[4G&5G专题-101]：部署 - LTE FDD与LTE TDD技术差异比较详解

 

目录

第1章 LTE TDD与FDD关机技术的比较

1.1 相同点

1.2 不同点

1.3 协议栈

1.4 处理流程

第2章 双工方式不同

2.1 什么是双工方式

2.2 TDD与FDD的优劣比较

第3章 射频的频谱

3.1 FDD的频谱

3.2 TDD频谱

第4章 射频电路

4.1 上下行转换电路

4.2 智能天线

第5章 传输模式

5.1 传输模式的类型

5.2 什么是波束赋型

第6章 物理层帧结构不同

6.1 FDD的帧结构

6.2 TDD帧结构

第7章 物理层信道的差别

7.1 下行信道

7.2上行信道

第8章 L2层差异的比较

第9章 时钟同步

第10章 组网比较

10.1 频率规划与上下行配比

10.2 同频组网的干扰

10.3 同频组网的干扰协调ICIC

第11章 FDD与TDD性能比较

11.1峰值速率比较

11.2 频谱效率

11.3小区边缘的吞吐率和频谱利用率

11.4 时延比较

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第1章 LTE TDD与FDD关机技术的比较

1.1 相同点

1.2 不同点

本文重点关注他们的不同点。

 

1.3 协议栈

从协议栈的角度看，FDD和TDD的主要差别：

（1）PDCP, RRC, NAS基本相同

（2）MAC和RLC少许差别

（3）物理层和RF层差别较大

• 双工方式
• 频谱
• 物理层帧结构
• 多天线（物理逻辑天线）
• 帧同步

下面将按照空口-> RF -> MAC层 -> RLC层 -> PDCP -> RRC层的顺序介绍FDD与TDD的差别。

 

1.4 处理流程

 

第2章 双工方式不同

2.1 什么是双工方式

双工方式， Duplex，是指示指二台通讯设备之间，允许有双向的资料传输的方式。

TDD，时分双工：通过时间区分上行或下行的方式，收发共用一个射频频点，上、下行链路使用不同的时隙来进行通信。

FDD，平方双工：通过频段区分上行和下行的方式，收发使用不同的射频频点来进行通信。

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2.2 TDD与FDD的优劣比较

TDD相对于FDD，有哪些优势呢？

 

（1）频谱利用

• TDD能够灵活配置频率，FDD不易使用的零散频段，需要加大的带宽（上行+下行）

（2）传输业务

• TDD可以通过调整上下行时隙转换点，灵活支持非对称速率的业务, 而FDD上行性业务的带宽，是有分配资源决定的，无法动态调整。

（3）硬件实现

• TDD具有上下行信道一致性，基站的接收和发送可以共用部分射频单元，降低了设备成本；FDD上行是分开的，因此需要独立的上下行射频单元。
• TDD接收上下行数据时，不需要收发隔离器，只需要一个开关即可，降低了设备的复杂度。FDD也可以公用相同的天线，但需要要收发隔离器。

（4）覆盖范围

• TDD系统上行链路发射功率的时间比FDD短，因此TDD基站的覆盖范围明显小于FDD基站；

（5）上行干扰

• TDD系统收发信道同频，无法进行干扰隔离，系统内和系统间存在干扰；FDD上行线使用不同的频率，不存在频谱干扰。
• 为了避免与其他无线系统之间的干扰，TDD需要预留较大的保护带，影响了整体频谱利用效率；
• 因为高速运动下信道变化快，TDD分时系统导致手机报告的信道消息有所延迟，所以TDD系统在高速场景下不如FDD、

 

 

第3章 射频的频谱

3.1 FDD的频谱

（1）LTE FDD全球频谱

3.2 TDD频谱

第4章 射频电路

4.1 上下行转换电路

• TDD需要发送和接收的转换器，这会引入1.5dB的信号损失。
• FDD需要防止上行性干扰的双工器，这会引入1dB的信号损失。
• FDD和TDD的发送和接收都公用同一个天线，但FDD是同时进行接收和发送，发送和接收的频率不同，混合在一起。而TDD，是分时复用同一个天线，发送和接收使用相同的额频率，但发送和接收不是同时进行的。也就是说，无论FDD还是TDD， 都是上下行共用同一个物理天线，在RF前端进行复用与解复用。

 

4.2 智能天线

 

第5章 传输模式

5.1 传输模式的类型

不同的多天线传输方案对应不同的传输模式(TM模式)。

1)       TM1，单天线端口传输：主要应用于单天线传输的场合。

2)       TM2，发送分集模式：适合于小区边缘信道情况比较复杂，干扰较大的情况，有时候也用于高速的情况，分集能够提供分集增益。

3)       TM3，开环空间分集：合适于终端（UE）高速移动的情况。

4)       TM4，闭环空间分集：适合于信道条件较好的场合，用于提供高的数据率传输。

5)       TM5，MU-MIMO传输模式：主要用来提高小区的容量。

6)       TM6，Rank1的传输：主要适合于小区边缘的情况。

7)       TM7，Port5的单流Beamforming模式：主要也是小区边缘，能够有效对抗干扰。

8)       TM8，双流Beamforming模式：可以用于小区边缘也可以应用于其他场景。

9)       TM9，传输模式9是LTE-A中新增加的一种模式，可以支持最大到8层的传输，主要为了提升数据传输速率。

其中7-9 Beamforming模式只能用于TDD模式，FDD不支持波波束赋型。

原因：

TDD因为是时分系统，上下行信道是互逆的，所以基站可以根据上行的ue信号估计出ue的来波方向，然后在同样方向上下行赋形。

FDD上下行频点差很远，信道不可逆，没办法知道准确UE的来波方向。

 

5.2 什么是波束赋型

每一路信号之间是相关的，利用间距较小的接收天线之间的无线信号波形的相关性，通过多个天线阵元发送的电磁波之间形成干涉效应，把电磁波的能量集中到某个特定的方向，形成波束，提上某个方向的信号质量（信噪比），信号在天线发送时，已经不再是每一路独立的全向天线的能量分布，而是经过相关干涉之后，形成的具有一定方向的电磁波，发送时候，电磁波的能量被汇集起来，指向一个特定的方向。从而提升信号的覆盖范围和抗干扰能力。

 

第6章 物理层帧结构不同

6.1 FDD的帧结构

• FDD的10ms帧结构单一、上下行是分离，一个帧结构，要么是上行，要么是下行。
• 上行和下行都是10ms。

6.2 TDD帧结构

• TDD的上和下行公用10ms的帧结构
• TDD的10ms帧结构，由三部分组成：1ms的上行发送子帧、1ms的下行发送1子帧、下行转上行时的特殊子帧。
• TDD的10ms帧结构的上下行的子帧配比不是固定的，是可以配置的。

常见的上下行配比是1:3

• TDD的特殊子帧内的12符号也是可以配置的。

 

第7章 物理层信道的差别

7.1 下行信道

TDD在FDD的基础之上，增加了如下的功能：

（1）PHICH：

Physical Hybrid ARQ Indicator Channel，物理混合自动重传指示信道。PHICH用于对PUSCH传输的数据回应HARQ ACK/NACK。每个TTI中的每个上行TB对应一个PHICH。

（3）PDCCH：

（4）SCH信道：FDD和TDD的PSS/SSH的时频资源的位置是不相同的。

 

（5）波束赋型下的参考信号：只适用于TDD

（6）PDSCH：

TDD的特殊子帧可用于PDSCH传输数据。

 

7.2上行信道

TDD在FDD的基础之上，增加了如下的功能：

 

（1）RACH：TDD一个子帧中支持多个随机接入信道，而FDD一个子帧中只有一个随机接入信道

 

（2）PUCCH：上行下配比不一样，支持HARQ的复用

（3）SRS

 

从上可以看出，在物理信道上，TDD比FDD要复杂，增加了一些新的功能。

这些新的功能主要源于：

• TDD在一个10ms帧中复用了上行和下行
• TDD中有特殊子帧。

 

第8章 L2层差异的比较

在上图中：

FDD: 固定4个TTI回复HARQ ACK

TDD: HARQ ACK的周期不规定

• 0号子帧是正在7号子帧中回复HARQ ACK, 等了7个TTI.
• 1号子帧是正在7号子帧中回复HARQACK, 等了6个TTI.
• 4号子帧是正在8号子帧中回复HARQACK, 等了4个TTI.

 

第9章 时钟同步

FDD：FDD为了支持相邻基站之间的平滑切换，F只需要不同基站能够时钟频率同步。

TDD：TDD除了需要不同基站能够时钟频率同步，还需要确保不同基站的10ms帧的相位同步，即10ms帧号的同步，因此TDD 10ms帧号是全网同步的。

 

第10章 组网比较

10.1 频率规划与上下行配比

10.2 同频组网的干扰

（1）TDD的同频组网

TDD上下行的频率是一样的，因此TDD同频组网的干扰主要为：

• 基站间干扰 =》需要每个基站的相位同步，避免基站间干扰。
• 手机对基站间干扰：手机的发送对相邻基站造成干扰。
• 基站对手机的干扰：邻基站的发送对手机的干扰

 

（2）FDD的同频组网

• 基站间干扰：由于上下行采用不同的频率，因此FDD不存在基站之间的干扰。因此不需要基站之间的相位同步。
• 手机对基站间干扰：手机的发送对相邻基站造成干扰。
• 基站对手机的干扰：邻基站的发送对手机的干扰

10.3 同频组网的干扰协调ICIC

 

第11章 FDD与TDD性能比较

11.1峰值速率比较

条件1：

• FDD上下行各站20M，一共占用了40M； TDD上下行共暂用20M
• TDD上下行配比为2：2

结果1：

• 下行：FDD=150M; TDD=80M
• 上行：FDD=50M; TDD=19M

 

条件2：

• FDD上下行各站20M，一共占用了40M； TDD上下行共暂用40M
• TDD上下行配比为2：2

结果2：

• 下行：FDD=150M; TDD=160M
• 上行：FDD=50M; TDD=38M

 

备注：TDD可以通过部署需要动态调整上下行配比，动态调整上行和下行的速率。

 

11.2 频谱效率

 

11.3小区边缘的吞吐率和频谱利用率

• 在小区边缘，信号质量比较低，还存在干扰，采用低价调制方式和高冗余的编码，无论是TDD还是FDD，小区吞吐率都比较低，不到1M.
• 小区吞吐量, TDD低于FDD.

11.4 时延比较

• 接入延时：TDD=110ms， FDD=100ms
• ping延时：TDD=10ms， FDD=8ms