FDD LTE与TD-LTE业务速率分析

胡虹+许光斌

【摘要】LTE网络现已规模化建设，其业务速率是指导网络规划的基础。通过分析LTE物理资源块以及信令格式，并对FDD LTE与TD-LTE的常规CP和扩展CP去除开销的上行各种Preamble格式峰值业务速率和下行的峰值业务速率进行仿真以及分析，得到了两种制式不同CP方式的速率差异。

【关键词】物理资源块Preamble格式峰值业务速率常规CP扩展CP

物理资源块Preamble格式峰值业务速率常规CP扩展CP

Analysis of FDD LTE and TD-LTE Traffic Rate

HU Hong, XU Guang-bin

(1. China Mobile Communications Group Guizhou Co., Ltd., Guiyang 550000, China，

2. Huaxin Consulting and Designing Institute Co., Ltd., Hangzhou 310014, China)

[Abstract] LTE network is the scale construction, whose traffic rate is the basis of network planning. LTE physical resource block and signalingformat are analyzed. In addition, the upside peak traffic rate with various Preambleformats and the downside peak traffic rate of normal CP and extended CP without the overhead for FDD LTE and TD-LTE are simulated and analyzed, and the rate differences between the two different CP ways are acquired.

[Key words] physical resource blockPreamble formatpeak traffic ratenormal CPextended CP

1 引言

随着智能手机的日益普及、视讯以及流业务的不断发展，人们对通信速率要求越来越高[1-2]。电信运营商寄希望于LTE技术来解决这一矛盾，因此LTE网络越来越受到电信运营商的认可，发展潜力无限。截至目前，国内电信运营商也都相应地开始建设各自的LTE网络，对于容量的配置将成为电信运营商考虑的重要因素，研究LTE去除开销后的峰值业务速率对指导容量规划有重要意义。

2 物理资源、帧结构及物理信道分析

2.1物理资源及帧结构

LTE系统的物理资源分组有PRB（Physical Resource Block，物理资源块）、REG（Resource Element Group，资源单元组）和CCE（Control Channel Element，控制信道单元）等。一个PRB在时域上包含7个连续的OFDM符号（扩展CP时为6个OFDM符号），在频域上包含12个连续的子载波。PRB的时域大小为1个时隙，即0.5ms，如图1所示（以下行为例）：

图1下行时隙结构和物理资源

图1为1个下行时隙个OFDM符号。其中，1个RB（Resource Block，资源块）包括个RE（Resource Element，资源单元），1个时隙含有个子载波，每个子载波带宽为15kHz。每个子载波含有个OFDM符号。

是每个下行时隙含有的资源块个数，取决于小区中的下行传输带宽的配置：。

若一个RB中子载波的个数，则每个RB的带宽为12×15kHz=180kHz。

一个FDD LTE帧长度为10ms，分为10个1ms子帧（也是最小TTI单位），每个子帧又分为2个0.5ms时隙；在每个0.5ms时隙结构中，由数据符号和CP（Cyclic Prefix，循环前缀）组成。针对不同的CP，OFDM符号数也不同：常规CP时，每个时隙的符号数为7个，每个子帧14个符号；扩展CP时，每个时隙的符号数为6个，每个子帧12个符号。两种方式上、下行信道频段独立并对称。

一个TD-LTE帧长度也为10ms，TD-LTE包含2个长度为5ms的半帧，每个半帧由5个长度为1ms的子帧组成；每个半帧由4个常规子帧和1个特殊子帧组成，每个子帧1ms。和FDD LTE一样，常规CP共14个符号，扩展CP共12个符号。TD-LTE帧结构中，能够灵活地支持不同配比的上、下行业务；而在FDD LTE中不能根据业务情况调整上、下行时隙配比。TD-LTE子帧配置一共为7种，特殊子帧由DwPTS、GP和UpPTS构成，合计1ms，子帧1和6可用于传输特殊子帧。UpPTS是上行导频时隙；DwPTS是下行导频时隙；GP为保护时隙，以防止上下行交叉干扰，不传输任何数据。TD-LTE的特殊时隙有多种配置方式，DwPTS、GP和UpPTS可以根据实际网络情况改变长度，以适应覆盖、容量和干扰等不同场景的需要。常规CP有9种配置方案，扩展CP有7种配置方案，而FDD LTE只有一种方式。

根据3GPP规范，E-UTRA系统可以使用的工作频段有40个[2-3]，其中第15、16以及18至32频段目前还没有分配具体频点，在已分配的频段中也有部分重叠。E-UTRA系统可以配置6种信道带宽：1.4MHz（实际占用带宽1.08MHz、传输RB数6个、子载波数72个）、3MHz（实际占用带宽2.7MHz、传输RB数15个、子载波数180个）、5MHz（实际占用带宽4.5MHz、传输RB数25个、子载波数300个）、10MHz（实际占用带宽9MHz、传输RB数50个、子载波数600个）、15MHz（实际占用带宽13.5MHz、传输RB数75个、子载波数900个）和20MHz（实际占用带宽18MHz、传输RB数100个、子载波数1 200个）[4-5]。

2.2物理信道分析

LTE频谱带宽资源配置都跟物理信道的配置相对应；LTE系统物理信道中的PUCCH用于承载上行控制信息，各类反馈的控制信息长度不同，通常信息长度不能超过20比特，如果超过则采用PUSCH传输。根据接入用户数、网络负荷情况、复用系数以及系统配置的带宽情况配置PUCCH数目。一般情况下，5MHz带宽配置为2，10MHz带宽配置为4，20MHz带宽配置为8[2,5]。控制信息包括：

（1）根据已经接收的下行数据比特是否误码，确定是否需要重传；

（2）已连接用户的PMI、RI、CQI等信道状态信息；

（3）MIMO回馈信息以及SR（Scheduling Request，调度请求）。

为了保证上行传输的SC（Single Carrier，单载波）特性，多个PUCCH不能同时传输且不能与PUSCH同时传输。

PRACH承载随机接入前导，用于非同步手机的初始接入、切换、上行同步和上行SCH资源请求。每个PRACH占用6个RB即72个子载波，且与PUCCH位置相邻。各个小区的PRACH信道在时域上应尽量错开；在同一小区的PRACH资源映射中，一个上行子帧中可以同时存在一个或者多个PRACH信道。如果存在多个上行PRACH信道，根据时间上分配情况，若能分配，则考虑占用不同的子帧；若时间上分配不满足，则考虑一个子帧中支持多个PRACH信道。

Preamble采用Zadoff-Chu序列生成信息序列，其中Preamble format 0—3序列长度为839，Preamble format 4的序列长度为139。Preamble信号采用的子载波间隔与上行其它SC-FDMA符号不同，频域资源位置如图2所示：

图2Preamble format 0—4

一个PRACH占用6个RB，Preamble format 0—3的839长度的Preamble序列映射在包含864个子载波的PRACH信道子载波中间，子载波间隔为1.25kHz，是常规子载波间隔的1/12，多于一个PRACH时，分别与频带两侧的PUCCH相邻；Preamble format 4在FDD LTE中是没有的，而是TD-LTE特有的，139长度的Preamble序列映射在包含144个子载波的PRACH信道子载波中间，子载波间隔为7.5kHz，是常规子载波间隔15kHz的1/2。

物理下行控制信道（PDCCH）承载上下行调度设定信息和其它控制信息，其大小由PCFICH所标定的符号数决定。频带范围内，未被参考信号以及PCFIH或者PCFIH占用的RE都可以作为PDCCH使用。PDCCH格式从0至3共4种格式，其对应CCE个数是以2的格式号次方，每个CCE为72比特。

3 仿真及结果分析

LTE系统在较长时间进行数据传送时，系统传输过程需要的系统开销不可忽略，因此下行需要考虑的开销包括：控制信道开销、小区参考信号开销、主辅同步信号开销、广播信道开销等；上行需要考虑的开销包括：控制信道开销、解调参考信号（DMRS）开销、探测参考信号（SRS）开销、PRACH开销等。对这些开销进行分析及仿真，仿真采用基础参数如表1所示：

表1公共、下行和上行开销参数

参数 参数取值

常规CP 扩展CP

NRB（TDD、FDD） 100

NSC_in_RB（TDD、FDD） 12

Nsymbol_in_slot（TDD、FDD） 7 6

Nsolt_in_subframe（TDD、FDD） 2

Nsymbol_DwPTS（TDD） 10 10

Nsymbol_UpPTS（TDD） 2

NModulation Order（TDD、FDD） 6

Rmax_code rate_DL（TDD、FDD） 0.925 8

Rmax_code rate_UL（TDD、FDD） 0.77

Nattena port（TDD、FDD） 2

N_code word_DL（TDD、FDD） 2

N_code word_UL（TDD、FDD） 1

Nsymbol_controldomai/DLsubframe（TDD、FDD） 1

Nsymbol_controldomai/DwPTS（TDD） 1

NRB_controldomai/ULsubframe（TDD、FDD） 2

Nsymbol_SRS/frame（TDD、FDD） 1

Nsymbol_DMRS/slot/subframe（TDD、FDD） 1

RE_PRACH,

NRE_compensation of DMRS for PRACH Preamble format 持续时间/ms

0（TDD、FDD） 1（TDD、FDD）

1（TDD、FDD） 2（TDD、FDD）

2（TDD、FDD） 2（TDD、FDD）

3（TDD、FDD） 3（TDD、FDD）

4（TDD） 同UpPTS（TDD）

根据以上仿真参数，对FDD LTE和TD-LTE常规CP及扩展CP上、下行去除开销后的峰值业务速率进行了仿真，结果如图3—5所示：

图3FDD LTE各Preamble格式上行业务峰值速率

图4TD-LTE各Preamble格式上行业务峰值速率

从图3和图4可以看出，去除控制域、DMRS、SRS和PRACH等开销，FDD LTE上行去开销业务峰值速率常规CP比扩展CP大，从Preamble格式0至3，速率差从10.79Mbps降至10.66Mbps，依次缩小；TD-LTE考虑每10ms帧配置一个PRACH信道，一个子帧（10ms）的上、下行配比为DL:S:UL=2:2:6时，上行得到最大速率，上行去开销业务峰值速率常规CP比扩展CP大，从Preamble格式0至3，速率差从6.45Mbps降至6.32Mbps，依次缩小，但在Preamble格式4时，两者的速率差最大，达到6.52Mbps。同时，上行的去开销峰值速率FDD LTE比TD-LTE常规CP大26Mbps左右，扩展CP时大21Mbps。

在图5中，1表示常规CP，2表示扩展CP，TD-LTE一个子帧（10ms）的上、下行配比为DL:S:UL=8:1:1，此时得到最大下行速率。从图5可以看出，去除控制域、公共导频、PSS、SSS和PBCH等开销后，FDD LTE比TD-LTE下行峰值速率常规CP高20.88Mbps；扩展CP时，前者比后者高15.99Mbps。

4 结束语

通信发展日新月异，电信运营商网络建设紧跟技术发展步伐，从3G到4G，LTE现已规模化建设，众多市区以及县城都已建设TD-LTE或FDD LTE站点。本文通过对TD-LTE和FDD LTE峰值业务速率进行仿真及对比分析，从而指导后期网络的容量需求建设。

参考文献：

[1] 许光斌,刘鱼勇,楼正华. 基于Elman神经网络的话务预测[J]. 移动通信, 2012(9): 45-48.

[2] 肖清华,汪丁鼎,许光斌,等. TD-LTE网络规划设计与优化[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2013.

[3] 许光斌,等. TD-LTE试验网络规划[A]. 2012 TD-LTE网络创新研讨会论文集[C]. 2012.

[4] 许光斌,黄涛,夏伟翰. TD-LTE规划仿真[J]. 移动通信, 2013(6): 21-24.

[5] 王洪,许光斌. TD-LTE与FDD-LTE异同点分析[J]. 移动通信, 2013(10): 57-60.★

作者简介

胡虹：工程师，硕士毕业于重庆邮电大学，现任职于中国移动通信集团贵州有限公司，从事移动通信网络规划及项目管理工作。

许光斌：工程师兼副教授，中国通信学会会员，硕士毕业于重庆邮电大学，现任职于华信咨询设计研究院有限公司，从事移动通信规划设计工作，发表论文多篇。

Preamble采用Zadoff-Chu序列生成信息序列，其中Preamble format 0—3序列长度为839，Preamble format 4的序列长度为139。Preamble信号采用的子载波间隔与上行其它SC-FDMA符号不同，频域资源位置如图2所示：

图2Preamble format 0—4

一个PRACH占用6个RB，Preamble format 0—3的839长度的Preamble序列映射在包含864个子载波的PRACH信道子载波中间，子载波间隔为1.25kHz，是常规子载波间隔的1/12，多于一个PRACH时，分别与频带两侧的PUCCH相邻；Preamble format 4在FDD LTE中是没有的，而是TD-LTE特有的，139长度的Preamble序列映射在包含144个子载波的PRACH信道子载波中间，子载波间隔为7.5kHz，是常规子载波间隔15kHz的1/2。

物理下行控制信道（PDCCH）承载上下行调度设定信息和其它控制信息，其大小由PCFICH所标定的符号数决定。频带范围内，未被参考信号以及PCFIH或者PCFIH占用的RE都可以作为PDCCH使用。PDCCH格式从0至3共4种格式，其对应CCE个数是以2的格式号次方，每个CCE为72比特。

3 仿真及结果分析

LTE系统在较长时间进行数据传送时，系统传输过程需要的系统开销不可忽略，因此下行需要考虑的开销包括：控制信道开销、小区参考信号开销、主辅同步信号开销、广播信道开销等；上行需要考虑的开销包括：控制信道开销、解调参考信号（DMRS）开销、探测参考信号（SRS）开销、PRACH开销等。对这些开销进行分析及仿真，仿真采用基础参数如表1所示：

表1公共、下行和上行开销参数

参数 参数取值

常规CP 扩展CP

NRB（TDD、FDD） 100

NSC_in_RB（TDD、FDD） 12

Nsymbol_in_slot（TDD、FDD） 7 6

Nsolt_in_subframe（TDD、FDD） 2

Nsymbol_DwPTS（TDD） 10 10

Nsymbol_UpPTS（TDD） 2

NModulation Order（TDD、FDD） 6

Rmax_code rate_DL（TDD、FDD） 0.925 8

Rmax_code rate_UL（TDD、FDD） 0.77

Nattena port（TDD、FDD） 2

N_code word_DL（TDD、FDD） 2

N_code word_UL（TDD、FDD） 1

Nsymbol_controldomai/DLsubframe（TDD、FDD） 1

Nsymbol_controldomai/DwPTS（TDD） 1

NRB_controldomai/ULsubframe（TDD、FDD） 2

Nsymbol_SRS/frame（TDD、FDD） 1

Nsymbol_DMRS/slot/subframe（TDD、FDD） 1

RE_PRACH,

NRE_compensation of DMRS for PRACH Preamble format 持续时间/ms

0（TDD、FDD） 1（TDD、FDD）

1（TDD、FDD） 2（TDD、FDD）

2（TDD、FDD） 2（TDD、FDD）

3（TDD、FDD） 3（TDD、FDD）

4（TDD） 同UpPTS（TDD）

根据以上仿真参数，对FDD LTE和TD-LTE常规CP及扩展CP上、下行去除开销后的峰值业务速率进行了仿真，结果如图3—5所示：

图3FDD LTE各Preamble格式上行业务峰值速率

图4TD-LTE各Preamble格式上行业务峰值速率

从图3和图4可以看出，去除控制域、DMRS、SRS和PRACH等开销，FDD LTE上行去开销业务峰值速率常规CP比扩展CP大，从Preamble格式0至3，速率差从10.79Mbps降至10.66Mbps，依次缩小；TD-LTE考虑每10ms帧配置一个PRACH信道，一个子帧（10ms）的上、下行配比为DL:S:UL=2:2:6时，上行得到最大速率，上行去开销业务峰值速率常规CP比扩展CP大，从Preamble格式0至3，速率差从6.45Mbps降至6.32Mbps，依次缩小，但在Preamble格式4时，两者的速率差最大，达到6.52Mbps。同时，上行的去开销峰值速率FDD LTE比TD-LTE常规CP大26Mbps左右，扩展CP时大21Mbps。

在图5中，1表示常规CP，2表示扩展CP，TD-LTE一个子帧（10ms）的上、下行配比为DL:S:UL=8:1:1，此时得到最大下行速率。从图5可以看出，去除控制域、公共导频、PSS、SSS和PBCH等开销后，FDD LTE比TD-LTE下行峰值速率常规CP高20.88Mbps；扩展CP时，前者比后者高15.99Mbps。

4 结束语

通信发展日新月异，电信运营商网络建设紧跟技术发展步伐，从3G到4G，LTE现已规模化建设，众多市区以及县城都已建设TD-LTE或FDD LTE站点。本文通过对TD-LTE和FDD LTE峰值业务速率进行仿真及对比分析，从而指导后期网络的容量需求建设。

参考文献：

[1] 许光斌,刘鱼勇,楼正华. 基于Elman神经网络的话务预测[J]. 移动通信, 2012(9): 45-48.

[2] 肖清华,汪丁鼎,许光斌,等. TD-LTE网络规划设计与优化[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2013.

[3] 许光斌,等. TD-LTE试验网络规划[A]. 2012 TD-LTE网络创新研讨会论文集[C]. 2012.

[4] 许光斌,黄涛,夏伟翰. TD-LTE规划仿真[J]. 移动通信, 2013(6): 21-24.

[5] 王洪,许光斌. TD-LTE与FDD-LTE异同点分析[J]. 移动通信, 2013(10): 57-60.★

作者简介

胡虹：工程师，硕士毕业于重庆邮电大学，现任职于中国移动通信集团贵州有限公司，从事移动通信网络规划及项目管理工作。

许光斌：工程师兼副教授，中国通信学会会员，硕士毕业于重庆邮电大学，现任职于华信咨询设计研究院有限公司，从事移动通信规划设计工作，发表论文多篇。

Preamble采用Zadoff-Chu序列生成信息序列，其中Preamble format 0—3序列长度为839，Preamble format 4的序列长度为139。Preamble信号采用的子载波间隔与上行其它SC-FDMA符号不同，频域资源位置如图2所示：

图2Preamble format 0—4

一个PRACH占用6个RB，Preamble format 0—3的839长度的Preamble序列映射在包含864个子载波的PRACH信道子载波中间，子载波间隔为1.25kHz，是常规子载波间隔的1/12，多于一个PRACH时，分别与频带两侧的PUCCH相邻；Preamble format 4在FDD LTE中是没有的，而是TD-LTE特有的，139长度的Preamble序列映射在包含144个子载波的PRACH信道子载波中间，子载波间隔为7.5kHz，是常规子载波间隔15kHz的1/2。

物理下行控制信道（PDCCH）承载上下行调度设定信息和其它控制信息，其大小由PCFICH所标定的符号数决定。频带范围内，未被参考信号以及PCFIH或者PCFIH占用的RE都可以作为PDCCH使用。PDCCH格式从0至3共4种格式，其对应CCE个数是以2的格式号次方，每个CCE为72比特。

3 仿真及结果分析

LTE系统在较长时间进行数据传送时，系统传输过程需要的系统开销不可忽略，因此下行需要考虑的开销包括：控制信道开销、小区参考信号开销、主辅同步信号开销、广播信道开销等；上行需要考虑的开销包括：控制信道开销、解调参考信号（DMRS）开销、探测参考信号（SRS）开销、PRACH开销等。对这些开销进行分析及仿真，仿真采用基础参数如表1所示：

表1公共、下行和上行开销参数

参数 参数取值

常规CP 扩展CP

NRB（TDD、FDD） 100

NSC_in_RB（TDD、FDD） 12

Nsymbol_in_slot（TDD、FDD） 7 6

Nsolt_in_subframe（TDD、FDD） 2

Nsymbol_DwPTS（TDD） 10 10

Nsymbol_UpPTS（TDD） 2

NModulation Order（TDD、FDD） 6

Rmax_code rate_DL（TDD、FDD） 0.925 8

Rmax_code rate_UL（TDD、FDD） 0.77

Nattena port（TDD、FDD） 2

N_code word_DL（TDD、FDD） 2

N_code word_UL（TDD、FDD） 1

Nsymbol_controldomai/DLsubframe（TDD、FDD） 1

Nsymbol_controldomai/DwPTS（TDD） 1

NRB_controldomai/ULsubframe（TDD、FDD） 2

Nsymbol_SRS/frame（TDD、FDD） 1

Nsymbol_DMRS/slot/subframe（TDD、FDD） 1

RE_PRACH,

NRE_compensation of DMRS for PRACH Preamble format 持续时间/ms

0（TDD、FDD） 1（TDD、FDD）

1（TDD、FDD） 2（TDD、FDD）

2（TDD、FDD） 2（TDD、FDD）

3（TDD、FDD） 3（TDD、FDD）

4（TDD） 同UpPTS（TDD）

根据以上仿真参数，对FDD LTE和TD-LTE常规CP及扩展CP上、下行去除开销后的峰值业务速率进行了仿真，结果如图3—5所示：

图3FDD LTE各Preamble格式上行业务峰值速率

图4TD-LTE各Preamble格式上行业务峰值速率

从图3和图4可以看出，去除控制域、DMRS、SRS和PRACH等开销，FDD LTE上行去开销业务峰值速率常规CP比扩展CP大，从Preamble格式0至3，速率差从10.79Mbps降至10.66Mbps，依次缩小；TD-LTE考虑每10ms帧配置一个PRACH信道，一个子帧（10ms）的上、下行配比为DL:S:UL=2:2:6时，上行得到最大速率，上行去开销业务峰值速率常规CP比扩展CP大，从Preamble格式0至3，速率差从6.45Mbps降至6.32Mbps，依次缩小，但在Preamble格式4时，两者的速率差最大，达到6.52Mbps。同时，上行的去开销峰值速率FDD LTE比TD-LTE常规CP大26Mbps左右，扩展CP时大21Mbps。

在图5中，1表示常规CP，2表示扩展CP，TD-LTE一个子帧（10ms）的上、下行配比为DL:S:UL=8:1:1，此时得到最大下行速率。从图5可以看出，去除控制域、公共导频、PSS、SSS和PBCH等开销后，FDD LTE比TD-LTE下行峰值速率常规CP高20.88Mbps；扩展CP时，前者比后者高15.99Mbps。

4 结束语

通信发展日新月异，电信运营商网络建设紧跟技术发展步伐，从3G到4G，LTE现已规模化建设，众多市区以及县城都已建设TD-LTE或FDD LTE站点。本文通过对TD-LTE和FDD LTE峰值业务速率进行仿真及对比分析，从而指导后期网络的容量需求建设。

参考文献：

[1] 许光斌,刘鱼勇,楼正华. 基于Elman神经网络的话务预测[J]. 移动通信, 2012(9): 45-48.

[2] 肖清华,汪丁鼎,许光斌,等. TD-LTE网络规划设计与优化[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2013.

[3] 许光斌,等. TD-LTE试验网络规划[A]. 2012 TD-LTE网络创新研讨会论文集[C]. 2012.

[4] 许光斌,黄涛,夏伟翰. TD-LTE规划仿真[J]. 移动通信, 2013(6): 21-24.

[5] 王洪,许光斌. TD-LTE与FDD-LTE异同点分析[J]. 移动通信, 2013(10): 57-60.★

作者简介

胡虹：工程师，硕士毕业于重庆邮电大学，现任职于中国移动通信集团贵州有限公司，从事移动通信网络规划及项目管理工作。

许光斌：工程师兼副教授，中国通信学会会员，硕士毕业于重庆邮电大学，现任职于华信咨询设计研究院有限公司，从事移动通信规划设计工作，发表论文多篇。