浅谈4G时代TDD与FDD混合组网的优势

李 涛

(中国联合网络通信有限公司天津市分公司河北区分公司 天津 300142)

随着工信部颁发4G经营牌照，通信行业又将进入到一个新的蓬勃发展期。根据 GSA(全球移动设备供应商协会)公布的最新数据显示，截止 2013年底，有 499家运营商正在143个国家和地区投资 LTE。其中，448家运营商承诺在134个国家和地区部署LTE网络，还有51家正在9个国家和地区试用、测试LTE，或进行研究。承诺的运营商中，有244家已经推出商用服务，较去年同期增长 78%。预计，到今年年底将有260张LTE网络投入商用。随着 TD-LTE在全球的快速发展，运营商同时运营TDD和FDD情况的不断增多，实现两种制式的融合成为大势所趋。

1 4G网络模式

4G就是第四代移动通信技术标准。LTE是英文 Long Term Evolution的缩写，即长期演进技术；LTE标准是由TDD和FDD两种不同的双工模式组成。

TDD(Time Division Duplexing)即时分双工，是在信号发射和接收时使用同一信道分时区进行上下行传送，也就是上下行在同一频段中按时间分配交叉进行。

FDD(Frequency Division Duplexing)即全双工，是在信号发射和接收时上下行传送分别使用不同信道同时进行。

2 技术特性

2.1 TDD技术特性

TDD模式中，发送和接收在同一频率信道使用不同时隙，在信道中用时间进行分离发送和接收，确保上下行互不干扰。

图1 TDD示意图Fig.1 TDD System

TDD的发送和接收信号在同一频率信道的不同时隙中进行，在进行不对称数据传送时，可以做到使用零碎的频段资源，这样就对有限的频段资源实现了充分利用(见图1)。

TDD系统上下行在同一信道中传送，其传送的一致性使之更加适合采用智能天线技术，可做到有效减少多径干扰，提高通信的可靠性。同时使用了多个小功率线性放大器，大大降低了成本。

TDD系统采用时间分隔控制，可以灵活的设置上下行转换时刻，更加适用于城市中心或人员密度大的区域的局部信号覆盖，尤其适合上下行不对称的互联网业务。但这种转换时刻的设置必须与相邻基站协同进行，因此对网络优化提出了较高的要求。

2.2 FDD技术特性

FDD模式的特点是上下行分别在2个对称频率信道上传送，并在 2个邻近信道之间有双工间隔防止上下行之间产生干扰，由于彼此之间频率间隔 190,MHz，因此占用了较多的频段资源。

图2 FDD示意图Tab.2 FDD System

FDD采用包交换技术，能充分利用上下行频段，增加系统容量(见图 2)。但 TDD 模式在非对称的分组交换中，频段的利用率则大大降低。由于 FDD采用全双工技术，在传送以语音为代表的对称业务时能够充分利用频段，而在进行以互联网为代表的非对称业务时，频段的利用率则大大降低。FDD系统可以有效消除基站之间邻近小区的互相干扰，其抗干扰性能在一定程度上好于 TDD系统。由于 FDD系统采用的是连续控制系统，适应于大区制的国家和国际间覆盖漫游，适合于对称业务，如话音、交互式适时数据等。

3 TDD与FDD混合组网目的

混合组网，简单说就是建设2个LTE网络，1个是TDD，1个是 FDD，并通过统一的平台，实现对 2个网络同时管理。TDD与FDD这2个LTE的分支标准各有所长，但两者间基础技术极为相似，仅在业务实现上有一定的技术区别，完全可以看作1个系统。因此，国际上有了将TDD与FDD混合组网的模式，发挥两者各自长处，TDD用于热点区域覆盖，FDD用于广域覆盖。

在中国把2.6,G整个190,M频段较大的带宽直接分配给了 TDD，所以 TDD的资源非常丰富。但能够供给 FDD使用的资源很有限，于是在 1.8,G和 2.1,G频段上各分配了2×30,M。由于目前在该频段上拥有众多的2,G、3,G用户，还需使用相当长的时间来转网，势必使本不宽裕的 FDD资源更加紧张。因此，TDD的充分资源必将得到最大限度的有效利用，确保用户上网体验效果。这样 TDD与 FDD的混合组网必将成为现实。

为了做好混合组网，大致需要 3个阶段来实施：①快速部署阶段，在重点城市开展 LTE业务，共用 2,G、3,G站址。FDD由于覆盖好，主要用在郊区做广覆盖：TDD在密集城区，热点业务层的宏覆盖。②容量覆盖并重阶段，根据业务发展优化FDD网络，在城市中心、盲点和热点地区，用 TDD来实现盲点和热点覆盖。③精品网深度优化阶段，要把混合组网做深，需要利用更多的新技术，如载波聚合、CAMP、MRO等。

4 混合组网共享资源

4.1 共享网络结构

若实现TDD和FDD混合组网，首先需要构建1个统一的网络结构(见图3)。从结构上需要做到核心网EPC共享、基带单元共享、时钟共享、传输共享、网络资源共享、网管共享等。

图3 TDD和FDD混合组网Fig.3 Hybrid network of TDD and FDD

4.1.1 核心网共享

由于 E-UTRAN接入端对核心网是透明的，S1的接口又完全一致，因此共享核心网较容易。但需解决好TDD和 FDD之间频段切换和系统内部切换问题。

4.1.2 基带单元共享

采用共用硬件平台技术并通过软件进行重新配置，使BBU的1个主控板同时支持TDD和FDD系统。

4.1.3 时钟共享

采用多种时钟同步技术，使 TDD和 FDD两种系统同时能够支持GPS、IEEE 1588,v2、北斗等。

4.1.4 传输共享

可以最大化利用既有的 2,G、3,G 传输网资源，但需依据TDD和FDD特性合理分配传输资源。

4.1.5 网络资源共享

由于是混合组网，TDD和FDD的频段资源需做到综合使用，可以将 2个系统的频段资源当作 1个资源池对用户按需分配。

4.1.6 网管共享

在同一网络维护平台上搭建能供同时支持 2,G、3,G及TDD和 FDD系统的网络管理系统、网络优化系统、网络监控系统。

4.2 充分利用频段资源

在TDD和FDD混合组网中，由于频段和技术特性不同，2个系统网络不能同时覆盖。为了确保用户体验的流畅性，需要做到两网间的完美互操作。

4.2.1 解决频段空闲

由于频段和技术特性不同，FDD必将承担起连续组网覆盖的作用；TDD作为 FDD覆盖容量的扩展补充解决话务量高、易拥塞区域资源不足等问题。

4.2.2 频段高效连接

可以根据业务类型不同在特定的TDD或FDD网络上承载不同的数据业务；当 TDD或FDD网络负荷较高时，可以通过负荷均衡策略实现两网间的互相切换(见图4)。

图4 TDD和FDD移动性管理策略Fig.4 Mobility management strategy for TDD and FDD

4.2.3 TDD和FDD移动性管理策略

通过小区偏移度、载频偏移度对 TDD和 FDD信号质量进行评估，且相邻小区间综合考虑优先选择覆盖好的小区进行切换。即优先选择同频段相邻小区作为切换目标小区，其次选择异频非同覆盖相邻小区作为切换目标小区，最后选择异频同覆盖相邻小区作为切换目标小区(见图5)。

图5 TDD和FDD负荷均衡策略Fig.5 Load balancing strategy for TDD and FDD

4.2.4 TDD和FDD负荷均衡策略

首先通过X2接口交互TDD和FDD相邻小区的负荷信息，再通过负荷均衡模块统一进行判断分析，在 TDD和 FDD相邻小区中选择出最适合小区，作为负荷均衡的目标小区，实现相邻基站间的负荷均衡。

随着 3家运营商 4,G LTE网络建设的逐步推进，依据各自 TDD和 FDD混合组网方案的日趋完善，将更有利于促进通信行业的健康发展与 4,G LTE网络的良性成长，给用户带来更加良好的体验享受。■

［1］ 胡春静，王文博.第3代移动通信中TOD和FOD共存的干扰分析[J]. 电声技术，2002(7)：62-66.

［2］ 焦慧颖.FOD 和 TDD 联合运营的标准化进展[J]. 现代电信科技，2014(4)：10-14.

［3］ 李伟.浅谈无线移动通信LTD TDD与LTE FDD技术简介和比较[J]. 2014(18)：38-39.