FDD

FDD

FDD移動通信系統中使用的全雙工通信技術的一種,與TDD相對應。FDD採用兩個獨立的信道分別進行向下傳送和向上載送信息的技術。為了防止鄰近的發射機接收機之間產生相互幹擾,在兩個信道之間存在一個保護頻段。

FDD操作時需要兩個獨立的信道。一個信道用來從基站向終端使用者傳送信息,另一個信道用來從終端使用者向基站傳送信息,如下圖所示。

  • 中文名稱
    FDD【頻分雙工】
  • 外文名稱
    Frequency Division Duplexing
  • 頻率間隔
    190MHz
  • 作    用
    同時實現接收和傳送

術語解釋

FDD模式的特點是在分離(上下行頻率間隔190MHz)的兩個對稱頻率信道上,系統進行接收和傳送,用保護頻段來分離接收和傳送信道。

採用包交換等技術,可突破二代發展的瓶頸,實現高速資料業務,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的頻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(由于低上行負載,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。

基于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模式將共存于4G網路。

模式對比

模式特征

隻要是雙向通信,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時分雙工,即FDD與TDD。其具體的特征是:

FDDTDDFDDTDD

1.FDD採用兩個對稱的頻率信道來分別發射和接收信號,發射和接收信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信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,並可在每信道內靈活控製、改變傳送和接收時段的長短比例,在進行不對稱的資料傳輸時,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,在移動通信網絡中,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製的系統,適應于大區製的國家和國際間覆蓋漫遊,適合于對稱業務如話音、互動式適時資料等。採用TDD模式工作的系統是時間分隔控製的系統,適應于城市及近郊等高密度地區的局部覆蓋和對稱及不對稱資料業務。特別是它的可不對稱傳輸資料的功能,尤為適合接入當今世界流行的Internet。因為,在網際網路的資料傳輸過程中,往往要求下行速率遠遠大于上行速率

模式優缺

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,通信網路可根據實際情況靈活地變換信道上下行的切換點,有效地提高了系統傳輸不對稱業務時的頻譜利用率

FDD對比TDDFDD對比TDD

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隻有120KM/h。兩者相比,TDD系統明顯稍遜一籌。因為,TDD系統在晶片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、下行工作于同一頻率,其電波傳輸的一致性使之很適于運用智慧型天線技術,通過智慧型天線具有的自適應波束賦形,可有效減少多徑幹擾,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,智慧型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,其價格遠低于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.在抗幹擾方面,使用FDD可消除鄰近蜂窩區基站和本區基站之間的幹擾。但仍存在鄰區基站對本區移動機的幹擾及鄰區移動機對本區基站的幹擾。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幹擾。綜比兩者,可見FDD系統的抗幹擾性能要好于TDD系統。但隨著新技術的不斷出現,TDD系統的抗幹擾能力一定會有大幅度的提高。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。

模式作用

回顧移動系統的發展歷史,2G/3G兩個主要的技術流派,3GPP3GPP2。3GPP主要支持GSM和WCDMA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,全球漫遊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, 已經佔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。這裏面可以看到幾個有裏程碑意義的事件,第一個在2007年的11月29號,美國Verizon宣布採取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,高通宣布支持將推出LTE-CDMA雙模晶片組。另外一個方面,中國移動在2008年的2月13號宣布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的聯合套用可以為運營商達到最好的規模化效應。

TD-LTE和LTE FDD共用平台帶來規模優勢

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共享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進行了最佳化設計,因此FDD 和 TDD 模式可以達到近似的頻譜利用效率。

FDD與LTEFDD與LTE

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。

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,或者是三代系統資料交換核心網的基礎上發展起來的,共享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,也就是在標準化裏面的貢獻的總數目,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系,一起推動TD-LTE的發展。

技術影響

3G影響

隻要是雙向通信,就需要一定的雙工工作模式。當前2G和3G通信領域使用雙工模式主要是頻分雙工和時分雙工,即FDD(Frequency Division Duplex)與TDD(Time Division Duplex),它們是各種無線系統中常用的雙工方式。

FDD3G向4G演進路線FDD3G向4G演進路線

在現有的3G有三大主流技術標準:WCDMACDMA2000和TD-SCDMA,雖然它們都屬于CDMA技術,但是從它們的主要套用方面可分為兩類:WCDMACDMA2000屬于FDD標準;而TD-SCDMA屬于TDD標準。另外,3.5G的HSDPA系統中兼有FDD和TDD,而4G的前驅Mobile WiMAX兼有TDD、FDD、半雙工FDD。

FDD和TDD具體的特征是:

(1)FDD採用兩個對稱的頻率信道,傳送和接收信道之間存在著一定的頻段保護間隔。如GSM、CDMA 1X的收發信道間隔為45 MHz,WCDMA的間隔為190 MHz。

(2)TDD的傳送和接收信號在同一頻率信道的不同時隙中進行,在進行不對稱的資料傳輸時,可充分利用有限的頻譜資源。

採用FDD的移動系統與採用TDD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,TDD能有效地提高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500千米/小時,而採用TDD模式的系統的最高移動速度隻有120千米/小時。這是因為,TDD統在晶片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、下行工作于同一頻率,其電波傳輸的一致性使之適用智慧型天線技術,可有效減少多徑幹擾,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。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)在抗幹擾方面,使用FDD可消除鄰近蜂窩區基站和本區基站之間的幹擾,FDD系統的抗幹擾性能在一定程度上好于TDD系統。

根據FDD、TDD模式以上不同的特點,在3G移動網路中,它們各自有著不同的適用範圍:

(1)採用FDD系統多是連續控製,適應于大區製的國家和國際間覆蓋漫遊,適合于對稱業務(如話音、互動式適時資料等)。

(2)採用TDD系統多是時間分隔控製,適用于城市及近郊等高密度地區的局部覆蓋和對稱及不對稱資料業務。特別是它的不對稱傳輸資料的功能,尤為適合接入基于IP的各種資料業務。因為,在Internet的資料傳輸過程中,往往要求下行速率遠大于上行速率

LTE混合組網試驗

LTE混合組網試驗主要內容包括四個方面:通過試驗逐步解決混合組網模式下各製式網路互操作等技術難題,積極引導產業鏈發展演進;通過試驗促進LTE晶片和終端產業發展,切實滿足使用者使用需求;通過試驗驗證多網路覆蓋環境下的網路資源調度策略,探索未來商用運營經驗;通過試驗促進業務套用創新,帶動運營支撐系統等配套環節的演進發展。

簡單地說,LTE混合組網就是統籌發揮TD-LTE和LTE FDD技術優勢,充分利用TDD/FDD頻率資源,在LTE網路中同時包含1張共用的核心網和TD-LTE、LTE FDD兩種無線網路接入方式,結合各覆蓋區域實際需求和頻率情況靈活選擇LTE基站的製式,兩者相互補充,相互配合,共同實現網路深度覆蓋和廣覆蓋,最大化提升整體網路容量。兩種接入方式間可以實現互操作以及共網管,可以實現LTE終端自由切換網路、TD-LTE/LTE FDD網路間流量負載均衡等功能,共同為使用者提供4G服務。

4G影響

FDD上下行信號被不同頻率隔離,因此需要對稱頻譜。對語音套用來說,上下行流量是對稱的,因此FDD在2G和3G蜂窩網路中效率很高。而TDD上下行信號在時域上是分開的,它具有上下行流量的非對稱性和單一頻譜的彈性,然而TDD在宏小區覆蓋方面面臨困難,TDSCDMA

FDD4G中的使用者需求分析FDD4G中的使用者需求分析

不過,因為TDD在高頻寬的多媒體套用中上下行流量的非對稱性和單一頻譜的彈性,更適合基于IP的資料業務,在核心網、移動網IP化的潮流下,TDD在各種下一代無線網路中都得到了重視。

4G網路時代,影片流媒體、互動Web等下行流佔據絕對優勢,也因此人們對TDD在4G的套用充滿了期待,TDD受到了下一代無線系統WiMAX和IEEE802.20的關註。

然而,TDD模式在運營中還面臨一系列技術問題,如交叉時隙幹擾、操作幹擾、轉接時延以及傳送信道狀態信息逾時,所以使用單一模式的TDD還是不現實的。

TDD和FDD在技術特點上各有各的優勢,中國是世界第一移動大國,頻譜資源日益短缺是移動網路建設迫切需要解決的第一問題。對頻譜資源,每一個人都會明白:FDD頻譜資源緊張,TDD頻譜資源豐富。在這一點上,TDD的優勢更明顯一些,所以在中國,從TDSCDMA3G到4G的各個階段,都將更傾向于使用TDD技術。

2015年2月27日,工信部宣布,向中國電信和中國聯通發放FDD-LTE牌照,自此中國通信業將全面進入4G時代。

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