Стандарты LTE FDD и LTE TDD: различия и преимущества

В 4G-сетях для обмена данными с базовой станцией сотового оператора применяются два различных метода: частотное разделение (LTE FDD) и временное разделение (LTE TDD).

LTE FDD (Frequency-division duplexing) предполагает использование двух отдельных частотных диапазонов для передачи и приема данных. Например, в популярном стандарте LTE FDD (Band 7), прием данных осуществляется на частоте 2620–2690 МГц, а передача данных на частоте 2500–2570 МГц. Благодаря этому подходу, передача и прием данных происходят параллельно и независимо, что позволяет устройству (смартфону, модему) одновременно слушать и передавать информацию.

С другой стороны, LTE TDD (Time-division duplexing) использует один и тот же частотный диапазон как для передачи, так и для приема данных. Вместо отдельных частотных диапазонов, здесь используются временные интервалы: устройство сначала передает данные в базовую станцию, а затем принимает данные от нее. Поскольку переключение между передачей и приемом происходит очень быстро, абонентские устройства воспринимают передачу данных как непрерывную, хотя она на самом деле осуществляется дискретно. Например, в стандарте LTE TDD, используемом в России (Band 38), задействован частотный диапазон 2570–2620 МГц.

Преимущества и недостатки LTE FDD (частотное разделение)

LTE FDD является наиболее распространенным методом передачи данных в 4G-сетях, и количество сетей, работающих на LTE FDD, значительно превышает число сетей LTE TDD. Частотное разделение долгое время успешно применялось в 2G- и 3G-сетях и было широко внедрено операторами сразу после разработки 4G-спецификаций. Среди основных преимуществ LTE FDD стоит отметить более высокую пропускную способность, большую дальность действия и, следовательно, возможность сократить количество базовых станций без ущерба для производительности или площади покрытия.

Тем не менее, технология LTE FDD также имеет свои недостатки:

1. Использование в два раза более широкой полосы частот по сравнению с LTE TDD требует от оператора лицензирования большего количества частот для передачи и приема данных.
2. Из-за близкого расположения частот для передачи и приема требуется промежуточная защитная полоса частот, которая не используется и приносит излишние расходы.
3. Проектирование устройств сложнее из-за одновременного функционирования приемника и передатчика, которые могут взаимно влиять друг на друга. Это приводит к удорожанию оборудования, так как требуются дополнительные фильтры и дуплексеры для изоляции восходящего и нисходящего каналов.
4. При использовании различных частотных диапазонов для передачи и приема, оператор не может гарантировать одинаковое качество сигнала в обоих каналах.
5. Внедрение передовых технологий, таких как MIMO или “beamforming” (формирование направленного луча), затрудняется в сетях LTE FDD.

Преимущества и недостатки LTE TDD (временное разделение)

Технология временного разделения (LTE TDD) медленно внедряется в 4G-сетях, и только небольшой процент операторов предпочитает этот метод передачи данных. Тем не менее, LTE TDD обладает рядом важных преимуществ:

1. Использование одного частотного диапазона для передачи и приема данных существенно сокращает необходимую полосу частот и позволяет более эффективно использовать ее.
2. Базовые станции LTE TDD обходятся оператору дешевле, так как требуется более простое оборудование. В целом, стоимость оборудования LTE TDD ниже, чем LTE FDD.
3. Принцип временного разделения позволяет эффективно перераспределять пропускную способность между каналами Uplink и Downlink без изменения ширины выделенной частотной полосы.

Однако принцип LTE TDD также имеет некоторые недостатки:

1. Сети LTE TDD имеют более низкую пропускную способность, так как передача и прием данных осуществляются поочередно на одной частоте.
2. Базовые станции LTE TDD имеют меньшую дальность действия, что требует установки большего числа базовых станций для покрытия той же площади, чем в сетях LTE FDD.
3. Для надежной работы LTE TDD требуется строгая синхронизация времени и наличие защитных временных интервалов между передачей и приемом данных.

Какие стандарты LTE используются в России?

Подавляющее большинство 4G-сетей в России основаны на стандарте LTE FDD:

В последнее время операторы все чаще развертывают станции LTE TDD Band 38 и Band 40 в Москве и Санкт-Петербурге. Частотный диапазон 2600 МГц (B38) активно используют операторы МТС и МегаФон, а диапазон 2300 МГц (B40) применяется оператором Tele2 (Ростелеком). Помимо столичных городов, эти стандарты могут встречаться и в других населенных пунктах России, обычно в виде отдельных базовых станций, а не сплошного покрытия.