LTETDD綜述要點

1、HEFEI UNIVERSITY課程綜述報告題 目： 移動通信課程綜述 系 別： 電子信息與電氣工程 專業(yè) 班級： 學(xué) 號： 姓 名： 導(dǎo) 師： 成 績： 2014 年 11 月 16 日無線移動通信LTE TDD和LTE FDD綜述摘要：UTRA 的長期演進(Long Term Evolution ,LTE) 技術(shù)存在LTE FDD和LTE TDD兩大陣營，本文在比較分析TDD和FDD技術(shù)特點的基礎(chǔ)上，對LTE TDD（即TD-LTE）的特有技術(shù)進行了總結(jié)，并結(jié)合中國移動現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)部署和TDD頻段資源情況，對LTE TDD和LTE FDD的應(yīng)用前景進行了初步分析。關(guān)鍵詞：LTE FDD LT

2、E TDD 移動 網(wǎng)絡(luò)部署正文：上世紀九十年代以來，隨著通信技術(shù)的的飛速發(fā)展，移動通信技術(shù)的發(fā)展也日新月異，寬帶化、移動化、IP 化是無線通信系統(tǒng)未來的趨勢。目前，無線移動通信市場有 WiMAX、WiFi、新興無線寬帶接入技術(shù)等展開激烈的競爭，3G 也必須在寬帶無線中發(fā)展新的技術(shù)，才能滿足市場需要和提高競爭力。3GPP 早已開始對 UTRA 長期演進（又稱 Long Term Evolution，以下簡稱 LTE）技術(shù)進行研究，把 3G技術(shù)過渡到4G與B3G，研究目的是為了提高數(shù)據(jù)傳輸速率，減少時延、降低成本、擴展兼容性和覆蓋范圍。LTE 系 統(tǒng) 有 FDD（ 稱 為 頻 分 雙 工，F(xiàn)req

3、uency Division Duplexing）、TDD（稱為時分雙工，Time Division Duplexing）兩種方式，兩種無線技術(shù)有一定的差異。一LTE的基本原理LTE 使用子信道方式，每 12 個連續(xù)的子載波段分成一組，開用一個最小單元（Resource Block，以下簡稱 RB），它同時針對不同的寬帶有不同的子載波數(shù)，也對應(yīng)不同的 RB。LTE 的通信系統(tǒng)采用 OFDM 方式，即 DFT-S-OFDM 方式，也稱單載波 OFDM 方式，這是基于 OFDM 基礎(chǔ)上的進化技術(shù)，它不對轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)直接調(diào)制，而是先進行 DFT，將每個正在使用的子載波DFT 由時域轉(zhuǎn)換到頻域，然后再

4、將頻域信號輸入到 IFFT 模塊，最后將信號插入循環(huán)前級后又一起被轉(zhuǎn)換到時域再進行發(fā)送。與傳統(tǒng)的OFDM 技術(shù)相比，這種模式的 PAPR 大幅降度。傳統(tǒng)的 OFDM 技術(shù)在頻域上的包絡(luò)比較平，而單載波 OFDM 技術(shù)在頻域上是包絡(luò)性的，雖然它很像單載波，但實際上它擁有所有多載波的特性。LTE 的的功能，在 LTE-FDD 與 LTE-TDD 中得到體現(xiàn)。二FDD與TDD工作原理頻分雙工(FDD) 和時分雙工(TDD) 是兩種不同的雙工方式。如圖1所示，F(xiàn)DD是在分離的兩個對稱頻率信道上進行接收和發(fā)送，用保護頻段來分離接收和發(fā)送信道。FDD必須采用成對的頻率，依靠頻率來區(qū)分上下行鏈路，其單方向的

5、資源在時間上是連續(xù)的。FDD在支持對稱業(yè)務(wù)時，能充分利用上下行的頻譜，但在支持非對稱業(yè)務(wù)時，頻譜利用率將大大降低。TDD用時間來分離接收和發(fā)送信道。在TDD 方式的移動通信系統(tǒng)中, 接收和發(fā)送使用同一頻率載波的不同時隙作為信道的承載, 其單方向的資源在時間上是不連續(xù)的，時間資源在兩個方向上進行了分配。某個時間段由基站發(fā)送信號給移動臺，另外的時間由移動臺發(fā)送信號給基站，基站和移動臺之間必須協(xié)同一致才能順利工作。圖1：FDD和TDD的工作原理 TDD 雙工方式的工作特點使TDD具有如下優(yōu)勢： （1）能夠靈活配置頻率，使用FDD 系統(tǒng)不易使用的零散頻段；（2）可以通過調(diào)整上下行時隙轉(zhuǎn)換點，提高下行時

6、隙比例，能夠很好的支持非對稱業(yè)務(wù)；（3）具有上下行信道一致性，基站的接收和發(fā)送可以共用部分射頻單元，降低了設(shè)備成本；（4）接收上下行數(shù)據(jù)時，不需要收發(fā)隔離器，只需要一個開關(guān)即可，降低了設(shè)備的復(fù)雜度；（5）具有上下行信道互惠性，能夠更好的采用傳輸預(yù)處理技術(shù)，如預(yù)RAKE 技術(shù)、聯(lián)合傳輸(JT)技術(shù)、智能天線技術(shù)等, 能有效地降低移動終端的處理復(fù)雜性。 但是，TDD雙工方式相較于FDD，也存在明顯的不足：（1） 由于TDD方式的時間資源分別分給了上行和下行，因此TDD方式的發(fā)射時間大約只有FDD的一半，如果TDD要發(fā)送和FDD同樣多的數(shù)據(jù)，就要增大TDD的發(fā)送功率；（2）TDD系統(tǒng)上行受限，因此T

7、DD基站的覆蓋范圍明顯小于FDD基站；（3）TDD系統(tǒng)收發(fā)信道同頻，無法進行干擾隔離，系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)間存在干擾；（4）為了避免與其他無線系統(tǒng)之間的干擾，TDD需要預(yù)留較大的保護帶，影響了整體頻譜利用效率。三幀結(jié)構(gòu)比較1. FDD 幀結(jié)構(gòu)FDD 技術(shù)的幀結(jié)構(gòu)同時支持全雙工與半雙工，支持半雙工主要是為了 PTT 之類的結(jié)構(gòu)而節(jié)省 UE 成本，并使高質(zhì)量信號的要求得到滿足。LTE-FDD 每個無線幀性能如下：每個無線幀長度包含 20 個時隙，每個連續(xù)時隙 2i 及 2i+1 構(gòu)成一個子幀，它能在 10ms 的間隙中 10 個子幀作上行傳輸，10 個子幀作下行傳輸。2 .TDD 幀結(jié)構(gòu)現(xiàn)在提到的 LTE

8、 TDD 幀結(jié)構(gòu)不是基于 TD SCDMA 特性的幀頻，而是在 2007 年會議之后，提出的接近于 FDD 類似結(jié)構(gòu)的幀。TDD 的無線幀長度是 Tf=307200Ts=10ms，與 FDD 相同，同時它分為 2 個半幀頻，每個長度為 5ms，每個半幀又包含 5 個子幀，每個長度 1ms，TDD 模式的上下行使用要分開來，它共有 7 種組合。標示“U”預(yù)留給上行傳輸，標示“D”表明預(yù)留給下行傳輸，標示“S”表明是特殊的子幀。ITU規(guī)定 LTE 除了新劃分的頻段可以使用，還可以使用原本的 3G 頻段，因此 LTE TDD 的 GP 位置與長度一定要和 TD SCDMA 匹配才能避免系統(tǒng)之間的干擾

9、。圖2.TDD的幀結(jié)構(gòu)四TD-LTE系統(tǒng)特有技術(shù)LTE系統(tǒng)同時定義了頻分雙工(FDD) 和時分雙工(TDD) 兩種雙工方式，并分別設(shè)計了FDD和TDD的幀結(jié)構(gòu)1。FDD模式下，10ms的無線幀被分為10個子幀,每個子幀包含兩個時隙，每時隙長0.5ms。TDD模式下，每個10ms無線幀包括2個長度為5ms的半幀，每個半幀由4個數(shù)據(jù)子幀和1個特殊子幀組成，如圖2所示。特殊子幀包括3個特殊時隙：DwPTS，GP和UpPTS，總長度為1ms。DwPTS和UpPTS的長度可配置，DwPTS的長度為312個OFDM符號，UpPTS的長度為12個OFDM符號，相應(yīng)的GP長度為110個OFDM符號。LTE支持

10、5ms和10ms上下行切換點。對于5ms上下行切換周期，子幀2和7總是用作上行。對于10ms上下行切換周期，每個半幀都有DwPTS；只在第1個半幀內(nèi)有GP和UpPTS，第2個半幀的DwPTS長度為1ms。UpPTS和子幀2用作上行，子幀7和9用作下行。 由于TDD幀結(jié)構(gòu)與FDD幀結(jié)構(gòu)不同，TD-LTE系統(tǒng)具有一些特有技術(shù)。（1）上下行配比LTE TDD中支持不同的上下行時間配比，上下行時間比不總是“1:1”（見表1），可以根據(jù)不同的業(yè)務(wù)類型，調(diào)整上下行時間配比，以滿足上下行非對稱的業(yè)務(wù)需求。表1：不同幀周期的上下行配比（2）特殊時隙的應(yīng)用為了節(jié)省網(wǎng)絡(luò)開銷，TD-LTE允許利用特殊時隙DwPTS

11、和UpPTS傳輸系統(tǒng)控制信息。LTE FDD中用普通數(shù)據(jù)子幀傳輸上行sounding導(dǎo)頻，而TDD系統(tǒng)中，上行sounding導(dǎo)頻可以在UpPTS上發(fā)送。另外，DwPTS也可用于傳輸PCFICH、PDCCH、PHICH、PDSCH和P-SCH等控制信道和控制信息。其中，DwPTS時隙中下行控制信道的最大長度為兩個符號，且主同步信道固定位于DwPTS的第三個符號。（3）多子幀調(diào)度/反饋 和FDD不同，TDD系統(tǒng)不總是存在1:1的上下行比例。當(dāng)下行多于上行時，存在一個上行子幀反饋多個下行子幀，TD-LTE提出的解決方案有：multi-ACK/NAK，ACK/NAK捆綁（bundling）等。當(dāng)上行

12、子幀多于下行子幀時，存在一個下行子幀調(diào)度多個上行子幀（多子幀調(diào)度）的情況。（4）同步信號設(shè)計除了TDD固有的特性之外（上下行轉(zhuǎn)換、特殊時隙等），TDD幀結(jié)構(gòu)與FDD幀結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別在于同步信號的設(shè)計。LTE 同步信號的周期是5ms，分為主同步信號（PSS）和輔同步信號（SSS）。LTE TDD和FDD幀結(jié)構(gòu)中，同步信號的位置/相對位置不同，如圖3所示。在TDD幀結(jié)構(gòu)中，PSS位于DwPTS的第三個符號，SSS位于5ms第一個子幀的最后一個符號；在FDD幀結(jié)構(gòu)中，主同步信號和輔同步信號位于5ms第一個子幀內(nèi)前一個時隙的最后兩個符號。利用主、輔同步信號相對位置的不同，終端可以在小區(qū)搜索的初始階段識

13、別系統(tǒng)是TDD還是FDD。圖3：FDD和TDD的同步信號設(shè)計（5）HARQ的設(shè)計LTE FDD 系統(tǒng)中，HARQ的RTT（Round Trip Time）固定為8ms，且ACK/NACK位置固定，如圖4所示。TD-LTE系統(tǒng)中HARQ的設(shè)計原理與LTE FDD相同，但是實現(xiàn)過程卻比LTE FDD復(fù)雜，由于TDD上下行鏈路在時間上是不連續(xù)的，UE發(fā)送ACK/NACK的位置不固定，而且同一種上下行配置的HARQ的RTT長度都有可能不一樣，這樣增加了信令交互的過程和設(shè)備的復(fù)雜度。如圖4所示，LTE FDD系統(tǒng)中，UE發(fā)送數(shù)據(jù)后，經(jīng)過3ms的處理時間，系統(tǒng)發(fā)送ACK/NACK，UE再經(jīng)過3ms的處理時

14、間確認，此后，一個完整的HARQ處理過程結(jié)束，整個過程耗費8ms。在LTE TDD系統(tǒng)中，UE發(fā)送數(shù)據(jù)，3ms處理時間后，系統(tǒng)本來應(yīng)該發(fā)送ACK/NACK，但是經(jīng)過3ms處理時間的時隙為上行，必須等到下行才能發(fā)送ACK/NACK。系統(tǒng)發(fā)送ACK/NACK后，UE再經(jīng)過3ms處理時間確認，整個HARQ處理過程耗費11ms。類似的道理，UE如果在第2個時隙發(fā)送數(shù)據(jù)，同樣，系統(tǒng)必須等到DL時隙時才能發(fā)送ACK/NACK，此時，HARQ的一個處理過程耗費10ms。可見，LTE TDD系統(tǒng)HARQ的過程復(fù)雜，處理時間長度不固定，發(fā)送ACK/NACK的時隙也不固定，給系統(tǒng)的設(shè)計增加了難度。圖4：FDD和T

15、DD 的HARQ 設(shè)計五LTE TDD與LTE FDD的比較LTE TDD在幀結(jié)構(gòu)、物理層技術(shù)、無線資源配置等方面具有自己獨特的技術(shù)特點，與LTE FDD相比，具有特有的優(yōu)勢，但也存在一些不足。1.LTE TDD的優(yōu)勢（1）頻譜配置頻段資源是無線通信中最寶貴的資源，隨著移動通信的發(fā)展，多媒體業(yè)務(wù)對于頻譜的需求日益增加?，F(xiàn)有的通信系統(tǒng)GSM900和GSM1800均采用FDD雙工方式，F(xiàn)DD雙工方式占用了大量的頻段資源，同時，一些零散頻譜資源由于FDD不能使用而閑置，造成了頻譜浪費。由于LTE TDD系統(tǒng)無需成對的頻率, 可以方便的配置在LTE FDD 系統(tǒng)所不易使用的零散頻段上, 具有一定的頻譜

16、靈活性，能有效的提高頻譜利用率。另外，中國已經(jīng)為TDD 劃分了155 MHz 的頻段(如圖5所示) ,為LTE TDD的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。因此，在頻段資源方面，LTE TDD系統(tǒng)和LTE FDD系統(tǒng)具有更大的優(yōu)勢。中國移動可以針對不同的頻段資源，分別部署LTE TDD系統(tǒng)和LTE FDD系統(tǒng)，充分利用頻譜資源。 圖5：中國為TDD劃分的頻段（2）支持非對稱業(yè)務(wù)在第三代移動通信系統(tǒng)以及未來的移動通信系統(tǒng)中,除了提供語音業(yè)務(wù)之外，數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)將成為主要內(nèi)容，且上網(wǎng)、文件傳輸和多媒體業(yè)務(wù)通常具有上下行不對稱特性。LTE TDD系統(tǒng)在支持不對稱業(yè)務(wù)方面具有一定的靈活性。根據(jù)LTE TDD幀結(jié)構(gòu)的特點

17、，LTE TDD系統(tǒng)可以根據(jù)業(yè)務(wù)類型靈活配置LTE TDD幀的上下行配比。如瀏覽網(wǎng)頁、視頻點播等業(yè)務(wù)，下行數(shù)據(jù)量明顯大于上行數(shù)據(jù)量，系統(tǒng)可以根據(jù)業(yè)務(wù)量的分析，配置下行幀多于上行幀情況，如 6DL:3UL ，7DL:2UL，8DL:1UL，3DL:1UL等。而在提供傳統(tǒng)的語音業(yè)務(wù)時，系統(tǒng)可以配置下行幀等于上行幀，如2DL:2UL。在LTE FDD系統(tǒng)中, 非對稱業(yè)務(wù)的實現(xiàn)對上行信道資源存在一定的浪費, 必須采用高速分組接入(HSPA) 、EV-DO 和廣播/組播等技術(shù)。相對于LTE FDD系統(tǒng)，LTE TDD系統(tǒng)能夠更好的支持不同類型的業(yè)務(wù)，不會造成資源的浪費。（3）智能天線的使用 智能天線技術(shù)

18、是未來無線技術(shù)的發(fā)展方向，它能降低多址干擾，增加系統(tǒng)的吞吐量。在LTE TDD系統(tǒng)中, 上下行鏈路使用相同頻率, 且間隔時間較短, 小于信道相干時間，鏈路無線傳播環(huán)境差異不大，在使用賦形算法時，上下行鏈路可以使用相同的權(quán)值。與之不同的是, 由于FDD 系統(tǒng)上下行鏈路信號傳播的無線環(huán)境受頻率選擇性衰落影響不同, 根據(jù)上行鏈路計算得到的權(quán)值不能直接應(yīng)用于下行鏈路。因而, LTE TDD系統(tǒng)能有效地降低移動終端的處理復(fù)雜性。 另外，在LTE TDD系統(tǒng)中，由于上下行信道一致, 基站的接收和發(fā)送可以共用部分射頻單元, 從而在一定程度上降低了基站的制造成本。（4）與TD-SCDMA的共存LTE TDD系

19、統(tǒng)還有一個LTE FDD無法比擬的優(yōu)勢，就是LTE TDD系統(tǒng)能夠與TD-SCDMA系統(tǒng)共存。對現(xiàn)有通信系統(tǒng)來說，目前的數(shù)據(jù)傳輸速率已經(jīng)無法滿足用戶日益增長的需求，運營商必須提前規(guī)劃現(xiàn)有通信系統(tǒng)向B3G/4G系統(tǒng)的平滑演進。由于LTE TDD幀結(jié)構(gòu)基于我國TD-SCDMA的幀結(jié)構(gòu)，能夠方便的實現(xiàn)TD-LTE系統(tǒng)與TD-SCDMA系統(tǒng)的共存和融合。如圖6所示，以5ms 的子幀為基準，TD-SCDMA有7個子幀，且特殊時隙是固定的，TD-LTE通過調(diào)整特殊時隙的長度，就能夠保證兩個系統(tǒng)的GP時隙重合（上下行切換點），從而實現(xiàn)兩個系統(tǒng)的融合。圖6：TD-SCDMA與TD-LTE融2.LTE TDD的

20、不足由于LTE TDD在同一幀中傳輸上下行兩個鏈路，系統(tǒng)設(shè)計更加復(fù)雜，對設(shè)備的要求較高，存在一些不足：（1）由于保護間隔的使用降低了頻譜利用率，特別是提供廣覆蓋的時候，使用長CP，對頻譜資源造成了浪費。（2）使用HARQ技術(shù)時，LTE TDD使用的控制信令比LTE FDD更復(fù)雜，且平均RTT 稍長于LTE FDD的8ms。（3）由于上下行信道占用同一頻段的不同時隙，為了保證上下行幀的準確接收，系統(tǒng)對終端和基站的同步要求很高。為了補償LTE TDD系統(tǒng)的不足，LTE TDD 系統(tǒng)采用了一些新技術(shù)，如：TDD支持在微小區(qū)使用更短的PRACH，以提高頻譜利用率；采用multi-ACK/NACK的方式

21、，反饋多個子幀，節(jié)約信令開銷等。六融合與發(fā)展的趨勢1.共用平臺作為 LTE 的兩種制式，LTE-TDD 和 LTE-FDD 主要的不同集中在物理層上，而在媒質(zhì)接入控制層（MAC）、無線鏈路控制層（RLC）的差別不大，在高層協(xié)議上基本沒什么不同。它們都是無線幀為 10ms，半幀為 5ms，子幀為 1ms，它們的特點也很一致，只有層一的幀結(jié)構(gòu)有區(qū)別，而在 2007 年通過整合以后，幀長也接近一致，目前，在技術(shù)上也希望通過統(tǒng)一標準使 FDD 與 TDD 無線系統(tǒng)的技術(shù)都得到優(yōu)化，使兩者的頻譜利用率相同。2.存在的問題雖然 LTE TDD 的幀結(jié)構(gòu)已經(jīng)改變，使 LTE TDD 與 LTE FDD 融合發(fā)展的實現(xiàn)成為可能，但是，這項技術(shù)也存在一些問題，主要是因為 LTE TDD 的結(jié)構(gòu)改變了原來的 TD SCDMA 的模式，而沒有考慮在原有基礎(chǔ)上進行兼容，因此，LTE TDD 與 TD SCDMA 系統(tǒng)有可能出現(xiàn)因為設(shè)計不當(dāng)而使系統(tǒng)之間產(chǎn)生互相干擾的問題。TD SCDMA 幀結(jié)構(gòu)主要使用 10ms 無線幀與 5ms 子幀，它分為7 個時隙（以 0-6 作為序號進行區(qū)別）與三個特定的子幀（DwPTS、GP、UpPTS），而特定幀是不占時隙的，