第三章 TD-LTE系统关键技术
TD-LTE是 TDD版本的 LTE技术，相比 3GPP之前制定的技术标准，其在物理层传输 技术方面有较大的改进。为了便于理解 TD-LTE系统的核心所在，本章将重点介绍 TD-LTE 系统中使用的关键技术，如多址接入技术、多天线技术、混合自动重传、链路自适应、干扰
协调等。希望读者通过本章的阅读，对 TD-LTE的物理层技术有一个全面的了解。
3.1 TDD双工方式
TDD(Time Division Duplexing)时分双工技术是一种通信系统的双工方式，与 FDD相 对应。在 TDD模式下，移动通信系统中的发送和接收位于同一载波下的不同时隙，通过将 信号调度到不同时间段传输进行区分。TDD模式可灵活配置于不对称业务中，以充分利用 有限的频谱资源。
在原有的模拟和数字蜂窝系统中，均采用了 FDD双工/半双工方式。在 3G的三大国际 标准中，WCDMA和 CDMA2000系统也采用了 FDD双工方式，而 TD-SCDMA系统采用的 是 TDD双工方式。FDD双工采用成对频谱（Paired Spectrum）资源配置，上下行传输信号 分布在不同频带内，并设置一定的频率保护间隔，以免产生相互间干扰。由于 TDD双工方 式采用非成对频谱（Unpaired Spectrum）资源配置，具有更高的频谱效率，在未来的第四代 移动通信系统 IMT-Advanced中，将得到更广泛的应用，满足更高系统带宽的要求。
基于 TDD技术的 TD-LTE系统，与 FDD方式相比，具有以下优势：
（1）频谱效率高，配置灵活。由于 TDD方式采用非对称频谱，不需要成对的频率， 能有效利用各种频率资源，满足 LTE系统多种带宽灵活部署的需求。
（2）灵活地设置上下行转换时刻，实现不对称的上下行业务带宽。TDD系统可以根据 不同类型业务的特点，调整上下行时隙比例，更加灵活地配置信道资源，特别适用于非对称 的 IP型数据业务。但是，这种转换时刻的设置必须与相邻基站协同进行。
（3）利用信道对称性特点，提升系统性能。在 TDD系统中，上下行工作于同一频率， 电波传播的对称特性有利于更好地实现信道估计、信道测量和多天线技术，达到提高系统性 能的目的。
（4）设备成本相对较低。由于 TDD模式移动通信系统的频谱利用率高，同样带宽可 提供更多的移动用户和更大的容量，降低了移动通信系统运营商提供同样业务对基站的投 资；另外，TDD模式的移动通信系统具有上下行信道的互惠性，基站的接收和发送可以共 用一些电子设备，从而降低了基站的制造成本。因此，相比与 FDD模式的基站，TDD模式 的基站设备具有成本优势。
除了这些独特的优势，TDD双工方式也存在一些明显的不足。主要表现在以下几个方 面。
（1）终端移动速度受限。在高速移动时，多普勒效应会导致时间选择性衰落，速度越 快，衰落深度越深，因此必须要求移动速度不能太高。以 3G系统为例，在目前芯片处理速 度和算法的基础上，使用 TDD的 TD-SCDMA系统中，当数据率为 144kbps时，终端的最 大移动速度可达 250km/h，与 FDD系统相比，还有一定的差距。一般 TDD终端的移动速度 只能达到 FDD终端的一半甚至更低。
（2）干扰问题更加复杂。由于 TDD系统收发信道同频，无法进行干扰隔离，系统内
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和系统间均存在干扰，干扰控制难度更大。
（3）同步要求高。由于上下行信道占用同一频段的不同时隙，为了保证上下行帧的准 确接收，系统对终端和基站的同步要求更高。
未来移动通信系统对带宽的要求越来越高，频谱资源的紧缺会使 TDD系统的重要性日 益凸显，TDD双工方式将得到更为广泛的应用，可能发展为主流的双工方式。
3.2多址传输方式
多址接入技术（Multiple Access Techniques）是用于基站与多个用户之间通过公共传输 媒质建立多条无线信道连接的技术。
移动通信系统中常见的多址技术包括频分多址（Frequency Division Multiple Access，、 FDMA）、时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）、码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）、空分多址（Space Division Multiple Access，SDMA）。FDMA是以不同的 频率信道实现通信。TDMA是以不同的时隙实现通信。CDMA是以不同的代码序列来实现 通信的。SDMA是以不同方位信息实现多址通信。
正交频分多址接入技术（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）是 后 3G时代最主要的一种接入技术。其基本思想是把高速数据流分散到多个正交的子载波上 传输，从而使单个子载波上的符号速率大大降低，符号持续时间大大加长，对因多径效应产 生的时延扩展有较强的抵抗力，减少了符号间干扰（Inter Symbol Interference，ISI）的影响。 通常在 OFDM符号前加入保护间隔，只要保护间隔大于信道的时延扩展则可以完全消除符 号间干扰。在 TD-LTE系统中，下行方向上采用了 OFDM的复用方式，而上行方向，采用 了具有单载波峰均比特征的 DFT-S-OFDMA多址方式。
3.2.1下行多址传输
（一）OFDM技术基本原理
在传统 FDM系统中，为了避免各子载波间的干扰，相邻载波之间需要较大的保护频带， 频谱效率较低。OFDM系统允许各子载波之间紧密相临，甚至部分重合，通过正交复用方 式避免频率间干扰，降低了保护间隔的要求，从而实现很高的频率效率。两种复用方式的频
谱使用对比如图 3-1所示。
（a）传统 FDMA频谱
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（b）OFDMA频谱
图 3-1传统 FDMA和 OFDMA频谱时使用对比
图 3-2是 TD-LTE下行多址接入方式 OFDMA的示意图，发端信号先进行信道编码与交 织，然后进行 QAM调制，将调制后的频域信号进行串/并变换，以及子载波映射，并对所 有子载波上的符号进行逆傅里叶变换（IFFT）后生成时域信号，然后在每个 OFDM符号前 插入一个循环前缀（Cyclic Prefix，CP），以在多径衰落环境下保持子载波之间的正交性。插 入 CP就是将 OFDM符号尾部的一段复制到 OFDMA符号之前，CP长度必须长于主要多径 分量的时延扩展，才能保证接收端信号的正确解调。
图 3-2 LTE下行多址方式 OFDMA的示意图
3.2.2上行多址传输
DFT-S-OFDM是基于 OFDM的一项改进技术，在 TD-LTE中，之所以选择 DFT-S-OFDM，
即 SC-FDMA（单载波）作为上行多址方式，是因为与 OFDM相比，DFT-S-OFDM具有单 载波的特性，因而其发送信号峰均比较低，在上行功放要求相同的情况下，可以提高上行的
功率效率，降低系统对终端的功耗要求。LTE上行多址方式的示意图如图 3-3所示。
图 3-3 LTE上行多址方式示意图
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