鄭金綱　劉士鋒

【摘要】 隨著LTE牌照的發(fā)布，三大運營商開始先后啟動了4G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，根據(jù)工信部的要求，LTE建設(shè)按照TDD與FDD兩種技術(shù)制式進行混合組網(wǎng)覆蓋，其中移動依托原有TD-SCDMA進行TDD升級單模式建設(shè)，電信與聯(lián)通憑借原有的CDMA網(wǎng)絡(luò)進行FDD與TDD的融合組網(wǎng)。兩種技術(shù)協(xié)同發(fā)展能夠適合有中國特色的4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，并且比單獨組網(wǎng)更有利于我國的移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，有利于用戶更好的體驗移動網(wǎng)業(yè)務(wù)。

【關(guān)鍵字】 LTE TDD FDD 混合組網(wǎng) 信號補充 干擾

一、LTE技術(shù)簡介

1.1 LTE概述

LTE（Long Term Evolution）是3GPP組織主導(dǎo)制定的無線通信技術(shù)，主要體現(xiàn)在無線組網(wǎng)架構(gòu)和無線接口技術(shù)的演進發(fā)展上，致力于提高網(wǎng)絡(luò)傳輸速率，加強安全性和簡化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。從數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕嵌葋碚f，增強了3G的空中接口的接入技術(shù)，采用 OFDM 和MIMO技術(shù)實現(xiàn)新一代無線網(wǎng)的下行接口和信號發(fā)射標準，頻譜帶寬支持20MHz，支持下行峰值速率100Mbps和上行峰值速率50Mbps。

1.2 FDD與TDD的工作模式

LTE技術(shù)支持頻分雙工（Frequency Division Duplexing，F(xiàn)DD）和時分雙工（Time Division Duplexing，TDD）模式。FDD在兩個分離的、對稱頻率的信道上分別對數(shù)據(jù)信號接收和發(fā)送。采用成對的頻段區(qū)分上行鏈路（UL，Uplink）和下行鏈路（DL，Downlink），上下行頻段間隔離度較大，來保證信號獨立且不受干擾的發(fā)送和接受。FDD的上、下行鏈路在時間上是連續(xù)的，可以同時接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。TDD的接收和發(fā)送是使用同一頻率的不同時隙來區(qū)分上、下行信道，而在時間上是不連續(xù)的。通過設(shè)置不同的時間周期分別由移動終端發(fā)送給基站（UL，Uplink），由基站發(fā)送給移動終端（DL，Downlink）。

二、FDD與TDD的技術(shù)比較

FDD和TDD從功能架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)角度來說是相似的，均采用兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行扁平化精簡和網(wǎng)絡(luò)管理。但由于基于不同的幀結(jié)構(gòu)和復(fù)用技術(shù)，又具有各自不同的優(yōu)點及缺點。

（1）頻譜利用方面，F(xiàn)DD使用成對的上下行頻率支撐移動業(yè)務(wù)進行數(shù)據(jù)收發(fā)，在最大程度上對相對稀缺的頻譜資源進行充分利用，尤其對對稱型應(yīng)用有良好的支撐；而TDD技術(shù)引入了頻段內(nèi)保護間隔的技術(shù)，從而犧牲了部分頻譜資源，降低了頻譜利用率。但在支持非對稱業(yè)務(wù)的時候，由于必須上下行成對對稱的使用頻率進行數(shù)據(jù)傳輸，相對于對稱業(yè)務(wù)，F(xiàn)DD的頻譜利用率約為60%。

（2）高速數(shù)據(jù)傳輸方面，F(xiàn)DD能夠盡最大可能的忽略上下行用戶業(yè)務(wù)時延，幀結(jié)構(gòu)中沒有負載的保護間隔符號（Symbol），減少了傳輸過程中的同步損耗，并以全雙工（Full Duplex）的工作模式進行上下行傳輸，支持最高500km/h的移動通信；TDD技術(shù)由于對時間同步要求嚴格，需要分配時間片同步基站側(cè)及用戶側(cè)，最高傳輸速率120km/h。

（3）抗干擾方面， FDD技術(shù)使用相互隔離度較大的保護帶寬進行數(shù)據(jù)上行和下行傳輸，可很好的消除相鄰小區(qū)基站和本小區(qū)基站之間的干擾。TDD的上、下行信道傳輸工作在同一鏈路上，內(nèi)部雖設(shè)置保護間隔，但由于本小區(qū)和相鄰小區(qū)帶寬比較接近，容易引起相鄰小區(qū)基站與終端的干擾。

（4）移動終端復(fù)雜性方面，TDD技術(shù)要求上、下行鏈路使用相同的頻率，基站與終端間的傳輸環(huán)境差異不大，上下行鏈路可以使用相同的路徑損耗，對于移動終端發(fā)射和接受天線及處理器的要求較低。FDD技術(shù)的上、下行鏈路信號在傳播時受頻率選擇性衰落影響的不同，根據(jù)上行鏈路計算得到的路徑損耗也不同，從而不能直接應(yīng)用于下行鏈路，降低鏈路利用率。

三、FDD和TDD協(xié)同發(fā)展的可行性

FDD與TDD根據(jù)各自占用的頻譜資源段不同，可以提供更高的網(wǎng)絡(luò)承載量和網(wǎng)絡(luò)選擇帶寬。根據(jù)現(xiàn)有工信部發(fā)布的頻譜帶寬的劃分，中國移動TD-LTE獲得三個頻段共計130M頻譜帶寬；中國電信TD-LTE獲得兩個頻段，合計60M 頻譜帶寬，F(xiàn)DD-LTE上下行兩個頻段，合計60M頻譜帶寬；中國聯(lián)通TD-LTE獲得兩個頻段，合計40M頻譜帶寬，F(xiàn)DD-LTE上下行兩個頻段，合計40M頻譜帶寬。FDD與TDD各具特色，F(xiàn)DD/TDD協(xié)同發(fā)展有利于LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和滿足用戶的需求。

（1）FDD與TDD憑借各自的技術(shù)特點，能夠?qū)Σ煌瑧?yīng)用進行差異化支撐。FDD技術(shù)是對稱型技術(shù)，比較適合交互式實時數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，比如語音和多媒體類業(yè)務(wù)，現(xiàn)階段常用的交互式IM手機軟件和移動視頻會議等業(yè)務(wù)是這類業(yè)務(wù)代表，F(xiàn)DD對該類業(yè)務(wù)支持較有優(yōu)勢；TDD技術(shù)是非對稱型技術(shù)，比較適合包交換和互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，現(xiàn)階段越來越多的用戶使用手機進行流媒體視頻點播和留言類業(yè)務(wù)的使用，TDD對該類業(yè)務(wù)支持有較強優(yōu)勢。

（2）根據(jù)不同的場景利用不同的技術(shù)進行無縫覆蓋。使用FDD技術(shù)進行室外大面積遠距離的覆蓋，利用FDD較強的抗干擾能力滿足外部復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，適應(yīng)較多的建筑物阻擋，利用TDD較強的頻譜效率，較靈活的幀配置能力進行室內(nèi)覆蓋，滿足辦公或居住區(qū)域內(nèi)用戶更多的使用各種非對稱、響應(yīng)及時、可靠性較高的應(yīng)用。

由于用戶的移動業(yè)務(wù)主要集中在密集城區(qū)和熱點區(qū)域，對高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)有較大的需求，是運營商主要建設(shè)和投資的方向，LTE建設(shè)時需要進行FDD和TDD同時部署建設(shè)。由于各頻段對應(yīng)的覆蓋范圍和下傾角各不相同，同時該類區(qū)域?qū)νㄐ刨|(zhì)量要求較高，網(wǎng)絡(luò)會隨著建設(shè)頻繁的調(diào)整，選擇天線時會涉及到不同頻段的獨立調(diào)整?？墒褂冒硕丝谥С炙念l段的天線或六端口支持三頻的天線進行覆蓋，通過TDD 2T2R配合FDD 2T2R的模式進行獨立調(diào)整。

一般城區(qū)建設(shè)時需要對覆蓋與容量同時考慮，并對投資成本進行把控。一般城區(qū)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化頻率比較低，采用合路器的方法合路TDD和FDD的端口，降低天線部署的復(fù)雜度和成本。以LTE全頻段為目標網(wǎng)，可使用六端口支持三頻段的天線或四端口支持雙頻段的天線，對TDD和FDD設(shè)置2T2R模式，進行獨立調(diào)整。

郊區(qū)和農(nóng)村場景話務(wù)量較少，移動業(yè)務(wù)應(yīng)用以語音業(yè)務(wù)為主，運營商建設(shè)主要是實現(xiàn)廣度覆蓋?？墒褂?T4R至8T8R天線，最大程度上擴大覆蓋范圍。選用FDD部署時可使用六端口支持三頻的天線或四端口支持雙頻段的天線。

（3）針對LTE技術(shù)本身對小區(qū)間同頻干擾比較敏感的特性，可以利用兩種技術(shù)進行相互補充。由于LTE網(wǎng)絡(luò)單基站蜂窩網(wǎng)覆蓋面積較3G網(wǎng)絡(luò)小很多，需要部署大量小區(qū)覆蓋，而且LTE技術(shù)取消了鄰區(qū)及切換的概念，用小區(qū)重選和小區(qū)切換代替原有的扇區(qū)間及載頻間切換。小區(qū)間切換類似于硬切換，當多個LTE基站小區(qū)進行重復(fù)覆蓋時，或部分區(qū)域產(chǎn)生覆蓋縫隙時，就會因為FDD各小區(qū)可能會出現(xiàn)物理層小區(qū)識別碼（PCI ，Physical Cell Identity）沖突，此時如果移動終端（UE）上報的PCI與基站設(shè)備（eNodeB）實際指配的小區(qū)PCI不一致，出現(xiàn)切換失敗造成掉話，尤其是小區(qū)邊界該情況很明顯。在引入TDD網(wǎng)絡(luò)對該類區(qū)域進行補充覆蓋后，由于兩種技術(shù)的幀結(jié)構(gòu)有較大的區(qū)別，且eNodeB及UE的PCI編碼格式有明顯的不同，當用戶在不同小區(qū)間移動的時候，可以很好的解決切換失敗問題，實現(xiàn)LTE網(wǎng)絡(luò)的無縫覆蓋。由于不同小區(qū)間存在相互的干擾，如果兩個小區(qū)采用同樣的頻段作為業(yè)務(wù)頻段，則會產(chǎn)生“同頻干擾”，過大的小區(qū)低噪會有相應(yīng)抬高，信噪比會相應(yīng)升高，故在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中常采用小區(qū)中心區(qū)域同頻組網(wǎng)，邊緣區(qū)域異頻組網(wǎng)的模式。在該種組網(wǎng)模式中，LTE覆蓋能力還體現(xiàn)在業(yè)務(wù)邊緣速率的需求上，邊緣速率要求越低，覆蓋范圍越大。由于FDD頻段緊張，在進行異頻組網(wǎng)建設(shè)時可以使用FDD進行小區(qū)覆蓋，TDD進行邊緣覆蓋，由于FDD和TDD劃分頻段間隔較大，可以很好的解決頻段接近而引起的鄰頻干擾。且在小區(qū)規(guī)劃時，本小區(qū)與相鄰的小區(qū)為異頻小區(qū)，通過空間距離間隔同頻小區(qū)，盡可能的降低同頻干擾。邊緣速率也不會因為壓縮帶寬而造成的邊緣速率不足。

結(jié)合仿真結(jié)果和實際路測數(shù)據(jù)表示：相比于同頻組網(wǎng)，異頻組網(wǎng)提高了小區(qū)載干比C/I，如圖1。在同樣的覆蓋面積和頻率資源下，移動終端間有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。同時，小區(qū)邊緣用戶的峰值速率也有所改善。

另外，基站發(fā)射功率不是越高越好，功率增大到一定程度會導(dǎo)致信噪比的惡化，頻譜效率下降。

可見在功率較大時，可以通過分配不同的頻帶帶寬降低低噪，TDD靈活的帶寬配置特性可以良好的解決不同場景小區(qū)間隔大小不同，用戶需求不同的問題。但高頻段的傳播損耗、穿透損耗比低頻段的要大10dB左右，如表1。高頻段的覆蓋范圍要縮小很多。按照頻段的分配，TDD分配的頻段較FDD高。故TDD在數(shù)據(jù)傳播過程中會產(chǎn)生較大損耗。

綜上所述，使用FDD進行小區(qū)覆蓋，TDD進行邊緣覆蓋的融合組網(wǎng)模式是比單一技術(shù)組網(wǎng)更有效的覆蓋模式。

四、結(jié)束語

FDD和TDD融合組網(wǎng)，不僅能夠有效的解決單一技術(shù)組網(wǎng)的不足，而且能夠在充分利用現(xiàn)有稀缺的頻譜資源，實現(xiàn)不同場景的無線網(wǎng)建設(shè)，適應(yīng)我國用戶基數(shù)大，移動業(yè)務(wù)用戶需求大，業(yè)務(wù)種類多，生活環(huán)境復(fù)雜的獨有現(xiàn)狀。相信隨著FDD牌照的正式發(fā)放，鐵塔公司對LTE基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的加速，F(xiàn)DD和TDD融合組網(wǎng)的優(yōu)勢會清晰的展現(xiàn)在用戶面前。

參 考 文 獻

[1]張成.淺談FDD LTE與TD-LTE的協(xié)同發(fā)展[J].中國新通信.2014（3）：44

[2]陳書貞等.LTE關(guān)鍵技術(shù)與無線性能[M].北京：機械工業(yè)出版社.2012

[3] Erik Dahlman.4G 移動通信技術(shù)權(quán)威指南：LTE與LTE-Advanced[M].北京：人民郵電出版社.2012

[4] 元泉.LTE輕松進階[M].北京：電子工業(yè)出版社.2012

[5]高榮.FDD LTE與TD-LTE基站鄰頻雜散輻射的研究[J].電信網(wǎng)技術(shù).2011.8（8）：51-55