２０１４年第６期 信息通信 ２０１４ （总第１３８期） ＩＮＦ０ＲＭＡＴＩＯＮ＆Ｃ０ＭＭＵＮＩＣＡＴ１０ＮＳ （Ｓｕｍ．Ｎｏ １３８） ＬＴＥ ＴＤＤ与ＬＴＥ ＦＤＤ的技术对比与分析 陈金辉 （中国移动通信集团福建有限公司莆田分公司，福建莆田３５１１００） 摘要：ＬＴＥ ＴＤＤ和ＬＴＥ ＦＤＤ是长期演进技术（ＬＴＥ）的两大技术标准，其技术差别主要是双工方式的不同。首先对两者 进行了技术简介，接着从特殊技术特点和关键技术特点两个方面对ＴＤＤ、ＦＤＤ做出深入探讨和对比分析，同时总结了 ＴＤＤ相比于ＦＤＤ的优劣所在，最后对它的应用和发展前景提出了展望。 关键词：时分双工；频分双工；ＬＴＥ ＴＤＤ；ＬＴＥ ＦＤＤ；技术对比 中图分类号：ＴＮ９２９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３．１１３１（２０１４）０６ ０２２８．０２ 随着多媒体业务和数据通信需求的蓬勃发展，为了适应移 在时间上它的单方向资源是连续的，因为它采用的频率是对 动计算、移动数据以及多媒体业务的需要，移动通信技 称成对存在的，依靠频率来对上下行链路进行分离。可见， 术，简称４Ｇ，日渐完善成熟。其中，“长期演进技术”一一ＬＴＥ ＦＤＤ能够较好支持的业务是对称业务，信道的上下行频谱能 作为４Ｇ技术中的重要核心标准之一，己被广大国际主流设备 够被充分利用。然而，对于非对称业务，则会存在频谱利用率 商和运营商所重视接受。ＬＴＥ ＴＤＤ（时分双工）与ＬＴＥ ＦＤＤ（频 低下的问题。 分双工），正是长期演进技术系统同时定义的两大技术标准，两 对于两者工作原理和技术特点上的对比，可以得出，与频 者之间的主要差别在于双工方式上的不同。由于受到３Ｇ技术 分双工（ＦＤＤ）相比，时分双工（ＴＤＤ）具有许多不可比拟的优 标准各支持阵营的市场占有率份额以及无线技术差异等多方 势：对于日渐稀缺的珍贵频率能够进行灵活的配置，因此能够 面因素影响，国际上更多运营商与设备商支持ＦＤＤ标准，使得 使用ＦＤＤ无法利用的零散频段；拥有上下信道一致性，部分 目前ＬＴＥＦＤＤ的标准化和产业化程度暂时胜于ＬＴＥＴＤＤ。然 射频单元可以为发送端和接收端共同使用，从而有效地降低 而，ＬＴＥ ＴＤＤ是基于我国自主研发拥有知识产权的ＴＤ． 了设备的成本：能够较好地支持非对称服务，因为通过调整上 ＳＣＤＭＡ技术发展的长期演进技术，其在非对称业务支持、智 下行时隙转换点，很好地提高了下行时隙比例；因为采用时分 能天线业务支持、频谱利用配置等方面，相比ＬＴＥＦＤＤ具有无 双工技术，只需要引入一个开关即可实现对上下行数据的接 可比拟的优势，因此日渐受到研究机构和设备商的关注与支持， 收，从而设备的复杂度被降低了；ＴＤＤ利用Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ波 在未来的通信市场竞争上拥有巨大的潜力。 束成形技术，从而使得ＴＤＤ在下行覆盖方面具有先天的优 ｌ ＬＴＥ ＴＤＤ与ＬＴＥ ＦＤＤ的技术简介 势；具有日益被业界所重视的上下行道互惠性，多项传输预处 时分双工（ＴＤＤ）与频分双工（ＦＤＤ）是两种不同的双工方 理技术能够得到有效的应用，如智能天线技术、联合传输技术 式。时分双工（ＴＤＤ）是采用时间来分离发送信道和接收信道， 等等。 在时间上它的单方向资源是不连续的，因为在ＴＤＤ的通信系 但是，ＴＤＤ相比于ＦＤＤ，也存在一些不足之处：由于在上 统中，同一个频率载波的不同时隙被发送和接收用来作为信道 行方面受限，因此基站本身覆盖范围较小，导致运营商基站建 的承载，彼此之间利用一定的保护时间在对不同时隙进行分离。 设投入方面成本加大；ＴＤＤ通信系统收发信道同频，导致系统 在某个时间段内，基站向移动台发送信号，而移动台则会在其 内与系统间会存在同频干扰，需要预留保护带，导致整体频谱 他剩余的时间段发送信号给基站，移动台和基站之间要想顺利 利用率也随之下降；由于ＴＤＤ本身工作原理上发射时间较短， 工作必须提前相互协调一致。 相比于ＦＤＤ只有其一半左右，从而必须提高发射功率来实现 频分双工（ＦＤＤ）则是采用两个相对称的分离频率信道进 发送数据的增大。 行着信号的接收与发送，这两个信道之间存在着保护频段，用 ２ ＬＴＥＴＤＤ与ＬＴＥＦＤＤ的特殊技术特点对比分析 来保护间隔，确保分离发送和接收信道。与ＴＤＤ不同的是， ＴＤＤ（时分双工）与ＦＤＤ（频分双工）是ＬＴＥ系统定义下的 （３）ＳＡＥ．ＧＷ与ＰＣＲＦ之间的Ｇｘ接口应通过ＰＳ域ＣＥ设 地体会到移动互联网的魅力。 备接入ＩＰ承载网互联。 参考文献： （４）ＳＧｉ、Ｓ１０、Ｓ１１、￥５／￥８、Ｇｎ接口应通过ＣＭＮＥＴＣＥ接入 ＣＭＮＥＴ，应与现网分组域共用防火墙。 ［１】易曼．２Ｇ和３Ｇ核心网融合组网策略研究［Ｊ］．移动通信，２０１２ ＥＰＣ组网示意图如图２所示。 （１）：１６６．１６８ ５结语 ［２】 吕红卫，冯征．ＥＰＣ架构核心网组网方式分析［Ｊ］．电信工程 技术与标准化，２０１０（１１）：１２．１６ 近年来随着数据业务的发展，流量呈爆发式增长，对中国 【３】中国移动通信集团．中国移动２Ｇ／３Ｇ／ＬＴＥ融合核心网试点 移动的网络造成很大的冲击。同时，ＬＴＥ已经在多个国家部署， 总体技术要求Ｖ５．０．２［Ｓ］ 其产业链日益成熟。随着４Ｇ牌照的发放，中国移动将大力部 署ＬＴＥ网络。本文主要介绍了ＥＰＣ核心网网元融合分析，以 作者简介：唐升敢（１９７９．），男，浙江淳安人，硕士，工程师，从事 及组网结构分析。随着ＬＴＥ的规模商用，相信人们将更加深刻 移动通信核心网网络规划和咨询工作。 ２２８ 信息通信 陈金辉：ＬＴＥＴＤＤ与ＬＴＥＦＤＤ的技术对比与分析 两种双工方式。两种不同模式的帧结构存在较大的差异。在 端不能确定具体传输错误的子帧，即使只有一个子帧的错误， ＴＤＤ模式下，每个１０ｍｓ无线帧被分为两个半帧，每个半帧长 也得重传全部被绑定的子帧，但是带来的好处能够有效减小 度是５ｍｓ，由１个特殊子帧以及４个数据子帧构成，特殊子帧 控制开销，相比ＡＣＫ／ＮＡＣＫ复用，后者则可以在接收端定位 总长度为ｌｍｓ，具体包括ＧＰ、ＤｗＰＴＳ等３个特殊时隙。而在 具体出错的数据块。然而需用更多比特来进行反馈，资源利 ＦＤＤ模式下，无线帧由１０个长度是ｌｍｓ的无线子帧组成，每 用率相对比较低。 个子帧包含两个长度为０．５ｍｓ的时隙。ＬＴＥ ＦＤＤ与ＬＴＥ ＴＤＤ ３．２ ＨＡＲＱ过程中的定时关系 在帧结构上的不同是导致其他差异存在的根本原因，这使得 关于ＬＴＥＦＤＤ系统，有数目相等的上下行子帧，因此反馈 ＬＴＥＴＤＤ与ＬＴＥＦＤＤ在参考信号、同步信号、信道设计等方面 的ＡＣＫ／ＮＡＣＫ跟数据两者之和能一一对应，其ＨＡＲＱ的定时 需分别考虑，同时也使得ＴＤＤ在许多技术方面相比ＦＤＤ具有 关系体现为：ＡＣ ＮＡｃＫ的定时信息被子帧ｋ所收到，总与子 特定的优势： 帧ｋ一４发送的数据相对应；另外从ＨＡＲＱ下行异步来看，把 （１）特殊时隙ＵｐＰＴＳ、ＤｗＰＴＳ相关可以被ＴＤ．ＬＴＥ用 ＡＣＫ／ＮＡＣＫ收到后，对于重传数据或发送新数据，没有很明确 来传输系统的控制信息，可以起到很好的节省网络开销的效 的对应关系，但针对ＨＡＲＱ上行同步来说，其重传数据、发送 果； （２）可以进行多子帧的调度反馈，相比于上下比例总保持在 新数据总在ｋ＋４时刻。 关于ＬＴＥ ＴＤＤ系统，有互不连续、多种配置的上下行子 １：１的ＦＤＤ系统结构，ＴＤＤ系统在这方面就显得较为灵活，当 帧，因此带来数目不等的上下行子帧，使得反馈关系无法一一 ＮＡｃＫ 下行大于上行，则多个下行子帧会出现被一个上行子帧反馈调 对应。所以在上下行方向的有关子帧，ＴＤＤ在对ＡＣＫ，度，ＴＤＤ系统定义了ＡＣＫ／ＮＡＫ捆绑等方案进行应对，若下行 位置设计时需着重考虑。就ＨＡＲＱ上行来说，当且仅当在下 ＮＡＣＫ，即使ＵＥ早已收 少于上行子帧的时候，就会出现多个上行子帧被下行子帧调度 行子帧出现时，ｅＮｏｄｅＢ才反馈ＡＣＫ／的情况； 到反馈，也只在出现上行子帧后，才把新数据或重传数据发送。 （３）可以进行灵活的上下行配比，ＴＤＤ系统中可以支持上 基于在ＴＤＤ中上下行时隙有不同配置这一特性，相关协议对 ＮＡＣＫ等方面的位 下行不同时间的配比，因此出现上下行时间比为“１：１”的机会 于ＴＤＤ系统在发送重传数据、反馈ＡＣＫ／，前者收到的 很少，ＴＤＤ系统可以针对业务类型的不同，进行上下行时间的 置对应关系重新作定义。就子帧ｋ和子帧ｋ—ｉ调整，来满足非对称业务上下行的不同程度要求。 ＡＣＫ／ＮＡＣＫ反馈得要与后者发生的数据相对应；子帧ｋ收到 ３ ＬＴＥＴＤＤ与ＬＴＥＦＤＤ的关键技术特点对比分析 ＡＣＫ／ＮＡＣＫ后，新数据或重传数据的发送常由子帧ｋ＋ｉ’完 成；有关ｉ和ｉ’与子帧ｋ和上下行配置的关系，特殊之处是对于 ＨＡＲＱ（Ｈｙｂｒｉｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒｅｐｅａｔ Ｒｅｑｕｅｓｔ）即混合自动重传 ０这个上下行配置，如果采用子帧９或４作为数据的传输信道 请求，是一种降低传输错误概率的机制。数据通信最初在有线 的话，那么下一个无线子帧５和子帧０将反馈该ＡＣＫ／ＮＡＣＫ， 网络上发展，常要求较大带宽以及较高传输质量。对于有线连 以此类推。 接数据传输的可靠性是通过重传来实现。ＡＲＱ（自动请求重 传）与ＦＥＣ（前向纠错编码）是有线网络与无线网络常见的两种 应用技术，两者各有利弊之处，于是ＡＲＱ和ＦＥＣ相结合的方 案被提出了，这就是ＨＡＲＱ的诞生。 ＦＤＤ和ＴＤＤ在ＨＡＲＯ的ＡＣＫ／ＮＡＣＫ传输、最大并发进 ４结语 ＬＴＥ ＴＤＤ相比于ＬＴＥ ＦＤＤ，具有许多本身固有的独特技 术特点，显而易见，ＴＤＤ技术频谱配置比较灵活，能够支持非 对称业务，不会带来信道资源上的浪费，能够使用智能天线有 效降低多地址干扰，从而大大增加系统吞吐量等等，都是ＬＴＥ 程数、原始发送数据的定时关系、往返路程时间等方面有比较 大的差异。 ＴＤＤ的明显优势所在。然而它也存在不少的劣势，诸如因为 使用保护间隔而造成频谱利用率降低，应用ＨＡＲＱ技术过程 中ＴＤＤ采用的控制指令要比ＦＤＤ明显复杂，往返时间平均值 也比较长，对于基站和设备的同步要求更高等等。总的来说， ３．１ ＨＡＲＱ ＡＣＫ／ＮＡＣＫ的传输 ＬＴＥ ＴＤＤ系统中，当出现下行子帧少于上行子帧的时候 就需要使用一个下行子帧来调度多个上行子帧，若出现下行 子帧多余上行子帧的情况就有必要使用一个上行子帧来反馈 相比于ＦＤＤ，ＴＤＤ本身的双工方式固有的特点更能够满足下 一代移动通信系统对于带宽方面的要求以及频率配置分配零 多个下行子帧。对此，ＴＤＤ国际协议中相应定义了两种处理 散化的趋势，而这些都为ＴＤＤ进一步走向全球，成为国际下一 策略。 代无线通信主流技术提供有力的条件和支持，使之在未来的世 （１）ＡＣＫ／ＮＡＣＫ绑定：对于前面的多个下行子帧数据内容 界通信系统中占据举足轻重的地位。 的’ＡＣＫ／ＮＡＣＫ进行逻辑上的“与”运算，即可实现使用一个 参考文献： ＡＣＫ／ＮＡＣＫ完成前面多个下行子帧ＰＤＳＣＨ数据的反馈。这 ［１］宋雷震，吕东芳．４Ｇ技术在数据通信中的应用与发展初探 是协议中默认ＴＤＤ系统的反馈机制； （２）ＡＣＫ／ＮＡＣＫ复用：在一个上行子帧中的ＰＵＣＣＨ资 ［Ｊ］．无线互联科技，２０１２（１） ２］蔡保海．４Ｇ技术的相关分析及应用研究［Ｊ］．城市建设理论 源上面采用２ｂｉｔ，同时反馈多个传输数据各自的ＡＣＫ／ ［研究（电子版），２０１３（２４） ＮＡＣＫ。 ３］郝钰．３Ｇ与４Ｇ移动通信技术比较分析［Ｊ］．科技风，２０１３（８） 对比两种处理策略，其中，ＡＣＫ／ＮＡＣＫ复用对信噪比的 ［要求相对更高，因此更加适合非小区边缘的用户需求，另外 从事ＬＴＥ无线网络 ＡＣＫ／ＮＡＣＫ复用不可以用来进行某些上下行时隙配置。然 作者简介：陈金辉（１９６８．），男，福建莆田人， 而，ＡＣＫ／ＮＡＣＫ绑定的缺点则是当ＮＡＣＫ出现的情况，接收 基站的工程建设和项目管理等工作。２２９
