頻分雙工

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頻分雙工(Frequency Division Duplexing; FDD)

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什麼是頻分雙工

  頻分雙工,也稱為全雙工,操作時需要兩個獨立的通道。一個通道用來向下傳送信息,另一個通道用來向上傳送信息,兩個通道之間存在一個保護頻段,以防止鄰近的發射機和接收機之間產生相互干擾。其特點是在分離的兩個對稱頻率通道上,系統進行接收和傳送,用保證頻段來分離接收和傳送通道。大多數LTE運營商已經部署了FDD制式,在網路部署中最廣泛使用的頻段仍是1800MHz,在商用LTE網路中占到了44%,58個國家和地區的108家運營商已經啟用1800MHz系統。截止2013年底,有499家運營商正在143個國家和地區投資LTE。其中,448家運營商承諾在134個國家和地區部署LTE網路,還有51家正在9個國家和地區試用、測試LTE,或進行研究。

頻分雙工的特點

  頻分雙工模式的特點是在分離(上下行頻率間隔190MHz)的兩個對稱頻率通道上,系統進行接收和傳送,用保證頻段來分離接收和傳送通道。

  採用包交換等技術,可突破二代發展的瓶頸,實現高速數據業務,並可提高頻譜利用率,增加系統容量。但FDD必須採用成對的頻率,即在每2x5MHz的帶寬內提供第三代業務。該方式在支持對稱業務時,能充分利用上下行的頻譜,但在非對稱的分組交換工作時,頻譜利用率則大大降低(由於低上行負載,造成頻譜利用率降低約40%),在這點上,TDD模式有著FDD無法比擬的優勢。

  基於CDMA技術的三種RTT技術規範是第三代移動通信的主流技術,也稱為一個家庭,三個成員。CDMA DS和CDMA MC是頻分雙工模式(FDD),CDMA TDD是時分雙工模式(TDD),ITU-R為3G的FDD模式和TDD模式劃分了獨立的頻段,在將來的組網上,TDD模式和FDD模式將共存於3G網路。

頻分雙工的作用

  回顧移動系統的發展歷史,2G/3G兩個主要的技術流派,3GPP和3GPP2。3GPP主要支持GSMWCDMA以及TDSCDMA技術,3GPP2則主要支持CDMA以及CDMAEVDO技術。隨著電信市場全球化的發展以及運營商之間競爭和合作的增強,從成本,技術成熟性,全球漫游以及終端等多方面考慮,技術的規模化效應越來越成為運營商考慮技術選擇的首要因素,GSM/WCDMA/HSPA的優勢日趨顯著, 已經占全球移動市場份額的86%以上。在後3G時代LTE作為3GPP的下一步演進,已經成為全球運營商的共同選擇。這裡面可以看到幾個有里程碑意義的事件,第一個在2007年的11月29號,美國Verizon宣佈採取LTE升級其CDMA移動系統,作為下一步的發展方向。我們也看到很多主流的其他的一些CDMA的運營商也表態會跟進這樣的趨勢。同時,高通宣佈支持將推出LTE-CDMA雙模晶元組。另外一個方面,中國移動在2008年的2月13號宣佈將攜手沃達豐等多個全球主流運營商共同開展LTE的技術測試,會同時包括LTE FDD和TD-LTE兩種模式。可見,在後3G時代,LTE,包括LTE FDD和TD-LTE正在成為主流運營商未來網路演進的考慮。

  LTEFDD和TD-LTE的聯合應用可以為運營商達到最好的規模化效應。TD-LTE和LTE FDD共用平臺帶來規模優勢。

  從標準發展的角度來看,LTEFDD和TD-LTE在技術規範上存在非常大的共通性和統一性,主要體現在LTEFDD和TDD共用相同的層二和層三結構,物理層主要幀結構相關的區別,關鍵技術基本一致。這樣無論是在系統側和終端側都能比較容易且低成本的實現對FDD和TDD雙模的支持。另一方面,LTE系統開始就同時針對FDD和TDD進行了優化設計,因此FDD 和 TDD 模式可以達到近似的頻譜利用效率

  更為重要的的是,TD-LTE是中國3G技術TDSCDMA的自然演進路徑,主要體現在TD-LTE和TD-SCDMA使用相兼容的幀格式結構,同時在天線技術上也保持很好的相容性。

  在核心網方面,核心網的演進(也就是通常所說說的SAE),也是在當前的二代系統,或者是三代系統數據交換核心網的基礎上發展起來的,共用的核心網可以同時支持二代,三代以及LTEFDD和TD-LTE的接入。這樣就可以保證有非常緊密的互操作性,保證了無論是FDD和TDD系統的平滑升級。

  在整個LTE標準發展方面,愛立信一直是3GPP中最活躍的廠家之一,全力推動LTE標準化進程。在通常的標準化的衡量標準中,也就是在標準化裡面的貢獻的總數目,涵蓋了FDD和TDD,愛立信的貢獻排在第一位的。特別是在TD-LTE方面,愛立信非常支持TD-LTE和LTEFDD的協同發展。另外,必須指出的是,在TD-LTE的發展上,中國運營商和廠家做出了相當大的貢獻,把整個標準化向全球推廣。而愛立信在這方面和國內的運營商和廠商,在基礎研發和標準化的方面進行了大量合作,建立了良好的伙伴關係,一起推動TD-LTE的發展。

FDD與TDD的對比

特征對比

  只要是雙向通信,就需要一定的雙工工作模式。當前蜂窩無線電通信領域使用雙工模式主要是頻分雙工和時分雙工,即FDD與TDD。其具體的特征是:

  1、FDD採用兩個對稱的頻率通道來分別發射和接收信號,發射和接收通道之間存在著一定的頻段保護間隔。

  2、TDD的發射和接收信號是在同一頻率通道的不同時隙中進行的,彼此之間採用一定的保證時間予以分離。它不需要分配對稱頻段的頻率,並可在每通道內靈活控制、改變發送和接收時段的長短比例,在進行不對稱的數據傳輸時,可充分利用有限的無線電頻譜資源

適用範圍

  根據FDD、TDD兩種工作模式的特點,在移動通信網路中,它們各自有著不同的適用範圍:採用FDD模式工作的系統是連續控制的系統,適應於大區制的國家和國際間覆蓋漫游,適合於對稱業務如話音、互動式適時數據等。採用TDD模式工作的系統是時間分隔控制的系統,適應於城市及近郊等高密度地區的局部覆蓋和對稱及不對稱數據業務。特別是它的可不對稱傳輸數據的功能,尤為適合接入當今世界流行的Internet。因為,在互聯網的數據傳輸過程中,往往要求下行速率遠遠大於上行速率。

優缺點對比

  採用FDD模式的移動系統與採用TDD模式的移動系統相比,互有以下優缺點:

  1、FDD必須使用成對的收發頻率。在支持對稱業務時能充分利用上下行的頻譜,但在進行非對稱的數據交換業務時,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,通信網路可根據實際情況靈活地變換通道上下行的切換點,有效地提高了系統傳輸不對稱業務時的頻譜利用率。

  2、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500KM/h,而採用TDD模式的系統的最高移動速度只有120KM/h。兩者相比,TDD系統明顯稍遜一籌。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。

  3、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很適於運用智能天線技術,通過智能天線具有的自適應波束賦形,可有效減少多徑干擾,提高設備的可靠性。而收、發採用一定頻段間隔的FDD系統則難以採用上述技術。同時,智能天線技術要求採用多個小功率的線性功率放大器代替單一的大功率線性放大器,其價格遠低於單一大功率線性放大器。據測算,TDD系統的基站設備成本比FDD系統的基站成本低約20%~50%。

  4、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。但仍存在鄰區基站對本區移動機的干擾及鄰區移動機對本區基站的干擾。而使用TDD則能引起鄰區基站對本區基站、鄰區基站對本區移動機、鄰區移動機對本區基站及鄰區移動機對本區移動機四項干擾。綜比兩者,可見FDD系統的抗干擾性能要好於TDD系統。但隨著新技術的不斷出現,TDD系統的抗干擾能力一定會有大幅度的提高。目前方正連宇公司推出的LAS-TDMA新技術就在這方面有了新的突破。

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