الوحدة 10 · الدرس 4

الإرسال المزدوج: FDD مقابل TDD

18 دقيقة قراءة
مقال

أجاب كل درسٍ في هذه الوحدة حتى الآن عن السؤال نفسه: كيف تُدخل مستخدمين كثيرين في قطعةٍ واحدةٍ من الطيف؟ بالتردد (الدرس M10-L1)، وبالزمن (الدرس M10-L1)، وبالشفرة (الدرس M10-L1)، وبالحوامل الفرعيّة (الدرس M10-L2)، وبالفضاء (الدرس M10-L3). أمّا هذا الدرس فيجيب عن سؤالٍ مختلفٍ يشبهه شبهاً خادعاً، والخلط بين الاثنين أشهر لبسٍ في اللاسلكي كلّه. فالمكالمة ليست سيلاً واحداً من المعلومات، بل سيلين يجريان في الوقت نفسه في اتّجاهين متعاكسين. وتقرير كيف يتشارك هذان الاتّجاهان الراديو هو الإرسال المزدوج، وليس له في الاستعمال التجاري إلا جوابان: إمّا أن تمنحهما ترددين منفصلين، وإمّا أن تمنحهما لحظتين منفصلتين.

اتّجاهان ووصلةٌ واحدة

سمِّ الاتّجاهين أولاً، فبقيّة الدرس تستند إليهما. تحمل الوصلة الهابطة المعلومات من المحطّة القاعدة أو نقطة الوصول إلى المستخدم، وتحمل الوصلة الصاعدة ما يعود منه. وهما غير متكافئتين في أي وجه. فقد أظهر الدرس M9-L4 أنّهما غير متكافئتين في القدرة — إذ تُرسل المحطّة القاعدة الكبيرة بـ46 dBm والهاتف بـ23 dBm، أي 23 ديسيبل لصالح الهابطة لا يستردّ منها عامل الضوضاء الأفضل للمحطّة إلا 5 ديسيبل، فتبقى الصاعدة هي القيد الحاكم بفارق 18.0 ديسيبل. وهما غير متكافئتين في الطلب أيضاً: فالمستخدم الذي يشاهد فيديو أو يفتح صفحةً أو يمرّر قائمةً يجرّ بتّاتٍ نازلةً أكثر بكثيرٍ من الصاعدة.

فسؤال الإرسال المزدوج في حقيقته هذا: إذا كانت لديك وصلةٌ واحدةٌ غير متناظرةٍ باتّجاهين غير متكافئين، فأي موردٍ تنفقه لتمنعهما من إفساد أحدهما الآخر؟ فالمُرسِل الجالس بجانب المستقبِل هو أعلى شيءٍ سيصادفه ذلك المستقبِل في حياته، بفارقٍ هائل. والفصل بينهما ليس ترفاً؛ بل هو المسألة الهندسيّة كلّها، والجوابان التجاريّان ينفقان عليها موردين مختلفين — فـFDD ينفق الطيف، وTDD ينفق الزمن.

الإرسال المزدوج ليس النفاذ المتعدّد

لأن الأسماء تتشابه، يُقرأ FDD مرادفاً لـFDMA ويُقرأ TDD مرادفاً لـTDMA. وهما اختياران مستقلّان، وأنقى دليلٍ على ذلك أن كل تأليفةٍ منهما قد نُشرت فعلاً. فالنفاذ المتعدّد يقسم القناة بين المستخدمين؛ والإرسال المزدوج يقسمها بين اتّجاهَي وصلةِ مستخدمٍ واحد. والنظام يتّخذ الاختيارين كليهما، كلاً على حِدة:

النظامالنفاذ المتعدّد (بين المستخدمين)الإرسال المزدوج (بين الاتّجاهين)لماذا يهمّ ذلك
GSMFDMA + TDMA — حوامل بعرض 200 كيلوهرتز، 8 شقوق زمنيّة لكلٍّ منها (الدرس M10-L1)FDD — زوج 890–915 / 935–960 ميغاهرتزالمثال المضادّ القاتل: نفاذ متعدّد بتقسيم الزمن مع ازدواجٍ بتقسيم التردد
IS-95 وUMTSCDMA — بالشفرات (الدرس M10-L1)FDDالشفرة للمستخدمين والتردد للاتّجاهين — موردان مختلفان
LTE FDDOFDMA — مجموعات حوامل فرعيّة (الدرس M10-L2)FDDالتردد للأمرين، لكن على مقياسين مختلفين تماماً
LTE TDD و5G NR TDDOFDMA — مجموعات حوامل فرعيّة (الدرس M10-L2)TDDالتأليفة المعاكسة: نفاذ متعدّد بتقسيم التردد مع ازدواجٍ بتقسيم الزمن
الواي فاي (802.11)CSMA/CA — تنازعٌ وواحدٌ في كل مرّةشبيه بـTDD — قناةٌ واحدة لمن يمسكهاالجميع يتشاركون قناةً واحدة، فتنطبق المسألتان في مسألةٍ واحدة
الهاتف اللاسلكي DECTFDMA + TDMATDD — شقّان يفصلهما 12 على حاملٍ واحدنفاذ GSM المتعدّد نفسه، وازدواجٌ معاكس

اقرأ سطر GSM وسطر LTE TDD معاً فتنتهي المسألة. فـGSM هو النموذج الأصلي لـTDMA وهو يزدوج بالتردد؛ وLTE TDD يقسم المستخدمين بالتردد ويزدوج بالزمن. ولو كان المفهومان شيئاً واحداً لما أمكن وجود أيٍّ من السطرين. والطريقة المعتمدة للتفريق بينهما أن تسأل ما على الجهة الأخرى من الحدّ الفاصل: مستخدمٌ آخر يعني نفاذاً متعدّداً، والمستخدم نفسه يتكلّم في الاتّجاه الآخر يعني إرسالاً مزدوجاً.

نصف مزدوج، ومزدوج كامل، وواحدٌ لم ينشره أحد

الوصلة نصف المزدوجة تحمل اتّجاهاً واحداً في كل مرّة والمستخدمان يتبادلان الأدوار صراحةً — كجهاز الاتّصال اليدوي الذي تضغط زرّه لتتكلّم فلا تسمع شيئاً وأنت تضغط. والوصلة المزدوجة الكاملة تحمل الاتّجاهين معاً، وهو ما تحتاجه المحادثة الهاتفيّة وما يوفّره كل نظامٍ خلوي. وهذه هي الجملة المهمّة: يوفّر FDD وTDD كلاهما خدمةً مزدوجةً كاملة، ولا يختلفان إلا في الكيفيّة. فـFDD متزامنٌ حقيقةً. وTDD يتناوب بسرعةٍ كبيرة — إذ يبدّل كل 5 ميلي ثانية أو أسرع، مقابل إطار كلامٍ طوله 20 ميلي ثانية — حتى تصير المحادثة متّصلةً بلا أثر، فيعيش المستخدم ازدواجاً كاملاً وإن كان الراديو نصف مزدوجٍ في كل لحظة. وأصدق وصفٍ لـTDD أنّه ازدواجٌ نصفيٌّ سريع التناوب مُغلَّفٌ بهيئة ازدواجٍ كامل.

وثمّة احتمالٌ ثالث، ويجدر الصدق في وصف حاله. فالـازدواج الكامل داخل النطاق يُرسل ويستقبل على التردد نفسه في اللحظة نفسها، فيضاعف الكفاءة الطيفيّة ضربةً واحدة. والعقبة حساب. فمُرسِلك يجلس إلى جانب مستقبِلك، فيصل تسرّبه بقدرةٍ تقارب ما أرسلتَه، على حين تصل الإشارة المطلوبة بقدرةٍ تقارب حساسيّة المستقبِل:

لماذا يصعب الازدواج الكامل داخل النطاق
\text{Self-interference} = P_{tx} - P_{rx} = 23 - (-100) = 123\ \text{dB}
الهاتف الذي يُرسل بـ23 dBm (الدرس M9-L4) ويستقبل في الوقت نفسه إشارةً مطلوبةً قرب −100 dBm عليه أن يخمد إرساله بمقدار 123 ديسيبل قبل أن تصير الإشارة المطلوبة مساويةً للبقيّة أصلاً — والتساوي لا يكفي، فأضف إليه نسبة الإشارة إلى الضوضاء المطلوبة. وعلى الإخماد أن يعمل على عرض النطاق كلّه، وعبر تغيّر الحرارة، وضدّ نسخةٍ منعكسةٍ من إرسالك تعود من البيئة (وهو تعدّد المسار في الدرس M8-L3، وقد صار الآن ضدّك). وتبلغ العروض المختبريّة هذا المدى على نطاقاتٍ ضيّقة؛ ولا شيء تستطيع شراءه يفعله.

فاعتبر الازدواج الكامل داخل النطاق موضوع بحثٍ لا خياراً متاحاً. وحين تقول مواصفةٌ «مزدوج كامل» فهي تعني أن الخدمة ثنائيّة الاتّجاه، والطبقة الفيزيائيّة تحتها FDD أو TDD. وثمّة دقيقةٌ أخرى في المصطلح تستحقّ المعرفة لأنّها ترد في أوراق المواصفات: بعض أجهزة FDD هي FDD نصف مزدوجة، أي أنّها تملك النطاقين المزدوجين لكنّها لا تستعملهما معاً أبداً، وذلك يتيح لها حذف المزدوِج والاستعانة بمفتاحٍ بدلاً منه. وفئات إنترنت الأشياء الخلويّة تفعل هذا بالضبط توفيراً للتكلفة.

FDD: اشترِ نطاقين ومرشّحاً

يمنح الازدواج بتقسيم التردد الوصلةَ الصاعدة نطاقاً والهابطةَ نطاقاً آخر، على الدوام. فيُرسل كلا الراديوين باستمرار ويستقبل باستمرار، ويُشترى العزل بينهما بالمرشّحات. ولا بدّ من تخصيص الطيف في أزواج، ولهذا يتكلّم المنظّمون عن طيفٍ مزدوجٍ وطيفٍ غير مزدوج، ولهذا يبقى الاقتران مثبَّتاً في خطّة النطاق طول عمر ذلك النطاق. اعمل على نطاق LTE Band 1، زوج 2 غيغاهرتز الكلاسيكي، وكل الحساب على الصفحة:

فجوة الازدواج محسوبةً على Band 1
\text{duplex gap} = f_{DL,\text{low}} - f_{UL,\text{high}} = 2110 - 1980 = 130\ \text{MHz}
الفجوة ليست مهدورةً بالخطأ — بل هي منطقة العبور التي تحتاجها المرشّحات. فلا يستطيع مرشّحٌ أن يسقط من الإمرار إلى الرفض لحظيّاً (وقد استند الدرسان M3-L3 وM6-L2 إلى الحقيقة نفسها)، فكلّما لزم انحدارٌ أحدّ كبر المرشّح وغلا وزاد فقده. وفجوة Band 3، وهي 20 ميغاهرتز عند 1.8 غيغاهرتز، عبورٌ نسبته 1.1%، ومزدوجاتها أصعب بحسب ذلك من مزدوجات Band 1.

المزدوِج هو التكلفة الخفيّة لـFDD

المكوّن الذي يجعل FDD ممكناً هو المزدوِج: زوجٌ من المرشّحات الحادّة يتشاركان منفذ هوائيٍّ واحد، أحدهما يمرّر نطاق الإرسال نحو الهوائي ويحجبه عن المستقبِل، والآخر يمرّر نطاق الاستقبال إلى المستقبِل. وهو يعطي عادةً من 50 إلى 60 ديسيبل من العزل بين الإرسال والاستقبال ويكلّف نحو 1 إلى 2 ديسيبل من فقد الإدخال في كل اتّجاه — وقد سعّر الدرس M9-L4 بالضبط ما يساويه ديسيبلٌ من الفقد، فهذا سطرٌ حقيقيٌّ في الموازنة لا حاشية.

وهذه هي النتيجة التي تصوغ تصميم الهواتف: المزدوِج مضبوطٌ على زوج نطاقٍ واحد، فيحتاج الهاتف إلى مزدوِجٍ لكل نطاق FDD يدعمه. والهاتف الحديث يدعم عشرات النطاقات، وبنك المرشّحات الناتج محرّكٌ حقيقيٌّ لمساحة اللوحة وقائمة المواد وفقد مسار الهوائي. أمّا TDD فلا يحتاج مزدوِجاً قطّ — بل مفتاحاً فقط، وهو أصغر وأرخص وأوسع نطاقاً بكثير. وتلك الحقيقة العتاديّة الواحدة جزءٌ كبيرٌ من سبب ذهاب النطاقات الأحدث والأوسع إلى TDD.

TDD: اشترِ نطاقاً واحداً وساعة توقيت

يمنح الازدواج بتقسيم الزمن الاتّجاهين كليهما النطاق كلّه ويتناوب بينهما. فتكفيه كتلةٌ واحدةٌ غير مزدوجة، ولا يعمل المُرسِل والمستقبِل في اللحظة نفسها أبداً، فلا يلزم مرشّحٌ يفصل بينهما. والذي يدفعه TDD بدلاً من ذلك هو فترة حارسة: مدّةٌ من الصمت المتعمَّد عند كل انتقالٍ من الهابطة إلى الصاعدة. وعليها أن تمتصّ أمرين، وأكبرهما هندسة. فالراديو يسير بـ3×10⁸ م/ث، وهي بصيغةٍ مريحة 300 متر لكل ميكروثانية، فيسمع المستخدم عند حدّ الخليّة الهابطةَ متأخّرةً وتصل دفقته الصاعدة عائدةً متأخّرةً مرّةً أخرى:

الفترة الحارسة وعبؤها
T_g \;\ge\; \frac{2R}{c} \qquad\Longrightarrow\qquad \eta_g = \frac{2R}{c\,T_{sw}}
حيث R نصف قطر الخليّة وc سرعة الضوء وTsw دور التبديل — أي المدّة بين انتقالٍ من الهابطة إلى الصاعدة والذي يليه. والذهاب والإياب 2R/c هو أسوأ تأخير وصولٍ لأبعد مستخدم، وعلى الفترة الحارسة أن تغطّيه مضافاً إليه زمن تبديل العتاد بين الإرسال والاستقبال، وهو جزءٌ من الميكروثانية في الأمامات الحديثة ومن ثمّ مهملٌ بجانب حدّ الانتشار في أي خليّةٍ أكبر من غرفة.

الإطار الفرعي الخاصّ في LTE TDD، ومكسب المرونة

ينفّذ LTE TDD الفترة الحارسة داخل إطارٍ فرعيٍّ خاصّ، مقسومٍ إلى جزءٍ هابطٍ وفترةٍ حارسةٍ وجزءٍ صاعد. والفترة الحارسة قابلةٌ للضبط برموز OFDM كاملة، ورمزٌ واحدٌ بالبادئة الدوريّة العاديّة (الدرس M10-L2) طوله 1 ميلي ثانية / 14 = 71.4 µs، وهو يغطّي نصف قطرٍ مقداره 71.4 µs × 300 م/µs ÷ 2 = 10.7 كم. وعشرة رموزٍ من الحرس، وهي أكبر ضبط، تبلغ 714 µs ومن ثمّ 107 كم — بثمن معظم إطارٍ فرعي. فالعبء في TDD غير مخفيٍّ؛ بل هو رقمٌ يضبطه المشغّل بحسب حجم الخليّة التي بناها فعلاً.

وفي المقابل يصير تقسيم الهابطة إلى الصاعدة بنداً قابلاً للضبط لا خاصّيّةً للنطاق. فـLTE TDD يعرّف سبع تشكيلاتٍ للصاعدة والهابطة؛ والتشكيلة 2، بدور تبديلٍ 5 ميلي ثانية، تخصّص ثلاثة أطرٍ فرعيّةٍ هابطةً مقابل إطارٍ فرعيٍّ صاعد — أي نسبة 3:1 — على حين التشكيلة 1 هي 2:2 والتشكيلة 0 ثقيلةٌ نحو الصاعدة. ويعمّم 5G NR ذلك أكثر، فيتيح إشهار النمط وتغييره. أمّا نطاق FDD فلا يقدر على شيءٍ من هذا: فـ60 ميغاهرتز صعوداً و60 هبوطاً قرّرها منظّمٌ قبل أن يوجد الحِمل.

المقايضات، ولكل واحدةٍ سببها

قائمةٌ عارية بالمزايا لا نفع فيها، لأن كل بندٍ فيها نتيجةٌ لشيءٍ سبق تثبيته. وأربع مقايضاتٍ هي المهمّة، وكلٌّ منها تتبع حقيقةً من درسٍ سابق.

عدم تناظر الحِمل — أكبر مكاسب TDD

حِمل الإنترنت الحقيقي مائل، فالهابطة فيه أكثر من الصاعدة بثلاثة أو أربعة أضعافٍ في الغالب. وTDD يستطيع توزيع شقوقه ليطابق ذلك: اطلب 4:1 فتحصل على 4:1. أمّا FDD فلا يستطيع، لأن التقسيم 50:50 بحكم البناء — فالنطاقان متساويان ومخصّصان على الدوام. فضَع رقماً على الخسارة. ليكن الطلب بنسبة r هابطةً إلى 1 صاعدة، ولنجعل الموردَ الكلّي واحداً. يملك FDD 0.5 في كل اتّجاه، فلا يخدم من الحِمل إلا إلى الحدّ الذي ينفد فيه الاتّجاه الأكثف، ولا يمكن إقراض بقيّة الاتّجاه الأخفّ للآخر:

ما يهدره تقسيمٌ ثابتٌ 50:50
\text{FDD waste} = 1 - \tfrac{1}{2}\!\left(1 + \tfrac{1}{r}\right) = \frac{r-1}{2r}
محسوباً عند r = 4: تريد الهابطة 0.8 من الكلّ ولا تنال إلا 0.5، فيكون المخدوم 0.5 هابطةً زائد 0.5/4 = 0.125 صاعدة = 0.625، ويبقى 0.375 من نطاق الصاعدة عاطلاً — أي هدرٌ 37.5%، و(4 − 1)/(2 × 4) = 3/8 = 0.375 ✓. وعند r = 3 يكون 2/6 = 33.3%، وعند r = 2 يكون 1/4 = 25%، وعند r = 1 يكون صفراً. والصيغة متناظرة، فحِملٌ ثقيل الصعود بنسبة 1:4 يهدر الـ37.5% نفسها.

ولا يدفع TDD إلا عبء فترته الحارسة، وقد سعّره القسم السابق بـ1.33% لخليّة 10 كم — فمقابل حِملٍ 4:1 يحفظ TDD نحو 98.7% من المورد ويحفظ FDD 62.5%. وذاك أكبر رقمٍ منفردٍ في هذا الدرس، وهو يفسّر لماذا كان كل نطاقٍ فُتح للنطاق العريض المتنقّل منذ نحو 2010 نطاقاً غير مزدوج. ولاحظ العكس بأمانة: عند حِملٍ متناظر، أي r = 1، لا يهدر FDD شيئاً ويبقى TDD يدفع فترته الحارسة، ومن ثمّ يفوز FDD فوزاً صريحاً على الأحمال المتناظرة. وشبكات الصوت وحده، وهي متناظرةٌ بطبيعتها، بُنيت على FDD لهذا السبب بالضبط.

التقابل — لماذا يفضّل MIMO الضخم نظام TDD

في TDD يستعمل الاتّجاهان التردد نفسه، فيريان القناة الفيزيائيّة نفسها. وذاك هو التقابل، وقيمته هائلة: فالمحطّة القاعدة التي تقيس الصاعدة تعرف الهابطة، بلا حاجةٍ إلى أن يصفها المستخدم. والدرس M10-L3 يحتاج هذا بالضبط. فالتشكيل الإشعاعي والتجميع المكاني يقتضيان معرفة القناة عند المُرسِل، ولمصفوفةٍ من 64 عنصراً يكون حجم المعلومات المرتجعة كبيراً بما يكفي ليصير الارتجاع الصريح عنق زجاجة النظام. وهو في TDD مجّاني. أمّا في FDD فتبعد الصاعدة عن الهابطة 190 ميغاهرتز في Band 1 — وهو أكبر بكثيرٍ من أي عرض نطاق تجانس (وقد أعطى الدرس M8-L3 قيمة 4 ميغاهرتز داخل المباني و200 كيلوهرتز في المدينة) — فالقناتان غير مترابطتين وعلى المستخدم أن يقيس الهابطة ويبلّغ عنها صراحةً.

الشرط الذي يقتضيه التقابل فعلاً
T_{sw} \;\ll\; T_c \approx \frac{0.423}{f_d} = \frac{0.423\,\lambda}{v}
التقابل قولٌ عن القناة في لحظةٍ واحدة، فلا يبقى إلا إذا استُعمل القياس في حدود زمن التجانس في الدرس M8-L3. وقد حسب ذلك الدرس Tc عند 2 غيغاهرتز: 46 ميلي ثانية سيراً على القدمين بـ5 كم/س، و2.3 ميلي ثانية عند 100 كم/س. ومقابل دور تبديلٍ 5 ميلي ثانية تملك حالة الماشي رتبةً كاملةً من السماح، ولا تملك حالة الطريق السريع ولا دور تبديلٍ واحد — فالتقدير يبلى قبل أن يُستعمل.

فالتقابل ليس بلا شروط، والخلاصة الصادقة أن تقابل TDD يتراجع مع السرعة. والنظام الذي يسبر القناة كل شقٍّ لا كل دور تبديل يفعل أفضل، وذاك بالضبط ما تفعله منشورات MIMO الضخم؛ لكن الاتّجاه لا مهرب منه، ولهذا تُوجَّه أكبر مصفوفات الهوائيّات إلى الحِمل الحضري الكثيف بطيء الحركة لا إلى الطرق السريعة. ويفترض التقابل كذلك أن سلسلتَي عتاد الإرسال والاستقبال متوافقتان في نفسهما، وهما ليستا كذلك بالطبيعة — فالمحطّات القاعدة الحقيقيّة تشغّل حلقة معايرةٍ تجعلهما كذلك.

المدى والتزامن والتداخل

يُرسل FDD باستمرار، وذلك يلائم المدى الطويل من وجهين. أوّلاً، دورة إرساله 100%، على حين خليّة TDD التي تُرسل هابطةً 75% من الوقت عليها إمّا أن تقبل 10 log₁₀(0.75) = −1.25 ديسيبل من متوسّط القدرة، وإمّا أن ترفع قدرتها القمّيّة تعويضاً، والقدرة القمّيّة هي ما يحدّه المكبّر والمنظّم كلاهما. وثانياً، لا فترة حارسة في FDD، فلا يكلّفه حجم الخليّة شيئاً على الإطلاق — فعقوبة الـ13.3% التي تدفعها خليّة TDD بنصف قطر 100 كم لا وجود لها في FDD، والـ239 ميلي ثانية في ذهاب القمر وإيابه لا تعنيه ببساطة.

ويحمل TDD مطلباً لا يحمله FDD أصلاً: التزامن على مستوى الشبكة كلّها. فإذا لم تتوافق خليّتان مجاورتان لـTDD على القناة نفسها، أرسلت إحداهما هابطةً بكامل قدرة المحطّة القاعدة على حين تحاول الأخرى استقبال هاتفٍ بـ23 dBm. وقد سمّى الدرس M9-L3 هذا التداخل المشترك القناة وسعّر الدرس M9-L4 عدم التناظر — وهنا تستطيع الإشارة المتداخلة أن تعلو المطلوبة بعشرات الديسيبلات، وهي آتيةٌ من محطّةٍ قاعدةٍ على خطّ نظرٍ لا من مستخدمٍ مظلَّل. وليست تلك تدنّياً، بل هي انقطاع. فشبكات TDD تتزامن على ساعةٍ مشتركة، تُشتقّ عادةً من الأقمار الملاحيّة، وعلى المشغّلين المجاورين في النطاق نفسه أن يتّفقوا على بنية إطارٍ مشتركة. أمّا مشغّلو FDD فلا يحتاجون شيئاً من هذا التنسيق، وذاك أحد أسباب كون FDD أبسط إداريّاً في طيفٍ مفتَّت.

العتاد

يحتاج TDD مفتاح إرسالٍ واستقبالٍ سريعاً حيث يحتاج FDD مزدوِجاً، والمفتاح أرخص وأصغر وأوسع نطاقاً حيث المزدوِج غالٍ وضخمٌ ولكل نطاقٍ واحد. وفي مقابل ذلك يحتاج TDD مستقبِلاً يتعافى من انفجار مُرسِله نفسه في ميكروثوانٍ، ويحتاج بنية التزامن أعلاه. وFDD لا يحتاج شيئاً منهما، لكنّه يدفع 1 إلى 2 ديسيبل من فقد إدخال المزدوِج في الاتّجاهين وزوج مرشّحاتٍ لكل نطاقٍ مدعوم. وتُلخَّص في سطرٍ واحد: ينفق FDD طيفاً ومساحة سيليكون ليتجنّب التنسيق؛ وينفق TDD تنسيقاً وقليلاً من الزمن ليتجنّب الطيف ومساحة السيليكون.

أين يُستعمل كلٌّ منهما

يتبع الانقسام في المنشورات الحقيقيّة المقايضات اتّباعاً يكاد يكون تامّاً، وهو يتبع التاريخ أيضاً: فالنطاقات المزدوجة خُصّصت حين كان الحِمل صوتاً متناظراً، والنطاقات غير المزدوجة خُصّصت حين صار بياناتٍ غير متناظرة.

الموضعالنظامأمثلة النطاقاتلماذا
الخلوي دون 3 غيغاهرتزيغلب FDDBand 1 (1920–1980 / 2110–2170) وBand 3 (1710–1785 / 1805–1880) وBand 8 (880–915 / 925–960)تخصيصات مزدوجة موروثة، وتغطيةٌ واسعة المدى، ولا عبء تزامن، ولا عقوبة دورة إرسال
النطاق المتوسّط في 5GTDD حصراً تقريباًn41 (2496–2690) وn77 (3300–4200) وn78 (3300–3800) وn79 (4400–5000)كتلٌ غير مزدوجة، وحِمل بياناتٍ غير متناظر، وMIMO الضخم يريد التقابل (الدرس M10-L3)
الموجة المليمتريّة في 5GTDD عالميّاًn257 (26.5–29.5 غيغاهرتز) وn258 (24.25–27.5) وn260 (37–40) وn261 (27.5–28.35)كتلٌ غير مزدوجةٍ ضخمة؛ والخلايا صغيرةٌ فالحرس مهمَل؛ والتشكيل الإشعاعي إلزامي
الواي فايشبيه بـTDD منذ 19972.4 غيغاهرتز و5 غيغاهرتز و6 غيغاهرتز — غير مزدوجةٍ كلّهايعني CSMA/CA أن محطّةً واحدةً تُرسل على القناة في كل مرّة، فالتناوب أصيلٌ فيه
الساتليFDDمثلاً نطاق Ku: 14 غيغاهرتز صعوداً و11–12 غيغاهرتز هبوطاً239 ميلي ثانية من الذهاب والإياب تجعل تأطير TDD غير عملي، والإرسال المستمرّ يلائم وصلةً محدودة القدرة
اللاسلكي المنزلي وقريب المدىTDDDECT من 1880 إلى 1900 ميغاهرتز، والبلوتوث في 2.4 غيغاهرتزكتلةٌ واحدةٌ غير مزدوجة، وخلايا ضئيلة، وضغط تكلفةٍ ضدّ المزدوِج

ويدعم 5G NR الاثنين، ويحدّد نطاقاته على ذلك — فأرقام n1 وn3 وn8 هي نطاقات FDD المزدوجة الموروثة من LTE، على حين n41 وما فوقه غير مزدوجةٍ وTDD. والنمط واضحٌ بما يكفي لصوغه قاعدةً تقريبيّة: دون 3 غيغاهرتز توقّع FDD، وفوقها توقّع TDD، وفي الموجة المليمتريّة توقّع TDD بلا استثناء.

لا يمكن تحويل نطاق. فقرار FDD أو TDD يُتّخذ في خطّة نطاقٍ عند منظّم، لا في برمجيّة محطّةٍ قاعدة، لأن الخطّة هي التي تخبر كل جهازٍ في العالم أي نصفٍ من الزوج يستمع إليه. وBand 7 يبيّن كم هذا محكم: فزوجه المزدوج هو 2500–2570 صعوداً و2620–2690 هبوطاً، وهو يقع داخل الكتلة 2496–2690 ميغاهرتز التي يستعملها النطاق n41 غير المزدوج في TDD. الطيف نفسه، وخطّتا ازدواجٍ غير متوافقتين، والمشغّل الذي يملكه لا بدّ أن يختار إحداهما. ولهذا لا يتاح لمشغّل FDD أن «يبدّل إلى TDD ليطابق الحِمل»، ولهذا يكون هدر الـ37.5% المحسوب أعلاه دائماً طول عمر التخصيص.

ما بنته الوحدة 10

يُغلق هذا الدرس الوحدة، وللوحدة شكلٌ يستحقّ التسمية. فكل درسٍ فيها أجاب عن سؤالٍ واحد — كيف تُتشارَك قطعةٌ محدودةٌ من الطيف؟ — وهي معاً تُحصي الأجوبة:

وأضاف هذا الدرس البعد الذي يعترض الخمسة جميعاً: فكيفما قسمت القناة بين المستخدمين، لا بدّ لك بعد ذلك أن تقسمها بين اتّجاهَي وصلة كل مستخدم، إمّا بالتردد وإمّا بالزمن. وبذلك تكتمل العُدّة. والوحدة 11 هي حيث تختار المعايير الحقيقيّة تأليفتها — فالواي فاي يختار التنازع مع TDD، وLTE يختار OFDMA مع أيٍّ من الازدواجين، و5G NR يختار OFDMA مع MIMO الضخم مع TDD في النطاقات الجديدة — وكل واحدٍ من تلك الاختيارات صار الآن اختياراً تقرؤه لا تحفظه.

أبرز النقاط

اكتملت الوحدة 10. فـFDMA وTDMA وCDMA (الدرس M10-L1)، وOFDM وOFDMA (الدرس M10-L2)، وMIMO (الدرس M10-L3)، وهذا الدرس في الإرسال المزدوج تُغلق الوحدة، وتُغلق معها حكاية كيف يُتشارَك الطيف — بالتردد وبالزمن وبالشفرة وبالفضاء وبين اتّجاهَي كل وصلة. وتالياً تنتقل الوحدة 11 إلى المعايير التي اختارت كل تأليفة — وإلى حيث تظهر كل آليّة في هذه الدورة داخل نظامٍ حقيقي تستعمله يوميّاً.

السابق: أساسيات MIMO نظرة عامة التالي: الواي فاي (802.11)