FDD和TDD融合组网的可行性研究

郑金纲　刘士锋

【摘要】 随着LTE牌照的发布，三大运营商开始先后启动了4G网络的建设，根据工信部的要求，LTE建设按照TDD与FDD两种技术制式进行混合组网覆盖，其中移动依托原有TD-SCDMA进行TDD升级单模式建设，电信与联通凭借原有的CDMA网络进行FDD与TDD的融合组网。两种技术协同发展能够适合有中国特色的4G网络建设，并且比单独组网更有利于我国的移动通信网络发展，有利于用户更好的体验移动网业务。

【关键字】 LTE TDD FDD 混合组网 信号补充 干扰

一、LTE技术简介

1.1 LTE概述

LTE（Long Term Evolution）是3GPP组织主导制定的无线通信技术，主要体现在无线组网架构和无线接口技术的演进发展上，致力于提高网络传输速率，加强安全性和简化网络架构。从数据传输的角度来说，增强了3G的空中接口的接入技术，采用 OFDM 和MIMO技术实现新一代无线网的下行接口和信号发射标准，频谱带宽支持20MHz，支持下行峰值速率100Mbps和上行峰值速率50Mbps。

1.2 FDD与TDD的工作模式

LTE技术支持频分双工（Frequency Division Duplexing，FDD）和时分双工（Time Division Duplexing，TDD）模式。FDD在两个分离的、对称频率的信道上分别对数据信号接收和发送。采用成对的频段区分上行链路（UL，Uplink）和下行链路（DL，Downlink），上下行频段间隔离度较大，来保证信号独立且不受干扰的发送和接受。FDD的上、下行链路在时间上是连续的，可以同时接收和发送数据。TDD的接收和发送是使用同一频率的不同时隙来区分上、下行信道，而在时间上是不连续的。通过设置不同的时间周期分别由移动终端发送给基站（UL，Uplink），由基站发送给移动终端（DL，Downlink）。

二、FDD与TDD的技术比较

FDD和TDD从功能架构和关键技术角度来说是相似的，均采用两层网络结构进行扁平化精简和网络管理。但由于基于不同的帧结构和复用技术，又具有各自不同的优点及缺点。

（1）频谱利用方面，FDD使用成对的上下行频率支撑移动业务进行数据收发，在最大程度上对相对稀缺的频谱资源进行充分利用，尤其对对称型应用有良好的支撑；而TDD技术引入了频段内保护间隔的技术，从而牺牲了部分频谱资源，降低了频谱利用率。但在支持非对称业务的时候，由于必须上下行成对对称的使用频率进行数据传输，相对于对称业务，FDD的频谱利用率约为60%。

（2）高速数据传输方面，FDD能够尽最大可能的忽略上下行用户业务时延，帧结构中没有负载的保护间隔符号（Symbol），减少了传输过程中的同步损耗，并以全双工（Full Duplex）的工作模式进行上下行传输，支持最高500km/h的移动通信；TDD技术由于对时间同步要求严格，需要分配时间片同步基站侧及用户侧，最高传输速率120km/h。

（3）抗干扰方面， FDD技术使用相互隔离度较大的保护带宽进行数据上行和下行传输，可很好的消除相邻小区基站和本小区基站之间的干扰。TDD的上、下行信道传输工作在同一链路上，内部虽设置保护间隔，但由于本小区和相邻小区带宽比较接近，容易引起相邻小区基站与终端的干扰。

（4）移动终端复杂性方面，TDD技术要求上、下行链路使用相同的频率，基站与终端间的传输环境差异不大，上下行链路可以使用相同的路径损耗，对于移动终端发射和接受天线及处理器的要求较低。FDD技术的上、下行链路信号在传播时受频率选择性衰落影响的不同，根据上行链路计算得到的路径损耗也不同，从而不能直接应用于下行链路，降低链路利用率。

三、FDD和TDD协同发展的可行性

FDD与TDD根据各自占用的频谱资源段不同，可以提供更高的网络承载量和网络选择带宽。根据现有工信部发布的频谱带宽的划分，中国移动TD-LTE获得三个频段共计130M频谱带宽；中国电信TD-LTE获得两个频段，合计60M 频谱带宽，FDD-LTE上下行两个频段，合计60M频谱带宽；中国联通TD-LTE获得两个频段，合计40M频谱带宽，FDD-LTE上下行两个频段，合计40M频谱带宽。FDD与TDD各具特色，FDD/TDD协同发展有利于LTE网络建设和满足用户的需求。

（1）FDD与TDD凭借各自的技术特点，能够对不同应用进行差异化支撑。FDD技术是对称型技术，比较适合交互式实时数据业务，比如语音和多媒体类业务，现阶段常用的交互式IM手机软件和移动视频会议等业务是这类业务代表，FDD对该类业务支持较有优势；TDD技术是非对称型技术，比较适合包交换和互联网业务，现阶段越来越多的用户使用手机进行流媒体视频点播和留言类业务的使用，TDD对该类业务支持有较强优势。

（2）根据不同的场景利用不同的技术进行无缝覆盖。使用FDD技术进行室外大面积远距离的覆盖，利用FDD较强的抗干扰能力满足外部复杂的网络环境，适应较多的建筑物阻挡，利用TDD较强的频谱效率，较灵活的帧配置能力进行室内覆盖，满足办公或居住区域内用户更多的使用各种非对称、响应及时、可靠性较高的应用。

由于用户的移动业务主要集中在密集城区和热点区域，对高速數据业务有较大的需求，是运营商主要建设和投资的方向，LTE建设时需要进行FDD和TDD同时部署建设。由于各频段对应的覆盖范围和下倾角各不相同，同时该类区域对通信质量要求较高，网络会随着建设频繁的调整，选择天线时会涉及到不同频段的独立调整。可使用八端口支持四频段的天线或六端口支持三频的天线进行覆盖，通过TDD 2T2R配合FDD 2T2R的模式进行独立调整。

一般城区建设时需要对覆盖与容量同时考虑，并对投资成本进行把控。一般城区网络优化频率比较低，采用合路器的方法合路TDD和FDD的端口，降低天线部署的复杂度和成本。以LTE全频段为目标网，可使用六端口支持三频段的天线或四端口支持双频段的天线，对TDD和FDD设置2T2R模式，进行独立调整。

郊区和农村场景话务量较少，移动业务应用以语音业务为主，运营商建设主要是实现广度覆盖。可使用2T4R至8T8R天线，最大程度上扩大覆盖范围。选用FDD部署时可使用六端口支持三频的天线或四端口支持双频段的天线。

（3）针对LTE技术本身对小区间同频干扰比较敏感的特性，可以利用两种技术进行相互补充。由于LTE网络单基站蜂窝网覆盖面积较3G网络小很多，需要部署大量小区覆盖，而且LTE技术取消了邻区及切换的概念，用小区重选和小区切换代替原有的扇区间及载频间切换。小区间切换类似于硬切换，当多个LTE基站小区进行重复覆盖时，或部分区域产生覆盖缝隙时，就会因为FDD各小区可能会出现物理层小区识别码（PCI ，Physical Cell Identity）冲突，此时如果移动终端（UE）上报的PCI与基站设备（eNodeB）实际指配的小区PCI不一致，出现切换失败造成掉话，尤其是小区边界该情况很明显。在引入TDD网络对该类区域进行补充覆盖后，由于两种技术的帧结构有较大的区别，且eNodeB及UE的PCI编码格式有明显的不同，当用户在不同小区间移动的时候，可以很好的解决切换失败问题，实现LTE网络的无缝覆盖。由于不同小区间存在相互的干扰，如果两个小区采用同样的频段作为业务频段，则会产生“同频干扰”，过大的小区低噪会有相应抬高，信噪比会相应升高，故在网络规划中常采用小区中心区域同频组网，边缘区域异频组网的模式。在该种组网模式中，LTE覆盖能力还体现在业务边缘速率的需求上，边缘速率要求越低，覆盖范围越大。由于FDD频段紧张，在进行异频组网建设时可以使用FDD进行小区覆盖，TDD进行边缘覆盖，由于FDD和TDD划分频段间隔较大，可以很好的解决频段接近而引起的邻频干扰。且在小区规划时，本小区与相邻的小区为异频小区，通过空间距离间隔同频小区，尽可能的降低同频干扰。边缘速率也不会因为压缩带宽而造成的边缘速率不足。

结合仿真结果和实际路测数据表示：相比于同频组网，异频组网提高了小区载干比C/I，如圖1。在同样的覆盖面积和频率资源下，移动终端间有更高的数据传输速率。同时，小区边缘用户的峰值速率也有所改善。

另外，基站发射功率不是越高越好，功率增大到一定程度会导致信噪比的恶化，频谱效率下降。

可见在功率较大时，可以通过分配不同的频带带宽降低低噪，TDD灵活的带宽配置特性可以良好的解决不同场景小区间隔大小不同，用户需求不同的问题。但高频段的传播损耗、穿透损耗比低频段的要大10dB左右，如表1。高频段的覆盖范围要缩小很多。按照频段的分配，TDD分配的频段较FDD高。故TDD在数据传播过程中会产生较大损耗。

综上所述，使用FDD进行小区覆盖，TDD进行边缘覆盖的融合组网模式是比单一技术组网更有效的覆盖模式。

四、结束语

FDD和TDD融合组网，不仅能够有效的解决单一技术组网的不足，而且能够在充分利用现有稀缺的频谱资源，实现不同场景的无线网建设，适应我国用户基数大，移动业务用户需求大，业务种类多，生活环境复杂的独有现状。相信随着FDD牌照的正式发放，铁塔公司对LTE基础设施建设的加速，FDD和TDD融合组网的优势会清晰的展现在用户面前。

参 考 文 献

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