支持TD—LTE是中国的必然选择

杨骅

【摘 要】

从TDD技术本身、TD-LTE标准的提出及演进、TDD对我国移动通信产业发展的影响等维度进行了深入全面的剖析，最终得出支持TD-LTE的发展是中国的必然选择的结论。

【关键词】TDD TD-LTE TDD/FDD融合 4G

中图分类号：F623 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2014）-17-0041-05

1 随着技术的进步、市场需求的增长，

TDD技术将得到更加广泛的应用

众所周知1897年马可尼发明无线通信后，早期的无线移动通信模式主要是时分技术体制（即在同一个频段上、以时间分割来实现收与发），最早在战争中使用，第二次世界大战时普遍使用的步话机，就是那一时期的典型代表。但由于当时的技术条件有限，收和发的时间间隔较大，接收时不能发送，发送时不能接收，不能满足公众市场普通用户同时说与听的要求。因此从第一代移动通信开始，收发可同时工作的频分体制（即用上下对称的2个频段实现同时收与发，学术上称为频分双工，简称FDD）成为移动通信的主流技术制式。而收发在同一个频段上，用时间区分上下行的制式学术上称为时分双工，简称TDD。

随着经济社会的发展、环境条件的变化，移动通信用户规模的快速增长，人们对无线通信的需求越来越强烈，要求越来越高，可用于支撑无线通信的、不可再生的频谱资源日趋紧张。尤其是从第二代移动通信后期开始，用户的需求已开始从单纯的话音通信逐步向数据通信扩展，这进一步加剧了频谱资源紧张的态势。因此，业界开始在进一步研究移动通信技术的同时，重点研究提升频谱效率的技术与方法。当信息技术进入到第三代移动通信标准时，由于集成电路与软件技术的进步，时分体制TDD的收发间隔已经缩短到毫秒级，这就使得其在公众移动通信中的使用成为可能，因此欧洲与中国均适时地提出了使用单一频段时分体制的第三代移动通信TDD标准：TD-CDMA与TD-SCDMA。欧洲提出的TD-CDMA标准方案仅可用于慢速移动状态下的热点地区数据覆盖，不能满足移动通信独立组网规模化应用的要求，故未得到产业界的普遍支持，未能形成成熟的、可支持商业使用的产业链，在3G的市场竞争中逐步被边缘化。而中国提出的TD-SCDMA标准方案在技术上保证了独立组网的能力，在国际标准化组织3GPP发布的标准版本中，每一个版本时分双工的TD-SCDMA与频分双工的WCDMA的技术性能与功能均相当，可满足大规模使用的要求，并逐步形成了完整的产业链并在中国实现了规模商用。

TD-SCDMA在中国的商业运营，一方面使全球产业界看到了TDD制式在移动通信市场应用的可行性；另一方面，由于市场对数据业务的需求快速增长，频谱资源紧张的趋势日益加剧，这使得业界进一步看好使用单一频谱、频谱效率高、可很好满足上下行不对称的移动互联网业务需求的TDD技术制式。因此在第四代移动通信标准研究时，欧洲、日本及中国均提出了基于OFDM及MIMO技术的TDD制式的LTE标准技术提案，经过3GPP多年的研究讨论，最终形成了统一的基于OFDM与MIMO技术的FDD与TDD制式完整的LTE技术标准体系，其增强型技术LTE-A标准也最终被国际电信联盟确定为国际第四代移动通信技术标准。

目前TD-LTE技术已得到国际上的广泛支持，全球已建设TD-LTE网络88张，其中39张已投入商业运营。今年上半年TD-LTE用户增长了1 517万，用户总数已达2 617万，年底可突破1亿用户大关。

伴随着用户需求及移动数据业务需求的快速增长，对移动通信容量、速率及频谱效率提升的要求更加迫切。业界专家预测到2020年后，第四代移动通信网络将不能保障快速增长的用户需求，因此各国专家均开始了第五代移动通信技术的研究。由于FDD、TDD制式均有着各自独特的优势，因此专家们期望在5G技术研究中将这2种技术的优势进行融合，并加以新的高效技术形成一种全新的融合技术标准，以满足2020年后市场对移动通信技术的要求。如在同一频段上实现同时收发技术、大规模天线阵列技术、高频段通信技术、灵活双工技术等，从初步分析的情况来看，TDD的优势将在5G技术中得到进一步的发挥，其应用前景将更加广阔。

2 TD-LTE是中国主导的4G技术标准，

中国必须大力支持

根据无线通信向宽带化方向发展的趋势，从2005年开始，国际标准化组织3GPP启动LTE（Long Term Evolution）项目，研究3G之后长期演进的新一代移动通信技术。在研究过程中，各主要提案国均提出了基于OFDM与MIMO技术的TDD制式方案，但技术方案不尽相同，主要分为Type1和Type2两种TD-LTE技术方案。其中一个是欧洲提出的TDD方案，它是基于LTE FDD做广域覆盖，TDD做热点地区补充考虑提出的，故不能满足TDD方案独立组网规模化使用的要求。另一个方案是中国提出的，这个方案考虑了TDD方案单独组网规模化使用的要求，采用了与TD-SCDMA相同的帧结构、初搜的方法、波束赋形传输、终端定位等技术。2007年11月，3GPP决定将2种方案进行融合，形成统一的TD-LTE技术方案，融合后的方案保留了部分TD-SCDMA的核心技术，同时增加了与FDD共性的技术，保证了TDD方案的独立组网与规模化使用的能力，为打造具有国际竞争力的TD-LTE技术标准和产业链奠定了基础。此后，欧洲、中国、日本均向ITU（国际电信联盟）提交了通过3GPP融合后统一的4G TDD技术标准方案，美国、韩国也均表示支持该标准提案。最终该方案被ITU确定为国际4G移动通信标准之一。

由此可见，正是由于中国业界的大力推动，TD-LTE才成为了4G标准家族中的重要一员，融合后的方案使得TD-LTE摆脱了作为LTE FDD标准补充的地位，成为一个与LTE FDD标准平行的、适合大规模独立组网的标准。同时，为了更好地满足市场应用需求，国内业界又在3GPP中大力推动TDD/FDD融合发展，率先在标准上提出解决方案，在系统设备的研发中开发可同时支持TDD/FDD的基站设备，在终端与芯片中开发可同时支持TDD/FDD的多模多频产品。endprint

众所周知，在全球制定4G/LTE标准之初，全球仍然处于3G时代的TDD、FDD分立格局。FDD有CDMA2000、WCDMA，TDD有TD-SCDMA、TD-CDMA、WiMAX。当时，中国仅有通过TD-SCDMA创新发展起来的这一薄弱的、但基本完整的TDD移动通信技术产业链，从承前启后的国家产业发展战略出发，自然而然地选择了率先支持有TD产业基础的TD-LTE，并在此基础上进一步夯实了包括TD-SCDMA和TD-LTE在内的移动通信产业链、创新链。

从全球LTE的发展情况来看，由于欧洲、北美的3G产业化开发与市场应用远远领先于中国，因此其主导的LTE FDD的技术研究与产业化开发早于我国。为了加速TD-LTE的技术研究与产业化开发，赶上LTE FDD的产业化进程，实现FDD/TDD同步融合发展，中国就必须加大支持TD-LTE的力度，推动其赶上FDD的产业化与市场应用进程。因此，率先推动TD-LTE的产业发展成为中国的必然选择。

同时，正像欧洲提出并主导LTE FDD标准一样，欧洲积极地推动、完成了LTE FDD的产业化与市场应用示范，为全球规模化应用LTE FDD奠定了产业与市场应用的基础。同样作为国际移动通信标准TD-LTE的主导国，中国亦有责任积极推动、完成TD-LTE研发及产业化，构建、增强可满足全球化市场应用的国际化产业链，并率先实现在本国的商用，为该技术标准的全球化应用提供坚实的产业支撑及市场应用示范。因此，中国率先支持TD-LTE发展是历史的选择，是一个负责任的国家及产业界的选择。

需要指出的是，TD-LTE并非固步自封于TDD领域，而是一直坚持兼收并蓄的开放态度，兼容并包TDD和FDD的长处。中国提出TDD/FDD融合与联合运营提案，也被3GPP接纳。正是在中国的大力推动下，全球TDD、FDD产业才从3G时代的分离，到4G时代逐步走向深度融合（中欧在TDD/FDD上的合作将美国所主导的TDD标准——WiMAX彻底边缘化），并使得TDD/FDD彻底融合成为未来5G创新的主要研究方向。

3 TDD现状及其技术优势

移动通信设备市场有着典型的先入为主的特征。在第一代、第二代移动通信市场应用阶段，我国虽有全球规模最大的市场，但由于我国不主导技术标准，产业化滞后于海外发达国家厂商，因此虽然国内企业投入了研发，但也难以再进入主流市场。为了改变这一现状，1998年在国际电联向全球征集第三代移动通信国际标准时，大唐电信科技产业集团代表我国产业界，向国际电联提交了我国自主的TD-SCDMA标准建议，2000年TD-SCDMA标准被国际电联正式确定为第三代移动通信国际标准之一，成为我国移动通信领域的重大突破。在TD-SCDMA阶段，我国在技术上率先提出了空分、控制与业务分离等技术方案，并率先在TD-SCDMA上进行了实践，形成了在智能天线、上行同步、联合检测、时分双工等技术领域的技术优势。同时在政府的大力支持下，在TD产业联盟的组织推动下，借助TD-SCDMA的研发与产业化，培养了包括系统、终端、核心芯片、测试仪表等在内的大批移动通信制造企业，初步构建了较为完整的移动通信产业链，并实现了TD-SCDMA在中国的规模商用，为国际移动通信领域TDD技术的发展与应用做出了重要贡献。

随着移动通信与宽带无线接入技术的不断发展与融合，3GPP正式宣布启动LTE项目，项目设立之初各国专家均将发展目标确定为以OFDM技术和MIMO技术作为主要技术基础，开发具备更大容量、更高效率、更低时延的移动通信标准。作为4G标准的2个主流方案，TD-LTE与LTE FDD均使用了OFDM和MIMO等共性技术，主要的技术差异存在于物理层部分，包括帧结构和部分基础过程等。中国在标准制定、技术方案选择、产业链支持等方面起到了重要的推动作用。正因为中国提出的TDD方案保持了TD-SCDMA帧结构核心的部分，确保了从TD-SCDMA到TD-LTE的平滑演进，大大促进了后续TDD与FDD共平台产品的设计和开发，有效缩短了4G产品的开发周期，降低了开发成本。

在方案的技术继承和延续方面，LTE R9、R10增加了LTE终端定位技术、增强的下行双流波束赋形传输、eMBMS基本功能、网络自优化SON等特性。其中在LTE UE定位技术中，包含了TD-SCDMA中已经得以应用的信号到达角度定位AOA与时间提前量TA相结合的定位方法，主要应用于TD-LTE的终端定位；在增强的下行双流波束赋形传输中，借鉴了基于TD-SCDMA的智能天线技术，结合波束赋形和MIMO的优点，兼顾覆盖与容量的提升，并可应用在TD-LTE和LTE FDD系统中。这些技术在标准化过程中，引起了大多数3GPP主流公司的关注与积极参与。

随着移动互联网的发展，4G业务不断向IP化、宽带化方向发展，呈现出明显的上下行流量不对称的情况。根据对典型应用如视频类、网页类、交互类等业务的分析来看，上下行流量比例基本在1：3～1：9之间，如果完全采用FDD方式，对称的频段分配将会造成相当一部分上行频谱资源的浪费。而在3GPP标准中，TDD有7种不同的时隙配比方案，可灵活地配置上下行资源比例，能更有效地支持非对称的移动互联网业务。

对于TDD双工方式，上下行信号在相同的频带内发送，因此可以充分利用信道的互易性来获得发送方向的信道信息，提升发送端的性能。智能天线技术正是利用了信道互易特性，将天线的主瓣对准目标用户，成功解决了小区边缘信号质量差的问题，并成倍扩展了系统容量，在TD-SCDMA和TD-LTE系统中得到了广泛的应用。

由于TDD系统频谱利用率高等优势日益凸显，而对称频谱资源越来越缺乏，因此在发展第四代移动通信阶段，ITU为TDD分配了更多的非对称频谱资源，如2 300—2 400MHz、2 500—2 690MHz、3 400—3 800MHz及700MHz等，在“频谱为王”的时代，这为TDD双工方式后续更广泛的应用奠定了非常重要的基础。endprint

近期部分业内专家在研究5G技术时提出，若要成倍提高频谱的使用效率，使用单一频段的技术应成为重点研究的内容。同时，诸如大规模天线阵列等可大幅提升业务峰值速率和系统容量的技术更适合在使用单一频段的系统中应用。因此在未来的5G时代，无论是仍然存在FDD和TDD两种双工技术方案，或是两者融合为一种技术方案，TDD的技术特性都将在5G技术中得到充分发挥。

4 TDD对我国移动通信产业发展的贡献

TDD技术的研究对我国移动通信产业的发展有着特殊的贡献，这种贡献主要表现在围绕TD-SCDMA和TD-LTE标准发展，由于我国掌握了技术与标准的话语权，故而我国逐步从无到有建设起了以我国企业为主导的移动通信产业链和创新链。在产业链方面，截至2013年底，国内TD-SCDMA终端产业链厂家达427家，而国内终端产业链厂家总数大约600家，TD-SCDMA产业链企业数占比71%；中国TD-SCDMA芯片厂商共4家；仪表企业9家；系统设备企业6家。在TD-LTE产业链方面，截至2014年6月，中国已有105家终端企业推出TD-LTE智能手机，这在全球170余家TD-LTE终端企业中占据绝对优势。在芯片领域，MTK、海思、中兴微、联芯、展讯、重邮信科、锐迪科、国民技术等都推出了商用产品，尽管目前市场份额不高，但在后续规模化市场发展中必将发力迅猛。在TD-LTE商用网络方面，全球目前有88张合同，其中华为、中兴拿下了80张，占据绝对的优势。

TDD对中国移动通信产业的另一个贡献是中国企业围绕TD标准建成了涵盖技术、标准、开发、测试、应用的完整创新链。国内某大型设备企业总裁曾经感叹：“如果不是因为做TD，我们根本不知道如何设计手机。”

而基于TD的开发历程，中国企业也普遍认识到知识产权的重要性，并积极探索知识产权保护的战略战术。正是得益于TD-SCDMA技术专利的雄厚积累和TD-SCDMA知识产权的处置方式，目前在中国3种技术制式竞争的3G市场上，TD-SCDMA是唯一不需要向海外公司缴纳高额专利费的技术，大大促进了我国终端企业的发展。在中国这个竞争加剧、利润不高的市场，专利的处置方式已成为决定终端企业发展的重要因素。

特别需要指出的是，当今国际市场上有一种普遍的共识，凡是带有TD两个字的都是中国企业领先，选择TD-LTE必选中国企业，这已经成为全球产业界的一种产业意识形态。

目前全球最大的产业链是TDD产业链，凡是做TD-SCDMA的企业都已转向做TD-LTE，而做LTE FDD的企业也基本同时都做TDD产品；但由于过去的基础薄弱，原来做TDD的企业，部分由于资源有限尚未完成FDD产品的开发。换言之，TD-LTE获得的产业链支持力度已经超过LTE FDD。在这种情况下，国内发放TDD/FDD混合组网试验许可，将进一步推动形成以我国企业发挥重要作用的、全球TDD/FDD融合产业体系。

5 TDD有利于我国电信业的发展

由于没有自主产业链的支持，我国在1G时代设备进口超过2 500亿元，在2G时代设备进口超过5 000亿元，3G时代因为积极创新，打造国内TDD自主产业链，在网络部署和终端消费上节约了数千亿元的海外支出。尽管3G时代我国仍有2个运营商选择了CDMA2000和WCDMA，但因为TD-SCDMA在战略上的策应，也为CDMA和WCDMA的成本降低做出了积极贡献。

在已经启动的我国4G网络市场，中国企业已占据市场半数以上份额。在TD-LTE终端市场，我国企业提供的产品占59%的市场份额。我国企业的大量进入，一方面可大大降低设备成本，另一方面亦可提高工程服务与售后服务的及时性。

而从3G向4G的转型来看，选择TDD或FDD在技术上都不存在根本障碍。如美国既有Verizon的CDMA2000EV-DO加LTE FDD网络，也有Sprint及日本KDDI的CDMA2000EV-DO加TD-LTE网络。问题的根本在于运营商3G制式背后的终端产业链本身。以CDMA为例，目前中国市场上CDMA2000EV-DO发展不如其它2个技术制式市场，其根本问题是海外独家公司掌控终端产业链，大陆芯片企业难以进入市场促进竞争。在CDMA体系向LTE演进过程中，其难点仍然在于海外独家公司掌控终端产业链。在LTE必须向下兼容CDMA的前提条件下，无论是TD-LTE或LTE FDD，开放的终端产业链将是其成功的关键因素。在此背景下，CDMA运营商选择TD-LTE为4G运营的主要技术，可能恰恰是更加有利的。主要理由如下：

（1）TD-LTE在国内已开始大规模商用，海内外芯片企业已在TD-LTE市场积累了丰富的商用经验和优势产品，这就使得TD-LTE技术更加成熟，与CDMA技术的互操作成为可能。

（2）国内的TD-LTE芯片企业，正积极和VIA合作，开发CDMA+TD-LTE芯片，从而可以形成一条独立于海外某公司以外的CDMA+TD-LTE芯片供应链，与海外独家公司供应链形成良性竞争，促进技术的进步与成本的降低，进而可有效地支撑国内终端企业群体进入CDMA+TD-LTE产业链，满足市场对终端产品的需求。

（3）若我国CDMA市场采用向LTE FDD演进为主的方案，由于中国芯片企业在FDD领域积累不足，难以在CDMA+LTE FDD市场有更大的作为，该市场在3G时代的独家企业掌控终端产业链的局面难以改变，对市场需求的支撑必然受到影响。

作为CDMA运营商，完全有可能在国内外强大TD-LTE产业链的支持下，成功运营CDMA+TD-LTE模式，并取得像Verizon那样依靠美国产业链完成3G向4G演进的成功效果。习近平主席在上海考察中国商飞设计研发中心时指出：“过去有人说造不如买，买不如租，这个逻辑要倒过来。”TD-LTE就是移动通信领域倒转上述逻辑的重要实践。

参考文献：

[1] 王映民，孙绍辉. TD-LTE技术原理与系统设计[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2011.

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[3] TDIA. TDD产业和市场发展简讯（2014Q2）[Z]. 2014.

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