LTE两大制式浅析

申倩倩

（1.河南理工大学 计算机科学与技术学院，河南 焦作 454000；中国联通焦作市分公司，河南 焦作 454000）

在国内3G 网络商用近五年后，2013年12月4日中国移动、中国电信和中国联通同时获得了工信部发放的TD-LTE 4G 牌照，拿到了商用4G 网络的资格。取得TD-LTE 牌照后，中国联通和中国电信高层没有放弃力挺FDD-LTE 4G 制式，仍在积极申请FDD-LTE 4G 牌照的发放。目前各大运营商都在积极备战4G，4G 网络正如火如荼的建设中。

2010年12月6日国际电信联盟正式把LTE 称为4G。LTE 是UTRA 的长期演进(Long Term Evolution，LTE)。LTE FDD 和LTE TDD是LTE 的两种制式。那么TDD 和FDD 各有什么特点，在组网上各有什么优劣呢？

FDD 和TDD 分别是频分双工和时分双工的英文缩写。LTE FDD和LTE TDD 在技术规范上存在非常大的共通性和统一性，关键技术90%一致。LTE FDD 和LTE TDD 共享相同的二层和三层结构，其区别主要是在物理层上，特别是物理层帧结构相关的区别。由于LTE FDD和LTE TDD 在技术规范上的共通性，无论是在系统侧和终端侧都能比较容易实现对FDD 和TDD 双模的支持。另一方面，LTE 系统开始就同时针对FDD 和TDD 进行了优化设计，因此FDD 和TDD 模式可以达到近似的频谱利用效率。

FDD(频分双工) 和TDD (时分双工) 是两种不同的双工方式。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。如GSM、CDMA 1X 的收发信道间隔为45 MHz，WCDMA 的间隔为190 MHz。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 (时分双工)系统则是系统的发送和接收使用相同的频段，上下行数据发送在时间上错开，通过在不同时隙发送上下行数据。其单方向的资源在时间上不连续，时间资源依据不同时隙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，另外的时间段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。上下行数据发送在时间上错开，通过在不同时隙发送上下行数据可有效避免上下行干扰。TD-SCDMA 就是典型的TDD 系统。

TDD 双工方式和FDD 双工方式比较各有其优缺点，TDD 的优势如下：

（1）由于FDD 必须采用成对的频率，依靠频率来区分上下行链路，所以其占用了大量的频段资源。现有的GSM 通信系统均采用FDD 双工方式，一些零散频谱资源由于FDD 不能使用而闲置，造成了频谱资源的浪费。随着移动通信业务的大规模发展，各类多媒体业务对于频谱的需求日益增加，频段资源在无线通信中就显得尤其宝贵。由于LTE TDD 系统的发送和接收使用相同的频段，无需成对的频率，它可以将LTE FDD 系统所不易使用的零散频段重新配置，具有一定的频谱灵活性，能有效的提高频谱利用率，节省频段资源。

（2）在目前的移动通信系统中，用户的对通信的需求已经不仅仅停留在语音业务上，各种各样的数据和多媒体业务已经逐渐占据了半壁江山。视频点播、手机购物等多媒体业务通常下行数据量明显大于上行数据量，需要下行带宽大于上行带宽。而有一些业务有上传业务需求，要求上行带宽大于下行带宽。在这一点上，LTE TDD 系统就显示出来了优势。根据其帧结构的特点，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，在支持不对称业务方面具有很大的灵活性。

在FDD-LTE 系统中，在实现非对称业务时，它对上行信道资源就存在了浪费，必须采用高速分组接入(HSPA)、EV-DO 和广播/组播等技术。这一点上，TDD-LTE 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）在LTE TDD 系统中，上下行链路使用的频率相同，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。在FDD 系统中，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。

（4）采用TDD 模式工作的系统，上下行链路工作于同一频率，其电波传输上下行一致，特别适用于智能天线技术，通过智能天线具有的赋形，可以有效减少多径干扰，提高设备的可靠性。而FDD 系统由于收发有一定的频率间隔，它很难采用上述技术。同时，智能天线技术要求采多个小功率的线性功率放大器代替单一的大功率线性放大器，其价格远低于单一大功率线性放大器。从而TDD 模式在一定程度上降低了基站的制造成本。

TDD 双工方式相较于FDD，同时存在着明显的不足：

（1）FDD-LTE 实验网速度达到了150M，而TD-LTE 速率只有100M。

（2）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。当然同时也需要更加复杂的网络规划和优化技术。

（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，TDD 系统对终端和基站的同步要求很高。

（4）TDD 系统基站的覆盖范围明显小于FDD 基站。使用TDD 技术时，只要基站和移动台之间的上下行时间间隔不大，小于信道相干时间，就可以比较简单的根据对方的信号估计信道特征。而对于一般的FDD 技术，一般的上下行频率间隔远远大于信道相干带宽，几乎无法利用上行信号估计下行，也无法用下行信号估计上行；这一特点使得TDD 方式的移动通信体制在功率控制以及智能天线技术的使用方面有明显的优势。但也是因为这一点，TDD 系统的覆盖范围半径要小，由于上下行时间间隔的缘故，基站覆盖半径明显小于FDD 基站。

（5）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。TDD 系统能引起邻区基站对本区基站、邻区基站对本区移动机、邻区移动机对本区基站及邻区移动机对本区移动机四项干扰。使用FDD 可消除邻近蜂窝区基站和本区基站之间的干扰。存在邻区基站对本区移动机的干扰及邻区移动机对本区基站的干扰。综合对比的话，FDD 系统的抗干扰性能要好于TDD 系统。

（6）移动台移动速度受限制。在高速移动时，多普勒效应会导致快衰落，速度越高，衰落变换频率越高，衰落深度越深，因此必须要求移动速度不能太高。例如在使用了TDD 的TD-SCDMA 系统中，在目前芯片处理速度和算法的基础上，当数据率为144kb/s 时，TDD 的最大移动速度可达250km/h，与FDD 系统相比，还有一定差距。一般TDD移动台的移动速度只能达到FDD 移动台的一半甚至更低。

截止2013年11月13日，全球92 个国家和地区已部署244 张LTE 正式商用网络，其中部署219 张FDD-LTE 商用网络，13 张TDLTE 商用网络，12 家运营商部署双模网络。全球近90%的商用网络是FDD-LTE。从国际上运营商的商用情况来看，FDD-LTE 产业链更为成熟。但是在4G 时代中谁会占据更大的市场份额，要看市场需求和竞争的需要。

FDD 模式与TDD 模式在技术上差异较少而共性更多，两者互有长短。在我国未来的移动通信网络中，可以依靠FDD 模式实现信号的广覆盖与漫游，在人口密集地区，发挥TDD 模式的积极作用。将两种模式网络不断吸取新技术共同发展，为移动用户提供超越以往的新体验，FDD 模式与TDD 模式将各自在未来的通信市场中占据自己的一席之地。

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