TDD/FDD-LTE上下行架构及底层特性的差异

Lte的框架结构分为分频多任务（FDD）及分时多任务（TDD）两种迥然不同的运作模式，两者的底层特性与频谱使用效率也各异其趣；设计人员若能充分了解LTE在FDD与TDD模式运作下的主要差异，将有助达成最佳的系统资源分配与频谱使用效率。

LTE为3GPP所定义的无线技术，在框架结构（Frame Structure）上分为分频多任务（Frequency-Division Duplexing， FDD），以及分时多任务（Time Division Duplexing， TDD）两种迥然不同的运作模式。因此，在此篇文章中将会比较LTE在FDD与TDD模式运作下的主要差异，藉以呈现两者的频谱使用效率。

框架结构/资源分配截然不同

首先，框架结构在FDD模式下，在频率轴上以成对的方式进行分频使用，一频带用于下行带宽（DL Bandwidth），另一频带用于上行带宽（UL Bandwidth）；而在TDD模式下，频谱为上下行所共享，上下行的配置是以时间进行分时配置，一部分时间安排下行传送，另一部分则安排上行传送。在下行转上行时，会有一段保护时间（Guard Period， GP）用于接收与传送间进行转换。

简而言之，FDD模式为成对的频谱配置，而TDD为单一的频谱配置。图1为FDD与TDD之间资源分配的比较，其中TDD模式周期为10毫秒（ms）的配置模式示意图。假定在相同带宽配置下，FDD则为相同带宽的上下行配置，上下行各占用一半的资源比例，此比例为固定。

图1 FDD与TDD模式框架结构示意图

反观TDD藉由在时间轴上不同的上下行配置达到上下行非对称资源分配，并可依据实际需求进行较佳资源分配，如表1所示，D为下行Subframe，S为特殊Subframe，U为上行Subframe.

表1

同步信号特性差异无几

在LTE系统中，用户设备（UE）藉由扫描主同步信号（Primary Synchronization Signal， PSS）及辅助同步信号（Secondary Synchronization Signal， SSS），可进一步与基地台（eNB）达成同步，但是在TDD与FDD两种模式下，PSS和SSS的符号时间（Symbol Time）则有所差异。

在FDD模式中，PSS与SSS分别位于时槽（Slot）0及10的最后一个和倒数第二个符号时间中，PSS与SSS在时间轴上为连续的；而在TDD模式里，PSS位于Subframe 1及6的第三个符号时间中，SSS则位于Subframe 0及5的最后一个符号时间中，即SSS与PSS间相隔三个符号时间。

虽然在FDD模式中PSS及SSS为相连，而在TDD模式中则为相距三个符号时间，但是一般认为此一差距对于UE在进行同步上，并无明显的差异性。

TDD独拥特殊Subframe

另一方面，特殊Subframe为TDD模式下独有的Subframe配置，依据在时间轴上的配置，可分为下行导引时槽（Downlink Pilot Time Slot， DwPTS）、保护时间，以及上行导引时槽（Uplink Pilot Time Slot， UpPTS）三个部分。DwPTS用来传送下行控制信息以及下行数据；保护时间则做为下行转上行的切换时间；另UpPTS可用来传送实体随机存取信道（PhysICal Random Access Channel， PRACH）及探测参考信号（Sounding Reference Signal， SRS）。

PRACH主要用来传送随机进入前序信号（Random Access Preamble），以藉该信号让UE能利用竞争方式要求上行带宽；因此，eNB必须提供适量的PRACH资源给UE进行随机进入要求带宽，如此一来，PRACH的配置数量多寡可依据一个框架（10ms）中有多少PRACH数量作为衡量方式。

在FDD模式中每个Subframe中最多一个PRACH的配置，而在TDD模式中，在某些框架结构下，上传Subframe的配置相对较少，因此PRACH在一个Subframe中可有0至多个PRACH资源的配置。

PHICH资源个数因时制宜

至于另一个LTE信号传输信道--实体混合自动请求回复指示通道（PHICH），其被用来传输混合式自动重送请求指标（HARQ Indicator， HI），HI携带上行数据传输接收的结果为ACK或是NACK.在FDD模式下每个下行Subframe中的PHICH资源个数为固定；在TDD模式下，若Subframe不需要传送上行数据接收结果的回报，则不须配置PHICH资源。

也就是说，在须要接收HARQ回报的下行Subframe（包含特殊Subframe）中，TDD模式可依据上/下行模式设定在Subframe中配置PHICH资源，若只须回报一个上行Subframe的传输结果，此时PHICH资源数为n；若须回报两个上行Subframe回报的资源则为2n.以TDD模式上/下行模式0来说明，在下行Subframe0及5中，PHICH资源为2n，特殊Subframe1及6中PHICH资源数为n.

LTE的框架结构分为分频多任务（FDD）及分时多任务（TDD）两种迥然不同的运作模式，两者的底层特性与频谱使用效率也各异其趣；设计人员若能充分了解LTE在FDD与TDD模式运作下的主要差异，将有助达成最佳的系统资源分配与频谱使用效率。