随着通信行业的快速发展，4G技术是LTE时代。本文基于3GPP R8 LTE协议，从频段、性能、关键技术、具体实现和工程实现等方面对FDD LTE和TDD LTE系统进行简单的对比分析，供大家了解和参考。
1.FDD LTE和TDD LTE的区别
FDD LTE和TDD LTE的区别在于双工模式的不同，带来了系统设计上的一些差异。
1.1双工模式比较
FDD和TDD是两种完全不同的双工模式。FDD使用两个对称的频率通道进行发射和接收，这两个通道之间有一定的频带保护间隔。由于LTE频段的多样性，不同频段的发射和接收间隔是不同的。TDD的发射和接收信号是在同一频道的不同时隙中进行的，它们之间相隔一定的保护时间。它不需要分配对称的频段，因此可以充分利用分散的频谱资源。TDD可以通过调整上下行时隙比例，灵活支持非对称业务数据传输。
TDD的优势：
(1)可以灵活配置频率，使用FDD系统中不易使用的分散频段；
(2)通过调整上下行时隙的切换点，可以调整上下行时隙的比例，可以很好的支持非对称业务；
(3)上下行信道一致，基站的接收和发送可以共用一些射频单元，降低了设备成本；
(4)基站和终端不需要收发隔离器，只需要一个开关，降低了设备的复杂度；
(5)具有上下行信道的互易性，可以更好地采用传输预处理技术，如智能天线技术、预编码技术等，可以有效降低移动终端的处理复杂度；
(6)TDD采用波束赋形天线技术，因此TDD的下行业务覆盖具有明显的先天优势。
然而，与FDD相比，TDD双工模式也有明显的缺点：
(1)由于TDD模式的时间资源分别分配给上行链路和下行链路，因此TDD模式的传输时间比FDD模式少；
(2)2)TDD系统的发射和接收信道频率相同，所以系统间的干扰比较复杂；
(3)上下行时隙切换点的存在，使得对时间同步的要求更加严格。目前全网通常使用相同的时隙比，否则会出现上下行同频干扰。
1.2系统设计比较
PHY处理、MAC处理、RRM处理等方面有一些共性，但是由于子帧结构的不同，也带来一些细微的区别。
LTE系统在FDD和TDD双工模式下，大部分系统设计，尤其是高层协议是一致的。另一方面，在系统底层尤其是物理层的设计上，由于FDD和TDD在物理特性上的固有差异，LTE系统针对TDD的工作模式进行了一系列特殊设计，在一定程度上借鉴和继承了3G TD-SCDMA的设计思想。
1.2.1子框架结构
FDD LTE由WCDMA演进而来，TDD LTE由TDSCDMA演进而来，所以LTE系统在子帧结构上遵从了之前3G系统的特点。
FDD LTE采用10ms的无线帧，有10个子帧，每个子帧包含2个时隙，总共20个时隙，如图1所示。TDD LTE也采用10子帧10ms无线帧的结构，但为了继承TD-SCDMA的特性，TDD LTE帧结构中有一个1ms的特殊子帧，由DwPTS、GP和up-pts三个特殊时隙组成，其中DwPTS始终用于下行传输，Up-PTS始终用于上行传输，而GP则作为TDD中下行到上行转换的保护时间间隔，如图2所示。对于TDD LTE帧结构，有两个周期切换点：
(1)5ms上下行切换周期：位于两个半帧内，两个半帧各有一个专用子帧播放一个专用时隙，分别为子帧1和子帧6；
(2)10ms上下行切换周期：位于前半帧，在子帧1播放特殊时隙。
其中，子帧0和5以及DwPTS a
三个特殊时隙的总长度固定为1 ms，它们各自的长度可以根据网络的实际需要进行配置。在技术规范中，支持如表1所示的9个配置选项。
DwPTS包含物理下行控制信道和数据信道，实现了与其他下行子帧相同的下行数据传输功能。然而，UpPTS不再发送用于发送上行链路探测导频的上行链路数据信道，该上行链路探测导频可用于上行链路信道的测量。UpPTS也可用于传输PRACH格式4。
表1 TDD LTE特殊子帧配置
对于FDD LTE来说，不存在上下行比例的问题，而TDD LTE一个10ms的无线帧要分配上下行，一部分用于传输上行数据，一部分用于传输下行数据。协议中规定的上下游比例见表2。
表2上行链路和下行链路时隙比例
同步信号
由于帧结构不同，主同步信号(PSS)和辅同步信号(SSS)的设计也不同。主同步信号和辅同步信号的相对位置不同：在FDD中，两个信号连接在一起，而在TDD中，两个信号之间有两个符号的时间间隔，如下所示：
一个无线帧中有两个主要的同步信号，完全相同，用于小区搜索时的5ms帧同步。对于FDD，主同步信号位于时隙0和时隙10的最后一个OFDM符号上。对于TDD，主同步信号位于子帧1和子帧6的第三个OFDM符号上，即DwPTS时隙。
一个无线帧中也有两个辅同步信号，但略有不同，用于小区搜索中的10ms帧同步。对于FDD，辅助同步信号位于时隙0和时隙10的倒数第二个OFDM符号上。对于TDD，辅助同步信号位于时隙1和时隙11的倒数第二个OFDM符号上。
参考信号
对于下行链路参考信号，FDD和TDD LTE都支持小区特定的参考信号。同时，TDD LTE也是针对一种UE专用RS进行波束赋形的天线模式。
对于上行链路参考信号，FDD和TDD LTE都支持DMRS和SRS。FDD中的SRS在数据子帧上传输；TDD中的SRS在特殊子帧中的UpPTS上传输。
1.2.4 RACH
RACH有两个功能：(1)检测UE的网络接入请求；(2)估计定时提前量。
FDD RACH信号在时域中占据1 ~ 3个子帧，由CP前导序列GT组成。除了与FDD相同的子帧之外，TDD RACH信号可以在其特殊子帧的UpPTS上发送和接收。长RACH信号在频域中占用6个RB大小的资源，并且它们的位置由更高层配置。短RACH信号在频域中占用6~36个RB资源块。RB由12个数据子载波(15KHz)组成，数据子载波由12个RACH子载波(1.25KHz)组成；TDD支持的格式4的RACH子载波间隔为15KHz。
之所以采用短RACH，也与TDD对特殊时隙的设计有关。短RACH在特殊时隙(UpPTS)的最后一部分传输，利用这部分资源完成上行随机接入操作，避免占用正常子帧的资源。使用短RACH时，需要注意的一个主要问题是其链路预算所能支持的覆盖半径。由于其时间长度比其他RACH序列短，其链路预算比其他格式低，适用于覆盖半径较小的场景。
允许多个随机接入信道(频分)同时存在，是TDD上下行时分结构的另一个设计结果。在LTE FDD的设计中，同一时刻只允许有一个随机接入信道，即随机接入信道的数量只在时域内变化。但是，在TDD中，时间资源已经在上行和下行中分配，由于上行和下行比例不同，可能会有少数上行子帧(如DL:UL=9:1)。因此，在TDD中，需要支持频分随机接入信道，即在同一时间位置提供多个不同频率的随机接入信道，为系统提供足够的随机接入容量。
PCFICH
PCFICH携带PDC占用的OFDM符号数信息，eNodeB通过PCFICH通知UE一个子帧中PDC占用的OFDM符号数，这个OFDM符号数用CFI表示。PCFICH在每个子帧中传输。
TDD LTE中有特殊的子帧。当在特殊子帧中传输下行链路数据时，由相应的PDCCH占用的OFDM符号的最大数量将会更小。如表3所示，除了在子帧1和6中由所提供的PDCCH占用的OFDM符号的数量不同之外，TDD与FDD LTE相同。
表3 PDC占用的OFDM符号数
1.2.6 PHICH
PHICH携带eNodeB对上行链路传输信号做出的NAK/ACK响应信息。在一个子帧中，有两种主要类型的PHICH持续时间，一种是短PHICH，另一种是长PHICH。在PBCH，该持续时间由1位表示。在每个下行子帧中，需要传输PHICH，并且可以同时传输多个PHICH组。
对于FDD，在所有子帧中PHICH组的数量是固定的。对于TDD，下行子帧之间的PHICH组数量是可变的，在不同的上下行时隙比下是不同的，如表4所示。
表4贸易和发展司的PHICH小组数量
1.2.7 HARQ
在FDD和TDD的情况下，在数据和ACK/NAK反馈之间存在不同的时间对应(即，HARQ定时)。
对于FDD，下行链路HARQ过程的最大数量是8。对于TDD，下行链路HARQ过程的数量由上行链路和下行链路时隙的比率决定，如表5所示。
表5 TDD中下行HARQ过程的数量
对于TDD，上行链路HARQ过程的数量由上行链路和下行链路时隙的比率以及子帧类型决定，如表6所示。
表6 TDD中上行链路HARQ进程的数量
多天线技术
LTE支持七种天线传输模式。
模式1:单天线端口(端口0)；
模式2:发射分集(端口0，1，2，3)；
模式3:开环空间复用(端口0，1，2，3)；
模式4:闭环空间复用(端口0，1，2，3)；
模式5:多用户MIMO(端口4)；
模式6:闭环秩=1预编码(端口0，1，2，3)；
模式7:单天线端口(端口5).
FDD LTE支持mode-1 ~ mode-6，TDDLTE支持mode-1 ~ Mode-7，其中Mode-7为波束形成模式，针对TDD LTE。TDD LTE R9中增强了模式7，引入了双流波束形成，称为模式8。
1.3天线性能比较
1.3.1理论峰值速率比较
表7下行理论峰值速率对比(20MHz)
注：配置5的上下游比为1:8，配置0的上下游比为6:2。
3GPP TS25.913中规定，对于FDD LTE，下行瞬时峰值速率应达到100Mbps，上行瞬时峰值速率应达到50Mbps。然而，对于上行链路和下行链路带宽共享没有这样的要求。因为TDD共享上下行的带宽，所以用瞬时峰值速率来比较FDD和TDD的性能是不合理的。通常采用折中的方法，用频谱效率来评价性能。
在TS25.913和NGMN的要求中，规定天线配置为下行2 2MIMO时，下行频谱效率应达到5bps/Hz，上行12 SIMO时，上行频谱效率应达到2.5bps/Hz。表7和表8是在20MHz带宽下给出的结果，从中可以看出TDD和FDD都能满足要求。此外，TDD和FDD的峰值频谱效率接近。
1.3.2系统仿真的吞吐量和频谱效率比较
表9给出了低速移动场景下，系统带宽为10MHz，天线配置为22闭环预编码MIMO时的评测结果。表10给出了在低速移动场景下的评估结果，系统带宽为10MHz，采用一个发射机和两个接收机的接收分集。
从吞吐量来说，TDD的传输时间比FDD少，所以它的吞吐量明显比FDD少；从频谱效率来看，TDD和FDD还是比较接近的。
表9下行吞吐量和频谱效率
天线选择
TDD LTE最多支持8根天线。除了FDD LTE支持的多天线技术，下行还支持8BF和4BF，上行还支持8天线接收分集。R9将考虑双流高炉。通常使用8通道平板天线。
FDD LTE最多支持4根天线，最多支持4*4 MIMO下行和2*4 MIMO上行，通常使用双天线。
TDD的主要BF技术在安装时要求空间隔离度低，因此TDD适用于多通道平板天线。FDD主要的空间复用和发射分集技术在安装时需要高度的空间隔离，但对信道数量的要求没有TDD那么多，所以FDD可以采用双极化天线。
1.3.4联网模式
TDD LTE和FDD LTE都支持同频组网和异频组网。同频组网类似于现在的UMTS同频组网，频率复用系数为1。所有小区使用相同的频率。
目前TDD和FDD的小区间同频干扰抑制支持静态ICIC、半静态ICIC和动态ICIC。ICIC基于分数频率复用技术，其目标是相邻小区边缘区域使用的频率不同，而小区中心区域使用的频率可以相同。
异频组网类似于现在的GSM异频组网，只是LTE异频组网的复用系数是3。相邻的三个小区使用不同的频率。
2.结论
从上面的分析可以看出，由于双工模式不同，TDD LTE和FDD LTE在系统设计上存在一些差异，使得RRU只能单独设计，但得益于SDR平台的特性，BBU可以在同一个平台上开发。
在频段划分上，TDD LTE和FDD LTE是互补而非竞争关系。只要满足标准中两个系统之间的干扰，它们一起组网是可行的。
从技术角度来说，TDD有以下优势：(1)可以灵活配置频率，使用FDD系统中不易使用的分散频段；(2)通过调整上下行时隙的切换点，可以调整上下行时隙的比例，可以很好的支持非对称业务；(3)上下行信道一致，基站的接收和发送可以共用一些射频单元，降低了设备成本；(4)基站和终端不需要收发隔离器，只需要一个开关，降低了设备的复杂度；(5)具有上下行信道的互易性，可以更好地采用传输预处理技术，如智能天线技术、预编码技术等，可以有效降低移动终端的处理复杂度。(6)TDD采用波束赋形天线技术，因此TDD的下行业务覆盖具有明显的先天优势。
但TDD双工模式相比FDD也有明显的缺点：(1)由于TDD模式的时间资源分别分配给上行和下行，因此TDD模式的传输时间比FDD模式少。TDD要想发送和FDD一样多的数据，就要增加TDD的传输频带宽。(2)2)TDD系统的发射和接收信道同频，系统间的干扰比较复杂。(3)上下行时隙切换点的存在，使得对时间同步的要求更加严格，全网往往使用相同的时隙比，否则会出现上下行同频干扰。
