FDD LTE与TD-LTE差异分析

【摘要】 LTE技术分为TDD和FDD两种制式，尽管在协议中二者很多特性趋于一致，但是由于双工模式、帧结构等不同仍然导致它们存在一些性能上的差异。本文重点分析了二者在HARQ过程中的差异，并通过计算进一步比较了峰值传输速率。

【关键词】 TDD FDD 差异 吞吐量

一、HARQ过程

FDD和TDD在HARQ过程中存在的差异：一是初传数据与ACK/NACK之间的定时关系差异；二是HARQ进程数的差异。

1.1初传数据与ACK/NACK之间的定时关系

FDD中ACK/NACK与初传数据存在4TTI的定时关系，处理时间固定为8ms。

TDD中由于子帧配置不同故4TTI之后不一定得到期望的上行或下行子帧，所以ACK/NACK与初传数据之间的定时关系并不是一个常数。按协议规定，上下行子帧与ACK/ NACK反馈之间的对应关系见表1。

1.2 HARQ进程数

对于FDD来说HARQ的进程数固定为8，而对于TDD来说，HARQ进程数为HARQ最小RTT时间中包含的同一发送方向的子帧数目。

TDD中基站首先通过PDCCH或PHICH发送消息或者HARQ指示，经过一定传输时延到达UE，UE对信息进行处理时间约为3毫秒，经过等待时延，当上行子帧到来时由PUSCH发出上行业务数据，同样经过传输时延到达基站，基站根据消息对业务数据进行处理，等待在下一个下行子帧发送消息，这是一个完整的HARQ流程。由此可知，TDD系统中HARQ过程的RTT，受传输时延、接收时延、处理时延以及等待时延构成。

下面根据表1，以TDD系统子帧配置1为例计算TDD中HARQ进程数。以P代表HARQ传输进程中开始传输数据的子帧，基站通过PHICH反馈ACK/NACK后，处理时间为3毫秒，进行非自适应重传，则UE在上行子帧12进行数据传输，中间跨度为10个无线帧，RTT为10毫秒，在这10毫秒中有4个上行子帧，为了避免上行子帧的浪费，需要在这些上行子帧上发送其他进程的数据，因此子帧配比为1情况下上行HARQ进程数为4。

根据上面的分析方法，可计算得出TDD上行和下行的HARQ进程数如表2所示：

值得注意的是，子帧配比为0时，上下行配比为DL：UL=2：3，一个下行子帧反馈两个上行子帧的ACK/NACK的信息，此时需要区分反馈信息属于哪个上行子帧所对应的进程。

二、理论峰值传输速率

LTE系统峰值传输速率可以根据实际使用的MCS和TBS进行计算，也可以根据带宽资源进行估算。本文仅仅是进行理论峰值传输速率的估算，所以采用带宽资源估算的方法。

2.1下行峰值吞吐量

FDD和TDD共同的开销包括控制信道开销、参考信号开销、同步信道开销以及广播信道开销等。但是由于TDDLTE中GP无法传输有效信息会产生额外开销。本文中的计算方法参考的系统配置信息为：系统带宽：20MHz；天线数：2；下行调制方式：64QAM；码率：5/6；PDSCH所占用的符号数：3；PHICH组数：13。

每帧中的总符号数减去总开销即可得到每帧中用于数据传输的符号数。

根据上述系统配置，常规循环前缀CP下，LTE FDD每帧中的符号数为168000，对于TDD LTE以上下行配置1，特殊子帧配置7为例，由表1可知有效下行子帧数为5.43，同样可知TDD每帧中符号数为91200。

1、控制信道开销

一个子帧中所占用的控制信道符号数为12*3，扣除2天线时3个符号处RS所占用的符号数，可得每帧中控制信道所占用的符号数为（12*3-4）/168*每帧中的符号数。

2、参考信号开销

每帧中参考信号开销为一个RB中参考信号*20MHZ RB数*每帧中的时隙数。

3、 PBCH开销

PBCH总共占用的符号数为每个RB包含的（PBCH符号数-参考信号符号数）*6

通过上述计算可得TDD与FDD下行链路开销如表3所示：

系统下行吞吐量=有效下行符号数*调制方式下每符号比特数*码率*天线数

由表可计算得，每帧中的下行PDSCH符号数对于TDD和FDD分别为：63702.9和118560。因此可知TDD和FDD下行吞吐量分别为118.56Mbit/s，63.70Mbit/s。

2.2上行峰值吞吐量

上行信道开销主要为PUCCH开销、PRACH开销以及上行解调参考信号和探测信号开销。假设上行PUCCH和PRACH所占用的RB数分别为8和6；上行解调参考信号和探测参考信号在每个子帧中分别占用2个和1个OFDM符号，则上行吞吐量=（每帧中的符号总数-上行信道开销）*调制方式下每符号比特数。

假设去除PUCCH和PRACH后剩余符号数为x，上行采用16QAM调制方式，通过计算可知，TDD LTE上行峰值吞吐量=（x-1/7x-1/14x）*4=19.114Mbit/s，同理可知FDD上行峰值吞吐量为48.259Mbit/s。

在3GPP TS 25.913中规定，FDD LTE系统下行瞬时峰值速率要达到100Mbit/s，上行50Mbit/s，通过上述计算可知FDD系统可以满足标准要求。然而由于TDD系统上下行是共享带宽的，因此不能通过瞬时峰值速率来比较其于FDD系统的性能，通常采用频谱效率来进行性能评估。

三、结束语

FDD和TDD的差异影响了二者在穿透损耗、覆盖性能以及吞吐量等方面的性能。TDD由于上下行子帧可以灵活配置，更适合于不对称业务，并且TDD的时分双工方式导致其TX/RX简单，上下行信道特性一致，信道反馈信道更加准确但是相对的其HARQ等机制却更加复杂。而对于FDD来说，由于频段和双工方式的影响使得其时延较低，覆盖性好，同样条件下FDD峰值吞吐量更好些。充分掌握LTE两种制式的差异，可以为更好的进行业务测试打下基础，对于最终实现互操作和融合组网也具有积极的促进作用。但是总结来说二者各有优缺点，在未来的发展中相信二者会相辅相成，相互融合共同发展。

参 考 文 献

[1] 3GPP TS 36.104 V12.4.0. Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）： Base Station（BS） radio transmission and reception[S]. 2014.

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[3]陈书贞，张璇，王玉镇，文志成.LTE关键技术与无线性能[M].北京：机械工业出版社，2011.10

[4]莫宏波，朱新宁，果敢，魏然.LTE TDD与LTE FDD的关键过程差异分析[J].电信科学，2010（2）

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