Time Division Duplex(TDD) vs. Frequency Division Duplex(FDD) in Wireless Backhauls
Wireless 네트워크의 목표
음성, 비디오 그리고 데이터 서비스의 컨버전스(통합?)는 통신 사업자의 궁극적인 목표이다. 이 목표를 달성하기 위하여 전통적으로 음성 서비스에 지배된 네트워크에 연관 기술들은 오늘의 소비자의 요구를 도모하기 위하여 새로운 기술들로 대체되고 있다. FDMA(Frequency Division Multiple Access)와 FDD(Frquency Division Duplex)와 같은 억세스 방식(Access Scheme)들은 전통적인 음성 네트워크에 적용되었을 때 혁신적인 기술들로 간주되었다. 그러나 오늘날 음성, 비디오, 그리고 인터넷 서비스들은 효율적으로 제공해야하는 오늘날 네트워크에서 높은 대역폭 요구와 유동적 속성(dynamic nature)을 요구하는 성능을 만족하는 기술들이 시장에 있다.
FDD and TDD
Frequency Division Duplex(FDD) and Time Division Duplex(TDD)는 고정 브로드밴드 무선 네트워크에 사용된 가장 범용화된 듀플렉싱기술이다. 음성 전용 어플리케이션에 사용된 FDD는 2개의 구별된 무선 채널들을 사용하여 two-way(양방향) 무선 통신을 지원한다. 한편 TDD는 다운스트림과 업스트림에 동일 주파수를 사용하여 신호를 전달한다.
FDD를 사용하는 고정 무선 point-to-point 시스템에서, 하나의 주파수 채널은 radio A에서 부터 radio B로 다운스트림방향으로 전송되고, 두번째 주파수는 radio B에서 radio A로 신호를 전송하는 데 사용된다. 주파수들의 pairing(페어링) 때문에 양방향에 동시 전송이 가능하다. 업스트림과 다운스트림 사이에 self-interference을 완하시키기 위해서 주파수 분리의 최소한의 양만큼 주파수 쌍(pair) 사이에 간격을 유지시켜야 한다. (이 부분은 그림들을 통해서 이해를 하세요)
TDD를 사용하는 고정 무선 point-to-point 시스템에서는 하나의 주파수 채널이 다운스트림과 업스트림 방향에 신호들은 전송하는데 사용된다.
데이터 대칭성(Data Symmetry)
FDD 시스템들은 동일 대역폭을 가지는 주파수들을 구성하는 채널 플랜(plans)을 활용한다. 그러므로 각 채널은 고정된 대역폭을 가지고 있기 때문에 각 주파수의 채널 용량은 고정되어 있고 주파수 밴드의 다른 모든 채널들과 동일하다. 이것은 FDD가 음성 통신과 같은 양방향으로 동일하거나 비슷한 정보 흐름에 대칭적인 통신 어플리케이션으로 이상적이다.
TDD는 한 시간 간격을 지나 전송 방향을 바꿈으로 동작한다. 이 토클링(toggling)은 사용자가 감지할 수 없을 정도로 빠르게 일어난다. 그러므로 TDD는 비대칭 데이터 서비스뿐만 아니라 음성과 대칭적 통신 서비스를 지원한다. TDD는 또한 양방향 트랙픽 종류에 유기적인 혼합도 다룰 수 있다. 다운스트림과 업스트림 링크의 상대적 용량은 선호하는 방향으로 변경될 수도 있다. 이것은 업스트림 보다 다운스트림의 간격에 더 많은 타임 슬롯(time slot)을 할당함으로 이루어질 수 있다. 이 비대칭성은 불균형한 정보 흐름에 특징적인 통신 프로세서에 유용하다. 이 기술에 확실한 어플리케이션은 어느 한 사용자가 매우 짧은 메세지를 업스트림으로 보내고 매우 많은 양의 다운스트림 데이터를 수신하는 인터넷 억세스(internet access)이다.
FDD가 비대칭 트래픽에 사용될 수 있다. 그러나 스펙트럼상으로 효율적이 되기 위하여 다운스트림과 업스트림 채널 대역폭들은 반드시 대칭적으로 정교하게 매치(match)되어야 한다. 인터넷 트래픽은 기본적으로 버스트(burst)한 특성이 있고 이 비대칭성은 항상 변하기 때문에 채널 대역폭은 전형적으로 FCC에 의해 설정되어 있으며 가용한 장비의 기능적 측면에 의해 제한을 받는다. 그 결과로 FDD 시스템의 사용자들은 업스트림과 다운스트림 방향에 채널 대역폭을 유동적으로 바꾸는 옵션을 가질 수 없다.
스펙트럼 효율성(Spectrum Efficiency)
주파수 스펙트럼은 갈수록 부족한 자원이다. 이 부족성은 가용한 대역폭의 사용을 최적화할 필요를 가진다. FDD 시스템들은 한 쌍의 주파수를 기초로하여 동작한다. 이 채널 플랜은 전형적으로 FCC, ITU 또는 관리 주체(governing body)에 의해 정해진 다운스트림과 업스트림 채널들을 구성하는데 창안되었다. FDD 채널 플랜들은 다운스트림과 업스트림 채너들사이의 보호밴드(guardband)을 유지한다. 이 보호밴드(guardband)는 self-interference를 피하기 위해 필요하다. 이것은 사용되지 않기 때문에 근본적으로 낭비되는 스펙트럼이다.
이와는 대조적으로 TDD 시스템들은 송신과 수신 스트림사이에 (guardband 대신에) 보호 시간(guard time)을 필요로 한다.(역자주- 이더넷 프레임에서 프레임사이에 Inter-Frame Gap이 존재하는 것과 비스무리한 원리?). TX/RX Transition Gap(TTG)은 다운스트림과 업스트림 전송사이에 있는 gap이다. 이 gap은 기지국(base station)에서 송신 모드와 수신 모드로 전환하고 가입자에게 수신 모드에서 송신 모드로 전환하는데 허용된 시간이다. 이 gap동안 기지국(base station)과 가입자는 변조된 데이터를 전송하지 않지만 기지국 송신부 캐리어를 ramp down(사전: to decrease or cause to decrease)시키고, TX/RX 안테나 스위치를 작동시키고, 기지국 수신부를 활성화시킨다.
결론(Conclusions)
FDD는 음성과 같은 대칭적 트래픽을 전송하는 어플리케이션에 대해서 매우 적합한 구식 방식이다. 반면에 TDD는 인터넷이나 데이터 중심적인 서비스들과 같은 비대칭 트래픽을 매우 적합한 방식이다
- FDD는 음성과 같은 대칭적 트래픽을 전송하는 어플리케이션에 대해서 매우 적합한 구식 방식이다. 반면에 TDD는 인터넷이나 데이터 중심적인 서비스들과 같은 비대칭 트래픽을 매우 적합한 방식이다
- TDD에서 송신부와 수신부 둘다 같은 주파수에서 다른 시가대에 동작한다. 그러므로 TDD 시스템들은 필터들, 믹서들, 주파수 소스 그리고 신서사이즈들을 재사용한다. FDD 시스템은 공간적인 분리(spatial separation)를 필요로 하는 듀플렉서와 2개의 안테나들을 사용한다. 그러므로 리소스들을 재사용할 수 없다. 그 결과로 더 많은 하드웨어 비용이 든다.
- TDD는 사용자의 요구에 부응하는 할당된 업스트림과 다운스트림 대역폭을 동적으로 재구성할 필요를 만족하는 데 FDD보다 더 유연하다.
- TDD는 적절한 주파수 할당을 통하여 간섭 완하를 허용한다. TDD는 2개의 interference-fee 채널들을 필요로하는 FDD와 비교할 때 단지 하나의 interference-free 채널을 필요로 한다.
- 요약하면, TDD은 더 바람직한 듀플렉싱 기술이다. 이것은 시스템 운용자(사업자)들이 스펙트럼과 텔레콤 장비를 투자해야 하지만 각 개인 고객의 요구를 만족시키는 기술이다.
* 역자주) 요즘 LTE망에서 FDD 대신 TDD 방식이 이런 저런 이유로 급부상하고 있어서 번역했습니다.
번역에 대해서 부족한 점을 지적해 주시면 감사하겠습니다.
* 본문은 http://www.wlanmall.com/tdd_vs_fdd_wireless_backhaul.php 의 내용을 번역하고 그림을 추가하였습니다.
