深入浅出4G标准:LTE FDD和LTE TDD

        目前基于LTE的4G标准有两个,分别为LTE FDD和LTE TDD(国内习惯于将LTE TDD称为TD-LTE),看名字大家会有直观的印象,两大标准都是基于LTE的不同分支,相似度超过90%。接下来我们用交通来举例,具体分析一下两者间的差异:
一、TD-LTE省资源,FDD速度快
       LTE FDD(Frequency Division Duplexing,FDD)采用的是频分双工,TD-LTE(Time Division Duplexing,TDD)则是时分双工.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.
       如 图下图所示,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.
       我们抛开这些生涩的术语,用更简单的方式解释一下:
       首先,手机想上网,必须要建立上行和下行的通道:例如,你点击微信,手机会通过上行通道发送一个请求,然后微信服务器通过下行通道,把你最新的未读消息传到你的手机上.一般情况下,我们使用下行(下载)的时间比较多,而上行(上传)的时间很少.
       为了建立起上行和下行的通道,FDD通过频率来分割,在两个对称频率上,一个管下载,一个管上传.就好像是双车道,两个方向的汽车互不干扰,畅通无阻.表现在你的手机上,就是速度很快的感觉.
       TD- LTE采用另一种方式.它只用一个频率,既负责上传,又负责下载.好处是比FDD省了一个频率占用,资源利用率更高(实际上TD-LTE为了避免干扰,需 要预留较大保护带,也会消耗一些资源);TDD的缺点也很明显,因为是“单行道”上跑双向“车流”,TD-LTE只能通过时间来控制交通(时分双工),一 会让下载的流量通过,一会又让上传的流量通过.表现在手机端,会比FDD网速慢一些.
       目前,LTE FDD理论下行速度为150MBPs,TD-LTE理论下行速度为100Mbps.
二、TD-LTE适合热点区域覆盖,FDD适合广域覆盖
       我们在生活中遇到过这种情况:上班高峰期,进城方向的交通拥堵不堪,旁边出城方向的马路上却车流稀少.这无疑是一种资源的浪费.
       在手机上网过程中,这种现象更普遍:人们使用手机,更多的是阅读,观赏和下载,很少的时间用于上传.因此,如果手机的无线网络是可见的,你会发现下载通道上数据川流不息,上传通道却很少被使用.
       TD-LTE的优势在于,他将上传和下载通道合并为一个,然后通过时间来灵活控制,例如分配给下载的时间占70%,上传占30%,这样,你会发现整个通道的车流总是满的,资源利用率更高.
       既 然TD-LTE如此经济,却也不能全部采用.在用户密集的热点区域,频段资源很紧张,这时候,FDD的“双车道”就显得很浪费,TDD更适合.但由于 TDD在上行方面受限,基站覆盖范围小于FDD,因此,在非热点的在广覆盖区域(城郊,乡镇和公路)上,TDD需要比FDD建设更多基站,成本太高.
三、TD-LTE与FDD能混合组网吗?
       FDD 和TD-LTE这两个LTE的分支标准各有所长,但两者间基础技术非常相似.有专家表示,TD-LTE和LTE FDD完全可以看做一个系统,仅是在业务实现上有一定的技术区别.因此,国际上有了将TD-LTE与FDD混合组网的模式,发挥两者各自长处,TD- LTE用于热点区域覆盖,FDD用于广域覆盖.由于有着共同的技术基础,TD-LTE与FDD在混合组网方面有着非常好的前景.这也是当年国际电联在制定 4G标准时所期望实现的——即尽量降低不同标准之间物理层的差异,让网络标准最终走向融合.
总结
       TD-LTE与LTE FDD本质上共用一套标准基础,在业务实现的技术上有着一定差别.TD-LTE节省频道资源,适合热点集中区域覆盖;FDD的理论最高速度更快,基站覆盖更广,适合郊区,公路铁路等广域覆盖.两者混合组网,是更好的选择.