4G EPS 中的 FDD/TDD 無(wú)線幀

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無(wú)線幀

FDD 與 TDD 的區(qū)別

FDD 無(wú)線幀

TDD 無(wú)線幀

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《移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的資源類型》

無(wú)線幀

LTE 支持兩種類型的無(wú)線幀：FDD（Frequency Division Duplexing，頻分雙工）和 TDD（Time Division Duplexing，時(shí)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?shù)囊馑?，例如我們打電話的時(shí)候雙方都可以說(shuō)話，雙方也都可以聽(tīng)見(jiàn)。所以，從這個(gè)角度來(lái)看 LTE 又稱被人分為 FD-LTE 和 TD-LTE。

FDD 與 TDD 的區(qū)別

FDD 系統(tǒng)是指系統(tǒng)的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)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(guó)電信部署的 3G）、WCDMA（中國(guó)聯(lián)通部署的 3G） 系統(tǒng)都是典型的 FDD 系統(tǒng)。

FDD 的工作原理（雙車(chē)道）：FDD 是在分離的兩個(gè)對(duì)稱頻率信道上進(jìn)行接收和發(fā)送，用保護(hù)頻段來(lái)分離接收和發(fā)送信道。因此，F(xiàn)DD 必須采用成對(duì)的頻率，依靠頻率來(lái)區(qū)分上下行鏈路，其單方向的資源在時(shí)間上是連續(xù)的。在優(yōu)勢(shì)方面，F(xiàn)DD 在支持對(duì)稱業(yè)務(wù)時(shí)，可以充分利用上下行的頻譜，但在支持非對(duì)稱業(yè)務(wù)時(shí)，頻譜利用率將大大降低。

TDD 系統(tǒng)則是系統(tǒng)的發(fā)送和接收使用相同的頻段，上下行數(shù)據(jù)發(fā)送在時(shí)間上錯(cuò)開(kāi)，通過(guò)在不同時(shí)隙發(fā)送上下行數(shù)據(jù)可有效避免上下行干擾。如 TD-SCDMA（中國(guó)移動(dòng)部署的 3G）就是典型的 TDD 系統(tǒng)。

TDD 的工作原理（單車(chē)道）：TDD 則采用的是時(shí)間來(lái)分離接收和發(fā)送信道。在 TDD 方式的移動(dòng)通信系統(tǒng)中，接收和發(fā)送使用同一頻率載波的不同時(shí)隙（Slot）作為信道的承載，其單方向的資源在時(shí)間上是不連續(xù)的，時(shí)間資源在兩個(gè)方向上進(jìn)行了分配。某個(gè)時(shí)間段由基站發(fā)送信號(hào)給移動(dòng)臺(tái)，另外的時(shí)間由移動(dòng)臺(tái)發(fā)送信號(hào)給基站，基站和移動(dòng)臺(tái)之間必須協(xié)同一致才能順利工作。

TDD 與 FDD 的區(qū)別：

FDD 必須使用成對(duì)的收發(fā)頻率。在支持以語(yǔ)音為代表的對(duì)稱業(yè)務(wù)時(shí)能充分利用上下行的頻譜，但在進(jìn)行以 IP 為代表非對(duì)稱的數(shù)據(jù)交換業(yè)務(wù)時(shí)，頻譜的利用率則大為降低，約為對(duì)稱業(yè)務(wù)時(shí)的 60%。而 TDD 則不需要成對(duì)的頻率，通信網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)實(shí)際情況靈活地變換信道上下行的切換點(diǎn)，能有效地提高系統(tǒng)傳輸不對(duì)稱業(yè)務(wù)時(shí)的頻譜利用率。

根據(jù) ITU 對(duì) 3G 的要求，采用 FDD 模式的系統(tǒng)的最高移動(dòng)速度可達(dá) 500千米/小時(shí)，而采用 TDD 模式的系統(tǒng)的最高移動(dòng)速度只有 12千米/小時(shí)。這是因?yàn)椋壳?TDD 系統(tǒng)在芯片處理速度和算法上還達(dá)不到更高的標(biāo)準(zhǔn)。

采用 TDD 模式工作的系統(tǒng)，上、下行工作于同一頻率，其電波傳輸?shù)囊恢滦允怪m用智能天線技術(shù)，可有效減少多徑干擾，提高設(shè)備的可靠性。而收、發(fā)采用一定頻段間隔的 FDD 系統(tǒng)則難以采用。據(jù)測(cè)算，TDD 系統(tǒng)的基站設(shè)備成本比 FDD 系統(tǒng)的基站成本低約 20%～50%。

在抗干擾方面，使用 FDD 可消除鄰近蜂窩區(qū)基站和本區(qū)基站之間的干擾，F(xiàn)DD 系統(tǒng)的抗干擾性能在一定程度上好于 TDD 系統(tǒng)。

需要注意的是，雖然看上去 TDD 和 FDD 區(qū)別很大，但是從整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，F(xiàn)D-LTE 和 TD-LTE 的區(qū)別很小。EPC 完全一樣，E-UTRAN 接口協(xié)議上也絕大部分都是相同的。TDD 和 FDD，區(qū)別就在于物理層（Physical Layer，PHY），即無(wú)線幀的區(qū)別。

在 LTE 里，無(wú)論是 FDD 還是 TDD，它的時(shí)間基本單位都是采樣周期 Ts，值固定等于：32.55ns。無(wú)線幀也是數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體單位，長(zhǎng)度為 10ms。注意，數(shù)據(jù)幀是由 0、1 構(gòu)成的，通過(guò)比特來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。而無(wú)線幀則是由無(wú)線電波構(gòu)成的，由無(wú)線電波來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。

FDD 無(wú)線幀

在 FDD 里，每個(gè)無(wú)線幀的長(zhǎng)度為 10ms。每 FDD 無(wú)線幀分為 10 個(gè)相同大小的子幀，每個(gè)子幀又分為兩個(gè)相同大小的時(shí)隙，即每個(gè) FDD 無(wú)線幀含有 20 個(gè)相同大小的時(shí)隙，按照 0 到 19 進(jìn)行周期循環(huán)編號(hào)，每個(gè)時(shí)隙長(zhǎng)度為 0.5ms。

1 frame（無(wú)線幀） = 10ms

1 subframe（子幀） = 1 ms

1 slot（時(shí)隙）= 0.5 ms

時(shí)隙（slot）并不是幀結(jié)構(gòu)里面的最小單位。如果你進(jìn)一步細(xì)看這個(gè)幀結(jié)構(gòu)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)時(shí)隙（slot）由 7 個(gè) Symbol 組成。Symbol 可以理解為持續(xù)一段時(shí)間的信號(hào)，它描述了 I/Q 星座圖的一個(gè)點(diǎn)。

再進(jìn)一步仔細(xì)看 Symbol 的結(jié)構(gòu)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，在 Symbol 的前面有小段稱為循環(huán)前綴（Cyclic Prefix），而后面的部分才是真正 Symbol 的數(shù)據(jù)。循環(huán)前綴分為兩種，一種是正常循環(huán)前綴（Normal Cyclic Prefix），另一種是擴(kuò)展循環(huán)前綴（Extended Cyclic Prefix）。后者比前者更長(zhǎng)一些。普通 CP 配置下，一個(gè)時(shí)隙包含 7 個(gè)連續(xù)的 OFDM 符號(hào)（Symbol）；而 Extend CP 配置下，一個(gè) Slot 由 6 個(gè) Symbol 組成。。

在 FDD 里，每個(gè)系統(tǒng)幀的 10 個(gè)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(jìn)行。在半雙工的 FDD 模式下，UE 不能在同一個(gè)子幀里既發(fā)送數(shù)據(jù)又接收數(shù)據(jù)，而在全雙工的 FDD 模式下，UE 則沒(méi)有這個(gè)限制，在同個(gè)子幀里可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

TDD 無(wú)線幀

TDD 無(wú)線幀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度也是 10ms，由 2 個(gè)長(zhǎng)度為 5ms 的半幀組成，每個(gè)半幀由 5 個(gè)長(zhǎng)度為 1ms 的子幀組成，其中有 4 個(gè)普通的子幀和 1 個(gè)特殊子幀。普通子幀由兩個(gè) 0.5ms 的時(shí)隙組成，而特殊子幀由 3 個(gè)特殊時(shí)隙（DwPTS、GP 和 UpPTS）組成。

1 frame（無(wú)線幀） = 10ms

1 half-frame（半幀）= 5 ms

1 subframe（子幀） = 1 ms

1 slot（時(shí)隙）= 0.5 ms

整個(gè) TDD 無(wú)線幀也可理解為分成了 10 個(gè)長(zhǎng)度為 1ms 的子幀作為數(shù)據(jù)調(diào)度和傳輸?shù)膯挝唬?TTI）。其中，子幀 #1 和 #6 可配置為特殊子幀，該子幀包含了 3 個(gè)特殊時(shí)隙，即 DwPTS，GP 和 UpPTS：

DwPTS（Downlink Pilot Time Slot，下行導(dǎo)頻時(shí)隙）：長(zhǎng)度可以配置為 3～12 個(gè) OFDM 符號(hào)，用于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(dǎo)頻時(shí)隙）：長(zhǎng)度可以配置為 1～2 個(gè) OFDM 符號(hào)，可用于承載上行物理隨機(jī)接入信道和 Sounding 導(dǎo)頻信號(hào)；

GP（Guard Period，保護(hù)間隔）：用于上、下行之間的保護(hù)間隔，相應(yīng)的時(shí)間長(zhǎng)度約為 71～714μs，對(duì)應(yīng)的小區(qū)半徑為 7km～100km。

由于 TDD 屬于 “單車(chē)道”，所以當(dāng)然會(huì)存在控制和調(diào)度問(wèn)題。為了節(jié)省網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)，TD-LTE 允許利用特殊時(shí)隙 DwPTS 和 UpPTS 傳輸系統(tǒng)控制信息。GP 用于上行和下行的隔離。小區(qū)半徑越大，GP 就應(yīng)該越大。TDD 雖然會(huì)帶來(lái)一些管理上的開(kāi)銷(xiāo)，但總體上還是提高了資源的利用率。

作為 TDD 系統(tǒng)的一個(gè)特點(diǎn)，時(shí)間資源在上下行方向上進(jìn)行分配，TDD 幀結(jié)構(gòu)支持 7 種不同的上下行時(shí)間比例分配（配置 0~6），可以根據(jù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)量的特性進(jìn)行配置，支持非對(duì)稱業(yè)務(wù)。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(duì)于 TDD 而言

子幀 0 和子幀 5 只能用于下行傳輸。

5ms 切換周期配置時(shí)，子幀 1 和子幀 6 用作特殊子幀。

10ms 切換周期配置時(shí)，子幀 1 用作特殊子幀。

UpPTS 之后的第一個(gè)常規(guī)子幀只能用于上行傳輸。

單片機(jī) 網(wǎng)絡(luò)

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