子带全双工，5G梦想的妥协？

老师:While … while …意思是两件事同时进行请造一个句子

小明:基站收发。

老师:嗯爸爸，你是通信工程师吗

大家好，我是蜉蝣君。

本期我们就来聊聊无线通信领域的一个基本话题:双工。

双工是指两个通信设备之间的双向数据传输具体来说，双工技术包括全双工和半双工两种模式

全双工意味着可以同时进行双向数据传输也就是说，通信双方可以同时发送数据和接收对方的数据，发送和接收是并行的

半双工要简单得多收发不能同时进行只能反过来做:发了就收不到，收了就发不了我们常见的对讲机就是这样的格局

全双工，我们在用吗。

经过五代的发展，移动通信技术可以说是炉火纯青所以，我们的基站和手机交互的时候，一定要用全双工吧

此时最常用的两个术语是FDD和TDD那么，它们是全双工还是半双工呢

对于FDD，我们用两个频谱，一个是专门作为基站给手机发信号的，也叫下行，另一段专门作为手机给基站发信号，也叫上行为了防止下行链路和上行链路之间的干扰，在使用的两个频带之间必须留有一定的隔离带，称为双工带宽

可以看出，FDD的下行和上行都是半双工，两者结合起来形成伪全双工系统，代价是频谱资源翻倍就像道路上的车道一样，每条车道只能是单向的，但是当不同方向的车道组合起来，就可以实现双向通行

对于TDD来说，频谱确实只需要占用一段，但是上下行只能轮流使用也就是说，基站在发数据的时候，手机只能安静的接收，想发数据只能憋着，所以是时候平等的发给你了

这不是真正的半双工吗我们常用的5G频段是TDD模式，但是上下行切换时间很短，是毫秒级，根本感觉不到所以，TDD就是用微观的快速切换半双工来实现宏观的伪全双工

难道不能在同一频谱上同时发射和接收，从而实现真正的同频同时全双工吗这样频谱效率直接翻倍！民族民乐，是不是很美

但是这么多年了，大家都能看到的问题还是没有解决，这其中一定有极其难以解决的巨大困难。

实现全双工无异于两列火车在同一条轨道上以相反的速度运行，结果不言而喻。

之所以这样，是因为在同一频段同时发射和接收会造成巨大的干扰这不仅包括基站自身发射对自身接收的自干扰，还包括基站之间，基站与手机之间，手机与手机之间的干扰这些交联干扰极难处理

所以大家只能专注于增加车道，推高使用的频段，拓宽载波带宽，增加一倍的收发通道。

比如从2G到5G，使用的频段从低频到中频，再到毫米波甚至太赫兹，信道带宽也从几兆扩展到几十米，几百米甚至高达G，收发通道的数量也从单通道到双通道，4通道，8通道，32通道，64通道，甚至128通道。

至于全双工技术，虽然在5G标准化初期被广泛讨论，并被认为是5G的关键技术之一，但最终因实现困难而被搁置。

让无线通信使用真正的全双工，已经成为通信人最大的梦想。

现实的妥协:子带全双工

目前5G已经商用数年，5G下半场的技术标准:5G—Advanced标准正在紧锣密鼓的制定中。

全双工，再次进入大家的视野。

这是因为，伴随着5G行业应用向工业领域网络的渗透，网络同时支持超大上行带宽和超低时延的需求凸显，目前的FDD和TDD模式难以招架。

比如工厂中的视频监控，电子围栏，机器视觉等应用，主要是大上行业务，多个终端的带宽需求从几百Mbps到甚至Gbps不等，，工业时延小于10ms，AGV协调搬运时延小于5ms，机器运动控制时延小于4ms。

为什么现在的FDD和TDD模式很难同时满足大带宽和低时延的要求下面就来说说吧

由于频谱划分在历史上已经确定，在目前应用的系统全部下线之前是无法改变的，所以不同频段实际上是与FDD或TDD双工模式强绑定的。

和波段双工模式。

FDD频段的特点是频段低，可用带宽少，速率有限比如900M上下行分别有35M带宽，1800M上下行分别有75M带宽这几个宝贵的资源要分给多家运营商，每家更是捉襟见肘虽然覆盖好，但是网速上不去

虽然速率有限，但是FDD模式有一个突出的优势，就是上下行数据在各自独立的频谱上发送，基本上有数据就可以发送，不需要像TDD那样的卡时，所以FDD可以实现相对较短的时延。

另一方面，TDD频谱通常具有高频带和大的可用带宽比如3.5GHz，联通和电信各有100M的带宽，2.6GHz，移动只享受160M带宽

这些TDD大带宽载波通过设置不同的上下行时隙比，可以实现较高的上行或下行速率，但由于TDD本身的半双工特性，很难降低时延。

虽然我们感受不到时间延迟的影响，但是工厂里机器之间的通信对它极其敏感而且这么严格的时间延迟要求还是刚性的，达不到就不行

如果能在同一频段结合TDD和FDD的优势，难道不能同时支持大带宽和低延迟吗。

然后有人想，你的TDD频谱带宽不是很大吗我在TDD载体内部又切了一刀，把它分成了两个子带两个子带都还是TDD模式，只是上下行时间配置相反就这样，你发，我收，你收，我发这不是有FDD的气质吗

这样就可以通过子带划分和时隙配置，以较小的成本将FDD技术集成到TDD载波中，从而实现TDD载波中的伪全双工。

和TDD子带全双工。

但这种伪全双工本质上是TDD和FDD技术的拼接，实际上并没有提高频谱效率实现全双工只是一小步，所以被称为子带全双工，简称SBFD

子带怎么分。

从纯技术角度来说，上下行可以对半分，这样上下行速率就平衡了，还可以多画一些下行子带，这样可以实现大的下行速率，还可以提取更多的上行链路子带，以便获得大的上行链路速率。

从需求来看，普通大众对视频刷机需要较大的下行速率，但对时延的要求其实不高，对子带全双工没有需求，在工厂中，数据报告，监控摄像头，机器视觉等应用需要大上行，而大量控制应用需要低延时所以全双工子带在工业场景下是有用的，需要配置为上行子带

至于需要分多少个子带，从使用角度来说两个就够了，但实际上这个主要看干扰情况。

如果部署全双工子带的运营商的频谱与其他运营商的频谱相邻，最好保持相邻频谱不变，然后将上行子带放得越远越好，这样可以将干扰降到最低。

具体来说，如果频谱两边有相邻运营商的频谱，建议划分两个下行子带和一个上行子带，把上行子带放在中间，按照下行+上行+下行的三明治模式配置，如果只有一侧有其他运营商，分一个下行子带和一个上行子带就够了，这样效果更好。

以三明治形式划分的上下子带

在帧结构上，为了兼容现有终端，可以保持DFFFU的传统帧结构第一个时隙为全下行，中间三个时隙配置子带，根据需要进行上下行灵活调度，第三个时隙为全上行

如何消除上下子带两种配置的干扰。

系统中的自干扰是子带全双工必须解决的核心问题。

由于子带的全双工上下行子带相互靠近，没有像传统FDD上下行频段那样几十米的双工间隔，会导致收发机之间干扰严重。

一般基站的信号发射和接收共用一根天线，发射的强信号会被直接接收进去，导致原本应该接收到的手机的弱信号被淹没阻断此外，在基站的内部处理过程中，RF收发器链路之间会存在耦合干扰

自干扰抑制包括空域，射频域，数字域等手段，多管齐下，多层次消除。

空域，射频域和数字域中的自干扰消除

抑制空间自干扰的最简单方法是分离发射和接收天线通过使用独立的天线，并在两个天线之间增加多个隔离栅，可以有效地防止发射信号进入接收天线再加上发射天线在接收天线方向的波束调零技术，可以进一步降低干扰

具有高隔离度的收发器天线

抑制射频干扰有两种方法:子带滤波和射频干扰抵消。

通过在基站中增加子带滤波器，下行子带可以滤除上行子带的信号，上行子带可以滤除下行子带的信号这种方法比较简单，但是调整滤波器带宽不够灵活，而且会增加插入损耗

射频干扰抵消就是采集一份已知的下行传输信号发送给上行接收机，然后构造相反的信号进行抵消这种方法既复杂又昂贵

射频干扰消除

在实现射频域干扰抑制时，可以通过评估所需的干扰抑制能力，选择一种模式或两种模式组合来实现。

数字域中的干扰抑制的思想类似于RF域中的第二干扰抑制的思想通过在射频域引入辅助射频通道并将其转换为数字信号，然后在数字域构造相反的信号将其抵消，进一步降低残余干扰

通过空间域，射频域和数字域三个级别的自干扰消除，可以将自干扰抑制到灵敏度略有降低的可接受水平。

自干扰解决，即单个基站可以自己正常工作但在实际部署中，不可能只有一个基站和一个终端，而是多个基站应该组成一个网络，同时服务多个不同的终端这就涉及到一个更棘手的问题:交叉链路干扰

消除交叉链路干扰，需要设计相应的干扰测量机制，做到知己知彼，将已知的干扰特征进行传输，然后通过波束置零，干扰抑制和合并等方式消除干扰这个过程比单个基站的子干扰消除更复杂，业界还在研究

为了顺利迈出第一步，我们应该由易到难循序渐进首先可以在智能工厂部署子带全双工微站，功率低，相对容易与室外宏站隔离

然后考虑多个子带全双工基站之间的组网，最后尝试解决子带全双工宏站与现有网络宏站之间的组网伴随着解决网络干扰问题的进展，产业生态自然成熟

标准化之路

子带全双工在3GPP R18中已经建立，目前处于SI阶段，理论和工程研究已经全面展开。

我国率先将全双工子带技术标准化，封装成UDD系列技术其中，S—UDD指的是子带全双工类似地，三星将该技术包装为XDD

虽然目前的研究已经取得了一定的进展，但该技术还远未正式商用根据R18研究和R19标准化，相关协议预计不会冻结到2025年，商用预计在2026年之后

2026年，距离6G只剩下三年时间因此，要想成功推进子带全双工技术的商用，就必须着眼于现有终端的兼容性因为基站端的升级通常容易推进，而终端产业链的普及则相对滞后

在实现了上述子带的全双工后，我们可以更进一步，将子带重叠，研究如何让重叠处的少量频谱同时同频全双工下一步，我们将把整个载波推进到同频全双工这是一个循序渐进的过程

无论如何，子带全双工将是迈向同频同时全双工的重要里程碑，在5G和6G之交起到承前启后的作用。

FDD和TDD的区别终将成为历史的尘埃。

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