LTETDD与LTEFDD的技术对比与分析

1、228LTE TDD 与LTE FDD 的技术对比与分析陈金辉(中国移动通信集团福建有限公司莆田分公司,福建莆田351100摘要:LTE TDD 和LTE FDD 是长期演进技术(LTE 的两大技术标准,其技术差别主要是双工方式的不同。首先对两者进行了技术简介,接着从特殊技术特点和关键技术特点两个方面对TDD 、FDD 做出深入探讨和对比分析,同时总结了TDD 相比于FDD 的优劣所在,最后对它的应用和发展前景提出了展望。关键词:时分双工;频分双工;LTE TDD ;LTE FDD ;技术对比中图分类号:TN929文献标识码:A文章编号:1673-1131(201406-0228-02随着多媒

2、体业务和数据通信需求的蓬勃发展,为了适应移动计算、移动数据以及多媒体业务的需要,第四代移动通信技术,简称4G ,日渐完善成熟。其中,“长期演进技术”LTE 作为4G 技术中的重要核心标准之一,已被广大国际主流设备商和运营商所重视接受。LTE TDD (时分双工与LTE FDD (频分双工,正是长期演进技术系统同时定义的两大技术标准,两者之间的主要差别在于双工方式上的不同。由于受到3G 技术标准各支持阵营的市场占有率份额以及无线技术差异等多方面因素影响,国际上更多运营商与设备商支持FDD 标准,使得目前LTE FDD 的标准化和产业化程度暂时胜于LTE TDD 。然而,LTE TDD 是基于我国

3、自主研发拥有知识产权的TD-SCDMA 技术发展的长期演进技术,其在非对称业务支持、智能天线业务支持、频谱利用配置等方面,相比LTE FDD 具有无可比拟的优势,因此日渐受到研究机构和设备商的关注与支持,在未来的通信市场竞争上拥有巨大的潜力。1LTE TDD 与LTE FDD 的技术简介时分双工(TDD 与频分双工(FDD 是两种不同的双工方式。时分双工(TDD 是采用时间来分离发送信道和接收信道,在时间上它的单方向资源是不连续的,因为在TDD 的通信系统中,同一个频率载波的不同时隙被发送和接收用来作为信道的承载,彼此之间利用一定的保护时间在对不同时隙进行分离。在某个时间段内,基站向移动台发送

4、信号,而移动台则会在其他剩余的时间段发送信号给基站,移动台和基站之间要想顺利工作必须提前相互协调一致。频分双工(FDD 则是采用两个相对称的分离频率信道进行着信号的接收与发送,这两个信道之间存在着保护频段,用来保护间隔,确保分离发送和接收信道。与TDD 不同的是,在时间上它的单方向资源是连续的,因为它采用的频率是对称成对存在的,依靠频率来对上下行链路进行分离。可见,FDD 能够较好支持的业务是对称业务,信道的上下行频谱能够被充分利用。然而,对于非对称业务,则会存在频谱利用率低下的问题。对于两者工作原理和技术特点上的对比,可以得出,与频分双工(FDD 相比,时分双工(TDD 具有许多不可比拟的优

5、势:对于日渐稀缺的珍贵频率能够进行灵活的配置,因此能够使用FDD 无法利用的零散频段;拥有上下信道一致性,部分射频单元可以为发送端和接收端共同使用,从而有效地降低了设备的成本;能够较好地支持非对称服务,因为通过调整上下行时隙转换点,很好地提高了下行时隙比例;因为采用时分双工技术,只需要引入一个开关即可实现对上下行数据的接收,从而设备的复杂度被降低了;TDD 利用Beamforming 波束成形技术,从而使得TDD 在下行覆盖方面具有先天的优势;具有日益被业界所重视的上下行道互惠性,多项传输预处理技术能够得到有效的应用,如智能天线技术、联合传输技术等等。但是,TDD 相比于FDD ,也存在一些不

6、足之处:由于在上行方面受限,因此基站本身覆盖范围较小,导致运营商基站建设投入方面成本加大;TDD 通信系统收发信道同频,导致系统内与系统间会存在同频干扰,需要预留保护带,导致整体频谱利用率也随之下降;由于TDD 本身工作原理上发射时间较短,相比于FDD 只有其一半左右,从而必须提高发射功率来实现发送数据的增大。2LTE TDD 与LTE FDD 的特殊技术特点对比分析TDD (时分双工与FDD (频分双工是LTE 系统定义下的(3SAE-GW 与PCRF 之间的Gx 接口应通过PS 域CE 设备接入IP 承载网互联。(4SGi 、S10、S11、S5/S8、Gn 接口应通过CMNET CE 接

7、入CMNET ,应与现网分组域共用防火墙。EPC 组网示意图如图2所示。5结语近年来随着数据业务的发展,流量呈爆发式增长,对中国移动的网络造成很大的冲击。同时,LTE 已经在多个国家部署,其产业链日益成熟。随着4G 牌照的发放,中国移动将大力部署LTE 网络。本文主要介绍了EPC 核心网网元融合分析,以及组网结构分析。随着LTE 的规模商用,相信人们将更加深刻地体会到移动互联网的魅力。参考文献:1易曼.2G 和3G 核心网融合组网策略研究J .移动通信,2012(1:166-1682吕红卫,冯征.EPC 架构核心网组网方式分析J .电信工程技术与标准化,2010(11:12-163中国移动通信

8、集团.中国移动2G/3G/LTE 融合核心网试点总体技术要求V5.0.2S 作者简介:唐升敢(1979-,男,浙江淳安人,硕士,工程师,从事移动通信核心网网络规划和咨询工作 。2014年第6期(总第138期2014(Sum.No 138信息通信INFORMATION &COMMUNICATIONS两种双工方式。两种不同模式的帧结构存在较大的差异。在TDD模式下,每个10ms无线帧被分为两个半帧,每个半帧长度是5ms,由1个特殊子帧以及4个数据子帧构成,特殊子帧总长度为1ms,具体包括GP、DwPTS等3个特殊时隙。而在FDD模式下,无线帧由10个长度是1ms的无线子帧组成,每个子帧包含两个长度

9、为0.5ms的时隙。LTE FDD与LTE TDD 在帧结构上的不同是导致其他差异存在的根本原因,这使得LTE TDD与LTE FDD在参考信号、同步信号、信道设计等方面需分别考虑,同时也使得TDD在许多技术方面相比FDD具有特定的优势:(1特殊时隙UpPTS、DwPTS相关可以被TD-LTE用来传输系统的控制信息,可以起到很好的节省网络开销的效果;(2可以进行多子帧的调度反馈,相比于上下比例总保持在1:1的FDD系统结构,TDD系统在这方面就显得较为灵活,当下行大于上行,则多个下行子帧会出现被一个上行子帧反馈调度,TDD系统定义了ACK/NAK捆绑等方案进行应对,若下行少于上行子帧的时候,就

10、会出现多个上行子帧被下行子帧调度的情况;(3可以进行灵活的上下行配比,TDD系统中可以支持上下行不同时间的配比,因此出现上下行时间比为“1:1”的机会很少,TDD系统可以针对业务类型的不同,进行上下行时间的调整,来满足非对称业务上下行的不同程度要求。3LTE TDD与LTE FDD的关键技术特点对比分析HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request即混合自动重传请求,是一种降低传输错误概率的机制。数据通信最初在有线网络上发展,常要求较大带宽以及较高传输质量。对于有线连接数据传输的可靠性是通过重传来实现。ARQ(自动请求重传与FEC(前向纠错编码是有线网络与无线网络常见

11、的两种应用技术,两者各有利弊之处,于是ARQ和FEC相结合的方案被提出了,这就是HARQ的诞生。FDD和TDD在HARQ的ACK/NACK传输、最大并发进程数、原始发送数据的定时关系、往返路程时间等方面有比较大的差异。3.1HARQ ACK/NACK的传输LTE TDD系统中,当出现下行子帧少于上行子帧的时候就需要使用一个下行子帧来调度多个上行子帧,若出现下行子帧多余上行子帧的情况就有必要使用一个上行子帧来反馈多个下行子帧。对此,TDD国际协议中相应定义了两种处理策略。(1ACK/NACK绑定:对于前面的多个下行子帧数据内容的ACK/NACK进行逻辑上的“与”运算,即可实现使用一个ACK/NA

12、CK完成前面多个下行子帧PDSCH数据的反馈。这是协议中默认TDD系统的反馈机制;(2ACK/NACK复用:在一个上行子帧中的PUCCH资源上面采用2bit,同时反馈多个传输数据各自的ACK/ NACK。对比两种处理策略,其中,ACK/NACK复用对信噪比的要求相对更高,因此更加适合非小区边缘的用户需求,另外ACK/NACK复用不可以用来进行某些上下行时隙配置。然而,ACK/NACK绑定的缺点则是当NACK出现的情况,接收端不能确定具体传输错误的子帧,即使只有一个子帧的错误,也得重传全部被绑定的子帧,但是带来的好处能够有效减小控制开销,相比ACK/NACK复用,后者则可以在接收端定位具体出错的

13、数据块。然而需用更多比特来进行反馈,资源利用率相对比较低。3.2HARQ过程中的定时关系关于LTE FDD系统,有数目相等的上下行子帧,因此反馈的ACK/NACK跟数据两者之和能一一对应,其HARQ的定时关系体现为:ACK/NACK的定时信息被子帧k所收到,总与子帧k-4发送的数据相对应;另外从HARQ下行异步来看,把ACK/NACK收到后,对于重传数据或发送新数据,没有很明确的对应关系,但针对HARQ上行同步来说,其重传数据、发送新数据总在k+4时刻。关于LTE TDD系统,有互不连续、多种配置的上下行子帧,因此带来数目不等的上下行子帧,使得反馈关系无法一一对应。所以在上下行方向的有关子帧,

14、TDD在对ACK/NACK 位置设计时需着重考虑。就HARQ上行来说,当且仅当在下行子帧出现时,eNodeB才反馈ACK/NACK,即使UE早已收到反馈,也只在出现上行子帧后,才把新数据或重传数据发送。基于在TDD中上下行时隙有不同配置这一特性,相关协议对于TDD系统在发送重传数据、反馈ACK/NACK等方面的位置对应关系重新作定义。就子帧k和子帧k-i,前者收到的ACK/NACK反馈得要与后者发生的数据相对应;子帧k收到ACK/NACK后,新数据或重传数据的发送常由子帧k+i完成;有关i和i与子帧k和上下行配置的关系,特殊之处是对于0这个上下行配置,如果采用子帧9或4作为数据的传输信道的话,

15、那么下一个无线子帧5和子帧0将反馈该ACK/NACK,以此类推。4结语LTE TDD相比于LTE FDD,具有许多本身固有的独特技术特点,显而易见,TDD技术频谱配置比较灵活,能够支持非对称业务,不会带来信道资源上的浪费,能够使用智能天线有效降低多地址干扰,从而大大增加系统吞吐量等等,都是LTE TDD的明显优势所在。然而它也存在不少的劣势,诸如因为使用保护间隔而造成频谱利用率降低,应用HARQ技术过程中TDD采用的控制指令要比FDD明显复杂,往返时间平均值也比较长,对于基站和设备的同步要求更高等等。总的来说,相比于FDD,TDD本身的双工方式固有的特点更能够满足下一代移动通信系统对于带宽方面

16、的要求以及频率配置分配零散化的趋势,而这些都为TDD进一步走向全球,成为国际下一代无线通信主流技术提供有力的条件和支持,使之在未来的世界通信系统中占据举足轻重的地位。参考文献:1宋雷震,吕东芳.4G技术在数据通信中的应用与发展初探J.无线互联科技,2012(12蔡保海.4G技术的相关分析及应用研究J.城市建设理论研究(电子版,2013(243郝钰.3G与4G移动通信技术比较分析J.科技风,2013(8作者简介:陈金辉(1968-,男,福建莆田人,从事LTE无线网络基站的工程建设和项目管理等工作。信息通信陈金辉:LTE TDD与LTE FDD的技术对比与分析229 LTE TDD与LTE FDD的技术对比与分析作者:陈金辉作者单位: