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一、双工技术概述
移动设备间的通信链路会占有两个频率:从终端到网络(上行链路)的传输信道,以及反方向(下行链路)的信道,这就是我们所说的双工通信。
数据通常是在两个站(点对点)之间进行传输,按照数据流的方向可分为三种传输模式:单工、半双工、全双工。
单工通信只支持信号在一个方向上传输(正向或反向)任何时候不能改变信号的传输方向。此种方法适用于数据收集系统,如气象数据的收集,广播电台、打印机等,目前这种工作方式很少使用了。
半双工通信允许信号在两个方向上传输,但某一时刻只允许信号在一个信道上单向传输。因此半双工通信实际上是一种可切换方向的单工通信。此种方式适用于问讯、检索、科学计算等数据通信系统,传统的对讲机使用的就是半双工通信方式。
全双工通信允许数据同时在两个方向上传输,即有两个信道,允许同时进行两个方向传输。它是两个单工通信方式的结合,要求收发双方都有独立的接收和发送能力。全双工通信效率高,控制简单,但造价高。计算机之间的通信是全双工方式,一般的电话、手机也是全双工的系统。
全双工主要有两种形式,分别是时分双工(时间分隔多
工)和频分双工。
二、时分双工
如图所示,时分双工在移动通信系统中用于分离接收与传送信道(或上下行链路)。时分双工无论上行传输还是下行传输都只采用一个信道,由于发送机与接收机不同时操作,使用同一频率载波的不同时隙来进行信道承载,采用某段时间进行数据发送,另一段时间进行接收数据,所以收发之间不会产生干扰。
时分双工适合非对称网络(上传及下载带宽不平衡的网络);由于现在频谱资源越来越紧张,使用时分双工可以降低频谱占用率;能够灵活的配置频率,通过调节上下行时隙的转折点,提高下行时隙在整个时隙中的比例,从而达到支持非对称业务的目的;在进行收发数据时不需要添加额外的收发隔离器,只需要一个射频开关即可,从而降低设计的复杂度;同时对于现有技术的互通兼容性很强,比如联合传输技术,智能天线技术等,有效的降低了射频终端的处理复杂度和成本。这些都是时分双工的优点。
缺点主要有下面几点,一是当上传或下载资料量相近时切换传送接收,浪费带宽且延时较长;二是需在邻近区段增加保护区段,使频谱效率下降;三是若不增加保护区段,则要有同步机制,增加系统的复杂度及成本,降低带宽使用的灵活性。
三、频分双工
频分双工,是两个独立的信道可以同时进行数据传输,一个信道传输上行数据,另一个信道传输下行数据,为了保证接收信道和发送信道之间的正常通信,频分双工两个信道需要采用不同的频点,依靠频率来区分上下行信道,从单方向通信传输来看可以连续传输。
FDD模式的移动通信系统的接收和传送是在分离的两个对称频率信道上,用保证频段来分离接收与传送信道。发送数据和接收数据使用不同的频率,收发数据没有时间限制,所以收发数据速率是一样的,而且基站与移动设备之间可以一直进行数据发送,有效的提高了传输效率。这是频分双工的优点。
缺点也有,就是系统复杂度和成本较高,主要因为当频谱分配要求发送机和接收机之间具有较小的频率间隔时,十分具有挑战性,再加上这些系统中滤波器的设计要求将大大增加频分双工无线系统的复杂度和成本。