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雙工(Duplex)是一種在單一通信信道上實現雙向通信的過程，包括兩種類型，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送數據。雙向廣播就采用了這種方式。在一方發送數據時，另一方只能收聽。數據發送方通常會發出“Over”的信號，表明本方數據發送結束，對方可以開始發送數據。在實際網絡中，兩臺計算機可以使用一根通信電纜來輪流收發數據。 全雙工則是指同時的雙向通信。通信雙方可以在同一時刻收發數據。固定電話和手機的通信采用了這種方式。另一些類型的網絡也支持數據收發同時進行。這是一種更實用的雙工技術，但相對于半雙工更復雜、成本更高。全雙工技術又分為兩種：時分雙工(TDD)和頻分雙工(FDD)。 頻分雙工(FDD) FDD要求系統擁有兩個獨立通信信道。在網絡中將有兩根通信電纜。全雙工以太網使用CAT5的雙絞線來實現數據的同時收發。 移動通信系統則需要兩個不同的頻段或信道。兩個信道之間需要有足夠的間距來確保收發不會相互干擾。這樣的系統必須對信號進行濾波或屏蔽，才能確保信號發送機不會影響鄰近的接收機。 在手機中，發送機和接收機在非常近的距離下同時工作。接收機必須盡可能多地過濾發送機發出的信號。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，對發送和接收信道必須進行適當的頻譜分離。這種所謂的“安全頻段”將無法使用，因此帶來了浪費。考慮到頻譜資源的稀缺性和昂貴成本，這是FDD的一大缺陷。 不過，FDD在移動通信系統中被廣泛使用，例如已被大量部署的GSM網絡。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的另一個缺點在于，很難應用多輸入多輸出(MIMO)天線技術和波束成形技術。這些技術是當前4G LTE網絡的核心，能大幅提高數據傳輸速率。單一天線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態調整電路。 FDD系統也可以利用單根電纜來實現。在這種情況下，收發信道分別使用不同的頻段。有線電視系統即是如此。同樣的，在這種系統中也需要濾波器來分離信道。 時分雙工(TDD) TDD系統使用單一頻率來進行收發。通過分配不同的時隙，TDD系統可以利用單一頻段來進行收發操作。TDD系統中發送的信息，無論是語音、視頻還是計算機數據，都是串行的二進制數據。每個時隙的長度可能為1字節，同時可以將多個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”一詞來描述這種傳輸，“并發”一詞可能更合適。例如，在將數字語音轉換為模擬格式的過程中，沒有人會認為這一過程不是全雙工。 在某些TDD系統中，上行和下行可以分配相等的時隙。不過，系統實際上并不要求進行這樣的對稱分配，在某些情況下系統可以是上下行不對稱的。 例如，在互聯網接入的應用中，數據下載時間通常遠大于上傳時間，因此可以給數據上傳分配較少的時隙。一些TDD系統支持動態帶寬分配，其中的時隙數量可以按需分配。 TDD的真正優勢在于，系統只需使用頻譜的一個信道。此外，沒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TDD的主要問題在于，系統在發送機和接收機兩端需要非常精確的時間同步，以確保時隙不會重疊，產生相互影響。 通常情況下，TDD系統中的時間是由原子鐘和GPS系統來實現同步的。在不同時隙之間還需要設置“安全時間”，以防止時隙重疊。這一時間通常相當于從發送到接收整個過程的環回時間，以及在整個通信鏈路上的時延。 應用案例 目前，大部分手機系統都采用FDD技術。4G LTE技術最初也選擇了FDD，而有線電視系統則完全基于FDD。 不過，大部分無線數據傳輸系統都采用TDD技術。WiMax和WiFi均為TDD技術，藍牙和ZigBee等系統也是同樣。無繩電話同樣使用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，其他國家可能也會部署TD-LTE網絡。 結論 整體來看，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技術出現得更早。目前來看，FDD仍將在移動通信系統中占據主導地位。不過，隨著頻譜資源越來越緊張，成本越來越高，在頻譜的重新分配中，TDD預計將獲得更多的應用。 |
