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TDD/FDD-LTE上下行架构及底层特性的差异

2015-02-20 00:19
冷血の爱
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  LTE的框架结构分为分频多任务(FDD)及分时多任务(TDD)两种迥然不同的运作模式,两者的底层特性与频谱使用效率也各异其趣;设计人员若能充分了解LTE在FDD与TDD模式运作下的主要差异,将有助达成最佳的系统资源分配与频谱使用效率。

  LTE为3GPP所定义的无线技术,在框架结构(Frame Structure)上分为分频多任务(Frequency-Division Duplexing, FDD),以及分时多任务(Time Division Duplexing, TDD)两种迥然不同的运作模式。因此,在此篇文章中将会比较LTE在FDD与TDD模式运作下的主要差异,藉以呈现两者的频谱使用效率。

  框架结构/资源分配截然不同

  首先,框架结构在FDD模式下,在频率轴上以成对的方式进行分频使用,一频带用于下行带宽(DL Bandwidth),另一频带用于上行带宽(UL Bandwidth);而在TDD模式下,频谱为上下行所共享,上下行的配置是以时间进行分时配置,一部分时间安排下行传送,另一部分则安排上行传送。在 下行转上行时,会有一段保护时间(Guard Period, GP)用于接收与传送间进行转换。

  简而言之,FDD模式为成对的频谱配置,而TDD为单一的频谱配置。图1为FDD与TDD之间资源分配的比较,其中TDD模式周期为10毫秒(ms)的配置模式示意图。假定在相同带宽配置下,FDD则为相同带宽的上下行配置,上下行各占用一半的资源比例,此比例为固定。

TDD/FDD-LTE上下行架构及底层特性的差异

  图1 FDD与TDD模式框架结构示意图 数据源:资策会

  反观TDD藉由在时间轴上不同的上下行配置达到上下行非对称资源分配,并可依据实际需求进行较佳资源分配,如表1所示,D为下行Subframe,S为特殊Subframe,U为上行Subframe。

TDD/FDD-LTE上下行架构及底层特性的差异

  表1

  同步信号特性差异无几

  在LTE系统中,用户设备(UE)藉由扫描主同步信号(Primary Synchronization Signal, PSS)及辅助同步信号(Secondary Synchronization Signal, SSS),可进一步与基地台(eNB)达成同步,但是在TDD与FDD两种模式下,PSS和SSS的符号时间(Symbol Time)则有所差异。

  在FDD模式中,PSS与SSS分别位于时槽(Slot)0及10的最后一个和倒数第二个符号时间中,PSS与SSS在时间轴上为连续的;而在TDD模式 里,PSS位于Subframe 1及6的第三个符号时间中,SSS则位于Subframe 0及5的最后一个符号时间中,即SSS与PSS间相隔三个符号时间。

  虽然在FDD模式中PSS及SSS为相连,而在TDD模式中则为相距三个符号时间,但是一般认为此一差距对于UE在进行同步上,并无明显的差异性。

  TDD独拥特殊Subframe

  另一方面,特殊Subframe为TDD模式下独有的Subframe配置,依据在时间轴上的配置,可分为下行导引时槽(Downlink Pilot Time Slot, DwPTS)、保护时间,以及上行导引时槽(Uplink Pilot Time Slot, UpPTS)三个部分。DwPTS用来传送下行控制信息以及下行数据;保护时间则做为下行转上行的切换时间;另UpPTS可用来传送实体随机存取信道 (Physical Random Access Channel, PRACH)及探测参考信号(Sounding Reference Signal, SRS)。

  PRACH主要用来传送随机进入前序信号(Random Access Preamble),以藉该信号让UE能利用竞争方式要求上行带宽;因此,eNB必须提供适量的PRACH资源给UE进行随机进入要求带宽,如此一 来,PRACH的配置数量多寡可依据一个框架(10ms)中有多少PRACH数量作为衡量方式。

  在FDD模式中每个Subframe中最多一个PRACH的配置,而在TDD模式中,在某些框架结构下,上传Subframe的配置相对较少,因此PRACH在一个Subframe中可有0至多个PRACH资源的配置。

  PHICH资源个数因时制宜

  至于另一个LTE信号传输信道--实体混合自动请求回复指示通道(PHICH),其被用来传输混合式自动重送请求指标(HARQ Indicator, HI),HI携带上行数据传输接收的结果为ACK或是NACK。在FDD模式下每个下行Subframe中的PHICH资源个数为固定;在TDD模式下,若Subframe不 需要传送上行数据接收结果的回报,则不须配置PHICH资源。

  也就是说,在须要接收HARQ回报的下行Subframe(包含特殊Subframe)中,TDD模式可依据上/下行模式设定在Subframe中配置PHICH资源,若只须回报一个上 行Subframe的传输结果,此时PHICH资源数为n;若须回报两个上行Subframe回报的资源则为2n。以TDD模式上/下行模式0来说明,在下行Subframe0及5 中,PHICH资源为2n,特殊Subframe1及6中PHICH资源数为n。

  LTE的框架结构分为分频多任务(FDD)及分时多任务(TDD)两种迥然不同的运作模式,两者的底层特性与频谱使用效率也各异其趣;设计人员若能充分了解LTE在FDD与TDD模式运作下的主要差异,将有助达成最佳的系统资源分配与频谱使用效率。

  TDD上/下行同步模式 左右HARQ处理程序个数

  至于HARQ处理程序个数,在FDD模式中,下行HARQ至多可有八个HARQ处理程序;而TDD模式则会依据上/下行模式不同,而有四到十五个HARQ 处理程序,在下行框架多于上行框架的配置架构下,可能会有多个ACK/NACK回报在同一个上行Subframe中传送,此时可使用捆绑(Bundling)方式或是多任务(Multiplexing)方式回报。详细的下行HARQ处理程序个数如表2所示。

TDD/FDD-LTE上下行架构及底层特性的差异

  表2

  值得注意的是,若上行HARQ为同步HARQ,不须藉由信息沟通即可知道目前传输对应的HARQ处理程序为哪一个。分别来看,在FDD模式正常操作下有八个HARQ处理程序,在捆绑操作下则有四个HARQ处理程序。

  在TDD操作于正常模式下,会有一到七个HARQ处理程序,在捆绑操作下则为二至三个HARQ处理程序。详细的上行HARQ处理程序个数如表3所示。

TDD/FDD-LTE上下行架构及底层特性的差异

  表3

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