雙工(Duplex)是一種在單一通信信道上實現(xiàn)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(tǒng)中，通信雙方使用單一的共享信道輪流發(fā)送數(shù)據(jù)。雙向廣播就采用了這種方式。在一方發(fā)送數(shù)據(jù)時，另一方只能收聽。數(shù)據(jù)發(fā)送方通常會發(fā)出“Over”的信號，表明本方數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束，對方可以開始發(fā)送數(shù)據(jù)。在實際網(wǎng)絡(luò)中，兩臺計算機(jī)可以使用一根通信電纜來輪流收發(fā)數(shù)據(jù)。

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(fā)數(shù)據(jù)。固定電話和手機(jī)的通信采用了這種方式。另一些類型的網(wǎng)絡(luò)也支持?jǐn)?shù)據(jù)收發(fā)同時進(jìn)行。這是一種更實用的雙工技術(shù)，但相對于半雙工更復(fù)雜、成本更高。全雙工技術(shù)又分為兩種：時分雙工(TDD)和頻分雙工(FDD)。

雙工技術(shù)—頻分雙工(FDD)

FDD要求系統(tǒng)擁有兩個獨(dú)立通信信道。在網(wǎng)絡(luò)中將有兩根通信電纜。全雙工以太網(wǎng)使用CAT5的雙絞線來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同時收發(fā)。

移動通信系統(tǒng)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(fā)不會相互干擾。這樣的系統(tǒng)必須對信號進(jìn)行濾波或屏蔽，才能確保信號發(fā)送機(jī)不會影響鄰近的接收機(jī)。

在手機(jī)中，發(fā)送機(jī)和接收機(jī)在非常近的距離下同時工作。接收機(jī)必須盡可能多地過濾發(fā)送機(jī)發(fā)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(fā)送和接收信道必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)念l譜分離。這種所謂的“安全頻段”將無法使用，因此帶來了浪費(fèi)?？紤]到頻譜資源的稀缺性和昂貴成本，這是FDD的一大缺陷。

不過，F(xiàn)DD在移動通信系統(tǒng)中被廣泛使用，例如已被大量部署的GSM網(wǎng)絡(luò)。在一些系統(tǒng)中，869MHz至894MHz的25MHz帶寬頻譜被用于基站至手機(jī)的下行通信，而824MHz至849MHz的25MHz帶寬頻譜被用于手機(jī)至基站的上行通信。

FDD的另一個缺點(diǎn)在于，很難應(yīng)用多輸入多輸出(MIMO)天線技術(shù)和波束成形技術(shù)。這些技術(shù)是當(dāng)前4G LTE網(wǎng)絡(luò)的核心，能大幅提高數(shù)據(jù)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(fù)雜的動態(tài)調(diào)整電路。

FDD系統(tǒng)也可以利用單根電纜來實現(xiàn)。在這種情況下，收發(fā)信道分別使用不同的頻段。有線電視系統(tǒng)即是如此。同樣的，在這種系統(tǒng)中也需要濾波器來分離信道。

雙工技術(shù)—時分雙工(TDD)

TDD系統(tǒng)使用單一頻率來進(jìn)行收發(fā)。通過分配不同的時隙，TDD系統(tǒng)可以利用單一頻段來進(jìn)行收發(fā)操作。TDD系統(tǒng)中發(fā)送的信息，無論是語音、視頻還是計算機(jī)數(shù)據(jù)，都是串行的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。每個時隙的長度可能為1字節(jié)，同時可以將多個字節(jié)組裝在一起成幀。

由于數(shù)據(jù)傳輸速率很快，因此通信雙方很難分辨數(shù)據(jù)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(fā)”一詞可能更合適。例如，在將數(shù)字語音轉(zhuǎn)換為模擬格式的過程中，沒有人會認(rèn)為這一過程不是全雙工。

在某些TDD系統(tǒng)中，上行和下行可以分配相等的時隙。不過，系統(tǒng)實際上并不要求進(jìn)行這樣的對稱分配，在某些情況下系統(tǒng)可以是上下行不對稱的。

例如，在互聯(lián)網(wǎng)接入的應(yīng)用中，數(shù)據(jù)下載時間通常遠(yuǎn)大于上傳時間，因此可以給數(shù)據(jù)上傳分配較少的時隙。一些TDD系統(tǒng)支持動態(tài)帶寬分配，其中的時隙數(shù)量可以按需分配。

TDD的真正優(yōu)勢在于，系統(tǒng)只需使用頻譜的一個信道。此外，沒有必要浪費(fèi)頻譜資源設(shè)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(tǒng)在發(fā)送機(jī)和接收機(jī)兩端需要非常精確的時間同步，以確保時隙不會重疊，產(chǎn)生相互影響。

通常情況下，TDD系統(tǒng)中的時間是由原子鐘和GPS系統(tǒng)來實現(xiàn)同步的。在不同時隙之間還需要設(shè)置“安全時間”，以防止時隙重疊。這一時間通常相當(dāng)于從發(fā)送到接收整個過程的環(huán)回時間，以及在整個通信鏈路上的時延。

雙工技術(shù)—應(yīng)用案例

目前，大部分手機(jī)系統(tǒng)都采用FDD技術(shù)。4G LTE技術(shù)最初也選擇了FDD，而有線電視系統(tǒng)則完全基于FDD。

不過，大部分無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)都采用TDD技術(shù)。WiMax和WiFi均為TDD技術(shù)，藍(lán)牙和ZigBee等系統(tǒng)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(yīng)用在一些移動通信系統(tǒng)中，例如中國的TD-SCDMA和TD-LTE。如果出現(xiàn)頻譜緊張的現(xiàn)象，其他國家可能也會部署TD-LTE網(wǎng)絡(luò)。

結(jié)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(yīng)用。這主要是由于頻譜分配的歷史原因，以及FDD技術(shù)出現(xiàn)得更早。目前來看，F(xiàn)DD仍將在移動通信系統(tǒng)中占據(jù)主導(dǎo)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(yù)計將獲得更多的應(yīng)用。