2.6 CCFD同时同频全双工技术
双工方式是指区分收发双向链路的方式，分为频分双工（Frequency Division Duplexing，FDD）和时分双工（Time Division Duplexing，TDD）两种不同的双工方式，FDD是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送，用保护频段来分离接收和发送信道，所以FDD必须采用成对的频率，依靠频率来区分上下行链路，其单方向的资源在时间上是连续的；TDD用时间来分离接收和发送信道，接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载，其单方向的资源在时间上是不连续的，时间资源在两个方向上进行了分配。
首先了解一下传统的TDD和FDD双工方式的特点，TDD双工方式的工作特点使TDD具有如下优势：
（1）能够灵活配置频率，使用FDD系统不易使用的零散频段；
（2）可以通过调整上下行时隙转换点，提高下行时隙比例，能够很好地支持非对称业务；
（3）具有上下行信道一致性，基站的接收和发送可以共用部分射频单元，降低了设备成本；
（4）接收上下行数据时，不需要收发隔离器，只需要一个开关即可，降低了设备的复杂度；
（5）具有上下行信道互惠性，能够更好地采用传输预处理技术，如预RAKE技术、联合传输（JT）技术、智能天线技术等，能有效地降低移动终端的处理复杂性。
但是，TDD双工方式相较于FDD，也存在明显的不足：
（1）由于TDD方式的时间资源分别分给了上行和下行，因此TDD方式的发射时间大约只有FDD的一半，如果TDD要发送和FDD同样多的数据，就要增大TDD的发送功率；
（2）TDD系统上行受限，因此TDD基站的覆盖范围明显小于FDD基站；
（3）TDD系统收发信道同频，无法进行干扰隔离，系统内和系统间存在干扰；
（4）为了避免与其他无线系统之间的干扰，TDD需要预留较大的保护带，影响了整体频谱利用效率。
TDD和FDD工作原理有很多相同的地方，但也有不同之处。
FDD是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送，用保护频段来分离接收和发送信道。FDD必须采用成对的频率，依靠频率来区分上下行链路，其单方向的资源在时间上是连续的，如图2-15所示。
图2-15 TDD与FDD特点
FDD在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时，频谱利用率将大大降低。
TDD用时间来分离接收和发送信道。在TDD方式的移动通信系统中，接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载，其单方向的资源在时间上是不连续的，时间资源在两个方向上进行了分配，如图2-16所示。
图2-16 TDD特点
某个时间段由基站发送信号给移动台，另外的时间由移动台发送信号给基站，基站和移动台之间必须协同一致才能顺利工作。
在5G系统中，在空中接口采用了全双工技术，也称为同时同频全双工（CCFD，Co-time Co-frequency Full Duplexing）技术（后面简称“全双工”），全双工技术能够使通信终端设备在相同频率同时收发电磁波信号，相对于现在广泛应用的时分双工和频分双工，频谱效率有望提升一倍，同时还能有效降低端到端的传输时延和减小信令开销。当全双工技术采用收发独立的天线时，由于收发天线距离较近并且收发功率信号差异巨大，在接收天线处，同时同频信号（自干扰）会对接收信号产生强烈干扰。因此，全双工技术的核心问题就是如何有效地抑制和消除强烈的自干扰。
从目前从自干扰消除的研究成果来看，全双工系统主要采用物理层干扰消除的方法。全双工系统的自干扰消除技术主要包括天线自干扰消除、模拟电路域自干扰消除、数字域自干扰消除方法。天线自干扰消除方法主要依靠增加收发天线间损耗包括分隔收发信号、隔离收发天线、天线交叉极化、天线调零法等；模拟电路域自干扰消除主要包括环形器隔离，通过模拟电路设计重建自干扰信号并从接收信号中直接减去重建的自干扰信号等；数字域自干扰消除方法主要依靠对自干扰进行参数估计和重建后，从接收信号中减去重建的自干扰来消除残留的自干扰；全双工终端自干扰消除方法的原理如图2-17、图2-18所示。
图2-17 全双工终端自干扰消除原理1
图2-18 全双工终端自干扰消除原理2
目前的研究通过自干扰消除技术的联合应用，在特定场景下，能够消除大部分自干扰（约120 d B），但是研究中的实验系统基本上是单基站、少天线和小带宽，并且干扰模型较为简单，对多小区、多天线、复杂干扰模型下的全双工系统缺乏深入的理论分析和系统的实验验证。因此，在多小区、多天线、大带宽、复杂干扰模型等背景下，更加实用的自干扰消除技术需要进一步深入研究。
目前，关于全双工技术的研究除了自干扰消除技术外，还包括其他方面的内容，例如：设计低复杂度的物理层干扰消除的算法，研究全双工系统功率控制与能耗控制问题，将全双工技术应用于认知无线网中，使次要节点能够同时感知与使用空闲频谱，减少次要节点之间的碰撞，提高认知无线网的性能；将全双工技术应用于异构网络中，解决无线回传问题；将全双工技术同中继技术相结合，能够解决当前网络中隐藏终端问题、拥塞导致吞吐量损失问题以及端到端时延问题；将全双工中继与MIMO技术结合，联合波束赋形的最优化技术，提高系统端到端的性能和抗干扰能力。
为了使全双工技术在未来的无线网络中得到广泛的实际应用，对于全双工的研究，仍有很多工作需要完成，不仅需要不断深入的研究全双工技术的自干扰问题，还需要更加全面的思考全双工技术所面临的机遇和挑战，包括设计低功率、低成本、小型化的天线来消除自干扰；解决全双工系统物理层的编码、调制、功率分配、波束赋形、信道估计、均衡、解码问题；设计介质访问层及更高层次的协议，确定全双工系统中干扰协调策略、网络资源管理以及全双工帧结构；全双工技术与大规模多天线技术的有效结合与系统性能分析等。