FDD—LTE和TDD—LTE的技术差异分析

柴林博　李力

摘 要：3GPP制定的LTE技术同时支持FDD和TDD两种制式来实现对频谱资源的有效利用，虽然两种制式的协议非常相似，但因为两种不同的双工模式而形成的差异依然存在。文章通过对两种制式的对比分析，以期使网络布局能够得到更好的优化。

关键词：FDD-LTE；TDD-LTE；制式的对比

中图分类号：TN929.533 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）23-0006-02

社会的发展和经济的进步，无线通信技术已经从模拟通信转向数字通信，无线通信技术已经从仅仅承载文字信息到传输文本、音频、视频、图像、传真等业务，人们对于通信业务的多样化服务的要求和无线通信更高传输速度的要求，会推动无线通信技术的进一步发展。

为了实现无线通信技术的进一步发展，国际标准化组织3GGP在3G技术的基础上进一步推进，制订了新的LTE（long term evolution，长期演进）。LTE是第三代移动通信的演进性技术，依据其双工方式的不同，可分为FDD（频分双工）和TDD（时分双工）两种制式。

FDD-LTE和TDD-LTE从标准制定之初，就获得了国际主流通信运营商和设备商的支持和认可。

3GPP组织在进行FDD-LTE和TDD-LTE的标准制定工作时，就尽量用相同的规范来实现两种制式的协议。

分析FDD-LTE和TDD-LTE两种制式差异有助于我们更好地了解两者的特点。

1 FDD-LTE和TDD-LTE两种制式在宏观上的比较

1.1 上下行信道的比较

TDD-LTE上下行使用相同频段的信道，并且在上下行的信息流存在一定时间的保护间隔。而FDD-LTE在上下行使用的是不同频段，在上下行信道之间存在一定带宽的保户带。

1.2 两种制式的工作频段不同

FDD-LTE的上行和下行频带集中在BAND1～14、BAND

17～26。

TDD-LTE的上行和下行频带集中在BAND33～43。

1.3 协议栈的比较

在LTE标准制定的时候，3GPP组织就尽量用相同的规范来实现两种制式的协议，所以在基站（eNodeB）的协议栈中，无论是在控制层（C-Plane）和用户层（U-Plane），两种制式都使用基本相同的协议。

在控制层（C-Plane）使用的协议由高层到底层的顺序依次为：NAS、RRC、PDCP、PLC、MAC、PHY。

在用户层（U-Plane）使用的协议由高层到底层的顺序依次为：PDCP、PLC、MAC、PHY。

1.4 协议标准

FDD-LTE和TDD-LTE所制定的协议标准绝大部分相同，这些协议标准的一部分，见表1。

相较于3G时代的TD-SCDMA/WiMAX和WCDMA的差异，FDD-LTE和TDD-LTE的差异显著缩小。

2 FDD-LTE和TDD-LTE两种制式技术差异比较

2.1 双工方式差异

FDD-LTE和TDD-LTE两种制式差异的本质原因是TDD与FDD双工方式不同。TDD用时间来分离接收和发送信道。FDD是在分离的两个对称频率信道上进行发送和接收，用保护频段来分离接收和发送信道。时分双工TDD示意图，如图1所示。

在TDD方式的移动通信系统中，上行和下行使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载，并且从时间轴来看，其在单方向的资源在时间上是不连续的，时间资源在上下行两个方向进行了分配。基站（eNB）和用户设备（UE）之间需采用相同的时间分配模式才能顺利配合。频分双工FDD示意图，如图2所示。

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。

2.2 无线帧格式不同

3GPP定义的TD-LTE的帧结构为Type2，如图3所示。每个10 ms无线帧包括两个长度为5 ms的半帧，每个半帧由4个数据子帧和1个特殊子帧组成所示。特殊子帧包括3个特殊时隙：DwPTS，GP和UpPTS，总长度为1 ms。

FDD模式下，10 ms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0.5 ms，FDD-LTE的帧结构，如图4所示。

LTE支持5 ms和10 ms上下行切换点。对于5 ms上下行切换周期，子帧2和子帧7总是用作上行。对于10 ms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1 ms。UpPTS和子帧2用作上行，子帧7和子帧9用作下行。

在LTE中TDD与FDD帧结构最显著的区别在于：在TDD-

LTE的Type2帧结构中存在1 ms的特殊子帧（Subframe），该子帧由三个特殊时隙组成：DwPTS、GP和UpPTS。DwPTS可以看作是一个特殊的下行子帧，它的长度可配置为3～12个OFDM符号。

UpPTS子帧不发送任何控制信令或数据，UpPTS的可配置长度为1～2个OFDM符号，当为2个OFDM符号时用于短RACH或Sounding RS。GP长度为1～10个OFDM符号，它保证距离天线远近不同的用户设备（UE）上行信号在基站（eNB）的天线空口对齐，同时提供上下行的转化时间，GP的大小决定了支持小区半径的大小，TDD-LTE最大支持100 km，避免上下行基站间的相互干扰。

2.3 同步信号的设计不同

FDD-LTE和TDD-LTE同步信道的不同也是两种制式主要的技术不同方面之一。

虽然同步信号的不同也体现在TDD帧结构与FDD帧结构的方面，但是这种差异能使终端在接入网络的最开始阶段就可以检测出网络的双工方式，能够显著的区分两种制式。同步信号用于用户设备（UE）对小区进行搜索时获取时间、频率、同步和小区标识，LTE中用于小区搜索的同步信道包括主同步信号（PSS）和辅同步信号（SSS），周期是5 ms。

在FDD-LTE和TDD-LTE这两种帧结构中，同步信号位于不同的位置：在FDD-LTE帧结构中，FDD中PSS位于子帧1和5的最后一个符号，SSS位于子帧0和子帧5的倒数第二个符号。SSS位于第一个子帧和第六个子帧的中间位置；而TDD-LTE帧结构中，SSS在子帧0和子帧5的最后一个符号，PSS位于特殊子帧 DwPTS的第三个符号。

在两种帧结构中，同步信号在无线帧中的绝对位置不相同由于同步信号是终端进行小区搜索时最先检测的信号，这样不同的相对位置的设计使得终端在小区搜索的初始阶段就可以检测出网络的双工方式是FDD或是TDD。

3 TDD-LTE和FDD-LTE的组网性能对比

3.1 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，移动通信承载的业务越来越多样化，对于频谱的需求日益增加。FDD-LTE的上行和下行频带集中在BAND1～14、BAND 17～26，这种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不能被频分双工使用而闲置，造成了频谱浪费。由于TDD系统支持非对称时隙配比，可以根据不同的业务类型调整上下行时间配比，在FDD双工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。总体上TDD-LTE的频谱效率优于FDD-LTE。

3.2 覆盖能力

在相同频段（2.6 G）情况下，FDD-LTE的上行覆盖半径优于TDD-LTE12%，FD-LTE的下行行覆盖半径优于TDD-LTE13%，

覆盖能力见表2。

4 结 语

通过对移动通信LTE技术中两种最主流的系统的对比分析，可以详细的了解两种制式的特点以及两种制式存在的技术差异，深刻理解两种先进的移动通信技术标准，并更好地运用这两种技术标准，能有效的提升移动通信运营商的网络服务质量，使网络布局得到更好的优化。

参考文献：

[1] 莫宏波，朱新宁.LTE TDD与LTE FDD的关键过程差异分析[J].电信科学，2010，（2）.

[2] 龙紫薇，徐晓东.LTE TDD与LTE FDD技术简介和比较[A].中国通信学会无线及移动通信委员会学术年会论文集[C].2008.