TD-LTE与LTE-FDD的区别.docx

2、TD-LTE与FD-LTE的差异TD-LTE与FD-LTE系统的差异性表现在系统结构、设备形态、频谱资源、规划设计、业务支持等各方面（1） 系统结构的差异表现在双工方式、帧结构、物理层等。（2） 设备形态的差异性主要表现在天馈系统上。类似于TD-SCDMA，TD-LTE采用了智能天线，能有效的降低干扰，提高系统容量和频谱效率，而LTE-FDD，则采用非智能天线来实现网络覆盖。其设计上的差异性不仅包括物理层，也包括对工程设计造成的影响，如天仙风荷、塔桅承重的估算等（3） 频率资源的分配：LTE-FDD不能充分利用零散的频谱资源，导致一定的频谱浪费（4） 两者的规划设计在总体流程上是大同小异的，区别在于智能天线带来的塔桅和天馈系统安装工艺的影响。（5） 数据和多媒体业务的特点在于上下行非对称性，TD-LTE可以根据业务量的分析，对上下行帧进行灵活配置，以更好的满足数据业务的非对称性要求。此外，TD-LTE还具备一个LTE-FDD无可比拟的优势，就是与TD-SCDMA网络共存，完全实现网络整合，最大限度的降低网络快速部署成本2.1双工方式差异TD-LTE采用时分双工（TDD），LTE-FDD采用频分双工（FDD），这是两种完全不同的双工方式。TDD的系统接收和传送是在同一频率信道，即载波的不同时隙，用保护时间来分离接收与传送信道；而FDD则是在分离的两个对称的频率信道上，用保护频段来分离接收与传送信道，如下图所示。图2-1 TDD与FDD双工方式示意图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TDD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。2.2帧结构差异在帧结构设计上，TD-LTE每个10ms的无线帧包括两个长度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2-2所示。图2-2 TD-LTE帧结构特殊子帧包括3个特殊时隙，DwPTS、GP和UpPTS，总长度为1ms。DwPTS和UpPTS的长度可配置，其中DwPTS的长度为312个OFDM符号， UpPTS的长度为12个OFDM符号，相应的GP的长度为110个OFDM符号。而LTE-FDD的10ms无线帧分为10个子帧，每个子帧包括两个时隙，每时隙长0.5ms，如图2-3所示。图2-3 LTE-FDD帧结构TD-LTE与LTE-FDD在帧结构上的差异，如下表所示差异化项目TD-LTEFD-LTE信号产生上行：SC-FDMA（单载波频分复用），15khz载波间隔下行：OFDMA、7.5/15khz子载波间隔与TD-LTE相同编码/调制Turbo和卷积码+QPSK、16/64QAM帧格式10ms*1ms子帧5ms/10ms周期10ms*1ms子帧CP长度正常子帧4.7us（正常）16.7us（扩展）33.3us（扩展7.5khz）特殊子帧DwPTS、GP、UpPTS4.7us（正常）16.7us（扩展）33.3us（扩展7.5khz）时隙/子帧（TTI）符号数/时隙正常子帧2ms*0.5ms时隙7符号/时隙（正常）6符号/时隙（扩展）特殊子帧9种配置（正常）7种配置（扩展）（DwPTS：GP：UpPTS）2ms*0.5ms时隙7符号/时隙（正常）6符号/时隙（扩展）DLUL保护周期特殊子帧9种配置（正常）7种配置（扩展DL:UL非对称及DLUL转换7种配置 10DL：10UL表2-1 TD-LTE与LTE-FDD帧结构差异由于帧结构的不同，TD-LTE与FD-LTE相比较，具备的差异性资源或技术如下：（1） 频谱资源根据3GPP的规定，EARFCN频段的121、24用于FDD，而3343用于TDD。（2） 上下行时隙配比TD-LTE可以根据不同的业务类型，调整上下行时隙配比，以满足非对称业务需求。（3） 特殊时隙的应用为了节省开销，TD-LTE允许利用特殊时隙DwPTS和UpPTS传输系统控制信息。如上行导频可以在UpPTS中发送，而LTE-FDD只能利用普通数据子帧来传输。另外，DwPTS也可以用于传输PCFICH、PDCCH、PHICH、PDSCH和PSCH等控制信道和信息。（4） 多子帧调度/反馈当TD-LTE的下行多于上行时，存在一个上行子帧反馈多于下行子帧，TD-LTE通过Multi-ACK/NAK、ACK/ANK捆绑等技术来实现。当上行子帧“多于”下行子帧时，同样存在一个下行子帧调度多于上行子帧的情况，即多子帧调度，而在LTE-FDD中则不存在此类情形。（5） 同步信号设计除TDD固有的特点，如上下行转换和特殊时隙外，TDD与FDD在帧结构上的主要区别便是同步信号的设计。5ms的同步信号周期，分为主同步信号（PSS）与辅同步信号（SSS）。TD-LTE与FD-LTE中同步信号位置不同，如图2-4所示：图2-4 TDD与FDD的同步信号在TDD帧中，PSS位于DwPTS的第3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PSS、SSS信号相对位置的不同，终端可以在小区搜索的初始阶段识别系统是TDD还是FDD。（6） HARQ设计在LTE-FDD中，终端发送数据后，经过约3ms的处理时间发送ACK/NACK，终端再经过3ms的处理时间的时隙为上行，必须等到下行才能发送ACK/NACK。系统发送完ACK/NACK，终端再经过3ms处理时间确认，整个HARQ处理过程耗时11ms。TDD和FDD的HARQ过程如下图2-5所示：图2-5 TDD和FDD的HARQ过程类似地，如果TDD终端再第二个时隙发送数据。同样，系统必须等到下行时隙时才能发送ACK/NACK，此时HARQ的第一个处理过程耗费10ms。可见TD-LTE的HARQ过程更复杂，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。（7） RRU架构TD-LTE收发在不同时间，相同频段，因此需要使用T/R转换器将RRU的收发通路分时段接入天馈系统，会因此引入22.5dB的插损，并且由于T/R转换器的转换时延，同时也将给系统引入一定时延。LTE-FDD收发在不同频段，需要使用一个双工器（相当于两个滤波器）将收发分开，会因此引入1dB的插损，具体如图所示：图2-6 TD_LTE与FDD_LTE的RRU结构2.3物理层差异对于TD-LTE和FD-LTE在物理层上的差异，从系统同步、参考信号和控制信令3个方面进行比较分析。其中，系统同步的差异性见下表2-2：差异化项目TD-LTEFD-LTE终端定时由定时提前量（Timing Advance）来控制UL/DL定时配置；GPEnode B同步eNodeB同步为必需，同步信号位置可变异步，eNode B同步为可选随机接入前导正常子帧：普通RACH（类似FDD）UpPTS：短RACH（TDD专用）循环前缀0.8/1.6ms突发，在任何上行子帧上接收每个小区64个前导PRACH（随机接入物理信道）前导格式0,1,2,3,400,1,2,3小区搜索SSS在时隙0的最后一个OFDM符号上时隙0和10上传送PSS和SSS物理广播信道（P-BCH）PSS在DwPTS的第3个OFDM符号上参考信号的差异性见下表：差异化项目TD-LTELTE-FDD小区专用下行参考信号正常子帧：与FDD相同特殊子帧：DwPTS（长度可变）UpPTS（无数据和控制信号）1、2或者4根天线，天线1和2的密度更大终端专用下行参考信号TDD为必选FDD为可选上行参考信号每个子帧中两个长块与TDD相同表2-2 系统同步的差异性控制信令的差异性见下表2-3：差异化项目TD-LTEFD-LTE下行控制信道每次可以调度一个下行子帧和多个上行子帧每次可以调度一个下行子帧和一个上行子帧上行控制信道一个上行子帧可以对多个下行子帧进行ACK/NACK确认每个下行子帧都具有一个ACK/NACK下行控制信令正常子帧：与FDD相同DwPTS:最多两个OFDM符号每个下行子帧中有13个OFDM符号上行控制信令在每个上行子帧中与TDD相同上行控制信令跳频子帧内以时隙为单位进行跳频与TDD相同PUCCH格式取决于TDD UL/DL配置每个子帧中1bit、2bit、20bit每个子帧上是否多个ACK/NACK是否DL/UL定时n+k(k4)，由DL/UL配置和子帧位置确定m+4HARQ RTT（ms）取决于子帧位置8表2-3 控制信令的差异性2.4总结2.4.1 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2-7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2-7 中国为TDD划分的频段（1） 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，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2-8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2-8 TD-SCDMA与TD-LTE融合2.4.2 LTE TDD的不足结合以上对系统结构的分析，可以知道，TD-LTE在同一帧中需要传输上下行两个链路，系统设计更复杂，对设备的要求更高，相对LTE-FDD而言，也存在一些不足。（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