4G来了：TD与FDD技术对比

期待了好久，国内4G终于在今天正式发牌。首批发放的为3张TD-LTE(即LTE TDD)牌照，而FDD(LTE FDD)发牌时间则还未确认。4G大战将于本月18日拉开帷幕，在迎接TD，守望FDD的同时，我们还是先通过国外技术网站的介绍来了解一下，同为LTE 4G技术，TD与FDD究竟有何不同。

双工(Duplex)是一种在单一通信信道上实现双向通信的过程，包括两种类型，分别为半双工和全双工。

在半双工系统中，通信双方使用单一的共享信道轮流发送数据。双向广播就采用了这种方式。在一方发送数据时，另一方只能收听。数据发送方通常会发出"Over"的信号，表明本方数据发送结束，对方可以开始发送数据。在实际网络中，两台计算机可以使用一根通信电缆来轮流收发数据。

全双工则是指同时的双向通信。通信双方可以在同一时刻收发数据，固定电话和手机的通信采用了这种方式，另一些类型的网络也支持数据收发同时进行。这是一种更实用的双工技术，但相对于半双工更复杂、成本更高。全双工技术又分为两种：时分双工(TDD)和频分双工(FDD)。

频分双工(FDD)

FDD要求系统拥有两个独立通信信道。在网络中将有两根通信电缆。全双工以太网使用CAT5的双绞线来实现数据的同时收发。

移动通信系统则需要两个不同的频段或信道。两个信道之间需要有足够的间距来确保收发不会相互干扰。这样的系统必须对信号进行滤波或屏蔽，才能确保信号发送机不会影响邻近的接收机。

在手机中，发送机和接收机在非常近的距离下同时工作。接收机必须尽可能多地过滤发送机发出的信号。频谱分离的情况越好，滤波器效率就越高。FDD通常需要更多的频谱资源，一般情况下是TDD的两倍。此外，对发送和接收信道必须进行适当的频谱分离。这种所谓的"安全频段"将无法使用，因此带来了浪费。考虑到频谱资源的稀缺性和昂贵成本，这是FDD的一大缺陷。

不过，FDD在移动通信系统中被广泛使用，例如已被大量部署的GSM网络。在一些系统中，869MHz至894MHz的25MHz带宽频谱被用于基站至手机的下行通信，而824MHz至849MHz的25MHz带宽频谱被用于手机至基站的上行通信。

FDD的另一个缺点在于，很难应用多输入多输出(MIMO)天线技术和波束成形技术。这些技术是当前4G LTE网络的核心，能大幅提高数据传输速率。单一天线通常很难有足够带宽去覆盖FDD使用的全部频率，这也需要更复杂的动态调整电路。

FDD系统也可以利用单根电缆来实现。在这种情况下，收发信道分别使用不同的频段。有线电视系统即是如此。同样的，在这种系统中也需要滤波器来分离信道。

时分双工(TDD)

TDD系统使用单一频率来进行收发。通过分配不同的时隙，TDD系统可以利用单一频段来进行收发操作。TDD系统中发送的信息，无论是语音、视频还是计算机数据，都是串行的二进制数据。每个时隙的长度可能为1字节，同时可以将多个字节组装在一起成帧。

由于数据传输速率很快，因此通信双方很难分辨数据传输是间歇性的。因此，与其使用"同时"一词来描述这种传输，"并发"一词可能更合适。例如，在将数字语音转换为模拟格式的过程中，没有人会认为这一过程不是全双工。

在某些TDD系统中，上行和下行可以分配相等的时隙。不过，系统实际上并不要求进行这样的对称分配，在某些情况下系统可以是上下行不对称的。

例如，在互联网接入的应用中，数据下载时间通常远大于上传时间，因此可以给数据上传分配较少的时隙。一些TDD系统支持动态带宽分配，其中的时隙数量可以按需分配。

TDD的真正优势在于，系统只需使用频谱的一个信道。此外，没有必要浪费频谱资源设置"安全频段"，或采取信道隔离措施。不过TDD的主要问题在于，系统在发送机和接收机两端需要非常精确的时间同步，以确保时隙不会重叠，产生相互影响。

通常情况下，TDD系统中的时间是由原子钟和GPS系统来实现同步的。在不同时隙之间还需要设置"安全时间"，以防止时隙重叠。这一时间通常相当于从发送到接收整个过程的环回时间，以及在整个通信链路上的时延。

应用案例

目前，大部分手机系统都采用FDD技术。4G LTE技术最初也选择了FDD，而有线电视系统则完全基于FDD。

不过，大部分无线数据传输系统都采用TDD技术。WiMax和WiFi均为TDD技术，蓝牙和ZigBee等系统也是同样。无绳电话同样使用TDD。而由于频谱的稀缺性和较高的成本，TDD也被应用在一些移动通信系统中，例如中国的TD-SCDMA和TD-LTE。如果出现频谱紧张的现象，其他国家可能也会部署TD-LTE网络。

结论

整体来看，TDD可能是更好的选择，但FDD目前得到了更广泛的应用。这主要是由于频谱分配的历史原因，以及FDD技术出现得更早。目前来看，FDD仍将在移动通信系统中占据主导地位。不过，随着频谱资源越来越紧张，成本越来越高，在频谱的重新分配中，TDD预计将获得更多的应用。