LTE FDD与TD-LTE技术及融合组网

欧阳志勇

摘要：基于LTE的4G标准有两个，分别为LTE FDD和LTE TDD，本文分析了两种技术的工作原理及特点，从频谱配置、覆盖范围、业务类型、发射功率、设备复杂度及移动速度等多方面比较了两种技术的优劣势，并对两种技术融合组网进行了分析讨论。

关键词：LTE；TDD；FDD；融合组网1LTE技术概述

LTE(Long Term Evolution，UTRA长期演进)是无线通信从3G向4G演讲的重要技术，该技术的目标是实现更高的数据速率、更短的时延、更低的成本，更高的系统容量以及改进的覆盖范围。

LTE系统同时定义了LTE FDD(Frequency Division Duplexing)与LTE TDD(Time Division Duplexing)两种方式，分别使用频分双工和时分双工，国内习惯于将LTE TDD称为TD-LTE。TD-LTE与LTE FDD本质上共用一套标准基础，相似度超过90%，但在业务实现的技术上有着一定差别，因此在频谱配置与利用率、速率、覆盖范围、抗干扰能力等方面就有了各自的优劣。

从全球范围来看，国际上已有多家运营商开通了LTE融合网络或两张网络的融合运营，网络运营和效应较高。中移动在香港的4G网络中即采用了TD-LTE与FDD混合组网的方式，国内另外两大运营商中国电信与中国联通都已明确表态将采用LTE FDD/TDD混合组网。

2FDD与TDD工作原理与特点

2.1 FDD工作原理与特点

FDD是在分离的两个对称频率信道上同时进行接收和发送，用隔离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的上行和下行带宽是一致的，因此上下行的速率也是相等的，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；由于上行和下行在分离的频率信道上传输，因此，FDD的传输距离较远，可以实现较大的覆盖范围，同时，FDD的传输速率较高，目前，LTE FDD理论下行速度为150Mbps，

2.2 TDD工作原理

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。

TDD不需要对称的频率信道，因此，相对FDD而言，可以更灵活地为TDD配置频率；也可以通过调整上下行时隙转换点，提高下行时隙比例，从而更换地支持非对称业务，提高频率利用率；由于收发同频，基站的接收和发送可以共用部分射频单元，不需要收发隔离器，只需要一个开关即可，降低了设备成本与复杂度。

3FDD与TDD的优劣比较

FDD与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，两个标准各有所长。

3.1 频谱配置

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,频谱资源是制约行业发展的关键资源。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。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。

3.2 覆盖范围

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。否则，小区边缘的用户信号到达基站时会不能同步。

3.3 支持业务类型

在FDD中，由于上下行使用对称频段，因此上下行的速率也是相等的，可以很好地支持对称业务。对于非对称业务，FDD就存在频率浪费现象，或者需要采用广播/组播等技术来适度地调整。

而TDD则可以根据业务类型灵活配置TDD帧的上下行配比来支持不同的业务类型，如使用1:1上下行配比来支持语音业务，或者使用6:3，7:2，8:1，3:1等上下行配比来支持不同上下行数据比例的上网、文件传输和多媒体业务

3.4 发射功率

如果TDD要发送和FDD同样多的数据，但是发射时间只有FDD的大约一半，这要求TDD的发送功率要大。当然同时也需要更加复杂的网络规划和优化技术。

3.5 设备复杂度

TDD收发同频，基站的接收和发送可以共用部分射频单元，不需要收发隔离器，只需要一个开关即可，另外，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。因此，TDD能有效降低移动终端的处理复杂性，也一定程度上降低了基站的制造成本。

而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。

3.6 移动速度

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。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。

4FDD与TDD融合组网

目前，国际上已有多家运营商开通了LTE融合网络或两张网络的融合运营，网络运营和效应较高。较为常用的方法是在广大人口稀少地区用FDD，在市区人口密集用TDD方式，TDD/FDD混合组网充分发挥LTE的两种制式的优点，融合组网才能最终符合运营商和用户需要。

4.1 FDD和TDD之间的双向无缝切换

运营商必须为用户提供无缝的移动宽带服务，融合TDD/FDD技术的网络需要根据用户所处的位置提供信号最佳的网络服务。而如果用户的位置或者网络信号强度发生变化，导致现有的eNodeB无法提供最佳服务，网络就要及时、无缝地将用户终端切换到信号更好的eNodeB上，这其中就包括FDD和TDD之间的切换。

實际上，从用户角度出发，用户并不关心背后的技术到底是LTE FDD还是TD-LTE，运营商呈现给用户的是一张完美的、可以无缝漫游与切换的网络。

LTE的基站直接通过IP传输网与核心网相连。因此在切换过程中，大部分工作就需要基站之间直接协调完成。在LTE FDD/TDD混合组网时，LTE基站通过ANR技术来自动收集、自动调整邻区关系，并辅以无线信号测量、传播特性估计、无线信道测算等技术，优化切换机制，快速准确无缝地实现切换。

4.2 融合组网规划

FDD与TDD融合组网一般需经历三阶段：快速部署、容量与覆盖并重、深度优化阶段。

快速部署阶段是建设大而薄的网络，实现广域覆盖。在重点城市开展LTE业务，共用2/3G站址，FDD用做覆盖层，TDD用于市区/热点业务层，达到快速布网的效果。

第二阶段是在重点城市根据业务发展优化FDD网络，利用无线微站、微小区来实现热点覆盖与补盲，TDD根据业务发展并行加密，在二线城市是FDD用做覆盖层，TDD用于市区/热点业务层，以保证终端用户体验感觉。

在第三阶段利用载波聚合、CAMP、MRO等技术将LTE网络优化深化。

5小结

LTE网络的建设将推动移动数据通信以更快的速度发展，用户数的增长以及数据流量的井喷又将促进LTE网络的优化，因此，在LTE FDD与TD-LTE的选择方面与两种技术的融合建网方面对网络建设者而言具有非常的意义。

[参考文献]

[1]王映民.TD-LTE技术原理与系统设计.人民邮电出版社，2010.

[2]（意）赛西亚,（摩洛哥）陶菲克,（英）贝科.LTE-UMTS长期演进理论与实践（M）.人民邮电出版社，2009.