LTETDD综述要点

1、HEFEI UNIVERSITY课程综述报告题 目： 移动通信课程综述 系 别： 电子信息与电气工程 专业 班级： 学 号： 姓 名： 导 师： 成 绩： 2014 年 11 月 16 日无线移动通信LTE TDD和LTE FDD综述摘要：UTRA 的长期演进(Long Term Evolution ,LTE) 技术存在LTE FDD和LTE TDD两大阵营，本文在比较分析TDD和FDD技术特点的基础上，对LTE TDD（即TD-LTE）的特有技术进行了总结，并结合中国移动现有的网络部署和TDD频段资源情况，对LTE TDD和LTE FDD的应用前景进行了初步分析。关键词：LTE FDD LT

2、E TDD 移动 网络部署正文：上世纪九十年代以来，随着通信技术的的飞速发展，移动通信技术的发展也日新月异，宽带化、移动化、IP 化是无线通信系统未来的趋势。目前，无线移动通信市场有 WiMAX、WiFi、新兴无线宽带接入技术等展开激烈的竞争，3G 也必须在宽带无线中发展新的技术，才能满足市场需要和提高竞争力。3GPP 早已开始对 UTRA 长期演进（又称 Long Term Evolution，以下简称 LTE）技术进行研究，把 3G技术过渡到4G与B3G，研究目的是为了提高数据传输速率，减少时延、降低成本、扩展兼容性和覆盖范围。LTE 系 统 有 FDD（ 称 为 频 分 双 工，Freq

3、uency Division Duplexing）、TDD（称为时分双工，Time Division Duplexing）两种方式，两种无线技术有一定的差异。一LTE的基本原理LTE 使用子信道方式，每 12 个连续的子载波段分成一组，开用一个最小单元（Resource Block，以下简称 RB），它同时针对不同的宽带有不同的子载波数，也对应不同的 RB。LTE 的通信系统采用 OFDM 方式，即 DFT-S-OFDM 方式，也称单载波 OFDM 方式，这是基于 OFDM 基础上的进化技术，它不对转换后的数据直接调制，而是先进行 DFT，将每个正在使用的子载波DFT 由时域转换到频域，然后再

4、将频域信号输入到 IFFT 模块，最后将信号插入循环前级后又一起被转换到时域再进行发送。与传统的OFDM 技术相比，这种模式的 PAPR 大幅降度。传统的 OFDM 技术在频域上的包络比较平，而单载波 OFDM 技术在频域上是包络性的，虽然它很像单载波，但实际上它拥有所有多载波的特性。LTE 的的功能，在 LTE-FDD 与 LTE-TDD 中得到体现。二FDD与TDD工作原理频分双工(FDD) 和时分双工(TDD) 是两种不同的双工方式。如图1所示，FDD是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送，用保护频段来分离接收和发送信道。FDD必须采用成对的频率，依靠频率来区分上下行链路，其单方向的

5、资源在时间上是连续的。FDD在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时，频谱利用率将大大降低。TDD用时间来分离接收和发送信道。在TDD 方式的移动通信系统中, 接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载, 其单方向的资源在时间上是不连续的，时间资源在两个方向上进行了分配。某个时间段由基站发送信号给移动台，另外的时间由移动台发送信号给基站，基站和移动台之间必须协同一致才能顺利工作。图1：FDD和TDD的工作原理 TDD 双工方式的工作特点使TDD具有如下优势： （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，提高下行时

6、隙比例，能够很好的支持非对称业务；（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）接收上下行数据时，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，能够更好的采用传输预处理技术，如预RAKE 技术、联合传输(JT)技术、智能天线技术等, 能有效地降低移动终端的处理复杂性。 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，因此TDD方式的发射时间大约只有FDD的一半，如果TDD要发送和FDD同样多的数据，就要增大TDD的发送功率；（2）TDD系统上行受限，因此T

7、DD基站的覆盖范围明显小于FDD基站；（3）TDD系统收发信道同频，无法进行干扰隔离，系统内和系统间存在干扰；（4）为了避免与其他无线系统之间的干扰，TDD需要预留较大的保护带，影响了整体频谱利用效率。三帧结构比较1. FDD 帧结构FDD 技术的帧结构同时支持全双工与半双工，支持半双工主要是为了 PTT 之类的结构而节省 UE 成本，并使高质量信号的要求得到满足。LTE-FDD 每个无线帧性能如下：每个无线帧长度包含 20 个时隙，每个连续时隙 2i 及 2i+1 构成一个子帧，它能在 10ms 的间隙中 10 个子帧作上行传输，10 个子帧作下行传输。2 .TDD 帧结构现在提到的 LTE

8、 TDD 帧结构不是基于 TD SCDMA 特性的帧频，而是在 2007 年会议之后，提出的接近于 FDD 类似结构的帧。TDD 的无线帧长度是 Tf=307200Ts=10ms，与 FDD 相同，同时它分为 2 个半帧频，每个长度为 5ms，每个半帧又包含 5 个子帧，每个长度 1ms，TDD 模式的上下行使用要分开来，它共有 7 种组合。标示“U”预留给上行传输，标示“D”表明预留给下行传输，标示“S”表明是特殊的子帧。ITU规定 LTE 除了新划分的频段可以使用，还可以使用原本的 3G 频段，因此 LTE TDD 的 GP 位置与长度一定要和 TD SCDMA 匹配才能避免系统之间的干扰

9、。图2.TDD的帧结构四TD-LTE系统特有技术LTE系统同时定义了频分双工(FDD) 和时分双工(TDD) 两种双工方式，并分别设计了FDD和TDD的帧结构1。FDD模式下，10ms的无线帧被分为10个子帧,每个子帧包含两个时隙，每时隙长0.5ms。TDD模式下，每个10ms无线帧包括2个长度为5ms的半帧，每个半帧由4个数据子帧和1个特殊子帧组成，如图2所示。特殊子帧包括3个特殊时隙：DwPTS，GP和UpPTS，总长度为1ms。DwPTS和UpPTS的长度可配置，DwPTS的长度为312个OFDM符号，UpPTS的长度为12个OFDM符号，相应的GP长度为110个OFDM符号。LTE支持

10、5ms和10ms上下行切换点。对于5ms上下行切换周期，子帧2和7总是用作上行。对于10ms上下行切换周期，每个半帧都有DwPTS；只在第1个半帧内有GP和UpPTS，第2个半帧的DwPTS长度为1ms。UpPTS和子帧2用作上行，子帧7和9用作下行。 由于TDD帧结构与FDD帧结构不同，TD-LTE系统具有一些特有技术。（1）上下行配比LTE TDD中支持不同的上下行时间配比，上下行时间比不总是“1:1”（见表1），可以根据不同的业务类型，调整上下行时间配比，以满足上下行非对称的业务需求。表1：不同帧周期的上下行配比（2）特殊时隙的应用为了节省网络开销，TD-LTE允许利用特殊时隙DwPTS

11、和UpPTS传输系统控制信息。LTE FDD中用普通数据子帧传输上行sounding导频，而TDD系统中，上行sounding导频可以在UpPTS上发送。另外，DwPTS也可用于传输PCFICH、PDCCH、PHICH、PDSCH和P-SCH等控制信道和控制信息。其中，DwPTS时隙中下行控制信道的最大长度为两个符号，且主同步信道固定位于DwPTS的第三个符号。（3）多子帧调度/反馈 和FDD不同，TDD系统不总是存在1:1的上下行比例。当下行多于上行时，存在一个上行子帧反馈多个下行子帧，TD-LTE提出的解决方案有：multi-ACK/NAK，ACK/NAK捆绑（bundling）等。当上行

12、子帧多于下行子帧时，存在一个下行子帧调度多个上行子帧（多子帧调度）的情况。（4）同步信号设计除了TDD固有的特性之外（上下行转换、特殊时隙等），TDD帧结构与FDD帧结构的主要区别在于同步信号的设计。LTE 同步信号的周期是5ms，分为主同步信号（PSS）和辅同步信号（SSS）。LTE TDD和FDD帧结构中，同步信号的位置/相对位置不同，如图3所示。在TDD帧结构中，PSS位于DwPTS的第三个符号，SSS位于5ms第一个子帧的最后一个符号；在FDD帧结构中，主同步信号和辅同步信号位于5ms第一个子帧内前一个时隙的最后两个符号。利用主、辅同步信号相对位置的不同，终端可以在小区搜索的初始阶段识

13、别系统是TDD还是FDD。图3：FDD和TDD的同步信号设计（5）HARQ的设计LTE FDD 系统中，HARQ的RTT（Round Trip Time）固定为8ms，且ACK/NACK位置固定，如图4所示。TD-LTE系统中HARQ的设计原理与LTE FDD相同，但是实现过程却比LTE FDD复杂，由于TDD上下行链路在时间上是不连续的，UE发送ACK/NACK的位置不固定，而且同一种上下行配置的HARQ的RTT长度都有可能不一样，这样增加了信令交互的过程和设备的复杂度。如图4所示，LTE FDD系统中，UE发送数据后，经过3ms的处理时间，系统发送ACK/NACK，UE再经过3ms的处理时

14、间确认，此后，一个完整的HARQ处理过程结束，整个过程耗费8ms。在LTE TDD系统中，UE发送数据，3ms处理时间后，系统本来应该发送ACK/NACK，但是经过3ms处理时间的时隙为上行，必须等到下行才能发送ACK/NACK。系统发送ACK/NACK后，UE再经过3ms处理时间确认，整个HARQ处理过程耗费11ms。类似的道理，UE如果在第2个时隙发送数据，同样，系统必须等到DL时隙时才能发送ACK/NACK，此时，HARQ的一个处理过程耗费10ms。可见，LTE TDD系统HARQ的过程复杂，处理时间长度不固定，发送ACK/NACK的时隙也不固定，给系统的设计增加了难度。图4：FDD和T

15、DD 的HARQ 设计五LTE TDD与LTE FDD的比较LTE TDD在帧结构、物理层技术、无线资源配置等方面具有自己独特的技术特点，与LTE FDD相比，具有特有的优势，但也存在一些不足。1.LTE TDD的优势（1）频谱配置频段资源是无线通信中最宝贵的资源，随着移动通信的发展，多媒体业务对于频谱的需求日益增加。现有的通信系统GSM900和GSM1800均采用FDD双工方式，FDD双工方式占用了大量的频段资源，同时，一些零散频谱资源由于FDD不能使用而闲置，造成了频谱浪费。由于LTE TDD系统无需成对的频率, 可以方便的配置在LTE FDD 系统所不易使用的零散频段上, 具有一定的频谱

16、灵活性，能有效的提高频谱利用率。另外，中国已经为TDD 划分了155 MHz 的频段(如图5所示) ,为LTE TDD的应用创造了条件。因此，在频段资源方面，LTE TDD系统和LTE FDD系统具有更大的优势。中国移动可以针对不同的频段资源，分别部署LTE TDD系统和LTE FDD系统，充分利用频谱资源。 图5：中国为TDD划分的频段（2）支持非对称业务在第三代移动通信系统以及未来的移动通信系统中,除了提供语音业务之外，数据和多媒体业务将成为主要内容，且上网、文件传输和多媒体业务通常具有上下行不对称特性。LTE TDD系统在支持不对称业务方面具有一定的灵活性。根据LTE TDD帧结构的特点

17、，LTE TDD系统可以根据业务类型灵活配置LTE TDD帧的上下行配比。如浏览网页、视频点播等业务，下行数据量明显大于上行数据量，系统可以根据业务量的分析，配置下行帧多于上行帧情况，如 6DL:3UL ，7DL:2UL，8DL:1UL，3DL:1UL等。而在提供传统的语音业务时，系统可以配置下行帧等于上行帧，如2DL:2UL。在LTE FDD系统中, 非对称业务的实现对上行信道资源存在一定的浪费, 必须采用高速分组接入(HSPA) 、EV-DO 和广播/组播等技术。相对于LTE FDD系统，LTE TDD系统能够更好的支持不同类型的业务，不会造成资源的浪费。（3）智能天线的使用 智能天线技术

18、是未来无线技术的发展方向，它能降低多址干扰，增加系统的吞吐量。在LTE TDD系统中, 上下行链路使用相同频率, 且间隔时间较短, 小于信道相干时间，链路无线传播环境差异不大，在使用赋形算法时，上下行链路可以使用相同的权值。与之不同的是, 由于FDD 系统上下行链路信号传播的无线环境受频率选择性衰落影响不同, 根据上行链路计算得到的权值不能直接应用于下行链路。因而, LTE TDD系统能有效地降低移动终端的处理复杂性。 另外，在LTE TDD系统中，由于上下行信道一致, 基站的接收和发送可以共用部分射频单元, 从而在一定程度上降低了基站的制造成本。（4）与TD-SCDMA的共存LTE TDD系

19、统还有一个LTE FDD无法比拟的优势，就是LTE TDD系统能够与TD-SCDMA系统共存。对现有通信系统来说，目前的数据传输速率已经无法满足用户日益增长的需求，运营商必须提前规划现有通信系统向B3G/4G系统的平滑演进。由于LTE TDD帧结构基于我国TD-SCDMA的帧结构，能够方便的实现TD-LTE系统与TD-SCDMA系统的共存和融合。如图6所示，以5ms 的子帧为基准，TD-SCDMA有7个子帧，且特殊时隙是固定的，TD-LTE通过调整特殊时隙的长度，就能够保证两个系统的GP时隙重合（上下行切换点），从而实现两个系统的融合。图6：TD-SCDMA与TD-LTE融2.LTE TDD的

20、不足由于LTE TDD在同一帧中传输上下行两个链路，系统设计更加复杂，对设备的要求较高，存在一些不足：（1）由于保护间隔的使用降低了频谱利用率，特别是提供广覆盖的时候，使用长CP，对频谱资源造成了浪费。（2）使用HARQ技术时，LTE TDD使用的控制信令比LTE FDD更复杂，且平均RTT 稍长于LTE FDD的8ms。（3）由于上下行信道占用同一频段的不同时隙，为了保证上下行帧的准确接收，系统对终端和基站的同步要求很高。为了补偿LTE TDD系统的不足，LTE TDD 系统采用了一些新技术，如：TDD支持在微小区使用更短的PRACH，以提高频谱利用率；采用multi-ACK/NACK的方式

21、，反馈多个子帧，节约信令开销等。六融合与发展的趋势1.共用平台作为 LTE 的两种制式，LTE-TDD 和 LTE-FDD 主要的不同集中在物理层上，而在媒质接入控制层（MAC）、无线链路控制层（RLC）的差别不大，在高层协议上基本没什么不同。它们都是无线帧为 10ms，半帧为 5ms，子帧为 1ms，它们的特点也很一致，只有层一的帧结构有区别，而在 2007 年通过整合以后，帧长也接近一致，目前，在技术上也希望通过统一标准使 FDD 与 TDD 无线系统的技术都得到优化，使两者的频谱利用率相同。2.存在的问题虽然 LTE TDD 的帧结构已经改变，使 LTE TDD 与 LTE FDD 融合发展的实现成为可能，但是，这项技术也存在一些问题，主要是因为 LTE TDD 的结构改变了原来的 TD SCDMA 的模式，而没有考虑在原有基础上进行兼容，因此，LTE TDD 与 TD SCDMA 系统有可能出现因为设计不当而使系统之间产生互相干扰的问题。TD SCDMA 帧结构主要使用 10ms 无线帧与 5ms 子帧，它分为7 个时隙（以 0-6 作为序号进行区别）与三个特定的子帧（DwPTS、GP、UpPTS），而特定帧是不占时隙的，