Exercise 4.2: FDD, TDD and Half-Duplex

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Schaubilder für
FDD, TDD und HD

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

• Frequency Division Multiplex  (FDD),
• Time Division Multiplex  (TDD),
• Halb–Duplexverfahren  (HD).

Die beiden erstgenannten Duplexverfahren fanden bereits bei  UMTS  Verwendung. Das Halb–Duplexverfahren ist dagegen eine Neuerung bei  Long Term Evolution  (LTE).

Hinweis:

Die Aufgabe bezieht sich auf das Kapitel  Technische Neuerungen von LTE.

Fragebogen

1

Welche Duplexverfahren kommen mit einem Frequenzband aus?

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

2

Welches Verfahren ist bei gleicher Belastung von Uplink und Downlink günstiger?

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

3

Welche Vorteile bietet das TDD–Verfahren gegenüber FDD?

	TDD bietet keinerlei Vorteile.
	Die Endgeräte lassen sich billiger produzieren als bei FDD.
	TDD ist bei ungleicher Uplink/Downlink–Belastung geringer.

4

Welche Vorteile bietet das Halb–Duplex–Verfahren?

	HD bietet keinerlei Vorteile.
	Die Endgeräte lassen sich billiger produzieren als bei FDD.
	Im Gegensatz zu TDD benötigt man bei HD keine  Guard Periods.
	Bei gleichen Uplink/Downlink–Anforderungen ist HD mit FDD vergleichbar.

Musterlösung

Solution

(1)  Richtig ist der Lösungsvorschlag 2:

• Wie aus der Grafik auf der Angabenseite hervorgeht, genügt nur bei TTD ein einziges Frequenzband.
• Die beiden anderen Duplexverfahren benötigen jeweils zwei Frequenzbänder. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einem „gepaarten Spektrum”.

(2)  Bei gleicher Belastung von Uplink und Downlink ist Frequency Division Duplex (FDD) günstiger   ⇒   Lösungsvorschlag 1:

• 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.
• 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.
• Die relative Degradation des TDD–Prinzips gegenüber FDD ist bei gleicher Uplink– und Downlink–Belastung quantitativ durch den prozentuellen Anteil der gelben Blöcke gegeben.

(3)  Zutreffend sind die Lösungsvorschläge 2 und 3:

• Ein TDD–Endgerät muss nicht gleichzeitig Senden und Empfangen und ist deshalb kostengünstiger als ein FDD–Endgerät. Auch die Batterielaufzeiten sind länger.
• Die TDD–Technik ermöglicht verschiedene Modi, die festlegen, wieviel Zeit für Downlink und Uplink verwendet werden sollen.
• Oft sind die Uplink–Anforderungen sehr viel geringer als die des Downlinks. Bei FDD gibt es in diesem Fall viele ungenutzte blaue Blöcke.
• 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.

(4)  Hier treffen die Lösungsvorschläge 2 bis 4 zu:

• Halb–Duplex benötigt ebenso wie FDD zwei Frequenzbänder   ⇒   ein gepaartes Spektrum. Nicht erforderlich sind somit Guard Periods.
• Sender und Empfänger wechseln sich gegenseitig ab. Also müssen auch die Endgeräte entweder nur Senden oder nur Empfangen, und sind somit kostengünstiger.
• Durch eine zweite Verbindung zu einem anderen Endgerät mit vertauschtem Downlink/Uplink–Raster könnte das zur Verfügung stehende gepaarte Band voll genutzt werden.