移動通信網絡中的 FDD/TDD 無線幀

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• 前文列表
• 無線幀
• FDD 與 TDD 的區別
• FDD 無線幀
• TDD 無線幀

前文列表

《移動通信網絡中的資源類型》

無線幀

LTE 支持兩種類型的無線幀：FDD（Frequency Division Duplexing，頻分雙工）和 TDD（Time Division Duplexing，時分雙工）。FDD 和 TDD 是兩種不同的雙工方式，所謂雙工就是雙向傳輸的意思，例如我們打電話的時候雙方都可以說話，雙方也都可以聽見。所以，從這個角度來看 LTE 又稱被人分為 FD-LTE 和 TD-LTE。

FDD 與 TDD 的區別

FDD 系統是指系統的發送和接收數據使用不同的頻率，在上行和下行頻率之間有雙工間隔。如 GSM（2G）、CDMA（2.5G）、CDMA2000（中國電信部署的 3G）、WCDMA（中國聯通部署的 3G） 系統都是典型的 FDD 系統。

• FDD 的工作原理（雙車道）：FDD 是在分離的兩個對稱頻率信道上進行接收和發送，用保護頻段來分離接收和發送信道。因此，FDD 必須采用成對的頻率，依靠頻率來區分上下行鏈路，其單方向的資源在時間上是連續的。在優勢方面，FDD 在支持對稱業務時，可以充分利用上下行的頻譜，但在支持非對稱業務時，頻譜利用率將大大降低。

TDD 系統則是系統的發送和接收使用相同的頻段，上下行數據發送在時間上錯開，通過在不同時隙發送上下行數據可有效避免上下行干擾。如 TD-SCDMA（中國移動部署的 3G）就是典型的 TDD 系統。

• TDD 的工作原理（單車道）：TDD 則采用的是時間來分離接收和發送信道。在 TDD 方式的移動通信系統中，接收和發送使用同一頻率載波的不同時隙（Slot）作為信道的承載，其單方向的資源在時間上是不連續的，時間資源在兩個方向上進行了分配。某個時間段由基站發送信號給移動台，另外的時間由移動台發送信號給基站，基站和移動台之間必須協同一致才能順利工作。

TDD 與 FDD 的區別：

1. FDD 必須使用成對的收發頻率。在支持以語音為代表的對稱業務時能充分利用上下行的頻譜，但在進行以 IP 為代表非對稱的數據交換業務時，頻譜的利用率則大為降低，約為對稱業務時的 60%。而 TDD 則不需要成對的頻率，通信網絡可根據實際情況靈活地變換信道上下行的切換點，能有效地提高系統傳輸不對稱業務時的頻譜利用率。

2. 根據 ITU 對 3G 的要求，采用 FDD 模式的系統的最高移動速度可達 500千米/小時，而采用 TDD 模式的系統的最高移動速度只有 12千米/小時。這是因為，目前 TDD 系統在芯片處理速度和算法上還達不到更高的標准。

3. 采用 TDD 模式工作的系統，上、下行工作於同一頻率，其電波傳輸的一致性使之適用智能天線技術，可有效減少多徑干擾，提高設備的可靠性。而收、發采用一定頻段間隔的 FDD 系統則難以采用。據測算，TDD 系統的基站設備成本比 FDD 系統的基站成本低約 20%～50%。

4. 在抗干擾方面，使用 FDD 可消除鄰近蜂窩區基站和本區基站之間的干擾，FDD 系統的抗干擾性能在一定程度上好於 TDD 系統。

需要注意的是，雖然看上去 TDD 和 FDD 區別很大，但是從整個系統來說，FD-LTE 和 TD-LTE 的區別很小。EPC 完全一樣，E-UTRAN 接口協議上也絕大部分都是相同的。TDD 和 FDD，區別就在於物理層（Physical Layer，PHY），即無線幀的區別。

在 LTE 里，無論是 FDD 還是 TDD，它的時間基本單位都是采樣周期 Ts，值固定等於：32.55ns。無線幀也是數據傳輸的載體單位，長度為 10ms。注意，數據幀是由 0、1 構成的，通過比特來傳輸數據。而無線幀則是由無線電波構成的，由無線電波來傳輸數據。

FDD 無線幀

在 FDD 里，每個無線幀的長度為 10ms。每 FDD 無線幀分為 10 個相同大小的子幀，每個子幀又分為兩個相同大小的時隙，即每個 FDD 無線幀含有 20 個相同大小的時隙，按照 0 到 19 進行周期循環編號，每個時隙長度為 0.5ms。

• 1 frame（無線幀） = 10ms
• 1 subframe（子幀） = 1 ms
• 1 slot（時隙）= 0.5 ms

時隙（slot）並不是幀結構里面的最小單位。如果你進一步細看這個幀結構，你會發現一個時隙（slot）由 7 個 Symbol 組成。Symbol 可以理解為持續一段時間的信號，它描述了 I/Q 星座圖的一個點。

再進一步仔細看 Symbol 的結構，你會發現，在 Symbol 的前面有小段稱為循環前綴（Cyclic Prefix），而后面的部分才是真正 Symbol 的數據。循環前綴分為兩種，一種是正常循環前綴（Normal Cyclic Prefix），另一種是擴展循環前綴（Extended Cyclic Prefix）。后者比前者更長一些。普通 CP 配置下，一個時隙包含 7 個連續的 OFDM 符號（Symbol）；而 Extend CP 配置下，一個 Slot 由 6 個 Symbol 組成。。

在 FDD 里，每個系統幀的 10 個子幀都可以傳輸下行，也都可以傳輸上行，上下行在不同的頻域中分別進行。在半雙工的 FDD 模式下，UE 不能在同一個子幀里既發送數據又接收數據，而在全雙工的 FDD 模式下，UE 則沒有這個限制，在同個子幀里可以同時發送和接收數據。

TDD 無線幀

TDD 無線幀結構的長度也是 10ms，由 2 個長度為 5ms 的半幀組成，每個半幀由 5 個長度為 1ms 的子幀組成，其中有 4 個普通的子幀和 1 個特殊子幀。普通子幀由兩個 0.5ms 的時隙組成，而特殊子幀由 3 個特殊時隙（DwPTS、GP 和 UpPTS）組成。

• 1 frame（無線幀） = 10ms
• 1 half-frame（半幀）= 5 ms
• 1 subframe（子幀） = 1 ms
• 1 slot（時隙）= 0.5 ms

整個 TDD 無線幀也可理解為分成了 10 個長度為 1ms 的子幀作為數據調度和傳輸的單位（即 TTI）。其中，子幀 #1 和 #6 可配置為特殊子幀，該子幀包含了 3 個特殊時隙，即 DwPTS，GP 和 UpPTS：

• DwPTS（Downlink Pilot Time Slot，下行導頻時隙）：長度可以配置為 3～12 個 OFDM 符號，用於正常的下行控制信道和下行共享信道的傳輸；
• UpPTS（Uplink Pilot Time Slot，上行導頻時隙）：長度可以配置為 1～2 個 OFDM 符號，可用於承載上行物理隨機接入信道和 Sounding 導頻信號；
• GP（Guard Period，保護間隔）：用於上、下行之間的保護間隔，相應的時間長度約為 71～714μs，對應的小區半徑為 7km～100km。

由於 TDD 屬於 “單車道”，所以當然會存在控制和調度問題。為了節省網絡開銷，TD-LTE 允許利用特殊時隙 DwPTS 和 UpPTS 傳輸系統控制信息。GP 用於上行和下行的隔離。小區半徑越大，GP 就應該越大。TDD 雖然會帶來一些管理上的開銷，但總體上還是提高了資源的利用率。

作為 TDD 系統的一個特點，時間資源在上下行方向上進行分配，TDD 幀結構支持 7 種不同的上下行時間比例分配（配置 0~6），可以根據系統業務量的特性進行配置，支持非對稱業務。這 7 種配置中包括 4 種 5ms 周期和 3 種 10ms 周期。

• D（Downlink subframe，下行子幀）
• U（Uplink subframe，上行子幀）
• S（Special subframe，特殊子幀）

NOTE：對於 TDD 而言

1. 子幀 0 和子幀 5 只能用於下行傳輸。
2. 5ms 切換周期配置時，子幀 1 和子幀 6 用作特殊子幀。
3. 10ms 切換周期配置時，子幀 1 用作特殊子幀。
4. UpPTS 之后的第一個常規子幀只能用於上行傳輸。