什么是頻分雙工.doc

什么是頻分雙工(FDD)/時分雙工(TDD)頻分雙工(FDD)，也稱為全雙工，操作時需要兩個獨立的信道。一個信道用來向下傳送信息，另一個信道用來向上傳送信息。兩個信道之間存在一個保護頻段，以防止鄰近的發(fā)射機和接收機之間產(chǎn)生相互干擾。時分雙工(TDD)，也稱為半雙工，只需要一個信道。無論向下還是向上傳送信息都采用這同一個信道。因為發(fā)射機和接收機不會同時操作，它們之間不可能產(chǎn)生干擾。為了全面對比這兩種雙工方式，必須提供每種方式的下列屬性：頻段位置及時分/FDD方式的合適性頻譜效率及業(yè)務非對稱性反應時間射頻規(guī)劃及干擾，包括自干擾和共存干擾系統(tǒng)的相對復雜度(代價差異)前兩項是選擇TDD而非FDD方式的主要因素，后三項是FDD方式支持者提出的采用TDD方式時必須克服的缺點。頻率分配及FDD或TDD的適宜性在固定無線接入系統(tǒng)的頻率分配及發(fā)放執(zhí)照的工作中，大部分國家都采用了較適宜于FDD方案的初始頻率分配。因為這些頻率分配方案都具有間隔很寬的信道，或者很寬的連續(xù)頻段，因此在采用FDD方案時，能夠保證充分的發(fā)送-接收頻率間隔，從而克服了FDD收發(fā)信機中必須將發(fā)送信號和接收信號隔離開來的困難。但是，并非所有的點到多點系統(tǒng)中的頻率分配方案都適宜于FDD。例如，為了有效利用LMDS的B段頻譜，必須滿足發(fā)送-接收間隔約為225MHz的要求。這對于工作于31GHz的FDD無線電是一個非常大的挑戰(zhàn)。近年來，越來越多的頻率分配方案已經(jīng)不再采用傳統(tǒng)的成對信道分配方法了，因此為采用TDD方案產(chǎn)生了巨大的促進作用。頻譜效率及業(yè)務非對稱性頻譜效率涉及到許多因素，其中兩個最重要的因素是使用的調制方案和業(yè)務非對稱性程度。以語音服務為主的網(wǎng)絡業(yè)務是近似對稱的，但是隨著數(shù)據(jù)業(yè)務不斷增長，這種情況正在發(fā)生變化。因此，存在一個這樣的強烈的動因，能否在不影響頻譜效率的前提下，采用某種技術可以適應這種業(yè)務模式的變化情況。而TDD技術就可以滿足這種要求。關于調制方案，可以利用一個簡單的示例來說明一下TDD和FDD技術的差異。在這個示例中，我們假設兩種雙工技術采用相同的前向糾錯技術、MAC開銷、有效信道帶寬，也假定兩種雙工技術采用相同的調制方案，以至于有效數(shù)據(jù)負載是1 bit/Hz，并且假定保護頻段不會造成兩種雙工技術頻譜利用率的差異。利用兩個25 MHz的信道(共50 MHz)，F(xiàn)DD系統(tǒng)能夠提供25 Mbps下行數(shù)據(jù)流和25 Mbps的上行數(shù)據(jù)流。而采用單個25 MHz信道的TDD系統(tǒng)，在利用相同的調制解調方案時，可以提供總共25 Mbps的下行數(shù)據(jù)流以及上行業(yè)務流。如果像傳統(tǒng)的電話系統(tǒng)一樣，業(yè)務具有對稱性，TDD系統(tǒng)可以在任一方向上都提供12.5 Mbps的業(yè)務傳輸能力。若加上另一個25 MHzTDD的信道，在同樣的50 MHz頻譜上，TDD系統(tǒng)可以在任一方向上都提供25 MHz的業(yè)務傳輸能力?？傊?，當業(yè)務對稱以及采用相同的調制解調技術時，TDD和FDD系統(tǒng)具有相同的頻譜效率。但是，業(yè)務非對稱時的情況與對稱時情況將具有很大的差別。當數(shù)據(jù)業(yè)務越來越占主導地位時，業(yè)務非對稱性越來越明顯。TDD系統(tǒng)能夠適應這些無法預測的非對稱的業(yè)務模式。圖1給出了相對于FDD，自適應TDD技術在不同的業(yè)務非對稱情況時的優(yōu)點。反應時間過大的延時將會對連續(xù)比特速率和實時可變比特速率業(yè)務產(chǎn)生有害影響。由于實際的所有固定無線接入網(wǎng)絡都將承載這些業(yè)務，反應時間將是一個十分關鍵的配置考慮因素。為了避免上行數(shù)據(jù)流和下行數(shù)據(jù)流在發(fā)送時發(fā)生碰撞，必須在上行和下行發(fā)送時隙之間留出時間間隔。在TDD和FDD系統(tǒng)中，MAC逐幀管理帶寬分配。MAC處理一般都需要占用23幀的時間。在幀長為1ms時，不考慮雙工方案，僅MAC處理就導致46ms的處理延時。假定傳輸延時為3微秒/千米，在6千米的路程中，為了避免TDD系統(tǒng)中的往返傳輸延時造成上下行鏈路沖突只需要加36微秒的時間間隔。通過最優(yōu)調度不同終端間上下行業(yè)務還可以進一步減小該時間間隔。即使沒有最優(yōu)調度，傳輸延時相對于其它TDD和FDD系統(tǒng)中的固有延時也是非常小的，因此傳輸延時并非整個系統(tǒng)延時的關鍵因素。編輯射頻規(guī)劃和干擾為了控制和減輕多網(wǎng)絡中心配置間的干擾，許多因素在射頻規(guī)劃過程中必須考慮。下面將要說明，當TDD系統(tǒng)在進行幀同步時，對干擾的敏感性與FDD系統(tǒng)是一樣的。在任何點到多點配置中，有兩個干擾因素必須考慮。它們是：共存干擾：共存干擾有兩種形式。一種形式是，兩個同一地理區(qū)域的采用臨近頻譜分配的用戶之間產(chǎn)生的干擾。這種情況下，干擾可以在兩個臨近的TDD系統(tǒng)時間、兩個臨近的FDD系統(tǒng)之間或者一個TDD系統(tǒng)和一個FDD系統(tǒng)之間產(chǎn)生。在實際情況下，本地調整器都會控制帶外發(fā)射以確保用戶能夠共存。但是，由于一個運營者無法控制臨近運營者的(除了由調整器管理的)系統(tǒng)參數(shù)及特征，因此該運營者必須根據(jù)其設備對干擾的敏感性設置一個保護帶寬，從而提供額外的干擾保護。TDD和FDD系統(tǒng)都需要這類保護帶寬。最近的點到多點系統(tǒng)頻譜分配方案已經(jīng)考慮了保護帶寬。典型情況下，設置的保護帶寬等于最大預測到的信道帶寬，對于今天的系統(tǒng)來說，為28 MHz。這種保護帶寬對TDD系統(tǒng)和FDD系統(tǒng)是一樣的。另一種共存干擾來自于具有完全相同頻譜分配和臨近地理區(qū)域的兩個用戶。這種情況下的共存問題與許可邊界上系統(tǒng)到系統(tǒng)的干擾有關。解決這個問題，一般來說，可通過調整功率譜密度限以及依靠用戶之間的協(xié)作來完成。自干擾：自干擾是指一個特定的服務區(qū)域內單個用戶配置內部產(chǎn)生的干擾。由于存在自干擾，射頻規(guī)劃者必須考慮到同信道干擾(CCI)和鄰近信道干擾(ACI)。對于TDD和FDD系統(tǒng)來說，控制干擾的共同方法是頻率分集和互極化識別。此外，在TDD系統(tǒng)中，可以采用幀同步來控制時間間隔。從設計觀點看，信道頻譜屏蔽和天線參數(shù)，如邊瓣標準和前后比率，在系統(tǒng)抗CCI干擾和ACI干擾的能力方面起著關鍵作用。由于頻譜屏蔽比較重要，這里要說幾句。由于目前設計的點到多點系統(tǒng)完全支持高階調制，因此比ETSI建議的系統(tǒng)具有更好的頻譜屏蔽效果。但是，目前的許多點到多點FDD系統(tǒng)中都有簡單的自適應設備，這些設備都是最初為點到點系統(tǒng)設計的。盡管頻譜屏蔽可以滿足ETSI建議要求，但是，在點到多點環(huán)境中，其性能不能足以完全保護系統(tǒng)，使系統(tǒng)不受ACI干擾的影響。頻譜屏蔽在點到點系統(tǒng)中從來就不是一個很重要的參數(shù)，因為通過角度隔離就可以基本上完全控制干擾。在傳輸鏈路的兩端，通過采用高增益、窄波束寬度的天線就可以實現(xiàn)角度隔離。但是，在點到多點系統(tǒng)中，每個網(wǎng)絡中心的收發(fā)信機可以在幾條不同的路徑上接收和發(fā)送信號。在這種類型的架構中，必須考慮到將要發(fā)生的不相關衰落。這就要求對鄰近信道干擾有較高的容忍度。圖2和圖3給出了點到多點系統(tǒng)中ETSI頻譜屏蔽的要求。系統(tǒng)的相對復雜度一般認為，TDD微波無線系統(tǒng)比FDD微波無線系統(tǒng)簡單。因為系統(tǒng)復雜度直接決定了系統(tǒng)成本，因此TDD系統(tǒng)成本較低。在FDD系統(tǒng)中，造成系統(tǒng)具有較大復雜度和較高成本的一個主要部件是雙工器。雙工器必須防止高功率的發(fā)送信號干擾十分敏感的接收機前端。若發(fā)送功率為+20dB