TD-LTE與FDD-LTE的原理與區(qū)別簡(jiǎn)析

提到物聯(lián)網(wǎng)我們自然會(huì)想起5G通信技術(shù)，不過(guò)我們距離2020年5G商用還有幾年的時(shí)間，本文我們就先來(lái)了解一下目前已經(jīng)商用的4G通信技術(shù)。通過(guò)對(duì)LTE的TDD和FDD模式進(jìn)行原理和特點(diǎn)的介紹，讓大家對(duì)4G通信技術(shù)有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。

4G故名思議就是第四代移動(dòng)電話行動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，LTE系統(tǒng)同時(shí)定義了頻分雙工（ FDD ）和時(shí)分雙工（TDD）兩種方式，但由于無(wú)線技術(shù)的差異、使用頻段的不同以及各個(gè)廠家的利益等因素，LTE-FDD支持陣營(yíng)更加強(qiáng)大，標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)發(fā)展都領(lǐng)先于LTE-TDD。在中國(guó)，中移動(dòng)使用的就是TD-LTE，中聯(lián)通與中電信則是使用TD-LTE與FDD-LTE的混合網(wǎng)絡(luò)。

2007年11月，3GPPRAN1會(huì)議通過(guò)了27家公司聯(lián)署的LTE-TDD融合幀結(jié)構(gòu)的建議，統(tǒng)一了LTE-TDD的兩種幀結(jié)構(gòu)。融合后的LTE-TDD幀結(jié)構(gòu)是以TD-SCDMA的幀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的，這就為TD-SCDMA成功演進(jìn)到LTE乃至4G標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)。TDD幀結(jié)構(gòu)的融合使更多的廠商參與到TDD的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程中，LTE-TDD技術(shù)受到了廣泛的重視，其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也有了顯著的發(fā)展。

FDD與TDD工作原理

頻分雙工（FDD）和時(shí)分雙工（TDD）是兩種不同的雙工方式。FDD是在分離的兩個(gè)對(duì)稱頻率信道上進(jìn)行接收和發(fā)送，用保護(hù)頻段來(lái)分離接收和發(fā)送信道。FDD必須采用成對(duì)的頻率，依靠頻率來(lái)區(qū)分上下行鏈路，其單方向的資源在時(shí)間上是連續(xù)的。FDD在支持對(duì)稱業(yè)務(wù)時(shí)，能充分利用上下行的頻譜，但在支持非對(duì)稱業(yè)務(wù)時(shí)，頻譜利用率將大大降低。

TDD用時(shí)間來(lái)分離接收和發(fā)送信道。在TDD方式的移動(dòng)通信系統(tǒng)中，接收和發(fā)送使用同一頻率載波的不同時(shí)隙作為信道的承載，其單方向的資源在時(shí)間上是不連續(xù)的，時(shí)間資源在兩個(gè)方向上進(jìn)行了分配。某個(gè)時(shí)間段由基站發(fā)送信號(hào)給移動(dòng)臺(tái)，另外的時(shí)間由移動(dòng)臺(tái)發(fā)送信號(hào)給基站，基站和移動(dòng)臺(tái)之間必須協(xié)同一致才能順利工作。

TDD雙工方式的工作特點(diǎn)使TDD具有如下優(yōu)勢(shì)：能夠靈活配置頻率，使用FDD系統(tǒng)不易使用的零散頻段;可以通過(guò)調(diào)整上下行時(shí)隙轉(zhuǎn)換點(diǎn)，提高下行時(shí)隙比例，很好地支持非對(duì)稱業(yè)務(wù);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;接收上下行數(shù)據(jù)時(shí)，不需要收發(fā)隔離器，只需一個(gè)開(kāi)關(guān)即可，降低了設(shè)備的復(fù)雜度;具有上下行信道互惠性，能夠更好地采用傳輸預(yù)處理技術(shù)，如預(yù)RAKE技術(shù)、聯(lián)合傳輸技術(shù)、 智能天線 技術(shù)等，能有效地降低移動(dòng)終端的處理復(fù)雜性。

TDD與FDD技術(shù)對(duì)比的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）使用TDD技術(shù)時(shí)，只要基站和移動(dòng)臺(tái)之間的上下行時(shí)間間隔不大，小于信道相干時(shí)間，就可以比較簡(jiǎn)單的根據(jù)對(duì)方的信號(hào)估計(jì)信道特征。而對(duì)于一般的FDD技術(shù)，一般的上下行頻率間隔遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道相干帶寬，幾乎無(wú)法利用上行信號(hào)估計(jì)下行，也無(wú)法用下行信號(hào)估計(jì)上行；這一特點(diǎn)使得TDD方式的移動(dòng)通信體制在功率控制以及智能天線技術(shù)的使用方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。但也是因?yàn)檫@一點(diǎn)，TDD系統(tǒng)的覆蓋范圍半徑要小，由于上下行時(shí)間間隔的緣故，基站覆蓋半徑明顯小于FDD基站。否則，小區(qū)邊緣的用戶信號(hào)到達(dá)基站時(shí)會(huì)不能同步。

（2）TDD技術(shù)可以靈活的設(shè)置上行和下行轉(zhuǎn)換時(shí)刻，用于實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱的上行和下行業(yè)務(wù)帶寬，有利于實(shí)現(xiàn)明顯上下行不對(duì)稱的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。但是，這種轉(zhuǎn)換時(shí)刻的設(shè)置必須與相鄰基站協(xié)同進(jìn)行。

（3）與FDD相比，TDD可以使用零碎的頻段，因?yàn)樯舷滦杏蓵r(shí)間區(qū)別，不必要求帶寬對(duì)稱的頻段。

（4）TDD技術(shù)不需要收發(fā)隔離器，只需要一個(gè)開(kāi)關(guān)即可。

（5）移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)速度受限制。在高速移動(dòng)時(shí)，多普勒效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致快衰落，速度越高，衰落變換頻率越高，衰落深度越深，因此必須要求移動(dòng)速度不能太高。例如在使用了TDD的TD-SCDMA系統(tǒng)中，在目前芯片處理速度和算法的基礎(chǔ)上，當(dāng)數(shù)據(jù)率為144kb/s時(shí)，TDD的最大移動(dòng)速度可達(dá)250km/h，與FDD系統(tǒng)相比，還有一定差距。一般TDD移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)速度只能達(dá)到FDD移動(dòng)臺(tái)的一半甚至更低。

（6）發(fā)射功率受限。如果TDD要發(fā)送和FDD同樣多的數(shù)據(jù)，但是發(fā)射時(shí)間只有FDD的大約一半，這要求TDD的發(fā)送功率要大。當(dāng)然同時(shí)也需要