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Time Division Duplex (TDD) & Frequency Division Duplex (FDD)

26. Aug 2016

FDD und TDD im LTE Netz

(© FTS Hennig)

Seit der Frequenz-Auktion der Bundesnetzagentur für den Mobilfunk im Mai/Juni 2015 wird das TDD-Verfahren (Time Division Duplex) zum ersten Mal interessant - und zwar sowohl für Hardware-Hersteller als auch für die Endkunden. Doch was sind gepaarte und ungepaarte Frequenzbänder? Worin liegt der Unterschied zwischen TDD LTE und FDD LTE? Ist gegebenfalls FDD (Frequency Division Duplex) im LTE-Netz besser für die Verbraucher? FTS Hennig informiert!

Definition der beiden Topologien

TDD und FDD sind zwei Topologien, denen zufolge Daten entweder über Zeitschlitze oder über die Frequenz auf die einzelnen Mobilfunkteilnehmer verteilt werden. Dabei geht es um die maximale Nutzung der Ressourcen der Basisstation und gleichzeitig um die Bereitstellung der maximalen Bandbreite für die Nutzer. Für die Internetgeschwindigkeit kann also die Wahl der Toplogie bzw. deren Kombination entscheidend sein. Wir erklären Ihnen, wo die Unterschiede liegen und ab wann diese relevant werden.

TDD und FDD Topologie

Grundprinzip der Topologien FDD und TDD (© FTS Hennig)

FDD oder TDD - das ist hier die Frage

Beim FDD-Verfahren (Frequency Division Duplex) werden die Daten für den Upload und den Download zur gleichen Zeit gesendet und empfangen. Dafür werden zwei oder mehrere gepaarte Frequenzbänder benötigt. Mit Hilfe der Carrier Aggregation werden durch dieses Verfahren bereits ein enormer Datentransfer (= hohe Up- und Downloadraten) und entsprechend hohe Surfgeschwindigkeiten erreicht. Je mehr Nutzer allerdings das jeweilige Netz zu versorgen hat, desto mehr tritt die relativ geringe Effizienz pro Frequenzband zutage.

TDD steht für Time Division Duplex (Time=Zeit) und hierbei wird das Sende- und Empfangssignal im gleichen Frequenzband zu unterschiedlichen Zeiten nacheinander übertragen. So wird in einzelnen Frequenzblöcken, die als ungepaarte Bänder bezeichnet werden, gearbeitet. Wenn nicht genügend Frequenzbereiche zur Verfügung stehen, um via FDD alle Verbraucher im Netz mit ausreichender Übertragungsgeschwindigkeit zu versorgen, kann im Prinzip mittels TDD-Verfahren deutlich mehr Leistung aus einem einzelnen Frequenzband geholt werden.

Es kann aber im Detail keine eindeutige Aussage darüber getroffen werden, welches System nun das bessere ist. TDD-Systeme sind im Vergleich zu FDD-Systemen etwas preiswerter, da weniger RF-Module benötigt werden (Synthesizer, LO, Filter usw.). FDD-Netze scheinen über weite Strecken aber um einiges performanter und ausfallsicherer zu sein. Wirkliche Belege für diese Aussagen liegen bisher aber nicht vor. In der Praxis wird TDD bisher überwiegend in China benutzt und in Indien scheint diese Topologie auch im Kommen zu sein. Im Rest der Welt dominiert bisher ganz klar das FDD-Verfahren. Entsprechend einseitig ist bis dato die Verteilung der Engeräte.

Es geht letztlich aber zum Glück gar nicht um die Abgrenzung der Verfahren. Die Entwicklung geht ganz klar in Richtung von Hybrid-Lösungen, also der parallelen Nutzung beider Topologien. Bis die Mobilfunk-Netze jedoch entsprechend um- und aufgerüstet werden und entprechende Engeräte in den Märkten etabliert werden können, wird noch eine Weile vergehen.

FDD im LTE-Netz

Wir wollen das FDD-Verfahren anhand einer Grafik erklären. Dazu soll das Band 20 im 800-MHz-Bereich betrachtet werden. In diesem Bereich wurden gepaarte Frequenzblöcke vergeben. Der gesamte Bereich (791-862 MHz) wurde in einen Downloadbereich (791-821) und einen Uploadbereich (832-862) unterteilt. Dabei gibt es 5-, 10-, 15- und 20-MHz-Blöcke. Wir arbeiten in diesem Beispiel mit einem 5 MHz-Block. Der Datenverkehr findet zur gleichen Zeit in beiden Frequenzbändern statt.

FDD Topologie

Grundprinzip der FDD-Topologie (© FTS Hennig)

TDD im LTE-Netz

Bei der Anwendung der "Time Division Duplex"-Topologie wird für den Downlink und den Uplink derselbe Frequenzbereich benutzt. Dabei wird der Bereich in Zeitschlitze aufgeteilt, denn entweder werden Daten gesendet oder empfangen. Die Abbildung zeigt die Einteilung in 10 Zeitschlitze. D steht für Downlink, U für Uplink und S für Sicherheitszeit bzw. Schutzperiode.

TDD Topologie

Grundprinzip der TDD-Topologie (© FTS Hennig)

FDD wird vor allem für symmetrische Datendienste verwendet. Für unsymmetrische Anwendungen - mehr Download als Upload - ist TDD besonders attraktiv.

Bei der Mobilfunk-Frequenzauktion 2015 wurden gepaarte und ungepaarte Frequenzbereiche versteigert. Der 1500-MHz-Block ist ein ungepaarter Frequenzbereich. Dies würde die Anwendung von TDD bedeuten. Gerüchten zufolge wollen die deutschen Netzbetreiber diesen Block zur Carrier Aggregation verwenden. So soll dieser Frequenzbereich zur Aufstockung des Downlinks mit FDD verwendet werden.


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