LTETDD 综述要点.docx

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LTETDD综述要点

HEFEIUNIVERSITY

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LTETDD和LTEFDD综述

摘要：

UTRA的长期演进（LongTermEvolution,LTE）技术存在LTEFDD和LTETDD两大阵营，本文在比较分析TDD和FDD技术特点的基础上，对LTETDD（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LTETDD和LTEFDD的应用前景进行了初步分析。

关键词：

LTEFDDLTETDD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LongTermEvolution，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，FrequencyDivisionDuplexing）、TDD（称为时分双工，TimeDivisionDuplexing）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（ResourceBlock，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。

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LTETDD帧结构不是基于TDSCDMA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=307200×Ts=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LTETDD的GP位置与长度一定要和TDSCDMA匹配才能避免系统之间的干扰。

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3～12个OFDM符号，UpPTS的长度为1～2个OFDM符号，相应的GP长度为1～10个OFDM符号。

  LTE支持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

  LTETDD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和UpPTS传输系统控制信息。

LTEFDD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）。

LTETDD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

  LTEFDD系统中，HARQ的RTT（RoundTripTime）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LTEFDD相同，但是实现过程却比LTEFDD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，LTEFDD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LTETDD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，LTETDD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TDD的HARQ设计

五．LTETDD与LTEFDD的比较

       LTETDD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LTEFDD相比，具有特有的优势，但也存在一些不足。

1.LTETDD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LTETDD系统无需成对的频率,可以方便的配置在LTEFDD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155MHz的频段（如图5所示）,为LTETDD的应用创造了条件。

因此，在频段资源方面，LTETDD系统和LTEFDD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LTETDD系统和LTEFDD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。

LTETDD系统在支持不对称业务方面具有一定的灵活性。

根据LTETDD帧结构的特点，LTETDD系统可以根据业务类型灵活配置LTETDD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LTEFDD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LTEFDD系统，LTETDD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LTETDD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,LTETDD系统能有效地降低移动终端的处理复杂性。

 另外，在LTETDD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

  LTETDD系统还有一个LTEFDD无法比拟的优势，就是LTETDD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LTETDD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.LTETDD的不足

        由于LTETDD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，LTETDD使用的控制信令比LTEFDD更复杂，且平均RTT稍长于LTEFDD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LTETDD系统的不足，LTETDD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，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LTETDD的帧结构已经改变，使LTETDD与LTEFDD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LTETDD的结构改变了原来的TDSCDMA的模式，而没有考虑在原有基础上进行兼容，因此，LTETDD与TDSCDMA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。

TDSCDMA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，因此时隙0与DwPTS之间永远固定留给下行传输，而时隙1与UpPTS永远固定留给上行传输，在这两者之间存在一个转换点，其它时隙可以根据系统的实际情况进行划分，它意味着上下行之间存在着转换问题，而DwPTS又要占96码片，GP占96码片，UpPTS占160码片，这些长度都是为了保护上下行之间不被干扰进行设计，而现在LTETDD帧结构中，对这种特定区域分出9种组合，如果LTETDD和TDSCDMA在三种参数配置上出现不一致，就会产生系统干扰现象。

七．展望 

　　过去LTEFDD与LTETDD不能进行共享与统一是因为帧结构区别太大，而在2007年3GPP对TDD技术进行改进以后，两者之间已经倾向于一致。

　　这种一致性，使系统和终端都有可能在低成本下实现对两种模式的同时支持，对运营商来说，如果网络系统能够同时支持FDD与TDD，那么只需要搭建一个平台就能实现两种技术的功能，这对设备商与运营商来说都是一个极大的福音，因为这可以极大的降低成本，扩大使用规模，创造经济效益，而这种双模式实现对TDD技术来说优势更大，如果运营商可以选择两种技术的话，在频率资源不够的时候，采用不对称频段是更理想的。

因此，可以确定，FDDLTE与TDDLTE在4G移动通信领域必然会有着共同而可观的应用前景。

参考文献 

[1]3GPPTR36.211，PhysicalChannelsandModulation（Releases8）[S].2008.3 

[2]3GPPTR36.213，PhysicalLayerandProcedures（Releases8）[S].2008.