[1-0-3] Duplexing (TDD와 FDD)

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안녕하세요 RTLog입니다.

지난 포스트에서 TDD, FDD 같은 키워드가 등장했었는데요.

오늘은 Duplexing 에 관련된 개념을 소개하려고 합니다.

NR & LTE Duplexing

통신의 방향성

두 지점 간 통신의 방향성에 대한 개념을 소개하려고 합니다.

Simplex: 단방향 전송 방식

데이터의 흐름이 한 방향으로 한정되어 있는 일방적인 송수신 방식입니다.예) 라디오

Half Duplex: 반이중 전송 방식

양쪽 방향으로 송수신 가능하지만, 동시 송수신은 불가능한 방식입니다. 예) 무전기

(Full) Duplex : 전이중 전송방식

데이터를 양방향으로 동시에 송수신 할 수 있는 방식입니다. 예) 전화기

UART(Universal asynchronous receiver/transmitter)
- 추후에 하드웨어 설계도 진행할 예정입니다.

Duplexing in NR & LTE

LTE와 NR에서는 TDD(Time Division Duplexing)와 FDD(Frequency Division Duplexing)을 모두 지원하지만,

우리나라에서는 5G를 제외한 나머지 통신에서는 주로 FDD를, 5G에서는 TDD를 사용합니다.

TDD와 FDD는 명칭과 같이, 어떤 자원을 분할해서 송수신하는지에 따라 구분됩니다.

FDD(Time Division Duplexing)

* FDD는 Paired Spectrum 방식이라고도 합니다.

먼저, FDD는 주파수를 분할해서 한 대역은 Uplink, 한 대역은 Downlink로 사용하여 송수신하는 방식입니다.

지난 포스트의 이동통신사업자 현황에서 LTE의 Uplink 대역과 Downlink 대역이 구분되어 있던 이유입니다.

(반면, TDD를 채택한 NR에서는 구분되어 있지 않습니다.)

안정적인 송수신을 위해 UL 대역과 DL 대역을 나누는 Guard band가 존재하고,

설정된 UL과 DL의 대역폭은 고정적이기 때문에, 음성 트래픽과 같이 UL과 DL에 요구되는 성능이 대칭적인 어플리케이션에 적합합니다.

대표적인 예는 음성 트래픽입니다. (과거에는 음성 트래픽 중심의 통신이었기 때문에 FDD를 선택했다고 할 수 있겠죠.)

HW 로 설계하려면 어떻게 해야 할까요?

UL Path와 DL Path가 독립적으로 존재하고,

하나의 안테나로 송수신을 해야하기 때문에 UL 대역과 DL 대역 신호를 뽑아내기 위한 Dulplexer Filter가 필요합니다.

TDD(Time Division Duplex)

* TDD는 Unpaired Spectrum 방식이라고도 합니다.

TDD는 UL과 DL에서 같은 주파수 대역을 사용하고, 시간 영역에서 분할하여 송수신 하는 방식입니다.

Guard band를 사용할 필요도 없고, 주파수를 분할할 필요가 없기 때문에 주파수 효율성이 높은 게 가장 큰 특징입니다.

(Guard band 대신 UL Slot, DL Slot 사이의 Guard Time이 필요하게 됩니다.)

UL과 DL을 번갈아가며 송수신하는 Half Duplexing 방식인데요.

UL과 DL에 요구되는 성능에 따라 UL/DL Slot을 유연하게 할당할 수 있기 때문에, 다양한 응용에 적합합니다.

일반적으로 UL보다는 DL에 요구되는 트래픽 양이 많기 때문에, DL에 더 많은 Slot이 할당되어 있습니다.

(Asymmetric, Burst 트래픽 전송에 적합 - 데이터 트래픽에 적합)

TDD는 FDD와 달리 시간을 분할해서 사용하기 때문에, UL 혹은 DL에 할당되는 Slot의 개수에 따라 신호에 세기가 줄어들게 됩니다.

이는 Coverage의 감소, BS 개수 증가와 연결되는 특징입니다.

TDD에서는 User Equipment(Mobile)과 BS(Base Station)간 동기를 맞춰주는 게 중요합니다.

때문에, 거리에 따라 증가하는 지연시간 또한 TDD에서 Coverage에 영향을 미치는 요소입니다.

HW로는 어떻게 설계해야 할까요?

대역이 분리되어 있지 않기 때문에, 하나의 Filter를 사용하고 UL과 DL 타이밍에 맞춰 고속으로 Switching하는 방식의 구현이 필요합니다.

최근에는 TDD Full Duplex 방식이 Rel. 18(5G-Advanced)의 Study Item 선정되었다고 합니다.

자세한 사항은 아래 Youtube 영상을 참고해주세요. 이동통신 분야에 관심이 있으시면, 해당 채널 구독도 추천드립니다.

https://youtu.be/C37NKj8zBo0?si=-arNeGvX1Sb92G5U

Reference

- https://m.blog.naver.com/terawatt/221980834863