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[分享] 4G技術哪家強?說清楚FDD和TDD之間的事

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陳誠誼2014-10-20 11:13

FDD和TDD在技術上區別其實很小,主要區別就在於採用不同的雙工方式,頻分雙工(FDD) 和時分雙工(TDD) 是兩種不同的雙工方式。
FDD是在分離的兩個對稱頻率通道上進行接收和發送,用保護頻段來分離接收和發送通道。FDD必須採用成對的頻率,依靠頻率來區分上下行鏈路,其單方向的資源在時間上是連續的。FDD在支持對稱業務時,能充分利用上下行的頻譜,但在支持非對稱業務時,頻譜利用率將大大降低。
TDD用時間來分離接收和發送通道。在TDD方式的移動通信系統中, 接收和發送使用同一頻率載波的不同時隙作為通道的承載, 其單方向的資源在時間上是不連續的,時間資源在兩個方向上進行了分配。某個時間段由基地台發送信號給移動台,另外的時間由移動台發送信號給基地台,基地台和移動台之間必須協同一致才能順利工作。
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通俗一點講,手機想上網,必須要建立上行和下行的通道:例如,你點擊微信,手機會通過上行通道發送一個請求,然後微信伺服器通過下行通道,把你最新的未讀消息傳到你的手機上。一般情況下,我們使用下行(下載)的時間比較多,而上行(上傳)的時間很少。

為了建立起上行和下行的通道,FDD通過頻率來分割,在兩個對稱頻率上,一個管下載,一個管上傳。就好像是雙車道,兩個方向的汽車互不干擾,暢通無阻。

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TDD採用另一種方式。它只用一個頻率,既負責上傳,又負責下載。好處是比FDD省了一個頻率佔用,資源利用率更高(實際上TDD為了避免干擾,需要預留較大保護帶,也會消耗一些資源)。因為是“單行道”上跑雙向“車流”,TDD只能通過時間來控制交通(時分雙工),一會讓下載的流量通過,一會又讓上傳的流量通過。
很多人把TD-SCDMA和TDD聯繫在一起,,其實兩者沒啥關係。至於為什麼要把TDD叫成TD-LTE?你就當TD-LE只是個品牌名字而已。剛才講了,FDD和TDD的主要差異就是單行道和雙行道差別。而正是這點差異引申出了一些大家都比較關心的網路問題,比如速率、覆蓋。

比誰速度快沒意義
理論上將,在相同的頻寬條件下,比如FDD分配10M+10M,TDD分配20M,TDD的速率會低於FDD,這主要原因是TDD的幀結構中有個叫做特殊子幀的幀,這些幀會被浪費一部分(比如其中的保護時隙)並不傳送任何資料,而FDD的幀不存在這種完全浪費掉的情況。
為什麼說從理論上去比較速率沒有意義?

說實話,因為幾個特殊子幀的原因導致的速率差別並不是很大,這不像3G和4G的速率比較,對使用者來說,感受不會太大。而且,理論和現實總是會有差距的,現實中影響速率的因素很多,比如,信號強度、干擾、通道配置、UE性能、使用者數量等等,這考驗了一個網路的綜合能力。另外,隨著LTE技術的不斷發展,載波聚合技術的應用,以後的LTE網路,不論是TDD還是FDD,速率都不是問題。
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高速場景:FDD完勝TDD
移動台移動速度會受到限制。FDD是連續控制的系統,TDD是時間分隔控制的系統。在高速移動時,多普勒效應會導致快衰落,速度越高,衰落變換頻率越高,衰落深度越深。在目前晶片處理速度和演算法的基礎上,當資料率為144kb/s時,TDD的最大移動速度可達250km/h,與FDD系統相比,還有一定差距。一般TDD移動台的移動速度只能達到FDD移動台的一半甚至更低。
關於這個問題的原因,重點是高速運動時通道變化快,無論是通道估計還是資源調度都需要快。在FDD中,上下行是同時的,如果手機端發現接收通道品質變差,可以通過上行快速告訴基站做調整。但是,在TDD中,由於分時,手機報告的通道資訊就會有延遲。例如,在本次接收發現通道變化後,不能馬上通過上行通道回饋資訊。如果用過單工對講機的人就有體會,在對方講話時,你不能同時講話,明明知道那個人在罵你,你不能立即回應,等輪到你講話時,你可能只記住對方罵你的最後一句話,前面的話都記不清楚了,自然來不及對罵回應。
所以在高鐵覆蓋上,FDD具有絕對優勢。
覆蓋才是TDD的硬傷
大家都說TD-LTE適合熱點區域覆蓋,FDD適合廣域覆蓋,為什麼?關鍵就是覆蓋問題。
早年高通的一份報告顯示,在相同頻率相同功率的條件下,FDD比TDD能提供更好的覆蓋,TDD覆蓋比FDD小80% (DL/UL=2:1)/小40%(DL/UL=1:1)。這主要原因是TDD上行鏈路存在發射功率的時間(一個10ms幀中)要比FDD時間短。關於這個問題,借用一位網友(作者不詳)的分析。
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這個問題,是從理論上討論兩者在覆蓋上的差異,如果TDD(上下行共10M)和FDD(上下行5M+5M)的頻寬相同、發生功率相同、接收模式配置相同,那麼FDD和TDD異系統不應該有覆蓋上的差別。但在LTE網路規劃上通常要考慮這個覆蓋差異。

高通曾發表報告說TDD覆蓋僅為FDD的80%,並解釋原因,在發射功率相同的情況下,TDD上行鏈路存在發射功率的時間(一個10ms幀中)要比FDD時間短。通俗點解釋應該是在FDD模式下,上下行頻率分開,所以上行鏈路UE可連續佔用10ms發射功率,而在TDD模式,時分複用相同頻率,所以上行鏈路UE可發射功率的時長不足5ms,這與與TDD幀結構相關。如下圖,當採用配置模式1時,上下行可用子幀比例為4:4,在一個10ms中,上行鏈路存在發射功率的子幀為4個,即為4ms,相當於上行佔用4/10M頻寬。而在FDD模式連續佔用10ms上行頻寬(5M),所以說TDD上行輸送量相當於FDD的80%。
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換一個角度,從時域上看,一個10ms中,TDD上行鏈路可佔用4ms(4個子幀),而FDD上行鏈路佔用10ms,所以FDD較TDD模式可使用的RB資源更多,產生輸送量越大。

從理論上計算FDD與TDD上行容量相差20%左右,這個值相當於在社區覆蓋邊緣且單用戶時計算出來的。在網路規劃過程中,需要考慮這個因素,設置社區邊緣最大SINR和實際需求的SINR餘量,這樣20%的容量差異相當於SINR降低3db,其他條件不變的情況下,鏈路預算後的社區半徑TDD要社區 FDD,所以說LTETDD的覆蓋要差於LTE FDD。
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不過,要我說,這點理論上的差異也算不了什麼,關鍵的問題還是在頻段的分配上。來看看lte的頻段分配情況。
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FDD-LTE頻譜分怖圖
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TDD-LTE頻譜分佈圖
3GPP規定了TDDFDD兩種制式不同的頻段,從LTE頻譜分配來看,FDD頻段普遍較低,TDD頻段主要分佈在高頻段,網路的頻譜越高覆蓋能力越弱,要想知道頻段對網路覆蓋的影響有多大,看看下面的圖吧!
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不同的頻段,覆蓋差距還是很大的,這就意味著TDD要是實現優質的網路覆蓋需要建設更多的網站,要花更多的錢。細心一點還會注意到,目前聯通電信使用的GSM、CDMA、WCDMA頻段其實都被分配給了FDD,這也有利於FDD替換2G/3G網路。綜合覆蓋因素,也不難理解為何聯通電信鐵了心要上FDD了。
不過,以上講的都是理論上的單站覆蓋範圍,移動通信網路是一種蜂窩狀的網路,由無數的基站組成,真正決定網路覆蓋的,還是基站的數量和分佈,所以,這也是中國移動拿到TDD牌照後瘋狂建站的原因之一啊!
是孩子都會長大
我們說FDD和TDD其實就是兩兄弟,都是一個親媽生的,只是FDD先生,TDD後生。老大先行一步,拔得頭籌;老二呢,也不會甘於落後,用武之地還是很多的。為什麼這樣說?
今天,由於平板和智慧機的廣泛使用,以及移動視頻業務的增長,人們對資料業務的需求越來越高。但是,頻率資源彌足珍貴,運營商必須長遠考慮頻率資源部署。由於LTE有著很高的頻譜利用率,所以未來LTE的整體部署也成為運營商的重要規劃。同樣,TD-LTE,作為FDD制式的一種補充形式,將會迎來新的契機。
FDD和TD-LTE,作為3GPP協議下的兩種LTE制式,最大的區別在於對稱與非對稱的頻率分配。那麼,這一區別將如何影響運營商的頻率部署?
FDD使用成對的頻譜,一個用於上行,一個用於下行。但是,不要忘了,大多數的使用者行為都是下載視頻內容,比如優酷,而不是上載新的內容。這正是TD-LTE的優勢所在。TD-LTE採用的是不對稱頻譜,這意味著上下行流量都在同一頻段內,通過不對稱分配上行和下行,TDD更加有效的利用了頻譜,可以靈活的根據使用者行為調整上下行頻譜分配。
目前,只有幾個國家分配了TD-LTE頻段,可是,大多數的FDD頻段都已經被分配,目前還有很多TDD頻段可以獲得,而且其價格沒有FDD頻段昂貴。
相對從3G到LTE的過渡,部署TD-LTE會更快、更容易。首先,TDD和FDD使用相同的網路結構,因此,已經推出了LTE FDD的頻譜的運營商可以利用相同的基礎設施為TDD部署,這可以為運營商節省一大筆費用。同樣,這可以在不影響現網現有部署的情況,緩解網路沉重的下行流量負擔。
我們看到的另一個趨勢是,全世界的移動運營商都在思考怎樣有效的利用tdd頻段,這包括在TDD頻段上的廣播業務,利用它實現M2M通信。正是由於TDD的加入,運營商們可以開闢更多的新市場,比如公共安全、健康服務等等。
5. 牌照 | 不發FDD牌照,其實對聯通電信更有利
先說說大陸工信部為何偏愛TDD
先問大家一個問題,是什麼推動了通信事業的發展?為人民服務?其實真正推動通信發展的是-----專利。有人說,如果沒有專利這個東西,估計今天的通信還停留在傳聲筒的階段。
工部愛TDD,也就是這個原因了!但是,要搞清楚,TDD不是像很多媒體所說的中國自主智慧財產權,只是相對於FDD,中國企業貢獻的專利比例要多一些。這就像你和一群來自不同國家的成員組成的合唱團在國外某音樂盛會上拿了獎,一回國,就被很多媒體炒作成你一個人拿了大獎了。
回到小題目的話題,有人說,工信部不發FDD牌照,其實是給了中移動更多空間,這話我贊同。但是,發了FDD牌照呢?就是給了聯通電信更多空間嗎?首先要清楚一點,工信部如果要發FDD牌照,不可能只發給聯通、電信,先不說什麼WTO技術中立原則,中移動首先就會第一個跳出來抗議,尼瑪,TD-SCDMA讓我攤著也就算了,FDD也不給我?這可能嗎?
一旦三家都有了FDD牌照,按移動那一貫的土豪作風,你以為那FDD建站速度能慢到哪裡去?這是工信部、聯通、電信三家都不願意看到的結局。所以,最好的方法,還是沿用TD-LTE規模試驗的老路子,先讓聯通電信開展FDD/TDD融合試驗,其實就是名正言順的建FDD網嘛! 你看看這融合試驗網,現在都已經擴展到237個城市了。中國一共多少個城市?4直轄市、15副省級市、269地級市,這實驗網基本已經覆蓋了全中國啊!這和發牌照有什麼區別?
老實說在台灣行動網路雖沒有韓國來得發達..但是我們的手機普及率倒是蠻高的..在4G 建設上由於當初所選擇的政策錯誤讓LTE多走了好幾年的時光..現在的4G在台灣基本上採用FDD-LTE所以基本上不會有TDD-LTE的互相支援的問題..但在大陸的台商們就有這些困擾了..這篇文章帶您了解什麼是FDD-LTE什麼是TDD-LTE..兩者間有何差別...讓台商們或在大陸台灣兩地跑來跑去的人們有個概念如何選擇自己需要的手機。

本文章最後由( 陳誠誼 )於 2014-10-25 08:50 編輯

★HTC論壇三週年生日快樂★
因為你讓我超越想像、不斷實現完美的畫面,讓我看見這一路令人驚豔的一切,我愛上HTC~
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路過旅人

wenell2014-10-25 04:00

希望公部門能為台灣建設更用心,不要再只為個人私利  犧牲了大家的未來~~我們沒能加再輸了!!!
哈哈哈  有點扯遠了~~4g加油!!

wendell
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陳誠誼2014-10-25 05:51

wenell 發表於 2014-10-25 04:00
希望公部門能為台灣建設更用心,不要再只為個人私利  犧牲了大家的未來~~我們沒能加再輸了!!!
哈哈哈 ...

那是希望,政治人物哪有不為私利而私相授受呢?現在4G台灣的起步已經有點晚了,早期選錯系統讓LTE的路多走了好幾年,這一篇主要針對的是大陸地區台灣同胞,因為在台灣不會存在TDD-LTE與FDD-LTE的問題,因為台灣只有一個標準就普遍使用的FDD-LTE。
本文章最後由( 陳誠誼 )於 2014-10-25 08:45 編輯

★HTC論壇三週年生日快樂★
因為你讓我超越想像、不斷實現完美的畫面,讓我看見這一路令人驚豔的一切,我愛上HTC~
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kwcha3332021-5-6 13:11

謝謝大大分享
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