Difference between revisions of "Aufgaben:Exercise 4.2: FDD, TDD and Half-Duplex"

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Duplexverfahren sind im Mobilfunk erforderlich, damit der Uplink (UL) und der Downlink (DL) klar voneinander getrennt sind und sich somit nicht gegenseitig störend beeinflussen. Man unterscheidet entsprechend der Grafik zwischen
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Duplex processes are required in mobile radio to ensure that the uplink&nbsp; $\rm (UL)$&nbsp; and downlink&nbsp; $\rm (DL)$&nbsp; are clearly separated and thus do not interfere with each other.&nbsp; According to the graphic, a distinction is made between
*[[Examples_of_Communication_Systems/Allgemeine_Beschreibung_von_UMTS#Vollduplexverfahren |Frequency Division Multiplex]]&nbsp; (FDD),
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*[[Examples_of_Communication_Systems/Allgemeine_Beschreibung_von_UMTS#Vollduplexverfahren |Frequency Division Multiplex]]&nbsp; $\rm (FDD)$,
*[[Examples_of_Communication_Systems/Allgemeine_Beschreibung_von_UMTS#Vollduplexverfahren |Time Division Multiplex]]&nbsp; (TDD),
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*[[Examples_of_Communication_Systems/Allgemeine_Beschreibung_von_UMTS#Vollduplexverfahren |Time Division Multiplex]]&nbsp; $\rm (TDD)$,
*[[Mobile_Communications/Technische_Neuerungen_von_LTE#FDD.2C_TDD_und_Halb.E2.80.93Duplex.E2.80.93Verfahren|Halb–Duplexverfahren]]&nbsp; (HD).
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*[[Mobile_Communications/Technical_Innovations_of_LTE#FDD.2C_TDD_and_half-duplex_method|Half&ndash;Duplex]]&nbsp; $\rm (HD)$.
  
  
Die beiden erstgenannten Duplexverfahren fanden bereits bei&nbsp; [[Examples_of_Communication_Systems/Allgemeine_Beschreibung_von_UMTS|UMTS]]&nbsp; Verwendung. Das Halb–Duplexverfahren ist dagegen eine Neuerung bei&nbsp; ''Long Term Evolution''&nbsp; (LTE).
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The first two duplex processes have already been used in&nbsp; [[Examples_of_Communication_Systems/Allgemeine_Beschreibung_von_UMTS|$\rm UMTS$]].&nbsp; On the other hand, the half-duplex process is an innovation in&nbsp; Long Term Evolution &nbsp; $\rm (LTE)$.
  
  
  
  
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''Note:''
  
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This task refers to the chapter&nbsp; [[Mobile_Communications/Technical_Innovations_of_LTE|Technical Innovations of LTE]].
  
  
''Hinweis:''
 
  
Die Aufgabe bezieht sich auf das Kapitel&nbsp; [[Mobile_Communications/Technische_Neuerungen_von_LTE|Technische Neuerungen von LTE]].
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===Questionnaire===
 
 
 
 
 
 
===Fragebogen===
 
  
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
  
{Welche Duplexverfahren kommen mit einem Frequenzband aus?
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{Which duplex methods can be managed with only one frequency band?
 
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- Frequency Division Duplex (FDD),
 
- Frequency Division Duplex (FDD),
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- Half–Duplex (HD).
 
- Half–Duplex (HD).
  
{Welches Verfahren ist bei gleicher Belastung von Uplink und Downlink günstiger?
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{Which procedure is more favourable with the same load on uplink and downlink?
|type="[]"}
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+ Frequency Division Duplex (FDD),
 
+ Frequency Division Duplex (FDD),
 
- Time Division Duplex (TDD).
 
- Time Division Duplex (TDD).
  
{Welche Vorteile bietet das TDD–Verfahren gegenüber FDD?
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{What advantages does the TDD method offer compared to FDD?
 
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- TDD bietet keinerlei Vorteile.
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- TDD offers no advantages whatsoever.
+ Die Endgeräte lassen sich billiger produzieren als bei FDD.
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+ The end devices can be produced cheaper than with FDD.
+ TDD ist bei ungleicher Uplink/Downlink–Belastung geringer.
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+ TDD appoaches FDD with unequal uplink/downlink load.
  
{Welche Vorteile bietet das Halb–Duplex–Verfahren?
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{What advantages does the half-duplex process offer?
 
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- HD bietet keinerlei Vorteile.
+
- HD offers no advantages whatsoever.
+ Die Endgeräte lassen sich billiger produzieren als bei FDD.
+
+ The end devices can be produced cheaper than with FDD.
+ Im Gegensatz zu TDD benötigt man bei HD keine&nbsp; ''Guard Periods''.
+
+ In contrast to TDD, HD does not require&nbsp; "Guard Periods".
+ Bei gleichen Uplink/Downlink–Anforderungen ist HD mit FDD vergleichbar.
+
+ With the same uplink/downlink requirements, HD is comparable with FDD.
 
</quiz>
 
</quiz>
  
===Musterlösung===
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===Solution===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
'''(1)'''&nbsp; Richtig ist der <u>Lösungsvorschlag 2</u>:
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'''(1)'''&nbsp; Correct is the <u>solution 2</u>:
* Wie aus der Grafik auf der Angabenseite hervorgeht, genügt nur bei TTD ein einziges Frequenzband.  
+
* As shown in the graph on the data page, only one frequency band is sufficient for TTD.  
*Die beiden anderen Duplexverfahren benötigen jeweils zwei Frequenzbänder. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einem „gepaarten Spektrum”.
+
*The other two duplex methods each require two frequency bands.&nbsp; In this context one also speaks of a "paired spectrum".
  
  
  
'''(2)'''&nbsp; Bei gleicher Belastung von Uplink und Downlink ist Frequency Division Duplex (FDD) günstiger &nbsp; &rArr; &nbsp; <u>Lösungsvorschlag 1</u>:
+
'''(2)'''&nbsp; At the same load of uplink and downlink, Frequency Division Duplex (FDD) is more favourable &nbsp; &rArr; &nbsp; <u>solution 1</u>:
*Zwar benötigt man bei TDD nur ein einziges Frequenzband, das aber bei gleicher Belastung jeweils nur zur Hälfte für Uplink und Downlink genutzt werden kann. Sender und Empfänger müssen sich also bei der Übertragung abwechseln.
+
*Although TDD requires only a single frequency band, only half of it can be used for uplink and downlink at the same load.&nbsp; Transmitter and receiver must therefore alternate during transmission.
*Das Hauptproblem ist die erforderliche, nicht immer gegebene Synchronität der Netze. Um auch bei nicht 100–prozentiger Synchronität eine weitgehend ungestörte Übertragung zu gewährleisten, sind bei TDD zwischen der Uplink– und der Downlink–Nutzung Schutzzonen (''Guard Periods'') erforderlich.  
+
*The main problem is the required but not always given synchronicity of the networks.&nbsp; In order to ensure largely undisturbed transmission even if synchronicity is not 100%, TDD requires "guard periods" between uplink and downlink use.  
*Die relative Degradation des TDD–Prinzips gegenüber FDD ist bei gleicher Uplink– und Downlink–Belastung quantitativ durch den prozentuellen Anteil der gelben Blöcke gegeben.
+
*The relative degradation of the TDD principle compared to FDD is quantitatively given by the percentage of yellow blocks at the same uplink and downlink load.
  
  
  
'''(3)'''&nbsp; Zutreffend sind die <u>Lösungsvorschläge 2 und 3</u>:
+
'''(3)'''&nbsp; The <u>solutions 2 and 3</u> are applicable:
*Ein TDD–Endgerät muss nicht gleichzeitig Senden und Empfangen und ist deshalb kostengünstiger als ein FDD–Endgerät. Auch die Batterielaufzeiten sind länger.
+
*A TDD terminal does not have to transmit and receive simultaneously and is therefore more cost-effective than an FDD terminal &nbsp; &rArr; &nbsp; The battery life is longer.
*Die TDD–Technik ermöglicht verschiedene Modi, die festlegen, wieviel Zeit für Downlink und Uplink verwendet werden sollen.
+
*The TDD technique allows different modes that determine how much time should be used for downlink and uplink.
*Oft sind die Uplink–Anforderungen sehr viel geringer als die des Downlinks. Bei FDD gibt es in diesem Fall viele ungenutzte blaue Blöcke.
+
*Often the uplink requirements are much lower than the downlink requirements.&nbsp; With FDD there are many unused blue blocks in this case.
*Unter dieser Voraussetzung wird die prozentuelle Degadation durch die gelben ''Guard Periods'' geringer. Im Grenzfall „keine Uplink–Aktivität” könnte man die gleiche Anzahl an Downlink–Blöcken übertragen wie bei FDD, jedoch schon bei halber Frequenzbandbreite.
+
*Under this condition, the percentage degradation is reduced by the yellow "Guard Periods".&nbsp; In the limit case "no uplink activity", the same number of downlink blocks could be transmitted as with FDD, but already at half the frequency bandwidth.
  
  
  
'''(4)'''&nbsp; Hier treffen die <u>Lösungsvorschläge 2 bis 4</u> zu:
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'''(4)'''&nbsp; Here the <u>solutions 2 to 4</u> apply:
*Halb–Duplex benötigt ebenso wie FDD zwei Frequenzbänder  &nbsp; &rArr; &nbsp; ein gepaartes Spektrum. Nicht erforderlich sind somit ''Guard Periods''.
+
*Like FDD, half-duplex requires two frequency bands &nbsp; &rArr; &nbsp; a paired spectrum.&nbsp; Guard periods are therefore not required.
*Sender und Empfänger wechseln sich gegenseitig ab. Also müssen auch die Endgeräte entweder nur Senden oder nur Empfangen, und sind somit kostengünstiger.
+
*Transmitter and receiver alternate with each other.&nbsp; This means that the terminal devices must also either only transmit or only receive, and are therefore cheaper.
*Durch eine zweite Verbindung zu einem anderen Endgerät mit vertauschtem Downlink/Uplink–Raster könnte das zur Verfügung stehende gepaarte Band voll genutzt werden.
+
*By a second connection to another terminal device with an interchanged downlink/uplink raster, the available paired band could be fully utilized.
  
 
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[[Category:Exercises for Mobile Communications|^4.2 Technical Innovations of LTE^]]
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Latest revision as of 13:37, 23 March 2021

FDD, TDD, and HD

Duplex processes are required in mobile radio to ensure that the uplink  $\rm (UL)$  and downlink  $\rm (DL)$  are clearly separated and thus do not interfere with each other.  According to the graphic, a distinction is made between


The first two duplex processes have already been used in  $\rm UMTS$.  On the other hand, the half-duplex process is an innovation in  Long Term Evolution   $\rm (LTE)$.



Note:

This task refers to the chapter  Technical Innovations of LTE.


Questionnaire

1

Which duplex methods can be managed with only one frequency band?

Frequency Division Duplex (FDD),
Time Division Duplex (TDD),
Half–Duplex (HD).

2

Which procedure is more favourable with the same load on uplink and downlink?

Frequency Division Duplex (FDD),
Time Division Duplex (TDD).

3

What advantages does the TDD method offer compared to FDD?

TDD offers no advantages whatsoever.
The end devices can be produced cheaper than with FDD.
TDD appoaches FDD with unequal uplink/downlink load.

4

What advantages does the half-duplex process offer?

HD offers no advantages whatsoever.
The end devices can be produced cheaper than with FDD.
In contrast to TDD, HD does not require  "Guard Periods".
With the same uplink/downlink requirements, HD is comparable with FDD.


Solution

(1)  Correct is the solution 2:

  • As shown in the graph on the data page, only one frequency band is sufficient for TTD.
  • The other two duplex methods each require two frequency bands.  In this context one also speaks of a "paired spectrum".


(2)  At the same load of uplink and downlink, Frequency Division Duplex (FDD) is more favourable   ⇒   solution 1:

  • Although TDD requires only a single frequency band, only half of it can be used for uplink and downlink at the same load.  Transmitter and receiver must therefore alternate during transmission.
  • The main problem is the required but not always given synchronicity of the networks.  In order to ensure largely undisturbed transmission even if synchronicity is not 100%, TDD requires "guard periods" between uplink and downlink use.
  • The relative degradation of the TDD principle compared to FDD is quantitatively given by the percentage of yellow blocks at the same uplink and downlink load.


(3)  The solutions 2 and 3 are applicable:

  • A TDD terminal does not have to transmit and receive simultaneously and is therefore more cost-effective than an FDD terminal   ⇒   The battery life is longer.
  • The TDD technique allows different modes that determine how much time should be used for downlink and uplink.
  • Often the uplink requirements are much lower than the downlink requirements.  With FDD there are many unused blue blocks in this case.
  • Under this condition, the percentage degradation is reduced by the yellow "Guard Periods".  In the limit case "no uplink activity", the same number of downlink blocks could be transmitted as with FDD, but already at half the frequency bandwidth.


(4)  Here the solutions 2 to 4 apply:

  • Like FDD, half-duplex requires two frequency bands   ⇒   a paired spectrum.  Guard periods are therefore not required.
  • Transmitter and receiver alternate with each other.  This means that the terminal devices must also either only transmit or only receive, and are therefore cheaper.
  • By a second connection to another terminal device with an interchanged downlink/uplink raster, the available paired band could be fully utilized.