이동통신에서는 채널 활용을 위해 이중화 통신 방식을 사용합니다.
What’s the Difference Between FDD and TDD?
듀플렉싱은 통신 채널을 통해 양방향 통신을 달성하는 프로세스입니다. 이는 반이중과 전이중의 두 가지 형태를 취합니다(그림 1).
반이중 방식에서 두 통신 당사자는 공유 채널을 통해 교대로 전송합니다. 양방향 무전기는 이런 방식으로 작동합니다. 한 당사자가 말하면 다른 당사자는 듣습니다. 말하는 당사자는 종종 "Over"라고 말하여 끝났고 다른 당사자가 말할 시간임을 나타냅니다. 네트워킹에서 두 컴퓨터가 교대로 데이터를 보내고 받을 때 단일 케이블이 공유됩니다.
전이중방식은 동시 양방향 통신을 말합니다. 두 통신 스테이션은 동시에 송수신할 수 있습니다. 유선 전화와 휴대전화는 이런 방식으로 작동합니다. 일부 네트워킹 형태는 동시에 송수신 작업을 수행할 수 있도록 허용합니다. 이는 더 바람직한 이중화 형태이지만 하프 이중화보다 복잡하고 비쌉니다. 전이중방식에는 주파수 분할 이중화(FDD)와 시간 분할 이중화(TDD)의 두 가지 기본 형태가 있습니다(표 참조).
| FDD 와 TDD | ||
| 특성 구분 | FDD | TDD |
| 스펙트럼 사용 | 가드 밴드 포함 높음 | 낮음 |
| 복잡성 | 높음 | 낮지만 정확한 타이밍 요구 |
| 비용 | 높음 | 낮음 |
| 지연 시간 | 적거나 없음 | TX-RX 스위칭 타임, 거리에 따름 |
| 범위 | 무제한 | 단거리, 가드 타임에 따름 |
| UL/DL 대칭성 | 50/50 | 비대칭성 |
| 가변 대역폭 할당 | 없음 | 활용 가능 |
| MIMO/Beamforming | 어려움 | 용이함 |
이중화 시스템은 일반적으로 모바일 네트워크, 무선 채널 또는 컴퓨터 네트워크 연결과 같은 양방향 통신 시스템을 지칭하는 데 사용됩니다. 양방향 통신이 가능하지만 반드시 동시에 발생하지 않는 시스템이라고 생각해 보세요. 예를 들어, 일방 통행 도로는 교통이 양방향으로 흐를 수 있지만 동시에는 흐르지 않으므로 이중화 시스템으로 간주할 수 있습니다.
이중화 시스템은 많은 통신 네트워크에서 활용되며, 두 연결된 당사자 간에 양방향으로 동시 통신을 허용하거나 현장에 배치된 장비를 모니터링하거나 조정하기 위한 역방향 경로를 제공합니다. 이를 위해 FDD와 TDD를 포함하여 듀플렉싱에 일반적으로 사용되는 두 가지 플랫폼이 있습니다.
FDD는 다운링크와 업링크 주파수가 다른 셀룰러 네트워크에서 사용되는 듀플렉싱 방식입니다. TDD는 다운링크와 업링크 주파수가 동일하지만 각각의 타임 슬롯이 다른 셀룰러 네트워크에서 사용되는 듀플렉싱 방식입니다.
Frequency Division Duplex (FDD)
FDD에는 두 개의 별도 통신 채널이 필요합니다. 네트워킹에는 두 개의 케이블이 있습니다. 전이중 방식 이더넷은 CAT5 케이블 내부에 두 개의 꼬인 쌍을 사용하여 동시 송수신 작업을 수행합니다.
무선 시스템에는 두 개의 별도 주파수 대역 또는 채널이 필요합니다(그림 2). 충분한 양의 가드 대역이 두 대역을 분리하여 송신기와 수신기가 서로 간섭하지 않도록 합니다. 송신기가 인접한 수신기를 둔감하게 하지 않도록 하려면 좋은 필터링 또는 듀플렉서와 차폐가 필수입니다.
송신기와 수신기가 이렇게 가까운 거리에서 동시에 작동하는 휴대전화에서 수신기는 가능한 한 많은 송신기 신호를 필터링해야 합니다. 스펙트럼 분리가 클수록 필터가 더 효과적입니다.
FDD는 많은 주파수 스펙트럼을 사용하지만, 일반적으로 TDD에 필요한 스펙트럼의 최소 두 배입니다. 또한, 송신 및 수신 채널 사이에 적절한 스펙트럼 분리가 있어야 합니다. 이러한 소위 가드 대역은 사용할 수 없으므로 낭비입니다. 스펙트럼의 희소성과 비용을 감안할 때, 이는 실제적인 단점입니다.
그러나 FDD는 널리 사용되는 GSM 시스템과 같은 셀룰러 전화 시스템에서 매우 널리 사용됩니다. 일부 시스템에서는 869~894MHz의 25MHz 대역이 셀 사이트 타워에서 핸드셋까지의 다운링크(DL) 스펙트럼으로 사용되고, 824~849MHz의 25MHz 대역이 핸드셋에서 셀 사이트까지의 업링크(UL) 스펙트럼으로 사용됩니다.
FDD의 또 다른 단점은 MIMO 및 빔포밍과 같은 특수 안테나 기술을 사용하는 것이 어렵다는 것입니다. 이러한 기술은 데이터 속도를 높이기 위한 새로운 LTE 4G 휴대전화 전략의 핵심 부분입니다. 두 스펙트럼 세트를 모두 커버할 만큼 안테나 대역폭을 넓게 만드는 것은 어렵습니다. 더 복잡한 동적 튜닝 회로가 필요합니다.
FDD는 케이블 TV 시스템과 같이 케이블 스펙트럼의 다른 부분에 송수신 채널이 주어지는 케이블에서도 작동합니다. 다시 말하지만, 필터를 사용하여 채널을 분리합니다.
Time Division Duplex (TDD)
TDD는 송신과 수신 모두에 단일 주파수 대역을 사용합니다. 그런 다음 송신 및 수신 작업에 교대로 시간 슬롯을 할당하여 해당 대역을 공유합니다(그림 3). 전송할 정보(음성, 비디오 또는 컴퓨터 데이터)는 직렬 바이너리 형식입니다. 각 시간 슬롯은 1바이트 길이이거나 여러 바이트의 프레임일 수 있습니다.
데이터의 고속 특성으로 인해 통신 당사자는 전송이 간헐적이라는 것을 알 수 없습니다. 전송은 동시간이기보다는 동시적입니다. 디지털 음성을 아날로그로 다시 변환한 경우 아무도 그것이 풀 듀플렉스가 아니라고 말할 수 없습니다.
일부 TDD 시스템에서는 교대 시간 슬롯이 동일한 지속 시간을 갖거나 DL 및 UL 시간이 동일합니다. 그러나 시스템은 50/50 대칭일 필요는 없습니다. 시스템은 필요에 따라 비대칭일 수 있습니다.
예를 들어, 인터넷 액세스에서 다운로드 시간은 일반적으로 업로드 시간보다 훨씬 길기 때문에 필요에 따라 더 많거나 적은 프레임 시간 슬롯이 할당됩니다. 일부 TDD 형식은 필요에 따라 시간 슬롯 번호 또는 기간이 즉시 변경되는 동적 대역폭 할당을 제공합니다.
TDD의 진정한 장점은 주파수 스펙트럼의 단일 채널만 필요하다는 것입니다. 게다가 스펙트럼을 낭비하는 가드 밴드나 채널 분리가 필요 없습니다. 단점은 TDD를 성공적으로 구현하려면 송신기와 수신기 모두에서 매우 정확한 타이밍 및 동기화 시스템이 필요하여 타임 슬롯이 겹치지 않거나 서로 간섭하지 않도록 해야 한다는 것입니다.
타이밍은 종종 정확한 GPS에서 파생된 원자 시계 표준에 동기화됩니다. 또한 시간 슬롯 사이에는 중복을 방지하기 위한 보호 시간이 필요합니다. 이 시간은 일반적으로 송수신 턴어라운드 시간(송신-수신 스위칭 시간)과 통신 경로의 모든 전송 지연(대기 시간)과 같습니다.
응용 예
대부분의 셀룰라폰 시스템은 FDD를 사용합니다. 최신 LTE 및 4G 시스템은 FDD를 사용합니다. 케이블 TV 시스템은 완전 FDD입니다.
대부분의 무선 데이터 전송은 TDD입니다. WiMAX와 Wi-Fi는 TDD를 사용합니다. 피코넷이 배치될 때 Bluetooth도 마찬가지입니다. ZigBee는 TDD입니다. 대부분의 디지털 무선 전화는 TDD를 사용합니다. 스펙트럼 부족과 비용 때문에 TDD는 중국의 TD-SCDMA 및 TD-LTE 시스템과 같은 일부 셀룰러 시스템에서도 채택되고 있습니다. 다른 TD-LTE 셀룰러 시스템은 스펙트럼 부족이 발생하는 곳에 배치될 것으로 예상됩니다.
결론
TDD가 전반적으로 더 나은 선택인 듯하지만, 이전 주파수 스펙트럼 할당과 초기 기술로 인해 FDD가 훨씬 더 널리 구현되었습니다. FDD는 현재 셀룰러 사업을 계속 지배할 것입니다. 그러나 스펙트럼이 더 비싸고 희소해짐에 따라 스펙트럼이 재할당되고 재활용되어 TDD가 더 널리 채택될 것입니다.
TDD와 FDD 듀플렉싱은 모두 네트워크에서 통신 트래픽을 관리하는 데 중요한 방법입니다. TDD는 각 방향에 할당된 대역폭 양을 동적으로 조정할 수 있는 능력과 같은 FDD에 비해 몇 가지 이점이 있지만 FDD는 기존 인프라와 더 호환된다는 이점이 있습니다. 결과적으로 두 방법 모두 계속 사용될 가능성이 높습니다. 그렇긴 하지만 TDD는 FDD의 가능한 대체 수단으로 제안되었지만 광범위하게 채택될지는 불확실합니다. FDD는 더 확립된 기술이며 가까운 미래에도 지배적인 듀플렉싱 방법으로 남을 가능성이 높습니다.
<<출처>>
Texas Instrument에서 다운로드 받은 Electronic Design Library 중
"What's the differences: Serial Communications" 내용 번역 정리 업로드 자료임
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