TDD[時分雙工(Time Division Duplexing)]:T -百科知識中文網

簡介

TDD(Time Division Duplexing)時分雙工技術，在移動通信技術使用的雙工技術之一，與FDD相對應。

在TDD模式的移動通信系統中，接收和傳送在同一頻率信道(即載波)的不同時隙，用保證時間來分離接收和傳送信道。該模式在不對稱業務中有著不可比擬的靈活性，TD-SCDMA只需一個不對稱頻段的頻率分配，其每載波為1.6MHz。由於每RC內時域上下行切換的切換點可靈活變動，所以對於對稱業務(語音和多媒體等)和不對稱業務(包交換和網際網路等)，可充分利用無線頻譜。

TDD系統有如下特點：

1．不需要成對的頻率，能使用各種頻率資源，適用於不對稱的上下行數據傳輸速率，特別適用於IP型的數據業務；

2．上下行工作於同一頻率，電波傳播的對稱特性使之便於使用

3．設備成本較低，比FDD系統低20%-50%。用智慧型天線等新技術，達到提高性能、降低成本的目的；

技術優勢

1．使用TDD技術時，只要基站和移動台之間的上下行時間間隔不大，小於信道相干時間，就可以比較簡單的根據對方的信號估計信道特徵。而對於一般的FDD技術，一般的上下行頻率間隔遠遠大於信道相干頻寬，幾乎無法利用上行信號估計下行，也無法用下行信號估計上行；這一特點使得TDD方式的移動通信體制在功率控制以及智慧型天線技術的使用方面有明顯的優勢。

2．TDD技術可以靈活的設定上行和下行轉換時刻，用於實現不對稱的上行和下行業務頻寬，有利於實現明顯上下行不對稱的網際網路業務。但是，這種轉換時刻的設定必須與相鄰基站協同進行。

3．與FDD相比，TDD可以使用零碎的頻段，因為上下行由時間區別，不必要求頻寬對稱的頻段。

4．TDD技術不需要收發隔離器，只需要一個開關即可。

5．更高的頻譜利用率

第三代移動通信系統的頻段是在2GHz範圍，但分配給公共陸地移動通信系統使用的頻譜為155 MHz，僅為整個2GHz頻段的7%，這樣希望的頻寬也僅相當於一個2GHz寬頻電纜的7%。面對日益高速增長和擴展的移動業務，第三代系統的首要要求是更高的頻譜利用率。TDD模式具有更高的頻譜利用率主要是因為只有TDD模式能利用非對稱頻段，以及提供同樣速率的業務時TDD模式占用的頻寬較FDD模式少。

6．功率控制要求降低

在FDD模式的CDMA移動通信系統中，為減少同道干擾，每個移動台必須在保證可接收性能的前提下以最低功率傳送信息，這需要很精確的功率控制；同時為克服所謂遠近效應，需要快速高效的功率控制；另外上下行鏈路的衰落因子是不相關的，這需要用閉環功率控制。所以FDD模式的CDMA移動通信系統對功率控制極其敏感，功率控制的失敗會導致十分嚴重的系統容量下降。但對TDD模式的CDMA移動通信系統，上下行鏈路的衰落因子是相關的，僅需開環功率控制即可。

7．預選擇天線分集

在移動通信系統中廣泛採用分集結合技術來縮簡訊道的衰落周期。對選擇性分集，接收機通過測量相互獨立的路徑來選擇最好的路徑接收信號電平，以提高接收性能，但接收機的複雜性也相應提高了。在這種情況下，基站能容忍複雜性的提高，而手持機則不行，此時天線（空間）分集是為手持機提供分集接收的僅有方法。

根據TDD模式原理，基於TDD模式系統的上下行鏈路的衰落是相同的，基站通過測量它從每個天線接收到的上行鏈路信號功率估計最強的路徑，從而估計和選擇最好的天線用於下行鏈路下一幀的傳送。這樣手持機可在不增加複雜性的情況下，藉助基站的天線分集設備實現預選擇天線分集，使接收性能得以改進。

8．預RAKE結合分集

CDMA系統的一個重要特點之一是在多徑環境利用RAKE接收機取得多徑分集增益。RAKE接收機是由多路相關器組成，每一路都跟蹤一路信號、估計脈衝回響，然後加權合併後作為RAKE接收機輸出，因加權因子與各路信號的信噪比成正比，所以充分利用了多徑信號能量，取得多徑分集增益，但需要相當的信號處理工作和功率消耗。

FDD系統的基站和手持機都需要多路相關器並估計信道的脈衝回響，這對手持機是不理想的。而由於TDD系統上下行信道的脈衝回響在一個時間周期內是相同的，於是僅基站需要估計上行信道的脈衝回響，然後將預RAKE信號傳送到手持機，手持機用一個匹配濾波器就行了。

對手持機來說RAKE接收機結合處理不僅增強了有用信號也增強了干擾，但預RAKE處理沒有這種情況，因此TDD系統的預RAKE性能比FDD的RAKE性能還好一些。

9．智慧型天線分集

在基於TDD模式的TD-SCDMA移動通信系統的基站中採用了智慧型天線技術。一個智慧型天線系統由一個多天線陣、相干接收機和高級數位訊號處理算法組成。與僅有一個固定波束的傳統天線比較，智慧型天線能有效地形成多波束賦型，每一個波束指向一個特定的用戶且能自適應地跟蹤任何移動用戶。如此特點使得在接收邊實現空間選擇性分集，提高了接收靈敏度、減少了不同位置的同道用戶的同道干擾、抵消了多徑衰落和增加了上行容量。在傳送邊，智慧型的空間選擇波束成型傳送降低了輸出功率要求、減少了同道干擾和提高了下行容量。

10．低功耗袖珍多模式終端

低功耗袖珍多模式終端不僅給移動用戶帶來通信與攜帶的方便，也使購買與使用成本降低，這是未來移動通信系統的必然要求和追求的目標。TDD模式系統具有上下行信道的互惠性，對功率控制的要求相對較低，實現預選擇天線分集、預RAKE結合分集和智慧型天線分集等技術，使得TDD模式的終端可以與基站共用一些設備，配置比FDD模式終端更少的功能單元，從而更容易實現低功耗袖珍多模式終端。

11．具有競爭優勢的基站設備成本

具有競爭優勢的基站設備成本可以從兩方面來分析：一方面，TDD模式移動通信系統的頻譜利用率高，同樣頻寬可提供更多的移動用戶和更大的容量，降低了移動通信系統運營商提供同樣業務對基站的投資；另一方

面，TDD模式的移動通信系統具有上下行信道的互惠性，基站的接收和傳送可以共用一些電子設備，從而降低了基站的製造成本。可見，TDD模式的基站設備無論對運營商還是對製造商都有競爭優勢。

套用優勢

TDD在3G中的優勢有以下幾點：

1．頻譜資源利用方面

國際無委會為第三代移動通信系統分配的頻譜如下：

A．1 885～1 900 MHz：在歐洲被DECT占用；

B．1 900～1 920 MHz：TDD公共陸地移動通信頻段；

C．1 920～1 980 MHz：FDD公共陸地移動通信頻段；

D．1 980～2 010 MHz：FDD衛星通信頻段；

F．2 010～2 025 MHz：TDD公共陸地移動通信頻段；

G．2 110～2 170 MHz：FDD公共陸地移動通信頻段；

H．2 170～2 200 MHz：FDD衛星通信頻段。

目前，已有歐洲和日本決定採用這個頻段分配，中國基本遵循國際無委會的頻段分配，不同的是：

A′．1 880～1 900 MHz 分配給FDD的WLL系統；

B．1 900～1 920 MHz 分配給TDD的WLL系統，日本分配給PHS系統；

I．1 785～1 805MHz 分配給TD-SCDMA系統，即中國第三代TDD移動通信系統。

其中，B或I，F兩個頻段是不對稱的，FDD模式無法使用，因此只有採用TDD模式的移動通信系統才能充分利用第三代的所有頻段。

2．業務方面

第二代移動通信系統主要面向話音業務，而第三代移動通信系統除了提供話音外、還可以提供數據和多媒體業務。由於Internet、檔案傳輸和多媒體業務常常上下行容量不對稱，因此如果用FDD模式提供這些業務，或者會造成下行資源的浪費，或者需通過十分複雜的控制措施來改善這種浪費現象。而TDD模式上下行信道不固定，可以通過調整時隙交換點很方便地動態分配上下行信道的容量，因此用於非對稱業務的通信是很理想的。

3．覆蓋方面

理論研究和現場實驗均證明，TDD模式的移動通信系統適合於微小區、業務量繁忙、上下行業務不對稱且低速移動性的環境。因此從移動通信的覆蓋規劃來看，TDD模式的系統與FDD模式的系統可以互相補充，相得益彰。在提交的第三代移動通信系統RTT草案中也反映出這種情況。

4．上下行信道的互惠性

由於多徑傳播導致的快衰落現象依賴於傳輸頻率，在FDD模式的移動通信系統中上下行信道處於不同的頻段，上下行信道之間是不相關的，這樣FDD傳送器不能預測快衰落對傳輸的影響。在TDD模式的移動通信系統中，上下行信道用同樣的頻率，基於接收信號，TDD傳送器能知道多徑信道的快衰落。這種上下行信道的互惠性可以降低移動台與基站設備的複雜性，從而降低成本和減少功耗。

與FDD的區別

優勢

1．使用TDD技術時，只要基站和移動台之間的上下行時間間隔不大，小於信道相干時間，就可以比較簡單的根據對方的信號估計信道特徵。而對於一般的 FDD技術，一般的上下行頻率間隔遠遠大於信道相干頻寬，幾乎無法利用上行信號估計下行，也無法用下行信號估計上行；這一特點使得TDD方式的移動通信體制在功率控制以及智慧型天線技術的使用方面有明顯的優勢。

3．與FDD相比，TDD可以使用零碎的頻段，因為上下行由時間區別，不必要求頻寬對稱的頻段。

4．TDD技術不需要收發隔離器，只需要一個開關即可。

不足

1．移動台移動速度受限制。在高速移動時，都卜勒效應會導致快衰落，速度越高，衰落變換頻率越高，衰落深度越深，因此必須要求移動速度不能太高。例如在使用了TDD的TD-SCDMA系統中，在目前晶片處理速度和算法的基礎上，當數據率為144kb/s時，TDD的最大移動速度可達250km/h，與FDD系統相比，還有一定差距。一般TDD移動台的移動速度只能達到FDD移動台的一半甚至更低。

2．覆蓋半徑小。也是由於上下行時間間隔的緣故，基站覆蓋半徑明顯小於FDD基站。否則，小區邊緣的用戶信號到達基站時會不能同步。

3．發射功率受限。如果TDD要傳送和FDD同樣多的數據，但是發射時間只有FDD的大約一半，這要求TDD的傳送功率要大。

4．需要更複雜的網路規劃和最佳化技術。

存在的問題

1．干擾問題

TDD模式移動通信系統的干擾問題主要包括上下行鏈路之間的干擾，不同運營者之間的干擾和來自功率脈衝的干擾。

上下行鏈路之間的干擾分為小區內上下行鏈路之間的干擾和小區間上下行鏈路之間的干擾。前者是因為在一個小區內用戶間的同步受到破壞或上下行鏈路的時間分配不平衡。對於後者，非對稱的TDD時隙將影響鄰近小區的無線資源並導致小區間的上下行鏈路干擾，另外高功率的基站會阻塞鄰近小區的基站接收本小區的終端，處在小區邊界的高功率終端也會阻塞鄰近小區的具有不同時隙分配的終端。

當同一地理環境有幾個運營商用同一TDD 頻率時，由於基站之間的同步問題以及上下行鏈路之間非對稱的動態分配，不同運營者之間會發生干擾，這是TDD模式所特有的。

來自功率脈衝的干擾是由於短的TDD幀的短傳輸時間，以及為了袖珍的語音終端設計在終端內部的設備之間的脈衝傳輸。

2．同步要求高

由於基站不能同時接收和傳送，移動終端的傳送必須在基站停止傳送時開始，這意味著同一小區內的不同用戶之間，用戶與基站之間需嚴格同步，後一同步破壞會發生通信阻塞，前一同步破壞將導致嚴重干擾，這是FDD的CDMA移動通信系統所沒有的問題。

另外，因為小區之間和不同操作者之間的干擾問題，鄰近小區的基站之間要求是同步的，並且一般是符號級的精確同步。這樣的同步要求在基站有GPS接收機或公共的分散式時鐘，這些都增加了移動蜂窩網的費用。

3．移動速度受限

對於TDD模式的CDMA移動通信系統，上下行鏈路利用同一頻率，根據接收信號TDD發射機能知道多徑信道的快衰落，這給TDD模式的系統帶來許多優勢，但這是基於TDD幀長比相干時間短的前提。因為TDD幀很短，導致移動速度受到限制，所以通常人們認為TDD模式適合於室內、低速移動的微小區環境。

應該指出的是，已有研究顯示TDD模式的移動通信系統在結合智慧型天線和聯合檢測技術後可以用於高速移動的環境，在中國目前開發的第三代移動通信系統TD-SCDMA中採用了這個方案，模擬結果顯示了較好的性能。

發展前景

由於移動數據業務的增長、通信個人化和寬頻化的要求，移動通信正在向第三代發展，估計21世紀初（2002年）第三代移動通信系統將開始全面商用。回顧第一二代移動通信系統的建設，中國幾乎100%依靠進口國外產品。現在的情況已有所不同。1997年6月，中國提交了第三代移動通信標準草案（TD-SCDMA），其TDD模式及智慧型天線新技術等特色受到高度評價並成為三個主要候選標準之一，同時TD-SCDMA移動通信系統的基站設備正在加緊開發。在第一代和第二代移動通信系統中，FDD模式一統天下，TDD模式沒有引起重視，但由於新業務的需要和新技術的發展，TDD模式將日益受到重視，在將來的組網上，TDD模式和FDD模式將共存於3G網路。

第四代移動通信技術便是我們目前所使用的，有TD-LTE和FDD-LTE兩種制式，但是LTE並未被認可為下一代無線通訊標準IMT-Advanced，而LTE Advanced才是。因此一般說4G網路都是LTE和是LTE Advanced，而LTE Advanced則是LTE的升級版，並且兼容LTE。

隨著通信技術的不斷發展，其工作範圍也隨之擴大，增加了第四代（LTE FDD, TD-LTE）及5G（LTE演進及NR）系統的研究和標準制定。5G和LTE將在相當長的一段時間內共存。2020年5G商用之前，中國移動運營商計畫在2017-2019年進行5G試驗網測試。