本期5G百科的主題是：5G是怎么實(shí)現(xiàn)TDD的? 首先我們先看看一些基本概念，明確下TDD和FDD的區(qū)別，以及實(shí)現(xiàn)TDD的必要性。

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移動(dòng)通信的主要參與方是基站和終端(最常用的是手機(jī)，下文將直接以手機(jī)稱呼)。雙方通信時(shí)，需要有個(gè)明確的收發(fā)關(guān)系。由于基站高高在上，因此把基站發(fā)射，手機(jī)接收這條路徑叫做“下行”;反過來，把手機(jī)發(fā)射，基站接收這條路徑叫做“上行”。如下圖中的箭頭所示。

上下行同時(shí)工作就叫做“雙工”，是移動(dòng)通信必須要解決的最基礎(chǔ)問題。那么怎么使用有限的頻率來實(shí)現(xiàn)雙工呢?業(yè)界一直有兩種解決方案：頻分雙工(FDD：Frequency Division Duplex)和時(shí)分雙工(TDD：Time Division Duplex)。FDD的思路是，上下行使用不同的兩段頻譜，相當(dāng)于兩條車道一樣，上下行在各自的頻譜上并行不悖，互不干擾。

而TDD的思路是，我上下行使用一模一樣的頻譜，雖然相當(dāng)于只有一條車道，但我讓上下行數(shù)據(jù)在不同的時(shí)間來使用這條通道，上行發(fā)一會(huì)數(shù)據(jù)，下行再發(fā)一會(huì)，輪著來。由于上行和下行每次發(fā)送信息占用的時(shí)間非常短，人根本感覺不到斷續(xù)，這樣也就實(shí)現(xiàn)了雙工。

在實(shí)際的應(yīng)用中，由于FDD的方式簡(jiǎn)單粗暴，易于實(shí)現(xiàn)，性能可靠，因此在2G時(shí)代得到了大量的應(yīng)用。我們熟悉的GSM和CDMA都是頻分雙工。

到了3G時(shí)代，由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的興起，上下行需求不對(duì)稱開始顯現(xiàn)。大部分人上網(wǎng)都是以下載為主，上傳的需求很小，因此下行流量往往是遠(yuǎn)大于上行流量的。而FDD方式上下行使用了相同帶寬的頻譜資源，無法靈活調(diào)整，明顯是對(duì)寶貴資源的浪費(fèi)。并且，隨著頻譜資源越來越緊張，上下行成對(duì)的頻譜是越來越難找了，因此FDD的弊端越來越明顯。而TDD由于上下行的占用時(shí)長(zhǎng)可以靈活配置，比如對(duì)于下載業(yè)務(wù)，可以把下行時(shí)間設(shè)為80%，上行時(shí)間設(shè)為20%，頻譜利用率因此得以提升。且TDD上下行使用同一段頻譜，不用像FDD那樣成對(duì)，因此可以很方便的利用零碎的頻譜。就這樣，從3G時(shí)代TDD開始嶄露頭角，誕生了TD-SCDMA技術(shù);在4G時(shí)代，TDD LTE已經(jīng)開始挑戰(zhàn)FDD LTE，在全球得到了廣泛的應(yīng)用;而到了5G時(shí)代，TDD雙工方式已經(jīng)成為了絕對(duì)首選。下面我們來看看5G是怎么實(shí)現(xiàn)TDD的。首先回顧一下5G的幀結(jié)構(gòu)，如下圖所示。

首先，每個(gè)無線幀時(shí)長(zhǎng)10毫秒，含10個(gè)1毫秒的子幀。每個(gè)子幀根據(jù)參數(shù)集的不同，含有不同的時(shí)隙數(shù)，子載波寬度越寬，時(shí)隙數(shù)越多(具體數(shù)值見上圖)，但子幀的長(zhǎng)度都是1毫秒不變的。每個(gè)時(shí)隙，不論時(shí)間長(zhǎng)短，都含有14個(gè)符號(hào)，這是5G無線資源分配的最小時(shí)間單位。為了靈活使用這些符號(hào)，3GPP了定義了56種時(shí)隙格式，明確了時(shí)隙內(nèi)部的符號(hào)組合方式。

在一個(gè)時(shí)隙中，可以有3種符號(hào)：下行符號(hào)(D)，上行符號(hào)(U)，以及靈活符號(hào)(F)。靈活符號(hào)既可以作為上行使用，也可以作為下行使用。

那么這些時(shí)隙格式該怎么組合使用呢?3GPP定義了TDD的幀格式，可以采用如下等式表示：

TDD幀格式 = 若干個(gè)下行時(shí)隙 + 1個(gè)靈活時(shí)隙 + 若干個(gè)上行時(shí)隙。其中，下行時(shí)隙可以有多個(gè)，每個(gè)時(shí)隙中的14個(gè)符號(hào)全部配置為下行;上行時(shí)隙也可以有多個(gè)，每個(gè)時(shí)隙中的14個(gè)符號(hào)全部配置為上行;靈活時(shí)隙只有一個(gè)，可以靈活設(shè)置下行符號(hào)，靈活符號(hào)和上行符號(hào)的比例，只要上面那張表里有定義就行。綜上，TDD的幀結(jié)構(gòu)如下圖所示。

基于這樣的定義，為了滿足不同的上下行性能需求，在5G收發(fā)頻段3.5GHz上，采用30KHz子載波間隔，業(yè)界有如下三種主流的幀格式。2毫秒單周期：每個(gè)周期內(nèi)2個(gè)下行時(shí)隙(D)，1個(gè)上行時(shí)隙(U)，1個(gè)靈活時(shí)隙(S)。

2.5毫秒單周期：每個(gè)周期內(nèi)3個(gè)下行時(shí)隙(D)，1個(gè)上行時(shí)隙(U)，1個(gè)靈活時(shí)隙(S)。

2.5毫秒雙周期：雙周期是指兩個(gè)周期的配置不同，一起合成一個(gè)大的循環(huán)，其中含有5個(gè)下行時(shí)隙(D)，3個(gè)上行時(shí)隙(U)，2個(gè)靈活時(shí)隙(S)。

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在這三種幀格式中，對(duì)于靈活時(shí)隙，可配置為：10個(gè)下行符號(hào) + 2個(gè)靈活符號(hào) + 2個(gè)上行符號(hào)。其中兩個(gè)靈活符號(hào)用作上下行之間轉(zhuǎn)換的隔離，不用于收發(fā)信號(hào)。把靈活時(shí)隙中的上下行符號(hào)也考慮進(jìn)來計(jì)算可得，2毫秒單周期的上行資源占比約為29%，2.5毫秒單周期的上行資源占比約為23%，2.5毫秒雙周期的上行資源占比約為33%。因而導(dǎo)致了幾種幀結(jié)構(gòu)在上下行性能上的差異。由上述時(shí)隙示例可以看出，5G對(duì)TDD的實(shí)現(xiàn)是非常靈活的，不再像TDD那樣預(yù)定義子幀配比，可以根據(jù)需求靈活配置上下行時(shí)隙數(shù)量，用于5G需求各異的應(yīng)用。