fdd-lte

fdd-lte

LTE是基于正交頻分多址 Orthogonal Frequency Division Multiple Access(OFDMA)技術、由3GPP組織製定的全球通用標準,包括FDD和TDD兩種模式用于成對頻譜和非成對頻譜。LTE標準中的FDD和TD兩個模式間隻存在較小的差異,相似度達90%。

FDD(頻分雙工)是該技術支持的兩種雙工模式之一,套用FDD(頻分雙工)式的LTE即為FDD-LTE。作為LTE的需求,TD系統的演進與FDD系統的演進是同步進行的。絕大多數企業對LTE標準的貢獻可等同用于FDD和TD模式。

由于無線技術的差異、使用頻段的不同以及各個廠家的利益等因素,FDD-LTE的標準化與產業發展都領先于TD-LTE。FDD-LTE已成為當前世界上採用的國家及地區最廣泛的,終端種類最豐富的一種4G標準。

  • 中文名稱
    長期演進技術
  • 外文名稱
    (Long Term Evolution
  • 通常被稱作
    3.9G
  • 包括
    TDD、FDD
  • 相似度
    90%
  • 演進路線
    GSM-->GPRS-->EDGE

技術原理

LTE與WiMAX,以及3GPP2的超行動寬頻(Ultra Mobile Broadband,UMB) 技術常一起被稱為4G,過去的3G技術是指同一無線網路提供語音和資料通訊,但到了4G時代則變成為全資料網路,LTE估計最高下載速率100Mbps與上載50Mbps以上,比3G時代已投入使用的部分WiMax更快。WiFi、WiMAXLTE下下行鏈路的核心演算法是DFT,現實中均採用快速傅立葉變換演算法。

相較于WiMAX的固定無線網路技術,二者都採用了正交頻分復用 (OFDM) 的訊號傳輸,也都採用了Viterbi和Turbo加速器。但WiMAX是來自IP的技術,而LTE是從GSM/UMTS的移動無線通信技術衍生而來,3GPP計畫在LTE的下行鏈路使用OFDMA,上行鏈路採用SC-FDMA(單載波FDMA,也稱為"DFT擴展OFDM"),可以減少手機耗電。LTE系統能隨著可用頻譜的不同,採用不同寬度的頻帶,因此LTE的移動能力比WiMAX先進。

主要特點

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,用保證頻段來分離接收和傳送信道。

FDD模式工作示意圖FDD模式工作示意圖

FDD模式的優點是採用包交換等技術,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(網際網路)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。

組成結構

系統架構

LTE又以IP為基礎的核心網路架構,製定了"系統架構演進" (SAE: System Architecture Evolution),以現有 GSM/WCDMA為核心,系統架構演進是3GPP LTE無線通信標準的核心網路架構,是GPRS核心網路的演進。

系統架構演進的特點是簡化架構;全IP網路(AIPN); 支持更高的吞吐量和更低的延遲無線接入網路(RANS); 支持多種其他接入網路,包括E-UTRA (LTE和LTE Advanced的空中接口),3GPP遺留系統(例如,GPRS和UMTS空中接口的GERAN或UTRAN),但也支持非3GPP系統(例如,WiMAX或CDMA2000)。

主要接口

第八版的空中接口被稱為"進化的UMTS陸地無線接入" (E-UTRA, Evolved Universal Terrestrial Radio Access),"U"最早是指UMTS,由于UMTS沒有被3GPP接受,遂改為Universal。E-UTRA上行鏈路結構類似下行鏈路,無線架構由20個長度為0.5毫秒的時隙構成,而一個子架構則由兩個時隙構成。

基本配置

LTE採用2x2配置作為MIMO的基本配置,即基站(BS)和終端(EU)各兩根天線,未來會考慮4x4配置。 在每一個 5MHz 的蜂窩(cell)內,至少能容納200個動態使用者(active user)。 支持MBSFN(Multicast Broadcast Single Frequency Network). 使用者面單向傳輸時延低于5ms,控製面從睡眠狀態到激活狀態遷移時間低于50ms。 在20MHz頻譜頻寬能夠提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率。

研究進展

2006年7月,NTT DoCoMo和NEC、富士通等設備伙伴開始研發LTE。 2007年11月,3GPP工作組會議通過LTE TDD融合技術提案。 2008年2月20日,NTT DoCoMo選擇愛立信(Ericsson)參加LTE基站開發項目。 2008年4月,摩托羅拉(Motorola)展示首位 EV-DO 到 LTE - 影像流從 LTE 到商業 EV-DO 網路,並回到 LTE。2008年4月,LG電子和北電網路(Nortel Networks)展示了在110KM時速狀態下移動時,使用LTE可以達到50Mbit/s的傳輸速度.

2009年2月,美國高通公司推出全球首款多模3G/LTE解決方案MSM8960,針對智慧型手機,支持CDMA2000 1xEV-DO版本B和SV-DO(語音資料並發)以及多載波HSPA+和LTE的晶片組解決方案。MSM8960晶片組是業界首款支持全球所有的領先移動寬頻標準的全面集成解決方案。

2013年,黎巴嫩移動運營商Touch已與華為合作,完成了一項LTEFDD800MHz/1800MHz載波聚合(CA)技術現場試驗,實現了最高達250Mbps的下載吞吐量。

統計速率

無線蜂窩製式

GSM

(EDGE)[2.75G]

CDMA 2000

(1x)

CDMA 2000

(EVDO RA)

TD-SCDMA

(HSPA)

WCDMA

(HSPA)

TD-LTE

FDD-LTE

下行速率

236kbps

153kbps

3.1Mbps

2.8Mbps

14.4Mbps

100Mbps

150Mbps

上行速率

118kbps

153kbps

1.8Mbps

2.2Mbps

5.76Mbps

50Mbps

40Mbps

技術對比

FDD-LTE是全球兩大4G製式之一,比TD-LTE研發更早,技術更成熟,終端更豐富,與TD-LTE對比,TD-LTE省資源,FDD-LTE速度快;TD-LTE適合熱點區域覆蓋,FDD-LTE適合廣域覆蓋。

而從技術上講,兩大4G標準則各有千秋。雖然從運營商的頻譜資源利用角度, TD-LTE更節省資源,但在使用者感知層面,FDD-LTE速度卻是飛一般、非一般。這是因為FDD-LTE通過兩個對稱的頻率信道來分別發射和接收信號,用保護頻段來分離接收和傳送信道,其單方向的資源在時間上是連續的。就類似兩根水管,兩個水管水流方向互不幹擾。而TD-LTE的發射和接受信號均在同一個頻率信道裏不同時間進行,其但單方向的資源在時間上是不連續的。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。

其次, FDD-LTE更適合廣域覆蓋,而TD-LTE更適合局域覆蓋。 FDD-LTE的工作模式採用的是連續控製,適用于國家和國際間覆蓋漫遊。而TD-LTE採用的工作模式是時間分割控製,適用于城市間高密度地區的局部覆蓋。當處于高度密集的熱點區域, TD-LTE優勢就會體現出來。業內人士指出,在使用者層面,熱點地區的局域覆蓋還有WiFi這樣又省錢速度又快的做"備胎",因此更適合廣域覆蓋的FDD-LTE的優勢可見一斑。
TD-LTE與FDD-LTE本質上共用一套標準基礎,在業務實現的技術上有著一定差別。TD-LTE節省頻道資源,適合熱點集中區域覆蓋;FDD-LTE的理論最高速度更快,基站覆蓋更廣,適合郊區、公路鐵路等廣域覆蓋。 兩者混合組網,是更好的選擇。

部署狀況

在國際通信業界,FDD-LTE網路早已成為主流。中國工程院院士劉韻潔介紹全球4G發展現狀時說,"根據統計資料。FDD-LTE大概在92個國家有244張網,這樣加起來, FDD 4G佔95%, TD 4G佔5%。終端開發領域情況也如此。

截至2012年1月,全球共有285個營運商正在93個國家和地區中投資FDD-LTE。LTE商用服務的國家和地區包括亞美尼亞 奧地利 澳大利亞 巴林 白俄羅斯 巴西 保加利亞 加拿大 丹麥 愛沙尼亞 芬蘭 德國 香港 匈牙利 日本 南韓 科威特 拉脫維亞 立陶宛 菲律賓 挪威 波蘭 波多黎各 俄羅斯(2012年1月15日推出)沙烏地阿拉伯 新加坡 西班牙瑞典 阿拉伯聯合大公國 烏拉圭美國 烏茲別克 台灣(隻有全球移動在經營)

2013年有中國移動和國外日本軟銀、沙特Mobily、波蘭Aero2,印度的Bharti Airtel,澳大利亞的NBN和Optus,還有南非的Telkom Mobile等採用TD-LTE。

2013年4月,全球共發布821款支持LTE的使用者終端設備,其中,166款為TD-LTE終端, 655款FDD-LTE終端。由此可見, 4G產業鏈上的晶片商和終端製造商仍然將重心放在了FDD-LTE標準。

2013年12月份為止,採用TD-LTE的4G網路的大概20個國家,其中完全的4G TD-LTE網路有13張,還有12個網是混合的。

牌照發放

2013年12月4日工信部正式向三大運營商發布4G牌照,中國移動、中國電信和中國聯通均獲得TDD-LTE牌照。

2014年6月27日下午,工信部批準中國電信集團公司(以下簡稱"電信")、中國聯合網路通信集團有限公司(以下簡稱"聯通")分別在16個城市開展LTEFDD和TD-LTE混合組網試驗,而FDD-LTE牌照將在條件成熟後再發放。工信部表示,我國TD-LTE網路建設和產業發展已取得初步成效。電信、聯通分別向工信部遞交了關于開展TD-LTE/LTE FDD混合組網試驗的申請及相關補充材料。為適應LTE融合發展的趨勢,促進資源合理利用,工信部依據相關法定程式,批準中國電信集團公司、中國聯合網路通信集團有限公司分別在16個城市開展LTE混合組網試驗。中國聯通LTE混合組網試驗將在上海、成都、南京、石家庄、鄭州、深圳、杭州、重慶、濟南、武漢、哈爾濱、沈陽、太原、長沙、福州、廣州這16個城市開展。

中國聯通和中國電信第一批獲批城市共16個,第二批共獲批24個城市。很明顯,僅40個城市還遠不能滿足大量使用者的需求,繼兩批共40個城市開通TDD/FDD-LTE混合組網實驗後,中電信和中聯通申請第三批TDD/FDD混合組網4G實驗,計畫新增237個城市。

2015年2月27日,工業和信息化部向中國電信集團公司和中國聯合網路通信集團有限公司發放"LTE/第四代數位蜂窩移動通信業務(FDD-LTE)"經營許可。

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