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LTE TDD与LTE FDD技术简介和比较.doc

LTE TDD与LTE FDD技术简介和比较

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2009-08-27 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《LTE TDD与LTE FDD技术简介和比较doc》,可适用于IT/计算机领域

LTETDD与LTEFDD技术简介和比较(,::)TDD与LTEFDD技术简介和比较摘要:UTRA的长期演进(LongTermEvolution,LTE)技术存在LTEFDD和LTETDD两大阵营本文在比较分析TDD和FDD技术特点的基础上对LTETDD(即TDLTE)的特有技术进行了总结并结合中国移动现有的网络部署和TDD频段资源情况对LTETDD和LTEFDD的应用前景进行了初步分析。、引言        随着移动通信技术的蓬勃发展无线通信系统呈现出移动化、宽带化和IP化的趋势移动通信市场的竞争也日趋激烈。为应对来自WiMAXWiFi等传统和新兴无线宽带接入技术的挑战提高G在宽带无线接入市场的竞争力GPP开展UTRA长期演进(LongTermEvolution,LTE)技术的研究以实现G技术向BG和G的平滑过渡。LTE的改进目标是实现更高的数据速率、更短的时延、更低的成本更高的系统容量以及改进的覆盖范围。        LTE系统同时定义了频分双工(FrequencyDivisionDuplexing,FDD)和时分双工(TimeDivisionDuplexing,TDD)两种方式但由于无线技术的差异、使用频段的不同以及各个厂家的利益等因素LTEFDD支持阵营更加强大标准化与产业发展都领先于LTETDD。年月GPPRAN会议通过了家公司联署的LTETDD融合帧结构的建议统一了LTETDD的两种帧结构。融合后的LTETDD帧结构是以TDSCDMA的帧结构为基础的这就为TDSCDMA成功演进到LTE乃至G标准奠定了基础。        TDD帧结构的融合使更多的厂商参与到TDD的标准化进程中LTETDD技术受到了广泛的重视其产业化进程也有了显著的发展。本文在比较分析TDD和FDD技术特点的基础上总结了TDLTE系统的特有技术并结合中国移动现有的网络部署和TDD频段资源情况对LTETDD和LTEFDD的应用前景进行了分析。、FDD与TDD工作原理        频分双工(FDD)和时分双工(TDD)是两种不同的双工方式。如图所示FDD是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送用保护频段来分离接收和发送信道。FDD必须采用成对的频率依靠频率来区分上下行链路其单方向的资源在时间上是连续的。FDD在支持对称业务时能充分利用上下行的频谱但在支持非对称业务时频谱利用率将大大降低。        TDD用时间来分离接收和发送信道。在TDD方式的移动通信系统中,接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载,其单方向的资源在时间上是不连续的时间资源在两个方向上进行了分配。某个时间段由基站发送信号给移动台另外的时间由移动台发送信号给基站基站和移动台之间必须协同一致才能顺利工作。图:FDD和TDD的工作原理        TDD双工方式的工作特点使TDD具有如下优势:()能够灵活配置频率使用FDD系统不易使用的零散频段()可以通过调整上下行时隙转换点提高下行时隙比例能够很好的支持非对称业务()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()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()具有上下行信道互惠性能够更好的采用传输预处理技术如预RAKE技术、联合传输(JT)技术、智能天线技术等,能有效地降低移动终端的处理复杂性。        但是TDD双工方式相较于FDD也存在明显的不足:()由于TDD方式的时间资源分别分给了上行和下行因此TDD方式的发射时间大约只有FDD的一半如果TDD要发送和FDD同样多的数据就要增大TDD的发送功率()TDD系统上行受限因此TDD基站的覆盖范围明显小于FDD基站()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()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。、TDLTE系统特有技术        LTE系统同时定义了频分双工(FDD)和时分双工(TDD)两种双工方式并分别设计了FDD和TDD的帧结构。FDD模式下ms的无线帧被分为个子帧,每个子帧包含两个时隙每时隙长ms。TDD模式下每个ms无线帧包括个长度为ms的半帧每个半帧由个数据子帧和个特殊子帧组成如图所示。特殊子帧包括个特殊时隙:DwPTSGP和UpPTS总长度为ms。DwPTS和UpPTS的长度可配置DwPTS的长度为~个OFDM符号UpPTS的长度为~个OFDM符号相应的GP长度为~个OFDM符号。        LTE支持ms和ms上下行切换点。对于ms上下行切换周期子帧和总是用作上行。对于ms上下行切换周期每个半帧都有DwPTS只在第个半帧内有GP和UpPTS第个半帧的DwPTS长度为ms。UpPTS和子帧用作上行子帧和用作下行。图:LTETDD帧结构        由于TDD帧结构与FDD帧结构不同TDLTE系统具有一些特有技术。()上下行配比        LTETDD中支持不同的上下行时间配比上下行时间比不总是“:”(见表)可以根据不同的业务类型调整上下行时间配比以满足上下行非对称的业务需求。表:不同帧周期的上下行配比()特殊时隙的应用        为了节省网络开销TDLTE允许利用特殊时隙DwPTS和UpPTS传输系统控制信息。LTEFDD中用普通数据子帧传输上行sounding导频而TDD系统中上行sounding导频可以在UpPTS上发送。另外DwPTS也可用于传输PCFICH、PDCCH、PHICH、PDSCH和PSCH等控制信道和控制信息。其中DwPTS时隙中下行控制信道的最大长度为两个符号且主同步信道固定位于DwPTS的第三个符号。()多子帧调度反馈        和FDD不同TDD系统不总是存在:的上下行比例。当下行多于上行时存在一个上行子帧反馈多个下行子帧TDLTE提出的解决方案有:multiACKNAKACKNAK捆绑(bundling)等。当上行子帧多于下行子帧时存在一个下行子帧调度多个上行子帧(多子帧调度)的情况。()同步信号设计        除了TDD固有的特性之外(上下行转换、特殊时隙等)TDD帧结构与FDD帧结构的主要区别在于同步信号的设计。LTE同步信号的周期是ms分为主同步信号(PSS)和辅同步信号(SSS)。LTETDD和FDD帧结构中同步信号的位置相对位置不同如图所示。在TDD帧结构中PSS位于DwPTS的第三个符号SSS位于ms第一个子帧的最后一个符号在FDD帧结构中主同步信号和辅同步信号位于ms第一个子帧内前一个时隙的最后两个符号。利用主、辅同步信号相对位置的不同终端可以在小区搜索的初始阶段识别系统是TDD还是FDD。图:FDD和TDD的同步信号设计()HARQ的设计        LTEFDD系统中HARQ的RTT(RoundTripTime)固定为ms且ACKNACK位置固定如图所示。TDLTE系统中HARQ的设计原理与LTEFDD相同但是实现过程却比LTEFDD复杂由于TDD上下行链路在时间上是不连续的UE发送ACKNACK的位置不固定而且同一种上下行配置的HARQ的RTT长度都有可能不一样这样增加了信令交互的过程和设备的复杂度。        如图所示LTEFDD系统中UE发送数据后经过ms的处理时间系统发送ACKNACKUE再经过ms的处理时间确认此后一个完整的HARQ处理过程结束整个过程耗费ms。在LTETDD系统中UE发送数据ms处理时间后系统本来应该发送ACKNACK但是经过ms处理时间的时隙为上行必须等到下行才能发送ACKNACK。系统发送ACKNACK后UE再经过ms处理时间确认整个HARQ处理过程耗费ms。类似的道理UE如果在第个时隙发送数据同样系统必须等到DL时隙时才能发送ACKNACK此时HARQ的一个处理过程耗费ms。可见LTETDD系统HARQ的过程复杂处理时间长度不固定发送ACKNACK的时隙也不固定给系统的设计增加了难度。图:FDD和TDD的HARQ设计、LTETDD与LTEFDD的比较        LTETDD在帧结构、物理层技术、无线资源配置等方面具有自己独特的技术特点与LTEFDD相比具有特有的优势但也存在一些不足。、LTETDD的优势()频谱配置        频段资源是无线通信中最宝贵的资源随着移动通信的发展多媒体业务对于频谱的需求日益增加。现有的通信系统GSM和GSM均采用FDD双工方式FDD双工方式占用了大量的频段资源同时一些零散频谱资源由于FDD不能使用而闲置造成了频谱浪费。由于LTETDD系统无需成对的频率,可以方便的配置在LTEFDD系统所不易使用的零散频段上,具有一定的频谱灵活性能有效的提高频谱利用率。        另外中国已经为TDD划分了MHz的频段(如图所示),为LTETDD的应用创造了条件。因此在频段资源方面LTETDD系统和LTEFDD系统具有更大的优势。中国移动可以针对不同的频段资源分别部署LTETDD系统和LTEFDD系统充分利用频谱资源。 图:中国为TDD划分的频段()支持非对称业务        在第三代移动通信系统以及未来的移动通信系统中,除了提供语音业务之外数据和多媒体业务将成为主要内容且上网、文件传输和多媒体业务通常具有上下行不对称特性。LTETDD系统在支持不对称业务方面具有一定的灵活性。根据LTETDD帧结构的特点LTETDD系统可以根据业务类型灵活配置LTETDD帧的上下行配比。如浏览网页、视频点播等业务下行数据量明显大于上行数据量系统可以根据业务量的分析配置下行帧多于上行帧情况如DL:ULDL:ULDL:ULDL:UL等。而在提供传统的语音业务时系统可以配置下行帧等于上行帧如DL:UL。        在LTEFDD系统中,非对称业务的实现对上行信道资源存在一定的浪费,必须采用高速分组接入(HSPA)、EVDO和广播组播等技术。相对于LTEFDD系统LTETDD系统能够更好的支持不同类型的业务不会造成资源的浪费。()智能天线的使用        智能天线技术是未来无线技术的发展方向它能降低多址干扰增加系统的吞吐量。在LTETDD系统中,上下行链路使用相同频率,且间隔时间较短,小于信道相干时间链路无线传播环境差异不大在使用赋形算法时上下行链路可以使用相同的权值。与之不同的是,由于FDD系统上下行链路信号传播的无线环境受频率选择性衰落影响不同,根据上行链路计算得到的权值不能直接应用于下行链路。因而,LTETDD系统能有效地降低移动终端的处理复杂性。        另外在LTETDD系统中由于上下行信道一致,基站的接收和发送可以共用部分射频单元,从而在一定程度上降低了基站的制造成本。()与TDSCDMA的共存        LTETDD系统还有一个LTEFDD无法比拟的优势就是LTETDD系统能够与TDSCDMA系统共存。对现有通信系统来说目前的数据传输速率已经无法满足用户日益增长的需求运营商必须提前规划现有通信系统向BGG系统的平滑演进。由于LTETDD帧结构基于我国TDSCDMA的帧结构能够方便的实现TDLTE系统与TDSCDMA系统的共存和融合。如图所示以ms的子帧为基准TDSCDMA有个子帧且特殊时隙是固定的TDLTE通过调整特殊时隙的长度就能够保证两个系统的GP时隙重合(上下行切换点)从而实现两个系统的融合。图:TDSCDMA与TDLTE融合、LTETDD的不足        由于LTETDD在同一帧中传输上下行两个链路系统设计更加复杂对设备的要求较高存在一些不足:()由于保护间隔的使用降低了频谱利用率特别是提供广覆盖的时候使用长CP对频谱资源造成了浪费。()使用HARQ技术时LTETDD使用的控制信令比LTEFDD更复杂且平均RTT稍长于LTEFDD的ms。()由于上下行信道占用同一频段的不同时隙为了保证上下行帧的准确接收系统对终端和基站的同步要求很高。        为了补偿LTETDD系统的不足LTETDD系统采用了一些新技术如:TDD支持在微小区使用更短的PRACH以提高频谱利用率采用multiACKNACK的方式反馈多个子帧节约信令开销等。、结束语        TDD双工方式具有频谱配置灵活频谱利用率高上下行信道互惠性等特点能够满足下一代移动通信系统对带宽的要求以及频率分配零散化的趋势在BGG移动通信系统中具有较强的优势。LTETDD在频谱利用、非对称业务支持、智能天线技术支持、与TDSCDMA系统共存等方面有很大的优势在未来的通信系统中具有很强的竞争力。随着LTETDD技术研究的深入和国际市场的推广将成为未来无线通信系统中的主流技术。                        

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