LTE TDD系统的设计分析

1、引言

LTE系统支持FDD和TDD两种双工方式。在这两种双工方式下，系统的大部分设计，尤其是高层协议方面是一致的。另一方面，在系统底层设计，尤其是物理层的设计上，由于FDD和TDD两种双工方式在物理特性上所固有的不同，LTE系统为TDD的工作方式进行了一系列专门的设计，这些设计在一定程度上参考和继承了3GTD-SCDMA的设计思想，下面我们对这些设计进行简要的描述与讨论。

2、帧结构

双工方式的不同，最直接的就是对于空中接口无线帧结构的影响，因为FDD采用频率来区分上、下行，其单方向的资源在时间上是连续的；而TDD采用时间来区分上、下行，其单方向的资源在时间上是不连续的，而且需要保护时间间隔来避免两个方向之间的收发干扰，所以LTE分别为FDD和TDD设计了各自的帧结构，即Type1和Type2，其中Type1用于FDD，而Type2用于TDD的工作方式（见图1）。

图1LTE无线帧结构

在FDDType1中，10ms的无线帧分为10个长度为1ms的Subframe，每个Subframe由两个长度为0.5ms的slot组成。

在TDDType2中，10ms的无线帧由两个长度为5ms的Half-Frame组成，每个Half-Frame由5个长度为1ms的Subframe组成，其中有4个普通的Subframe和1个特殊Subframe。普通Subframe由两个0.5ms的slot组成，特殊Subframe由3个特殊时隙（UpPTS，GP和DwPTS）组成。

2.1Type2TDD特殊时隙的设计

如上节的无线帧结构图所示，在LTE中TDD与FDD帧结构最显著的区别在于：在TDDType2帧结构中存在1ms的特殊子帧（Subframe），该子帧由三个特殊时隙组成：DwPTS，GP和UpPTS，其含义和功能与TD-SCDMA系统相类似，其中DwPTS始终用于下行发送，UpPTS始终用于上行发送，而GP作为TDD中下行至上行转换的保护时间间隔。

图2Type2TDD特殊时隙的设计从图2中可以看到，三个特殊时隙的总长度固定为1ms，而其各自的长度可以根据网络的实际需要进行配置（例如，不同的小区覆盖半径），在技术规范中支持如表1所示的9种配置选项。从表中可以看出UpPTS的长度为1～2个符号；DwPTS的长度为3～12个符号；相应的GP长度为1～10个符号，时间长度为70～700μs，对应的支持1～100km的小区覆盖半径。

表1支持的9种配置选项

DwPTS中包含物理下行控制信道和数据信道，实现与其它下行子帧相同的下行数据发送的功能。而UpPTS不再发送上行数据，决定将UpPTS的上行符号用于上行Sounding导频的发送，这样的导频可以用于上行信道的测量，在TDD的模式下由于上下行信道的对称性，还可以相应的获得关于下行信道的信息。