大家好，我是蜉蝣君。
本期5G百科的主題是：5G是怎麼實現TDD的？
首先我們先看看一些基本概念，明確下TDD和FDD的區別，以及實現TDD的必要性。
移動通信的主要參與方是基站和終端（最常用的是手機，下文將直接以手機稱呼）。雙方通信時，需要有個明確的收發關係。
由於基站高高在上，因此把基站發射，手機接收這條路徑叫做“下行”；反過來，把手機發射，基站接收這條路徑叫做“上行”。如下圖中的箭頭所示。
上下行同時工作就叫做“雙工”，是移動通信必須要解決的最基礎問題。那麼怎麼使用有限的頻率來實現雙工呢？業界一直有兩種解決方案：頻分雙工（FDD：Frequency Division Duplex）和時分雙工（TDD：Time Division Duplex）。
FDD的思路是，上下行使用不同的兩段頻譜，相當於兩條車道一樣，上下行在各自的頻譜上並行不悖，互不干擾。
而TDD的思路是，我上下行使用一模一樣的頻譜，雖然相當於只有一條車道，但我讓上下行數據在不同的時間來使用這條通道，上行發一會數據，下行再發一會，輪著來。由於上行和下行每次發送信息佔用的時間非常短，人根本感覺不到斷續，這樣也就實現了雙工。
在實際的應用中，由於FDD的方式簡單粗暴，易於實現，性能可靠，因此在2G時代得到了大量的應用。我們熟悉的GSM和CDMA都是頻分雙工。
到了3G時代，由於數據業務的興起，上下行需求不對稱開始顯現。大部分人上網都是以下載為主，上傳的需求很小，因此下行流量往往是遠大於上行流量的。
而FDD方式上下行使用了相同帶寬的頻譜資源，無法靈活調整，明顯是對寶貴資源的浪費。並且，隨著頻譜資源越來越緊張，上下行成對的頻譜是越來越難找了，因此FDD的弊端越來越明顯。
而TDD由於上下行的佔用時長可以靈活配置，比如對於下載業務，可以把下行時間設為80%，上行時間設為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，因此可以很方便的利用零碎的頻譜。
就這樣，從3G時代TDD開始嶄露頭角，誕生了TD-SCDMA技術；在4G時代，TDD LTE已經開始挑戰FDD LTE，在全球得到了廣泛的應用；而到了5G時代，TDD雙工方式已經成為了絕對首選。
下面我們來看看5G是怎麼實現TDD的。首先回顧一下5G的幀結構，如下圖所示。
首先，每個無線幀時長10毫秒，含10個1毫秒的子幀。每個子幀根據參數集的不同，含有不同的時隙數，子載波寬度越寬，時隙數越多（具體數值見上圖），但子幀的長度都是1毫秒不變的。
每個時隙，不論時間長短，都含有14個符號，這是5G無線資源分配的最小時間單位。為了靈活使用這些符號，3GPP了定義了56種時隙格式，明確了時隙內部的符號組合方式。
在一個時隙中，可以有3種符號：下行符號（D），上行符號（U），以及靈活符號（F）。靈活符號既可以作為上行使用，也可以作為下行使用。
那麼這些時隙格式該怎麼組合使用呢？3GPP定義了TDD的幀格式，可以採用如下等式表示：
TDD幀格式 = 若干個下行時隙 + 1個靈活時隙 + 若干個上行時隙。
其中，下行時隙可以有多個，每個時隙中的14個符號全部配置為下行；上行時隙也可以有多個，每個時隙中的14個符號全部配置為上行；靈活時隙只有一個，可以靈活設置下行符號，靈活符號和上行符號的比例，只要上面那張表裡有定義就行。
綜上，TDD的幀結構如下圖所示。
基於這樣的定義，為了滿足不同的上下行性能需求，在5G收發頻段3.5GHz上，採用30KHz子載波間隔，業界有如下三種主流的幀格式。
2毫秒單週期：每個週期內2個下行時隙（D），1個上行時隙（U），1個靈活時隙（S）。
2.5毫秒單週期： 每個週期內3個下行時隙（D），1個上行時隙（U），1個靈活時隙（S）。
2.5毫秒雙週期：雙週期是指兩個週期的配置不同，一起合成一個大的循環，其中含有5個下行時隙（D），3個上行時隙（U），2個靈活時隙（S）。
在這三種幀格式中，對於靈活時隙，可配置為：10個下行符號 + 2個靈活符號 + 2個上行符號。其中兩個靈活符號用作上下行之間轉換的隔離，不用於收發信號。
把靈活時隙中的上下行符號也考慮進來計算可得，2毫秒單週期的上行資源佔比約為29%，2.5毫秒單週期的上行資源佔比約為23%，2.5毫秒雙週期的上行資源佔比約為33%。因而導致了幾種幀結構在上下行性能上的差異。
由上述時隙示例可以看出，5G對TDD的實現是非常靈活的，不再像TDD那樣預定義子幀配比，可以根據需求靈活配置上下行時隙數量，用於5G需求各異的應用。
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