2.3　短RACH

　　短RACH（Random Access CHannel）是LTE对TDD的另一项特殊设计。在LTE中，随机接入序列采用如图4所示的信号结构，序列的长度共有1ms，2ms以及157μs的三种选项，共5种随机接入序列格式。其中，长度为157μs的随机接入序列格式是TDD所特有的，由于其长度明显短于其它的4种格式，因此又称为“短RACH”。

图4　LTE的随机接入信道

　　采用短RACH的原因也是与TDD关于特殊时隙的设计相关的，如同图中所描述的，短RACH在特殊时隙的最后部分（即UpPTS）进行发送，这样利用这一部分的资源完成上行随机接入的操作，避免占用正常子帧的资源。采用短RACH时，需要注意的一个主要问题是其链路预算所能够支持的覆盖半径，由于其长度要大大的小于其它格式的RACH序列（1ms，2ms），因此其链路预算相对较低（比长度为1ms的约低7.8dB），相应的适用于覆盖半径较小的场景（根据网络环境的不同，约700m～2km）。

3、上下行的时间分配

　　上一节中，我们描述了LTE中与TDD特殊时隙相关的，针对TDD进行的设计。而在特殊时隙之外，TDD还有另外一个显著区别于FDD的物理特征，即FDD依靠频率区分上下行，因此其单方向的资源在时间上是连续的；而TDD依靠时间来区分上下行，所以其单方向的资源在时间上是不连续的，时间资源在两个方向上进行了分配。

　　图5是LTE TDD中支持的7种不同的上、下行时间配比，从将大部分资源分配给下行的“9:1”到上行占用资源较多的“2:3”，在实际使用时，网络可以根据业务量的特性灵活的选择配置。

　　这样，在资源组成上TDD与FDD所固有的不同，成为了LTE中另一部分为TDD所进行的专门设计的原因。这一部分设计主要包括“物理层HARQ的相关机制”，以及“采用频分的随机接入信道”。

图5　LTE TDD上下行配比

　　3.1　HARQ

　　如同图1中所描述的，在FDD的情况下，上、下行的资源在单方向上都是连续的，而且子帧数目相等。因此，以下行为例，在进行物理层的HARQ时，下行数据与上行的ACK/NAK之间可以建立一对一的对应关系（如图6所示）。与此不同的是，在TDD的情况下，单方向的资源不是连续的，因此可能无法获得对应的时间上的资源。另外，上下行配比的设置可能使得上下行的子帧数目不相等，因此无法建立一一对应的关系（如图7所示），所以这些都需要进行TDD针对性的设计。

图6　FDD HARQ反馈

图7　TDD HARQ反馈

　　在LTE TDD，为了解决以上问题，引入了Multiple ACK/NAK的概念，即使用一个ACK/NAK完成对前续若干个下行数据的反馈（如图8所示），这样就解决了上下行时隙不对称带来的反馈问题。在另一个方面，同时还减小了数据的传输时延，数据无需再等待到下一个上行时隙以进行反馈了。当然，该方案可能引起的不必要的过多重传也需要引起注意。

图8　TDD HARQ反馈??Multiple ACK/NAK

　　另外，对比图8和图6，会发现在FDD和TDD情况下，数据与ACK/NAK反馈之间具有不同的时间对应关系（即HARQ Timing）。同理，容易理解的是，对于TDD的不同上下行配比，这种对应的时间关系也将有所不同。另外，还可能影响设计细节的是：这种时间上对应关系的不同，会带了对HARQ进程数目的不同要求，这也是在具体设计和实现中需要考虑的问题。

　　3.2　频分的随机接入信道

　　允许同一时间上存在多个随机接入信道（频分）是TDD上下行时分的结构形成的又一设计结果。在LTE FDD的设计中，同一时刻只允许一个随机接入信道的存在，即仅在时间域上改变随机接入信道的数量。而在TDD中，时间资源已经在上下行进行了分配，同时由于不同的上下行配比的存在，可能存在上行子帧数目很少的情况（如DL:UL=9:1），因此在TDD中需要支持频分的随机接入信道，即在同一时间位置上采用不同频率的区分提供多个随机接入信道，以为系统提供足够的随机接入的容量。

4、结束语

　　为了能在两种双工方式下都实现最优化的系统性能，同时成为有竞争力的FDD和TDD系统，LTE在系统设计中，根据TDD固有的物理特性对LTE TDD系统，尤其是物理层进行了一系列专门的设计，包括帧结构、特殊时隙、同步信道、短RACH、上下行时间的分配、HARQ机制以及随机接入信道的频分等。这些设计在一定程度上参考和继承了3G TD-SCDMA的设计思想。通过这些设计，有效地保证了LTE在TDD模式下实现合理、高效的运行。

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