4G EPS 中的 FDD TDD 無線幀

2021-10-01 10:20:28 字數 3317 閱讀 2671

《移動通訊網路中的資源型別》

lte 支援兩種型別的無線幀: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**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 系統是指系統的傳送和接收資料使用不同的頻率,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。

tdd 系統則是系統的傳送和接收使用相同的頻段,上下行資料傳送在時間上錯開,通過在不同時隙傳送上下行資料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 與 fdd 的區別

fdd 必須使用成對的收發頻率。在支援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 為代表非對稱的資料交換業務時,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,通訊網路可根據實際情況靈活地變換通道上下行的切換點,能有效地提高系統傳輸不對稱業務時的頻譜利用率。

根據 itu 對 3g 的要求,採用 fdd 模式的系統的最高移動速度可達 500千公尺/小時,而採用 tdd 模式的系統的最高移動速度只有 12千公尺/小時。這是因為,目前 tdd 系統在晶元處理速度和演算法上還達不到更高的標準。

採用 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慧型天線技術,可有效減少多徑干擾,提高裝置的可靠性。而收、發採用一定頻段間隔的 fdd 系統則難以採用。據測算,tdd 系統的基站裝置成本比 fdd 系統的基站成本低約 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 介面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 裡,無論是 fdd 還是 tdd,它的時間基本單位都是取樣週期 ts,值固定等於:32.55ns。無線幀也是資料傳輸的載體單位,長度為 10ms。注意,資料幀是由 0、1 構成的,通過位元來傳輸資料。而無線幀則是由無線電波構成的,由無線電波來傳輸資料。

在 fdd 裡,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 進行週期迴圈編號,每個時隙長度為 0.5ms。

時隙(slot)並不是幀結構裡面的最小單位。如果你進一步細看這個幀結構,你會發現乙個時隙(slot)由 7 個 symbol 組成。symbol 可以理解為持續一段時間的訊號,它描述了 i/q 星座圖的乙個點。

再進一步仔細看 symbol 的結構,你會發現,在 symbol 的前面有小段稱為迴圈字首(cyclic prefix),而後面的部分才是真正 symbol 的資料。迴圈字首分為兩種,一種是正常迴圈字首(normal cyclic prefix),另一種是擴充套件迴圈字首(extended cyclic prefix)。後者比前者更長一些。普通 cp 配置下,乙個時隙包含 7 個連續的 ofdm 符號(symbol);而 extend cp 配置下,乙個 slot 由 6 個 symbol 組成。

在 fdd 裡,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 不能在同乙個子幀裡既傳送資料又接收資料,而在全雙工的 fdd 模式下,ue 則沒有這個限制,在同個子幀裡可以同時傳送和接收資料。

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。

整個 tdd 無線幀也可理解為分成了 10 個長度為 1ms 的子幀作為資料排程和傳輸的單位(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:

由於 tdd 屬於 「單車道」,所以當然會存在控制和排程問題。為了節省網路開銷,td-lte 允許利用特殊時隙 dwpts 和 uppts 傳輸系統控制資訊。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 系統的乙個特點,時間資源在上下行方向上進行分配,tdd 幀結構支援 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,支援非對稱業務。這 7 種配置中包括 4 種 5ms 週期和 3 種 10ms 週期。

note:對於 tdd 而言

子幀 0 和子幀 5 只能用於下行傳輸。

5ms 切換週期配置時,子幀 1 和子幀 6 用作特殊子幀。

10ms 切換週期配置時,子幀 1 用作特殊子幀。

uppts 之後的第乙個常規子幀只能用於上行傳輸。

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