TDD/FDD-LTE上下行架構及底層特性的差異

　　Lte的框架結構分為分頻多任務(FDD)及分時多任務(TDD)兩種迥然不同的運作模式，兩者的底層特性與頻譜使用效率也各異其趣;設計人員若能充分了解LTE在FDD與TDD模式運作下的主要差異，將有助達成最佳的系統資源分配與頻譜使用效率。

　　LTE為3GPP所定義的無線技術，在框架結構(Frame Structure)上分為分頻多任務(Frequency-Division Duplexing， FDD)，以及分時多任務(Time Division Duplexing， TDD)兩種迥然不同的運作模式。因此，在此篇文章中將會比較LTE在FDD與TDD模式運作下的主要差異，藉以呈現兩者的頻譜使用效率。

　　框架結構/資源分配截然不同

　　首先，框架結構在FDD模式下，在頻率軸上以成對的方式進行分頻使用，一頻帶用于下行帶寬(DL Bandwidth)，另一頻帶用于上行帶寬(UL Bandwidth);而在TDD模式下，頻譜為上下行所共享，上下行的配置是以時間進行分時配置，一部分時間安排下行傳送，另一部分則安排上行傳送。在下行轉上行時，會有一段保護時間(Guard Period， GP)用于接收與傳送間進行轉換。

　　簡而言之，FDD模式為成對的頻譜配置，而TDD為單一的頻譜配置。圖1為FDD與TDD之間資源分配的比較，其中TDD模式周期為10毫秒(ms)的配置模式示意圖。假定在相同帶寬配置下，FDD則為相同帶寬的上下行配置，上下行各占用一半的資源比例，此比例為固定。

　　圖1 FDD與TDD模式框架結構示意圖

　　反觀TDD藉由在時間軸上不同的上下行配置達到上下行非對稱資源分配，并可依據實際需求進行較佳資源分配，如表1所示，D為下行Subframe，S為特殊Subframe，U為上行Subframe.

　　表1

　　同步信號特性差異無幾

　　在LTE系統中，用戶設備(UE)藉由掃描主同步信號(Primary Synchronization Signal， PSS)及輔助同步信號(Secondary Synchronization Signal， SSS)，可進一步與基地臺(eNB)達成同步，但是在TDD與FDD兩種模式下，PSS和SSS的符號時間(Symbol Time)則有所差異。

　　在FDD模式中，PSS與SSS分別位于時槽(Slot)0及10的最后一個和倒數第二個符號時間中，PSS與SSS在時間軸上為連續的;而在TDD模式里，PSS位于Subframe 1及6的第三個符號時間中，SSS則位于Subframe 0及5的最后一個符號時間中，即SSS與PSS間相隔三個符號時間。

　　雖然在FDD模式中PSS及SSS為相連，而在TDD模式中則為相距三個符號時間，但是一般認為此一差距對于UE在進行同步上，并無明顯的差異性。

　　TDD獨擁特殊Subframe

　　另一方面，特殊Subframe為TDD模式下獨有的Subframe配置，依據在時間軸上的配置，可分為下行導引時槽(Downlink Pilot Time Slot， DwPTS)、保護時間，以及上行導引時槽(Uplink Pilot Time Slot， UpPTS)三個部分。DwPTS用來傳送下行控制信息以及下行數據;保護時間則做為下行轉上行的切換時間;另UpPTS可用來傳送實體隨機存取信道(PhysICal Random Access Channel， PRACH)及探測參考信號(Sounding Reference Signal， SRS)。

　　PRACH主要用來傳送隨機進入前序信號(Random Access Preamble)，以藉該信號讓UE能利用競爭方式要求上行帶寬;因此，eNB必須提供適量的PRACH資源給UE進行隨機進入要求帶寬，如此一來，PRACH的配置數量多寡可依據一個框架(10ms)中有多少PRACH數量作為衡量方式。

　　在FDD模式中每個Subframe中最多一個PRACH的配置，而在TDD模式中，在某些框架結構下，上傳Subframe的配置相對較少，因此PRACH在一個Subframe中可有0至多個PRACH資源的配置。