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技术FAQ

TDD与FDD比较


时间:2017-12-20 16:05来源:网络摘选 作者:BEYOKozone 点击:

1. 技术方面:都是一个亲妈生的
        FDD和TDD在技术上区别其实很小,主要区别就在于采用不同的双工方式,频分双工(FDD) 和时分双工(TDD) 是两种不同的双工方式。
        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。
        通俗一点讲,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。
        TDD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TDD为了避免干扰,需要预留较大保护带,也会消耗一些资源)。因为是“单行道”上跑双向“车流”,TDD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。
       很多人把TD-SCDMA和TDD联系在一起,其实两者没啥关系。至于为什么要把TDD叫成TD-LTE?你就当TD-LTE只是个品牌名字而已。
       刚才讲了,FDD和TDD的主要差异就是单行道和双行道差别。而正是这点差异引申出了一些大家都比较关心的网络问题,比如速率、覆盖。
2. 速率 | 比谁速度快没意义
        理论上将,在相同的带宽条件下,比如FDD分配10M+10M,TDD分配20M,TDD的速率会低于FDD,这主要原因是TDD的帧结构中有个叫做特殊子帧的帧,这些帧会被浪费一部分(比如其中的保护时隙)并不传送任何数据,而FDD的帧不存在这种完全浪费掉的情况。
为什么说从理论上去比较速率没有意义?
       说实话,因为几个特殊子帧的原因导致的速率差别并不是很大,这不像3G和4G的速率比较,对用户来说,感受不会太大。而且,理论和现实总是会有差距的,现实中影响速率的因素很多,比如,信号强度、干扰、信道配置、UE性能、用户数量等等,这考验了一个网络的综合能力。
       另外,随着LTE技术的不断发展,载波聚合技术的应用,以后的LTE网络,不论是TDD还是FDD,速率都不是问题。
 3. 高速场景 | FDD完胜TDD
       移动台移动速度会受到限制。FDD是连续控制的系统,TDD是时间分隔控制的系统。在高速移动时,多普勒效应会导致快衰落,速度越高,衰落变换频率越高,衰落深度越深。在目前芯片处理速度和算法的基础上,当数据率为144kb/s时,TDD的最大移动速度可达250km/h,与FDD系统相比,还有一定差距。一般TDD移动台的移动速度只能达到FDD移动台的一半甚至更低。
      关于这个问题的原因,重点是高速运动时信道变化快,无论是信道估计还是资源调度都需要快。在FDD中,上下行是同时的,如果手机端发现接收信道质量变差,可以通过上行快速告诉基站做调整。但是,在TDD中,由于分时,手机报告的信道信息就会有延迟。例如,在本次接收发现信道变化后,不能马上通过上行信道反馈信息。 如果用过单工对讲机的人就有体会,在对方讲话时,你不能同时讲话,明明知道那个人在骂你,你不能立即响应,等轮到你讲话时,你可能只记住对方骂你的最后一句话,前面的话都记不清楚了,自然来不及对骂回应。
       所以在高铁覆盖上,FDD具有绝对优势。
4. 覆盖 | 覆盖才是TDD的硬伤
       大家都说TD-LTE适合热点区域覆盖,FDD适合广域覆盖,为什么?关键就是覆盖问题。
       早年高通的一份报告显示,在相同频率相同功率的条件下,FDD比TDD能提供更好的覆盖, TDD覆盖比FDD小80% (DL/UL=2:1)/小40%(DL/UL=1:1)。这主要原因是TDD上行链路存在发射功率的时间(一个10ms帧中)要比FDD时间短。
       关于这个问题,借用一位网友(作者不详)的分析。
       这个问题,是从理论上讨论两者在覆盖上的差异,如果TDD(上下行共10M)和FDD(上下行5M+5M)的带宽相同、发生功率相同、接收模式配置相同,那么FDD和TDD异系统不应该有覆盖上的差别。但在LTE网络规划上通常要考虑这个覆盖差异。
       高通曾发表报告说TDD覆盖仅为FDD的80%,并解释原因,在发射功率相同的情况下,TDD上行链路存在发射功率的时间(一个10ms帧中)要比FDD时间短。通俗点解释应该是在FDD模式下,上下行频率分开,所以上行链路UE可连续占用10ms发射功率,而在TDD模式,时分复用相同频率,所以上行链路UE可发射功率的时长不足5ms,这与与TDD帧结构相关。如下图,当采用配置模式1时,上下行可用子帧比例为4:4,在一个10ms中,上行链路存在发射功率的子帧为4个,即为4ms,相当于上行占用4/10M带宽。而在FDD模式连续占用10ms上行带宽(5M),所以说TDD上行吞吐量相当于FDD的 80%。
       换一个角度,从时域上看,一个10ms中,TDD上行链路可占用4ms(4个子帧),而FDD上行链路占用10ms,所以FDD较TDD模式可使用的RB资源更多,产生吞吐量越大。
       从理论上计算FDD与TDD上行容量相差20%左右,这个值相当于在小区覆盖边缘且单用户时计算出来的。在网络规划过程中,需要考虑这个因素,设置小区边缘最大SINR和实际需求的SINR余量,这样20%的容量差异相当于SINR降低3db,其他条件不变的情况下,链路预算后的小区半径TDD要小区 FDD,所以说LTE TDD的覆盖要差于LTE FDD。
       不过,要我说,这点理论上的差异也算不了什么,关键的问题还是在频段的分配上。来看看LTE的频段分配情况。

FDD频段分布

TDD频段分布
       3GPP规定了TDD和FDD两种制式不同的频段,从LTE频谱分配来看,FDD频段普遍较低,TDD频段主要分布在高频段,网络的频谱越高覆盖能力越弱,要想知道频段对网络覆盖的影响有多大,看看下面的图吧!
       不同的频段,覆盖差距还是很大的,这就意味着TDD要是实现优质的网络覆盖需要建设更多的站点,要花更多的钱。
       细心一点还会注意到,目前联通电信使用的GSM、CDMA、WCDMA频段其实都被分配给了FDD,这也有利于FDD替换2G/3G网络。综合覆盖因素,也不难理解为何联通电信铁了心要上FDD了。
       不过,以上讲的都是理论上的单站覆盖范围,移动通信网络是一种蜂窝状的网络,由无数的基站组成,真正决定网络覆盖的,还是基站的数量和分布,所以,这也是中国移动拿到TD-LTE牌照后疯狂建站的原因之一啊!
未来 | 是孩子都会长大
       我们说FDD和TDD其实就是两兄弟,都是一个亲妈生的,只是FDD先生,TDD后生。老大先行一步,拔得头筹;老二呢,也不会甘于落后,用武之地还是很多的。为什么这样说?
      今天,由于平板和智能机的广泛使用,以及移动视频业务的增长,人们对数据业务的需求越来越高。但是,频率资源弥足珍贵,运营商必须长远考虑频率资源部署。由于LTE有着很高的频谱利用率,所以未来LTE的整体部署也成为运营商的重要规划。同样,TD-LTE,作为FDD制式的一种补充形式,将会迎来新的契机。
       FDD和TD-LTE,作为3GPP协议下的两种LTE制式,最大的区别在于对称与非对称的频率分配。那么,这一区别将如何影响运营商的频率部署?
       FDD使用成对的频谱,一个用于上行,一个用于下行。但是,不要忘了,大多数的用户行为都是下载视频内容,比如优酷,而不是上载新的内容。这正是TD-LTE的优势所在。TD-LTE采用的是不对称频谱,这意味着上下行流量都在同一频段内,通过不对称分配上行和下行,TDD更加有效的利用了频谱,可以灵活的根据用户行为调整上下行频谱分配。
        目前,只有几个国家分配了TD-LTE频段,可是,大多数的FDD频段都已经被分配,目前还有很多TDD频段可以获得,而且其价格没有FDD频段昂贵。
        相对从3G到LTE的过渡,部署TD-LTE会更快、更容易。首先,TDD和FDD使用相同的网络结构,因此,已经推出了LTE FDD的频谱的运营商可以利用相同的基础设施为TDD部署,这可以为运营商节省一大笔费用。同样,这可以在不影响现网现有部署的情况,缓解网络沉重的下行流量负担。
        我们看到的另一个趋势是,全世界的移动运营商都在思考怎样有效的利用TDD频段,这包括在TDD频段上的广播业务,利用它实现M2M通信。正是由于TDD的加入,运营商们可以开辟更多的新市场,比如公共安全、健康服务等等。
 

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