TD-LTE是LTE（4G）标准的一种双工模式，而LTE的另一种模式是FDD-LTE（Frequency Division Duplexing，频分双工），两者在核心网和空中接口的大部分关键技术上是共通的，TD-LTE的特殊性主要体现在其双工方式以及由此带来的一系列技术特性上。
下面,我们将从“LTE的通用关键技术”和“TD-LTE特有的关键技术”两个层面来展开说明。
LTE的通用核心技术（TD-LTE与FDD-LTE共享）
这些技术是整个LTE 4G网络的基石，无论采用哪种双工模式，都离不开它们。
OFDM（正交频分复用）
这是LTE物理层的核心技术,也是其高速率、抗多径干扰的关键。
- 原理：将高速的数据流分解成N个并行的、低速的子数据流，每个子数据流在N个相互正交的子载波上进行传输。
- 优势：
- 抗频率选择性衰落：即使某些子载波在深衰落区域，其他子载波的数据仍然可以正常传输，大大提高了通信的可靠性。
- 频谱效率高：子载波之间正交重叠，可以最大限度地利用频谱资源。
- 简化均衡：在接收端，由于子载波的正交性，可以采用简单的单抽头均衡器来对抗多径效应，大大降低了接收机的复杂度。
MIMO（多输入多输出）
MIMO利用多根天线在发射端和接收端同时收发数据,成倍地提升系统容量和数据速率。
- 基本原理：通过在空间中产生多条独立的并行数据传输链路（即“空间流”），在不增加额外频谱资源的情况下，成倍地提高信道容量。
- 应用模式：
- SU-MIMO（单用户MIMO）：基站的所有空间流资源都分配给一个用户，以最大化该用户的峰值速率。
- MU-MIMO（多用户MIMO）：基站将不同的空间流资源分配给不同的用户，可以在不牺牲单用户速率的情况下，显著提高小区的总容量和系统吞吐量。
高层协议架构优化
LTE对3G的协议栈进行了简化和优化,以降低时延。
- 扁平化架构：网络架构从3G的“RNC-NodeB”两级简化为“eNB”一级，减少了数据转发和处理环节，降低了时延。
- 全IP网络：核心网采用扁平化的EPC（Evolved Packet Core），所有业务（语音、数据）都通过IP分组交换传输。
- 控制与用户面分离：控制信令和数据传输在逻辑上分离，使得数据传输可以更高效地进行。
信道调度
基站根据实时的无线信道状况（如CQI报告）、用户QoS需求、业务类型等因素，动态地为用户分配时频资源。
- 目标：在保证公平性的前提下，实现整个小区吞吐量的最大化。
- 调度算法：如比例公平、最大C/I（载干比）等算法。
TD-LTE特有的关键技术（源于TDD双工方式）
TD-LTE最大的特点是TDD（Time Division Duplexing，时分双工），即上行和下行在相同的频段上，通过不同的时间片来传输，这一特性带来了FDD-LTE所没有的一系列独特技术。
特殊子帧设计
由于上下行在时间上切换,必须设置一个“保护间隔”（Guard Period, GP），以避免上下行信号之间的干扰，TD-LTS将一个10ms的无线帧分为10个子帧，每个子帧包含2个时隙，为了解决这个问题，LTE定义了特殊子帧的结构。
- 结构：特殊子帧由 DwPTS（下行导频时隙）、GP（保护间隔）、UpPTS（上行导频时隙） 三部分组成。
- DwPTS：用于传输下行数据，长度可配置（通常为3、4或9个OFDM符号）。
- GP：是关键部分，用于消除上下行信号之间的干扰，并提供足够的传播时延保护，其长度也可配置（通常为3、6或9个OFDM符号）。
- UpPTS：用于上行信道同步和探测，长度较短（固定为2个或3个OFDM符号）。
- 优势：这种灵活的配置，使得网络可以根据不同场景的需求，动态调整上下行的时间配比，优化资源利用率，在视频点播等下行流量大的场景，可以增加DwPTS的长度；在视频通话等上下行对称的场景，则采用1:3的配比。
上下行子帧配比灵活可变
与FDD-LTE固定的上下行频谱划分不同，TD-LTE可以根据业务模型（如非对称的互联网浏览或对称的视频通话）动态调整上下行时隙的比例。
- 常见配比：如1:3（1个上行时隙，3个下行时隙）、2:2（对称）、3:1等。
- 优势：极大地提高了频谱资源利用的灵活性，能够更好地匹配实际业务流量，是TD-LTE的核心优势之一。
上行同步技术
由于TDD系统的收发在时间上是紧密相邻的,如果基站和各个用户终端的上行信号不能精确同步，就会产生严重的多址干扰。
- 原理：基站通过测量来自不同终端的上行信号时间，并向终端发送定时提前命令，要求终端提前发送信号，以确保所有终端的上行信号在到达基站时能够完美对齐。
- 实现：UpPTS中的PRACH（物理随机接入信道）就承载了上行同步的初始捕获过程，上行同步是TD-LTE稳定运行的先决条件。
单载波-SC-FDMA（上行）
LTE下行采用OFDM,但上行却采用了单载波FDMA（SC-FDMA）。
- 原因：这是为了解决OFDM的高PAPR（峰均功率比）问题，手机等终端设备的功率放大器线性动态范围有限，高PAPR会导致功率放大器效率降低、发热严重，缩短电池寿命。
- SC-FDMA原理：可以看作是“带有循环前缀的FDMA”，它在频域上分配资源，但在时域上进行单载波调制，其PAPR远低于OFDM，非常适合作为上行技术。
- 与OFDM的关系：SC-FDMA可以看作是OFDM的一种“预编码”形式，它将OFDM的IFFT操作移到了基站端，从而降低了终端的PAPR。
邻频共存干扰问题
由于TD-LTE的上下行使用相同频段，在频率上紧邻部署的TD-LTE网络之间，或TD-LTE与FDD-LTE网络之间，如果隔离度不够，会产生严重的同频或邻频干扰。
- 挑战：需要精细的网络规划和严格的频率协调，避免“我”的下行信号干扰“你”的上行信号。
- 解决方案：通过地理隔离、功率控制、使用不同的小区扰码等方式进行干扰协调和管理。
| 技术类别 | 核心技术 | 在TD-LTE中的作用与特点 |
|---|---|---|
| 通用核心技术 | OFDM | 物理层基础，提供高可靠性和频谱效率。 |
| MIMO | 提升容量和速率，支持SU-MIMO和MU-MIMO。 | |
| 扁平化架构 | 降低时延，简化网络。 | |
| 特有核心技术 | TDD双工方式 | 根本特性，上下行同频，时分复用。 |
| 特殊子帧 | 解决上下行切换干扰，提供灵活的时间配比。 | |
| 灵活的上下行配比 | 核心优势，能根据业务流量动态调整资源分配。 | |
| 上行同步 | 保证系统稳定运行的先决条件，避免多址干扰。 | |
| 上行SC-FDMA | 解决OFDM高PAPR问题，延长终端电池寿命。 | |
| 干扰协调 | 因TDD同频特性而引入的额外网络规划挑战。 |
TD-LTE并非一种全新的技术，而是在LTE通用技术框架下，针对TDD双工方式所做的专门优化和设计，其最大的亮点在于灵活的上下行配比和特殊子帧设计，使其在应对非对称业务方面具有天然优势，同时也带来了上行同步和干扰协调等独特的挑战。
