LTE TDD系統的設計分析

　　上一節中，我們描述了LTE中與TDD特殊時隙相關的，針對TDD進行的設計。而在特殊時隙之外，TDD還有另外一個顯著區別于FDD的物理特征，即FDD依靠頻率區分上下行，因此其單方向的資源在時間上是連續的；而TDD依靠時間來區分上下行，所以其單方向的資源在時間上是不連續的，時間資源在兩個方向上進行了分配。

　　圖5是LTETDD中支持的7種不同的上、下行時間配比，從將大部分資源分配給下行的“9:1”到上行占用資源較多的“2:3”，在實際使用時，網絡可以根據業務量的特性靈活的選擇配置。
　　這樣，在資源組成上TDD與FDD所固有的不同，成為了LTE中另一部分為TDD所進行的專門設計的原因。這一部分設計主要包括“物理層HARQ的相關機制”，以及“采用頻分的隨機接入信道”。

　　圖5LTETDD上下行配比

　　3.1HARQ

　　如同圖1中所描述的，在FDD的情況下，上、下行的資源在單方向上都是連續的，而且子幀數目相等。因此，以下行為例，在進行物理層的HARQ時，下行數據與上行的ACK/NAK之間可以建立一對一的對應關系（如圖6所示）。與此不同的是，在TDD的情況下，單方向的資源不是連續的，因此可能無法獲得對應的時間上的資源。另外，上下行配比的設置可能使得上下行的子幀數目不相等，因此無法建立一一對應的關系（如圖7所示），所以這些都需要進行TDD針對性的設計。

　　圖7TDDHARQ反饋

　　在LTETDD，為了解決以上問題，引入了MultipleACK/NAK的概念，即使用一個ACK/NAK完成對前續若干個下行數據的反饋（如圖8所示），這樣就解決了上下行時隙不對稱帶來的反饋問題。在另一個方面，同時還減小了數據的傳輸時延，數據無需再等待到下一個上行時隙以進行反饋了。當然，該方案可能引起的不必要的過多重傳也需要引起注意。
　　

　　圖8TDDHARQ反饋——MultipleACK/NAK

　　另外，對比圖8和圖6，會發現在FDD和TDD情況下，數據與ACK/NAK反饋之間具有不同的時間對應關系（即HARQTiming）。同理，容易理解的是，對于TDD的不同上下行配比，這種對應的時間關系也將有所不同。另外，還可能影響設計細節的是：這種時間上對應關系的不同，會帶了對HARQ進程數目的不同要求，這也是在具體設計和實現中需要考慮的問題。

　　3.2頻分的隨機接入信道

　　允許同一時間上存在多個隨機接入信道（頻分）是TDD上下行時分的結構形成的又一設計結果。在LTEFDD的設計中，同一時刻只允許一個隨機接入信道的存在，即僅在時間域上改變隨機接入信道的數量。而在TDD中，時間資源已經在上下行進行了分配，同時由于不同的上下行配比的存在，可能存在上行子幀數目很少的情況（如DL:UL=9:1），因此在TDD中需要支持頻分的隨機接入信道，即在同一時間位置上采用不同頻率的區分提供多個隨機接入信道，以為系統提供足夠的隨機接入的容量。

　　4、結束語

　　為了能在兩種雙工方式下都實現最優化的系統性能，同時成為有競爭力的FDD和TDD系統，LTE在系統設計中，根據TDD固有的物理特性對LTETDD系統，尤其是物理層進行了一系列專門的設計，包括幀結構、特殊時隙、同步信道、短RACH、上下行時間的分配、HARQ機制以及隨機接入信道的頻分等。這些設計在一定程度上參考和繼承了3GTD-SCDMA的設計思想。通過這些設計，有效地保證了LTE在TDD模式下實現合理、高效的運行。