1、引言

隨著移動通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展，無線通信系統(tǒng)呈現(xiàn)出移動化、寬帶化和IP 化的趨勢，移動通信市場的競爭也日趨激烈。為應(yīng)對來自WiMAX ，Wi-Fi 等傳統(tǒng)和新興無線寬帶接入技術(shù)的挑戰(zhàn)，提高3G在寬帶無線接入市場的競爭力，3GPP 開展UTRA長期演進(jìn)(Long Term Evolution ,LTE) 技術(shù)的研究，以實(shí)現(xiàn)3G技術(shù)向B3G和4G的平滑過渡。LTE的改進(jìn)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率、更短的時延、更低的成本，更高的系統(tǒng)容量以及改進(jìn)的覆蓋范圍。

LTE系統(tǒng)同時定義了頻分雙工(Frequency Division Duplexing, FDD) 和時分雙工(Time Division Duplexing, TDD) 兩種方式，但由于無線技術(shù)的差異、使用頻段的不同以及各個廠家的利益等因素，LTE FDD支持陣營更加強(qiáng)大，標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)發(fā)展都領(lǐng)先于LTE TDD。2007年11月，3GPP RAN1會議通過了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。本文在比較分析TDD和FDD技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了TD-LTE系統(tǒng)的特有技術(shù)，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(jìn)行了分析。

2、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(jìn)行接收和發(fā)送，用保護(hù)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(jìn)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(diǎn)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(diǎn)，提高下行時隙比例，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TDD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(jìn)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(hù)帶，影響了整體頻譜利用效率。

3、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(jì)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3～12個OFDM符號，UpPTS的長度為1～2個OFDM符號，相應(yīng)的GP長度為1～10個OFDM符號。
LTE支持5ms和10ms上下行切換點(diǎn)。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。

圖2：LTE TDD幀結(jié)構(gòu)

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。