率信道进行发送和接收，这两个信道之间存在着一定的频段保护间隔。LTE 由于其频段的多样化，不同频段的收发间隔是不同的。TDD 的发送和接收信号在同一频率信道的不同时隙中进行，彼此之间采用一定的保护时间予以分离。它不需要分配对称频段的频率，可以充分利用零散的频谱资源。TDD 通过调整上下行时隙配比，可以灵活地支持不对称业务数据传输。

TDD 的优势：

（1）能够灵活配置频率，使用FDD 系统不易使用的零散频段；

（2）可以通过调整上下行时隙转换点，调整上下行时隙配比，能够很好地支持非对称业务；

（3）具有上下行信道一致性，基站的接收和发送可以共用部分射频单元，降低了设备成本；

（4）基站和终端都不需要收发隔离器，只需要一个开关即可，降低了设备的复杂度；

（5）具有上下行信道互惠性，能够更好地采用传输预处理技术，如智能天线技术、预编码技术等，能有效地降低移动终端的处理复杂度；

（6）TDD 采用Beamforming 天线技术，所以TDD 的下行业务覆盖先天优势明显。

但是，TDD 双工方式相较于FDD，也存在明显的不足：

（1）由于TDD 方式的时间资源分别分给了上行和下行，TDD 方式的发射时间比FDD 方式少；

（2）TDD 系统收发信道同频，系统间干扰更加复杂；

（3）上下行时隙转换点的存在使得对时间同步的要求更加严格。目前通常是整个网络中使用相同的时隙配比，否则上下行之间会存在同频干扰。

1.2 系统设计比较

PHY 处理、MAC 处理、RRM 处理等方面都有一些共性，但是由于子帧结构的不同，也带来了些细微的差别。

LTE 系统在FDD 和TDD 两种双工方式下，系统的大部分设计，尤其是高层协议方面是一致的。另一方面，在系统底层设计，尤其是物理层的设计上，由于FDD 和TDD 两种双工方式在物理特性上所固有的不同，LTE 系统为TDD 的工作方式进行了一系列专门的设计，这些设计在一定程度上参考和继承了3G TD-SCDMA 的设计思想。

1.2.1 子帧结构

FDD LTE 是从WCDMA 演进而来，TDD LTE 从TDSCDMA演进而来，所以LTE 系统在子帧结构上，顺从了以前3G 系统的特性。

FDD LTE 采用包含10 个子帧的10ms 无线帧，其中每个子帧又包含2 个时隙，共20 个时隙的结构，见图1；TDD LTE采用的也是包含10 个子帧的10ms 无线帧的结构，但是为了继承TD-SCDMA 的特性，在TDD LTE 帧结构中存在1ms 的特殊子帧，该子帧由三个特殊时隙组成：DwPTS，GP 和Up-PTS，其中DwPTS 始终用于下行发送，UpPTS 始终用于上行发送，而GP 作为TDD中下行至上行转换的保护时间间隔，见图2。对于TDD LTE 帧结构，有两个周期切换点：

（1）5ms 上下行切换周期：位于两个半帧中，在这两个半帧中各有一个特殊子帧来放特殊时隙，它们分别是子帧1 和子帧6；

（2）10ms 上下行切换周期：位于第一个半帧中，在子帧1来放特殊时隙。

其中子帧0 和5 以及DwPTS 总是用于下行发射，UpPTS和紧邻其后的子帧总是用于上行发射。其余的子帧遵循的规律同FDD。



图1 FDD LTE 帧结构



图2 TDD LTE 帧结构


三个特殊时隙的总长度固定为1 ms，而其各自的长度可以根据网络的实际需要进行配置，在技术规范中支持如表1 所示的9 种配置选项。

DwPTS 中包含物理下行控制信道和数据信道，实现与其它下行子帧相同的下行数据发送的功能。而UpPTS 不再发送上行数据信道，用于上行Sounding 导频的发送，这样的导频可以用于上行信道的测量。UpPTS 还可以 用于PRACH format4 的发送。

表1 TDD LTE 特殊子帧配置




对于FDD LTE，不存在上下行配比的问题，TDD LTE 则要对一个10ms 的无线帧进行上下行分配，一些用来传上行数据，一些用来传下行数据。协议中规定的上下行配比，如表2所示。

表2 上下行时隙配比