LTE代表什么?TD-LTE和LTETDD是同一种通讯标准吗?TDD和FDD的区别是什么?

原创 Keysight射频测试资料分 2025-01-06 06:30

LTE代表什么?

长期演进(LTE - Long Term Evolution)是移动通信系统中使用的创新高性能空中接的项目名称。LTE 由第三代合作伙伴计划(3GPP)开发,是通用移动电信系统(UMTS)朝向全 IP宽带网络的演进。LTE演进无线接入技术 ― E-UTRA 可以提供一个框架,以提升数据速率和整体系统容量,降低时延并改善频谱效率和信元边缘性能。

TD-LTE(TD-SCDMA Long Term Evolution)是长期演进的缩写。3GPP标准化组织最初制定LTE标准时,定位为3G技术的演进升级。后来,LTE技术的发展远远超出了预期,LTE的后续演进版本Release10/11(即LTE-A)被确定为4G标准。LTE根据双工方式不同,分为LTE-TDD和LTE-FDD两种制式,其中LTE-TDD又称为TD- LTE。

LTE主要特性

LTE-Advanced特性

1. 载波聚合 Carrier Aggregation

载波聚合是通过聚合 20 MHz 连续和非连续分量载波来创建更宽的带宽,以实现高达 100 MHz 的频谱。

2. 单载波频分多址(SC-FDMA)技术

3. 中继技术 Relaying

中继方法是使用中继器,接收、放大,然后重新传输下行链路和上行链路信号,以克服覆盖不良的区域。

LTE测试

LTE 的成功部署取决于系统各元素的兼容性和有效的互通。一致性测试可以确保这些元素满足 3GPP 规范中定义的最低性能水平。LTE一致性测试覆盖基站、用户设备和无线资源管理性能。这些也是当今开发 LTE 网络和用户设备的厂商的一大关注点。

复杂而灵活的 LTE空中接口支持调制格式、频段、资源分配和移动性的诸多选项。因此,可以测试的射频配置排列数量巨大。在选择用于 LTE一致性测试的射频配置时,3GPP 确定的参数组合代表了最困难的操作条件,因此,如果产品通过了测试,我们就可以认为该设备在许多其他挑战性更低的场景中能有效运行。

尽管一致性测试清单看起来很长,但仍然需要其他类型的测试。例如,由于一致性测试仅提供合格/不合格结果,没有显示产品对于特定限制的近似程度,因此有必要对性能裕量进行进一步调查。LTE一致性测试的设计主旨是确保网络的底层传输机制可以承载最终用户业务,因此,更高级别的应用仍然需要加以测试。运营商验收测试是这个过程中的另一步,它包含更多以用户为中心的测试。因此,一致性测试代表了迈向 LTE部署的一个重要步骤,但它们既不是测试过程的开始,也不是测试过程的结束。

FDD是什么? TDD和FDD的区别是什么?

TDD是一种通信系统的双工方式,在移动通信系统中用于分离接收和传送信道。TDD和FDD都是移动通信4G的网络制式,但是原理不同,各有优点。

4G的TDD和FDD是什么意思?

TDD代表什么?

TDD时分双工技术(Time Division Duplexing)时分双工技术,在移动通信技术使用的双工技术之一,与FDD相对应,是在帧周期的下行线路操作中及时区分无线信道以及继续上行线路操作的一种技术。

FDD是什么?

FDD频分双工(Frequency Division Duplexing)是移动通信系统中使用的全双工通信技术的一种,与TDD相对应。FDD采用两个独立的信道分别进行向下传送和向上传送信息的技术。为了防止邻近的发射机和接收机之间产生相互干扰,在两个信道之间存在一个保护频。

FDD频分双工技术TDD时分双工

TDD:时分双工(Time Division Duplexing),收发共用一个射频频点,上、下行链路使用不同的时隙来进行通信
FDD:频分双工(Frequency Division Duplexing),收发使用不同的射频频点来进行通信

TDD和FDD通信原理

TDD和FDD已经是比较成熟的技术了,这些拓扑广泛用于高级无线通信系统,例如WLAN,WiMAX(固定/移动),LTE等。如图所示,在TDD系统中,收发系统在不同的时刻都使用了相同的频段,即Fc频段。而在FDD系统中,收发系统在同一时刻使用不同的频带Fc1和Fc2进行信号传输。

TDD和FDD通信原理


上行链路和下行链路是什么意思?

我们知道,在无线通信系统中,从基站到用户站的传输称为下行链路,而从用户站到基站的传输称为上行链路。

上行链路是指数据从终端设备或用户发送到网络中心或服务提供商的传输方向,用于上传文件、发送请求等操作。下行链路则是指数据从网络中心或服务提供商传输到终端设备或用户的方向,主要用于下载文件、接收响应等操作。

在TDD系统中,上行链路和下行链路的信号传输时间尺上按序排列,即上行链路在“ t1”时隙发送,而下行链路在“ t2”时隙发送,两个发送时隙直接有保护时间间隔。上行链路和下行链路传输都是在相同的RF载波频率(Fc)上进行。

在FDD系统中,上行链路和下行链路的信号在同一时隙('t1')上进行传输,但是上行链路和下行链路被调制到两个不同的频率Fc1和Fc2上。

FDD是一种出现较早的技术,比较适合于类似语言这样的对称流量的应用,而TDD适合于诸如Internet或其他以数据为中心的突发性,非对称流量的应用。

1. 在TDD中,发送器和接收器的工作频段相同,但分间工作。因此,TDD系统可共用滤波器,混频器,频率源和合成器,从而降低了隔离发射和接收天线之间的复杂性和成本。FDD系统使用一个双工器和/或两个需要空间分隔的天线,不能重复使用资源,导致FDD系统的硬件成本更高。

2. TDD比FDD更有效地利用频谱。在服务提供商没有足够带宽的应用环境,发射和接收通道之间没有足够的保护带宽,FDD则不能满足应用需求。

3. TDD比FDD更加灵活,可以满足动态地重新配置分配的上行和下行带宽以响应客户需求的需求。

4. TDD允许通过适当的频率规划来减轻干扰。与FDD相比,TDD仅需要一个无干扰信道,而FDD则需要两个无干扰信道。

但是与FDD系统相比,TDD系统需要处理系统间精确的时间同步,从而导致MAC层相对复杂度更高。

TDD和FDD的区别

1. 双工方式区别
TDD:时分双工(Time Division Duplexing),收发共用一个射频频点,上、下行链路使用不同的时隙来进行通信。
FDD:频分双工(Frequency Division Duplexing),收发使用不同的射频频点来进行通信。

2. 速率区别

理论上讲,在相同的带宽条件下,比如FDD分配10M+10M,TDD分配20M,TDD的速率会低于FDD,这主要原因是TDD的帧结构中有个叫做特殊子帧的帧,这些帧会被浪费一部分(比如其中的保护时隙)并不传送任何数据,而FDD的帧不存在这种完全浪费掉的情况。

3. 区域覆盖区别

TD-LTE适合热点区域覆盖,FDD适合广域覆盖。早年高通的一份报告显示,在相同频率相同功率的条件下,FDD比TDD能提供更好的覆盖,TDD覆盖比FDD小80%(DL/UL=2:1)/小40%(DL/UL=1:1)。这主要原因是TDD上行链路存在发射功率的时间(一个10ms帧中)要比FDD时间短。

4. 移动台移动速度区别

FDD是连续控制的系统,TDD是时间分隔控制的系统。在高速移动时,多普勒效应会导致快衰落,速度越高,衰落变换频率越高,衰落深度越深。在目前芯片处理速度和算法的基础上,当数据率为144kb/s时,TDD的最大移动速度可达250km/h,与FDD系统相比,还有一定差距。一般TDD移动台的移动速度只能达到FDD移动台的一半甚至更低。

FDD 帧类型 1

在 FDD 模式下,上行和下行帧均为 10ms 长,在频率或时间上是分开的。

  • 对于全双工 FDD,上行和下行帧按频率分开,并连续同步传输。

  • 对于半双工 FDD,唯一的区别是 UE 不能在传输时接收。

  • 基站可以指定相对于下行帧应用于上行帧的时间偏移(在 PDCCH 中)。


TDD 帧类型 2


在 TDD 模式下,上行和下行子帧以相同频率传输,并在时域中复用。上行、下行和特殊子帧的位置由上行-下行配置决定。标准中给出了七种可能的配置。以下是上行-下行配置设置为 2 且特殊子帧配置设置为 6 的 TDD 帧的说明。


LTE系统支持FDD和TDD两种双工方式。

FDD帧结构

FDD下行帧结构


FDD下行物理映射

FDD上行物理映射


TDD帧结构

DL、UL 和特殊子帧


TDD 5 ms 开关周期映射


总之,TDD和FDD都是移动通信4G的网络制式,但是原理不同,各有优点。

FDD是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送,用保护频段来分离接收和发送信道。FDD必须采用成对的频率,依靠频率来区分上下行链路,其单方向的资源在时间上是连续的。FDD在支持对称业务时,能充分利用上下行的频谱,但在支持非对称业务时,频谱利用率将大大降低。 

FDD-LTE是最早提出来的LTE系统模式,其发展目前也是最为成熟的一种,在世界各国推广的LTE系统模式中也最为普遍,备受广大的网络基础设备厂商和终端生产商的支持,高通就是FDD-LTE主要支持者和芯片供应商之一,值得一提的是几乎现在所有存在商业化LTE网络的国家,都在使用LTE-FDD系统。  

TDD方式的移动通信系统中,接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载,其单方向的资源在时间上是不连续的,时间资源在两个方向上进行了分配。某个时间段由基站发送信号给移动台,另外的时间由移动台发送信号给基站,基站和移动台之间必须协同一致才能顺利工作。  

另外,业界采用的LTE-Advanced,相比之前的LTE,LTE-A可以补充下行链路,采用了载波聚合、上/下行多天线增强、多点协作传输、中继、异构网干扰协调增强等关键技术,能大大提高无线通信系统的峰值数据速率、峰值谱效率、小区平均谱效率以及小区边界用户性能,同时也能提高整个网络的组网效率,这使得LTE和LTE-A系统成为未来几年内无线通信发展的主流。目前载波技术已经进入试运行。所以相对于FDD双工方式,TDD有着较高的频谱利用率。

上行链路


上行链路用户传输包括上行链路用户数据 (PUSCH)、随机接入请求 (PRACH)、用户控制信道 (PUCCH) 和探测参考信号 (SRS)。

FDD 和 TDD上行链路传输具有相同的物理信道和信号。唯一的区别是 TDD 帧包含一个特殊子帧,其中一部分可用于 SRS 和 PRACH 上行链路传输。

下图显示了 LTE 上行链路帧的一部分,其中包含每种类型的上行链路信道的分配。该图适用于 TDD 和 FDD。

用户 1 的 PUSCH 分配为 [RB 20,时隙 4-5],用户 2 的 PUCCH 分配为 [子帧 2,PUCCH 索引 0]。用户 3 在子帧 2 中获得了子载波 94 至 135 的 SRS 分配,用户 4 正在 PRACH 分配中进行传输。


用户不能在同一个时隙中同时传输 PUCCH 和 PUSCH 数据。

LTE FDD测试和LTE TDD测试

LTE 第 6 条测试

这些测试用于确定发射机的性能,通常只需要使用一个信号。干扰信号应用于发射机端口。这些测试用于确定一系列属性,例如在存在干扰源的情况下的功率调整能力,以及抑制由于互调而产生的不良信号的能力。只有 N5172B EXG 或 N5182B MXG 信号发生器支持这些测试。

测试用例 6.2.6 相邻 UTRA 信道保护的家庭 BS 输出功率的不同之处在于它使用 W-CDMA 信号而不是 LTE 信号作为干扰源。由于它使用 W-CDMA 信号,因此需要拥有 N7600B Signal Studio for W-CDMA/HSPA+ 的许可证,如要求中所示。

测试用例 6.2.8 同信道 E-UTRA 信道保护的家庭 BS 输出功率可以选择使用一个或两个干扰源。使用两个干扰源时,两个信号之间的偏移可能会很大,超出仪器的能力范围。鉴于这种可能性,建议为每个干扰源使用单独的信号发生器。

LTE 第 7 条测试

大多数此类测试都提供了将波形组合成单个波形文件的灵活性,因此所需的仪器最少。例如,仅使用单个信号发生器作为独立仪器,或仅使用 PXB 中的一个 BBG,并将 PXB 连接到一个信号发生器。这种灵活性的例外是 7.6 阻塞(共置)测试。此测试始终需要使用单独的信号发生器或 PXB BBG 以及每个信号的附加信号发生器。如果组合信号超出仪器带宽限制,其他 7.6 阻塞测试也可能需要为每个信号使用单独的信号发生器。如果其他 7.6 测试出现这种情况,软件会提供一条消息。

除了使用 PXB 之外,MIMO 和衰落也是可以添加到信号中的考虑因素。

LTE 第 8 条测试

信号组合和仪器使用

每个测试信号都需要一个单独的信号发生器,因为测试信号无法组合成单个波形文件。但这些信号发生器如何控制信号取决于衰落模拟器的选择、PXB 或外部推子。

使用 PXB,PXB 根据软件的输入控制信号发生器。PXB 生成信号,然后使用 PXB 设置窗口中设置的 PXB 配置将信号输出到信号发生器进行上变频。由于 PXB 控制信号发生器,因此测试设置窗口中的信号发生器字段显示为灰色。

使用外部推子,用户必须为每个信号选择不同的信号发生器。每个信号发生器都必须配置并在硬件连接和设置节点中显示为已连接。然后,软件控制并将信号和设置下载到每个信号发生器。

测试案例 

对于 PUSCH 上的测试用例 8.2.3 HARQ-ACK 多路复用,所需信号 FRC 选择为 A3-1,生成此信号可能需要几分钟时间。这是因为需要更长的波形长度才能在有效载荷数据中提供足够的随机性。计算机的 CPU 速度也会影响此时间。为了减少后续执行的生成时间,软件在初始生成时会创建一个具有唯一名称的本地波形文件。在后续执行时,如果没有包括通用设置在内的设置更改,软件会下载现有的波形文件。这节省了时间,因为软件不必重新生成文件以供下载。要使软件使用此功能,目标仪器必须具有 Signal Studio 软件所需的基本/高级波形回放许可证,并且未选中(禁用)覆盖设置。测试用例管理器使用 Signal Studio 实时许可证代替回放许可证的功能无法使用。在后续执行时,如果自初始波形生成以来任何设置发生了变化,软件将创建一个具有另一个唯一名称的新波形文件。唯一波形文件名由设置组成,包括它是 FDD 还是 TDD。

下表显示了一个唯一名称的示例,并解析了该名称以显示其创建方式。

要查看是否存在特定的独特波形文件,请使用“打开波形文件夹…”功能。

以下流程图说明了此独特命名文件的创建过程和重用。

如欲了解更多LTE-Advanced测试信息?,请点击阅读原文


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