一、引言
大家对下图是不是还有印象呢？其实它在上一篇介绍频段的博文中就已经出现过了，那么本篇博文继续解读这张图中的词语——TD。TD 就是时分双工，除了时分双工，还有没有别的双工呢？如果想知道答案，就看完这篇博文吧！
二、通信方式
首先来介绍一下通信方式。本文所说的通信方式并不是大家所认知的诸如快递、电话等现代通信方式，而是对于点对点通信，并且按照消息传送的方向与时间关系来进行分类的通信方式。那么按照上述标准进行分类，可以得到以下三种通信方式：单工通信、半双工通信、全双工通信。
1. 单工
单工通信就是一种数据只进行单向传输的通信方式。一方固定为发送端，一方固定为接收端，这就意味着发送端只能发送消息，接收端只能接收消息，无论如何信息只能沿一个方向传输。
在我们日常生活中，使用单工通信方式工作的工具有打印机（作为接收端）：
还有就是遥控器（作为发送端）：
2. 半双工
半双工通信就比单工通信要强一些，不再是一味的单调发和收。在半双工通信中，数据可以在一个信号载体的两个方向上传输，实现双向通信，但是并不能同时传输。这就意味着一方在发送时不能接收数据，同理接收方在进行接收工作时不能发送信息。两者可以切换传输方向，可以使用开关来进行切换。
常见的半双工通信方式设备是无线对讲机，持有对讲机的双方可以互相通信，但是同一时刻，只能由一方进行发言。
3. 全双工
全双工通信就是通常所说的双工，是指在通信的任意时刻，信息可以在两个方向上同时传输，是不存在时延的瞬时同步，并且不需要切换收发，就这一点而言，这三种通信方式中效率最高的就是全双工通信了。手机就是最常见的全双工通信方式设备。
下图简单概括了三种通信方式的通信过程：
三、时分双工和频分双工
时分双工技术（Time Division Duplexing），接收和传送在同一频率信道的不同时隙，用保证时间来分离接收和传送信道。频分双工技术（Frequency Division Duplexing），是指上行链路（移动台到基站）和下行链路（基站到移动台）采用两个分开的频率（有一定频率间隔要求）工作，这两个不同的频段可以在同一时间工作。
简单来说，TDD 收发共用一个射频频点，上下行链路使用不同的时隙来进行通信；而 FDD 收发使用不同的射频频点，但是支持不同频点在同一时间进行通信。下图直观地展示了二者的差别：
如果把链路比作车道，FDD 就可以看成是两个不同方向的车道同时允许车辆通行，并且互不干扰。而 TDD 只有一个车道，允许不同时间朝不同方向通行。
但是从整体系统和关键技术来看，二者差别很小，而能将它们两个区分的一个关键就是物理层的帧结构。这个帧结构是组成通信资源的基本单位。
下图为 FDD 的无线帧结构：
时隙可以看做是交换汇总信息传送的最小单位。
这样看来，在 FDD 中，1 slot=0.5 ms，1 frame=10 ms。
那么再来看看 TDD 的无线帧结构（由于该帧结构过长，照顾到各位读者的阅读体验以及博文的篇幅问题，只截取了一部分。在 TDD 帧结构中 subframe #0 到 subframe #4 为一组循环，可以先就这一小组展开研究学习。一个完整的无线帧结构是从 subframe #0 到 subframe #9。）
从上图可以看出， TDD 的无线帧结构比 FDD 的无线帧结构复杂许多。
在 subframe #1 中有三个比较特殊的时隙，分别是：
- DwPTS : Downlink Pilot Time Slot 下行导频时隙
- GP : Guard Period 保护间隔
- UpPTS : Uplink Pilot Time Slot 上行导频时隙
前文我们将 TDD 比作一个单车道，允许来自两个方向的车辆通行，但它们并不能同时通行，否则会发生“车祸”。所以会不会有“交警叔叔”来指挥车辆的通行呢？答案是有！
DwPTS 和 UpPTS 就相当于“交警”，它们分别负责两个不同方向的车的正常通行（下行链路和上行链路）。实际上 DwPTS 和 UpPTS负责传输系统控制信息。GP 用于上行和下行的隔离。
下图是两个车道，可以很直观的看出从 A 开往 B 的车辆数目远大于从 B 开往 A 的。FDD 就很可能遇到类似的传输情况，毕竟上下行链路传输的数据不可能每时每刻都完全一样，这时候就会出现资源浪费。TDD 是将开往两个方向的车都整合到一个车道里，虽然管理两个方向的车辆需要一定资源，但是节省了开设一条新车道的资源。显而易见，TDD 的资源利用率要高于 FDD。
不过 TDD 并不是只有优点，试想一下，为了保证两个方向的车辆能够安全通信，除了要设置“交警”外，在繁忙时可能还需要借助“交通信号灯”的帮助，也就是说要用一个保护间隔来将上下行链路隔离开。如果此时上下行链路数据需要频繁切换，那么保护间隔的出现次数就会越来越多，也就意味着不传输数据和信息的保护间隔会占用更多的频谱资源，从而降低整体的频谱利用率。而且在应对高速传输的数据时，TDD 需要切换上下行链路，不能向 FDD “车道”那样“畅通无阻”，所以会存在一个切换状态时延。
最后总结一下 TDD 相较于 FDD 的优势：
- TDD 技术可以灵活的设置上下行转换时刻，用于实现不对称的上下行业务带宽，比如互联网业务。
- 与 FDD 相比，TDD 可以使用零散的频段，灵活配置频率，不必要求带宽对称的频段。
- TDD 不需要收发隔离，只需要一个开关，降低了设备复杂度。
- 由于上下行频段一致，所以基站的收发可以共用部分射频单元，降低了设备成本。
当然缺点也是很明显的：
- TDD 系统收发信道同频，无法进行干扰隔离，系统内和系统间存在干扰；FDD 收发具有一定的间隔，因此可以大大提高抗干扰能力。
- 为了避免与其他无线系统之间的干扰，TDD 需要预留较大的保护带，影响了整体频谱利用效率。
- 在高速传输下信道变化快，TDD 分时系统导致手机报告的信道消息有所延迟，因此 TDD 系统在高速场景下的表现不如FDD。
- TDD 系统平均功率与峰值功率之比随时隙数增加而增加，故其小区半径一般不超过10 km，而 FDD 系统的小区半径可达到10 km。因此 FDD 适用于大区制的国际间和国家范围内的覆盖及对称业务（语音、实时数据业务等）。而 TDD 适用于高密度用户地区的局部覆盖的对称及不对称业务。
总的来说，两种技术都是各有利弊，在不同的场景下都有各自的优势。
四、结语
现在我们最常用的还是 4G 手机，也就是 LTE 技术。LTE 技术的双工方式分为 TD-LTE 和 FDD-LTE。在频段博文中有提到了我国通信运营商的 4G 网络制式，移动是 TD-LTE 为主，而联通和电信是 FDD-LTE 为主。
实际上 FDD-LTE 研发早、技术成熟、终端丰富，在全球应用广泛；TD-LTE 是由运营商和厂商主导的，发展稍微落后一些。但是 TD-LTE有资源， FDD-LTE 有速度；TD-LTE 适合热点区域覆盖，FDD-LTE 适合广域覆盖。二者融合可以资源互补，灵活部署，促进 4G 良性发展，因此，TD-LTE 与 FDD-LTE 混合组网是国际 4G 发展的大趋势。
那么关于 LTE，以及经典的 GSM 这类移动通信标准的介绍，我们下篇博文见~
五、参考资料
【1】 《通信原理》第七版 樊昌信、曹丽娜编著
【2】 通信论坛: http://www.txrjy.com/thread-1042907-1-2.html
【3】 3GPP 协议：3GPP TS 36.521-1 V10.2.0(2012-06).pdf
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