TDD和FDD射频方案的设计区别
TDD和FDD射频方案的设计区别
在无线通信领域，频分双工（FDD）和时分双工（TDD）是两种主要的通信方式。它们在射频电路设计上有着显著的区别。本文将详细探讨这两种通信方式在电路设计上的差异及其影响。
频分双工（FDD）
频分双工使用两个独立的信道在不同频率同时工作，一个信道用于接收，另一个信道用于发送，两者互不干扰。从电路设计的角度来看，收发通道完全独立，业务处理通道也完全独立。
由于收发信号在不同频率工作，必须考虑发射信号对接收信号的影响。因此，在电路设计中需要引入双工器。双工器本质上是一种滤波器，其作用是将发射和接收信号隔离，确保接收和发射能够同时正常工作。
双工器的设计关键在于其指标设定，特别是宽带噪声的处理。宽带噪声是指发射机输出功率中除去有用信号、杂散和谐波之外，在宽泛频率范围内的噪声功率谱密度。这种噪声主要由信号源的热噪声和本振的相位噪声经放大器放大后产生，并最终从天线辐射出去。
如果不进行优化处理，末级功率放大器输出的宽带噪声功率谱密度可能达到-100dBm/Hz量级。在U-V频段，距离50米处的宽带噪声功率仍可达到-160dBm/Hz，这会导致周围环境噪声底噪抬高10dB以上。噪声底噪抬高后，接收机的接收噪声会显著增加，接收灵敏度也会明显下降。
因此，双工器的设计原则之一是确保发射在接收频点的宽带噪声低于接收频点的噪声底限。在电路设计时，需要计算发射链路的宽带噪声，并根据宽带噪声和接收噪声底限的差值来设计双工器的抑制指标。此外，双工器的设计还需要考虑外界其他频率信号对接收机的影响，因为公网频段众多。
时分双工（TDD）
在TDD模式的移动通信系统中，接收和发送在同一频率信道（即载波）的不同时隙进行，通过时间分离来区分接收和发送信道。TDD本质上是一种半双工通信方式，即同一时刻只有一个业务在处理。因此，从概念上来说，相同的信道带宽下，FDD的业务容量是TDD的两倍。从电路设计的角度来看，数据处理通道可以实现收发复用，从而节省资源占用。
由于是时分复用，很多电路可以实现复用，例如频率源。时分电路设计与频分电路设计的关键区别在于收发切换的时间。为了最大化利用资源，通常会复用锁相环和资源处理器。收发切换时间主要取决于频率源的切换时间和功率放大器的上升时间。
频率源的切换时间在前面已有讨论，如果使用集成芯片，这个指标的设计主要体现在芯片选型上，同时需要考虑程序加载的时间。一般来说，功率放大器的爬坡时间都在微秒级，功率较高的放大器时间相对较长，但设计难度不大。设计时需要特别注意过冲问题。
WiFi是TDD模式的典型应用。下图展示了涉及WiFi所用的开关和功率放大器（PA）的器件，可以看到这些器件都对爬坡时间有详细的指标要求。
总结
对比两种通信方式，各有优缺点。TDD模式对电路的时间要求很高，但因为同一时段只有一个信道在工作，所以设计时不需要考虑对收通道的影响。FDD模式信道业务宽，相对独立，但需要重点考虑宽带噪声的设计。两种通信方式在设计方案时关注的重点不同。