【E課題】TDD與FDD技術(shù)對比

　　雙工(Duplex)是一種在單一通信信道上實(shí)現雙向通信的過(guò)程，包括兩種類(lèi)型，分別為半雙工和全雙工。

　　在半雙工系統中，通信雙方使用單一的共享信道輪流發(fā)送數據。雙向廣播就采用了這種方式。在一方發(fā)送數據時(shí)，另一方只能收聽(tīng)。數據發(fā)送方通常會(huì )發(fā)出“Over”的信號，表明本方數據發(fā)送結束，對方可以開(kāi)始發(fā)送數據。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò )中，兩臺計算機可以使用一根通信電纜來(lái)輪流收發(fā)數據。

　　全雙工則是指同時(shí)的雙向通信。通信雙方可以在同一時(shí)刻收發(fā)數據。固定電話(huà)和手機的通信采用了這種方式。另一些類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò )也支持數據收發(fā)同時(shí)進(jìn)行。這是一種更實(shí)用的雙工技術(shù)，但相對于半雙工更復雜、成本更高。全雙工技術(shù)又分為兩種：時(shí)分雙工(TDD)和頻分雙工(FDD)。

　　頻分雙工(FDD)

　　FDD要求系統擁有兩個(gè)獨立通信信道。在網(wǎng)絡(luò )中將有兩根通信電纜。全雙工以太網(wǎng)使用CAT5的雙絞線(xiàn)來(lái)實(shí)現數據的同時(shí)收發(fā)。

　　移動(dòng)通信系統則需要兩個(gè)不同的頻段或信道。兩個(gè)信道之間需要有足夠的間距來(lái)確保收發(fā)不會(huì )相互干擾。這樣的系統必須對信號進(jìn)行濾波或屏蔽，才能確保信號發(fā)送機不會(huì )影響鄰近的接收機。

　　在手機中，發(fā)送機和接收機在非常近的距離下同時(shí)工作。接收機必須盡可能多地過(guò)濾發(fā)送機發(fā)出的信號。頻譜分離的情況越好，濾波器效率就越高。

　　FDD通常需要更多的頻譜資源，一般情況下是TDD的兩倍。此外，對發(fā)送和接收信道必須進(jìn)行適當的頻譜分離。這種所謂的“安全頻段”將無(wú)法使用，因此帶來(lái)了浪費?？紤]到頻譜資源的稀缺性和昂貴成本，這是FDD的一大缺陷。

　　不過(guò)，FDD在移動(dòng)通信系統中被廣泛使用，例如已被大量部署的GSM網(wǎng)絡(luò )。在一些系統中，869MHz至894MHz的25MHz帶寬頻譜被用于基站至手機的下行通信，而824MHz至849MHz的25MHz帶寬頻譜被用于手機至基站的上行通信。

　　FDD的另一個(gè)缺點(diǎn)在于，很難應用多輸入多輸出(MIMO)天線(xiàn)技術(shù)和波束成形技術(shù)。這些技術(shù)是當前4G LTE網(wǎng)絡(luò )的核心，能大幅提高數據傳輸速率。單一天線(xiàn)通常很難有足夠帶寬去覆蓋FDD使用的全部頻率，這也需要更復雜的動(dòng)態(tài)調整電路。

　　FDD系統也可以利用單根電纜來(lái)實(shí)現。在這種情況下，收發(fā)信道分別使用不同的頻段。有線(xiàn)電視系統即是如此。同樣的，在這種系統中也需要濾波器來(lái)分離信道。

　　時(shí)分雙工(TDD)

　　TDD系統使用單一頻率來(lái)進(jìn)行收發(fā)。通過(guò)分配不同的時(shí)隙，TDD系統可以利用單一頻段來(lái)進(jìn)行收發(fā)操作。TDD系統中發(fā)送的信息，無(wú)論是語(yǔ)音、視頻還是計算機數據，都是串行的二進(jìn)制數據。每個(gè)時(shí)隙的長(cháng)度可能為1字節，同時(shí)可以將多個(gè)字節組裝在一起成幀。

　　由于數據傳輸速率很快，因此通信雙方很難分辨數據傳輸是間歇性的。因此，與其使用“同時(shí)”一詞來(lái)描述這種傳輸，“并發(fā)”一詞可能更合適。例如，在將數字語(yǔ)音轉換為模擬格式的過(guò)程中，沒(méi)有人會(huì )認為這一過(guò)程不是全雙工。

　　在某些TDD系統中，上行和下行可以分配相等的時(shí)隙。不過(guò)，系統實(shí)際上并不要求進(jìn)行這樣的對稱(chēng)分配，在某些情況下系統可以是上下行不對稱(chēng)的。

　　例如，在互聯(lián)網(wǎng)接入的應用中，數據下載時(shí)間通常遠大于上傳時(shí)間，因此可以給數據上傳分配較少的時(shí)隙。一些TDD系統支持動(dòng)態(tài)帶寬分配，其中的時(shí)隙數量可以按需分配。

　　TDD的真正優(yōu)勢在于，系統只需使用頻譜的一個(gè)信道。此外，沒(méi)有必要浪費頻譜資源設置“安全頻段”，或采取信道隔離措施。不過(guò)TDD的主要問(wèn)題在于，系統在發(fā)送機和接收機兩端需要非常精確的時(shí)間同步，以確保時(shí)隙不會(huì )重疊，產(chǎn)生相互影響。

　　通常情況下，TDD系統中的時(shí)間是由原子鐘和GPS系統來(lái)實(shí)現同步的。在不同時(shí)隙之間還需要設置“安全時(shí)間”，以防止時(shí)隙重疊。這一時(shí)間通常相當于從發(fā)送到接收整個(gè)過(guò)程的環(huán)回時(shí)間，以及在整個(gè)通信鏈路上的時(shí)延。

　　應用案例

　　目前，大部分手機系統都采用FDD技術(shù)。4G LTE技術(shù)最初也選擇了FDD，而有線(xiàn)電視系統則完全基于FDD。

　　不過(guò)，大部分無(wú)線(xiàn)數據傳輸系統都采用TDD技術(shù)。WiMax和WiFi均為T(mén)DD技術(shù)，藍牙和ZigBee等系統也是同樣。無(wú)繩電話(huà)同樣使用TDD。而由于頻譜的稀缺性和較高的成本，TDD也被應用在一些移動(dòng)通信系統中，例如中國的TD-SCDMA和TD-LTE。如果出現頻譜緊張的現象，其他國家可能也會(huì )部署TD-LTE網(wǎng)絡(luò )。

　　結論

　　整體來(lái)看，TDD可能是更好的選擇，但FDD目前得到了更廣泛的應用。這主要是由于頻譜分配的歷史原因，以及FDD技術(shù)出現得更早。目前來(lái)看，FDD仍將在移動(dòng)通信系統中占據主導地位。不過(guò)，隨著(zhù)頻譜資源越來(lái)越緊張，成本越來(lái)越高，在頻譜的重新分配中，TDD預計將獲得更多的應用。