TDD （时分双工）技术的涌现是混合式 LTE TDD/FDD（长期演进式时分双工/频分双工）部署模式的开始，为容量提升和数据分流开辟了一条新的途径。

随着智能设备的涌现，人们开始下载容量空前庞大的内容，运营商网络的压力持续不断的增加。结果，全球的无线运营商们开始面临着用户对高速移动宽带服务与日俱增的需求。越来越多的用户对诸如 YouTube 和 Netflix 等带宽消耗型应用趋之若鹜，迫使运营商们纷纷寻求相应的技术来满足这一日益增长的需求。

许多运营商都把 LTE 视为移动宽带技术事实上的全球标准，因为它能够节约成本、频谱效率高、并具有良好的移动性和互操作性。然而，与此同时，运营商也注意到，要为用户提供接近于有线线路的速度和处理能力，就必须对数据流量进行分流。根据美国高通公司最近的一份报告，尽管 LTE 允许运营商使用更新的更宽的频带并提升现有的 3G 网络来处理更大的移动流量，但是无线电通信线路的流量提升正在迅速接近其理论极限，而可供运营商们使用的频带通常又很有限且价格昂贵¹。

在为无线用户提供接近于有线线路体验的竞争中，运营商可谓不遗余力、绞尽脑汁。运营商已经在通过小型蜂窝式设备和Wi-Fi对数据流量进行分流，但发现这些解决方案都缺乏移动性。当大部分用户都身处居民区、机场和咖啡厅等热点地区附近时，Wi-Fi对于提升用户体验很有效，且其产生的数据流量能够被降低到适合无线网络应用的水平，但它不是可移动的。宏蜂窝式设备和小型蜂窝式设备的混合组网方式——也被称之为“异构网络”（HetNet），以及本地 IP 访问（LIPA）等小型蜂窝增值服务能够缓解压力，但是这些解决方案同样只限于特定的使用场所和特定的用户数量。

只有当运营商尝试过了所有可能的数据分流方法之后， LTE 形式的时分双工（TDD）才会闪亮登场。 TDD 能够作为对频分双工（FDD）网络的一种辅助性解决方案加以部署，为人口稠密地区提供额外的数据容量，为数据分流和小型蜂窝部署的回程开辟了一条新的途径。

什么是 TDD？

LTE 技术存在着两种运行模式： FDD 和 TDD，两者在技术上非常相似，并都属于同一种无线接入规范。 LTE FDD 和 TDD 同时于 2009 年作为 3GPP 规范的一部分被定义并推出，以便在一种通用的核心网络架构上来高效地利用成对和不成对的频带分配模式。两者的主要区别在于所使用的双工方法。

在 LTE FDD 和 LTE TDD 当中，被传送的信号被组织成持续时间为一毫秒（ms）的子帧，10 个子帧组成一个无线帧。每个子帧通常由 14 个正交频分多路复用（OFDM）符号（一个扩展循环前缀中有 12 个 OFDM 符号）组成。虽然 LTE FDD 以及 LTE TDD 的这一帧结构在绝大多数方面都是相同的，但是两者还是有一些区别——其中最引人注目的是在 TDD 中采用了“专用子帧”。 TDD 中的这一子帧是为上行线路（UL）或下行线路（DL）的数据传输而分配的。

在采用 FDD 运行模式的情况下，会采用两种载波频率，一种用于 UL 传输，另一种用于 DL 传输。因此，在一个帧周期当中，会存在 10 个UL 子帧和 10 个 DL子帧，且一个蜂窝设备中能够同时进行 UL 传输和 DL 传输。

在 TDD 运行模式下，则只有一个载波频率，且蜂窝设备中的 UL 传输和 DL 传输在时间上始终是分开的。由于 UL 传输和 DL 传输使用的是相同的载波频率，因此基站和移动终端必须都要从传输模式切换到接收模式，反之亦然。因此，由于一个子帧要么是 UL 子帧，要么是 DL 子帧，所以一个方向上的每个无线帧的子帧数量要小于 10。 

图 2  FDD 能够在不同的频率上用固定的 DL\UL 信号覆盖更大的地区，而 TDD 能够采用灵活的DL/UL 比率来提供更大的 DL 容量²。

LTE TDD 与 FDD 的关系

TDD 使得在 UL 和 DL 之间动态地改变容量比来重新分配时隙变得相对更容易，从而使它更适合于目前的DL模式符合重的流量模型。在大多数应用实例当中，网络运营商都希望 DL 的容量比 UL 的容量更大，因为用户下载视频或网页等内容要比上传他们自己创建的内容更为频繁。

TDD 在除 TD-SCDMA 的部署范围之外的 3G 网络中并未得到广泛部署，但其实它在LTE中有很大的潜力。运营商们最初不太愿意采用这一新技术，因为它与WiMAX很相似，但是后来发现 TDD 和 FDD 技术能够很好地相容共处，因此目前已开始采用 TDD LTE 来支持新的市场。因为它们拥有共同的核心网络架构，因此不存在额外的固定资产投入(CAPEX)，而且这两种技术能够无缝地交互操作。其主要区别是对特定的射频（RF）组件的要求。另一个重要区别是物理层的定义。较高的几个协议层和网络架构的其他部分仍然适用于 FDD。

但 FDD 依然是主流。大多数商业化的 LTE 都是基于 FDD 的，因为 FDD 模式的生态系统更为成熟，且依然是大多数频带分配机制所采用的模式。全球所有主要的运营商都已经在为其 4G LTE 网络获取 FDD 频带的宽带资源，另外，由于 FDD 频带在 UL 和 DL 中原本就是对称的，因此它非常适合于语音传输。此外，由于在不同频率上的 DL/UL 是固定的，因此 FDD 能够覆盖更大的区域。

然而，一些运营商能够通过同时部署两种技术来利用 TDD 的优势为视频等非对称性应用或者M2M应用等更新的领域来分流。例如，Vodafone 已经开发了一种创新的  LTE TDD 使用案例，将其作为小型蜂窝部署方案的回程。在多媒体广播组播（MBMS）的推动下，非成对 TDD 模式也就理所当然被用来高效地传送 DL 中的广播信息，且不会对采用 FDD 模式并行传送的用户服务产生影响。

现有的 FDD 网络能够利用 LTE TDD 来进行有针对性的容量扩充，通过尽可能使用通用的 EPC 网络结构来确保更大的规模经济。TDD 从一开始就非常适用于热点的扩容（ 微微蜂窝和毫微微蜂窝）和小型节点的新型 LTE TDD 网络规划。 LTE TDD 对于小型节点而言是一种非常优秀的室内辅助方案，因为它不会对 FDD 网络产生干扰。它是一种利用非成对频带的完美技术，通常可以用在更高的频段上从而更加适合于扩容，且产生的碎片更少。大多数 FDD 部署活动都使用 2.6GHz 的频段，而某些大型部署当中则采用了其他频段。采用多个不同频段来部署同一种技术的风险在于其应用推广会受到阻碍，因为制造商不会生产如此之多的设备来为其提供支持。由于大多数方案都计划在两个频段内实施：2.3GHz 和 2.6GHz，因此 TDD 模式处在一种更为有利的位置上。芯片组制造商尤其热衷于在人口众多的国家部署 2.3GHz 的频段。TDD 还支持大量的智能天线技术，如波束成型技术。 LTE TDD 热点与 LTE FDD 宏蜂窝的结合将能够扩大容量和增大覆盖范围。

网络基础结构设备与设备芯片组领域的大多数销售商都在其商业化产品中同时提供了对 TDD 和 FDD 的支持，表明他们都意识到了两种技术的巨大市场潜力。这样可以简化实现过程并最大限度降低部署 LTE TDD 的运营成本和固定资产投入（OPEX / CAPEX）。TDD 在数据吞吐量和时延上与 FDD 不相上下，而且也可以实现从 FDD 到 TDD 的切换 (HO) 过程，反之亦然。

这是混合型 LTE TDD/FDD 部署模式新的开端。

TDD 技术应用的当前状态

LTE TDD 有望于 2015 年得到广泛应用，达到 890万的连接数，并占到该年度 LTE 连接数预计总量的 25 % 左右。

图 3  Ovum 预计，LTE FDD 将于 2012-2013 年被推出，而 TDD 将于 2013-2014 年推出以支持LTE TDD3。

LTE FDD 的发展

它被定义到六个载波频宽，其范围从 1.4 到 20MHz，不过预计它会在较高的频段上得到最为广泛的使用，与 FDD 类似。电信组织已经在着手在进行针对反向兼容性方面和重新选取的额外定义。此外，将LTE 推向公共安全和卫生保健等其他市场外也促进了 TDD 技术的整体发展——TDD实际上已经进军这些市场。

TDD 的设备供应也很充足。高通公司，美国手机芯片组市场的领军者，正准备推出一种多模 LTE FDD/LTE TDD 芯片组并提供对 3G 服务的反向兼容性。ZTE 和其他众多公司也在积极努力以确保其设备能够支持 FDD 和 TDD 且无需额外的成本。

TDD 频带已经在很多国家中得到了分配。在欧洲和亚洲的一些 UMTS 移动运营商获得了 2.1GHz 波段的少量 TDD 频带。这一频带同时也用作 UMTS FDD 频带的更大信道而得以分配，而在大多数情况下 TDD 频带都是不使用的。但是，大多数运营商都选择以 2.3 GHz 和 2.6 GHz 的频段来提供服务。这两个频段所提供的连续性频带区块最大，从而可以最大程度地提升性能。

在 TDD 模式迅速普及的同时，仍然可以使用非成对频段，而且其价格不像 FDD 那么昂贵。对于遵循欧洲邮电管理委员会（CEPT）推荐规范的欧洲、亚洲和拉丁美洲国家来说，这意味着 50MHz 的 TDD 应当与 2x70MHz 的 FDD 相集成来参与 2.6GHz 频段的竞标。其他国家则允许运营商自己来决定该选用哪一种技术。此外，一些市场还分配了保持技术中立的经营许可，允许其使用 LTE TDD 的频带。

此外，世界各地的供应商都进行了互通性测试（IOTs），使得 TDD 技术更加可靠，而且很多供应商都已宣布LTE（FDD 或 TDD）的部署计划。例如，TDD 对于采用  2.3GHz 或 2.5GHz 频段的WiMAX运营商或“greenfield”运营商来说不失为一种选择，因此WiMAX运营商向 LTE 转变已是大势所趋。从WiMAX的开发当中获得的专业技术在转向开发 LTE TDD 解决方案时也是一笔宝贵的资产，因为两种技术都是以 IP OFDM 为依托的。这些相似点为WiMAX运营商向 LTE 过度提供了一条捷径。

TDD 在不同市场和地区的推广

TDD 已经在亚洲和欧洲显示了强劲的势头，因为这些地区的很多项目发起机构都将 TDD 纳入了其网络部署规划中。英国宽带通信服务公司（UKB）就是采用华为的 LTE TDD 解决方案而在伦敦建立了第一个 LTE 网络。这是世界上第一个采用 LTE TDD 3.5GHz 来部署的网络，也是英国的第一个采用 LTE TDD 部署的商业化网络。 UKB 将从 2012 年 5 月起采用一种大规模的模式，与合作伙伴一同为商业实体、消费者和公共机构提供商业化服务。在北京等大城市，很多人都生活在钢筋水泥修建的摩天大楼内，这对于向4G/LTE 等频率技术转变的移动运营商来说从覆盖范围和信号质量上都提出了挑战。为了改进服务，运营商们绕过了本地的 FDD 宏蜂窝基站，并采用家用的 TDD 毫微微蜂窝基站来通过家用宽带连接来传送服务。

中国和印度都在致力于部署这一技术，而其他各个国家的运营商也因为其规模经济而开始提供支持。 TDD 代表了中国移动的宽带战略的未来，而印度的宽带无线接入的竞标也激发进了该行业对 LTE TDD 的兴趣。由于在通过空中接口的帧传输方式上具有更大的灵活性，对支持 TDD技术的设备的需求主要是从中国和日本开始的。这些国家需要基于 TDD 的和印度宽带无线接入，因为与 FDD 相比，它能够更方便地管理容量并降低干扰。由全球最大的三个地区开始选择部署 LTE TDD，因此，其他国家也很有可能会争夺在这一市场中的份额。例如，Clearwire和 Sprint 已经将 TDD 推向了美洲市场。

案例研究

Radisys Trillium LTE 软件同时支持 FDD 和 TDD。在最近的一个成功案例中，Tier-1 设备制造商集成了 Trillium TOTALeNodeB LTE Femtocell软件，并通过签约获得了Radisys Services 的有关 PHY/MAC 集成方面的技术援助，从而比全面自研更能节约时间和开放成本，同时将其进入市场的时间从原来的两年或更长缩短为六个月。Trillium 软件在设计上可支持从小规模向大规模部署扩展，并进行了优化，从而能够保证最小运行在一颗处理器上并提供完整的功能。

图 4  Radisys提供了 LTE TDD 解决方案以及完整的端到端 LTE 解决方案。

随着多种数据分流技术的采用、HetNet理念的引入、频带效率的提高以及目前创新式数据方案的推出等，为无线用户提供接近于有线线路体验的移动宽带梦想正在成为现实。 TDD （时分双工）技术的涌现是混合式 LTE TDD/FDD（长期演进式时分双工/频分双工）部署模式的开始，为容量提升和数据分流开辟了一条新的途径。该行业正在朝着混合型 LTE 的部署方向迈进，其中，毫微微蜂窝和小型蜂窝采用的是 TDD 模式，而宏蜂窝基站则采用 FDD 模式来构建HetNet拓扑结构以解决干扰问题。在毫微微蜂窝上实施 TDD 能够提高信号质量和优化频宽分配，从而为终端用户带来高质量的体验。 TDD 已经证实了其有能力克服无线网络当前所面临的挑战。由于其可承受的频段，TDD 将在人口稠密地区成为一种有效的缓解措施，为视频和 M2M 应用等非对称数据的分流而扩充容量。

关于作者

作为Radisys公司的首席系统架构师，RenukaBhalerao主要致力于 3G 和 LTE 无线技术及相关网络架构的研究。Renuka在电信软件及系统领域有着丰富的工作经验，并在无线、小型蜂窝及 VoIP 领域有着渊博的专业知识。

英文版本请参考：http://eetimes.com/design/communications-design/4371992/The-Evolution-of-LTE-TDD