Time Division Duplex (TDD) vs Frequency Division Duplex (FDD) nei backhaul wireless

Time Division Duplex (TDD) vs Frequency Division Duplex (FDD) nei backhaul wireless

Time Division Duplex (TDD) vs Frequency Division Duplex (FDD) nei backhaul wireless

L’obiettivo di una rete wireless

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La convergenza di servizi voce, video e dati è l’obiettivo finale di molti fornitori di servizi di comunicazione. Per raggiungere questo obiettivo, le tecnologie associate alla tradizionale rete dominata dalla voce sono sostituite da tecnologie più recenti che soddisfano le richieste di larghezza di banda dei consumatori odierni. Gli schemi di accesso, come l’accesso multiplo a divisione di frequenza (FDMA) e il duplex a divisione di frequenza (FDD), sono stati considerati tecnologie innovative quando sono stati applicati per la prima volta ai requisiti della rete vocale tradizionale. Oggi, tuttavia, esistono altre tecnologie sul mercato che consentono le prestazioni richieste per soddisfare le elevate richieste di larghezza di banda e la natura dinamica della rete attuale che deve fornire servizi voce, video, Internet e dati in modo efficiente.

FDD e TDD

Frequency Division Duplex (FDD) e Time Division Duplex (TDD) sono i due schemi duplex più diffusi utilizzati nelle reti wireless fisse a banda larga. FDD, che storicamente è stato utilizzato in applicazioni di sola voce, supporta la comunicazione radio bidirezionale utilizzando due canali radio distinti. In alternativa, TDD utilizza una singola frequenza per trasmettere segnali sia in direzione a valle che a monte.

Nei sistemi point-to-point wireless fissi che utilizzano FDD, un canale di frequenza viene trasmesso a valle da una radio A alla radio B. Una seconda frequenza viene utilizzata nella direzione a monte e supporta la trasmissione dalla radio B alla radio A. A causa dell’accoppiamento di frequenze, è possibile la trasmissione simultanea in entrambe le direzioni. Per mitigare l’autointerferenza tra le trasmissioni a monte ea valle, è necessario mantenere una quantità minima di separazione di frequenza tra la coppia di frequenze.

Nei sistemi point-to-point wireless fissi che utilizzano TDD, un singolo canale di frequenza viene utilizzato per trasmettere i segnali sia in direzione downstream che upstream.

Simmetria dei dati

I sistemi FDD utilizzano piani di canale composti da frequenze con uguale larghezza di banda. Poiché ogni canale ha una larghezza di banda fissa, anche la capacità del canale di ciascuna frequenza è fissa ed è uguale a quella di tutti gli altri canali nella banda di frequenza. Ciò rende FDD ideale per applicazioni di comunicazione simmetrica in cui le informazioni identiche o simili fluiscono in entrambe le direzioni, come le comunicazioni vocali.

TDD opera alternando le direzioni di trasmissione su un intervallo di tempo. Questa commutazione avviene molto rapidamente ed è impercettibile per l’utente. Pertanto, TDD può supportare servizi vocali e altri servizi di comunicazione simmetrica, nonché servizi dati asimmetrici. TDD può anche gestire un mix dinamico di entrambi i tipi di traffico. La capacità relativa dei collegamenti a valle ea monte può essere modificata a favore di una direzione rispetto all’altra. Ciò si ottiene fornendo una maggiore allocazione del tempo attraverso intervalli di tempo agli intervalli di trasmissione a valle rispetto a quelli a monte. Questa asimmetria è utile per i processi di comunicazione caratterizzati da un flusso di informazioni sbilanciato. Un’applicazione ovvia per questa tecnica è l’accesso a Internet in cui un utente inserisce un breve messaggio a monte e riceve grandi quantità di informazioni a valle.

FDD può essere utilizzato per il traffico asimmetrico. Tuttavia, per essere spettralmente efficienti, le larghezze di banda del canale a valle ea monte devono corrispondere esattamente all’asimmetria. Poiché il traffico Internet è per natura frenetico e l’asimmetria è in continua evoluzione, la larghezza di banda del canale non può essere impostata con precisione in FDD. In questo senso, TDD è più efficiente. Inoltre, le larghezze di banda del canale in genere sono impostate dalla FCC o limitate dalla funzionalità delle apparecchiature disponibili. Di conseguenza, gli utenti dei sistemi FDD non hanno la possibilità di variare le larghezze di banda dei canali in modo dinamico nelle direzioni a monte ea valle.

Efficienza dello spettro

Lo spettro di frequenza è una merce sempre più scarsa. Questa scarsità determina la necessità di ottimizzare l’uso della larghezza di banda disponibile. I sistemi FDD funzionano secondo il principio delle frequenze accoppiate. Viene ideato un piano di canali che comprende canali a valle ea monte, tipicamente definiti dalla FCC, dall’ITU o da altro organo di governo. I piani dei canali FDD mantengono una banda di guardia tra i canali a valle ea monte. La banda di guardia è necessaria per evitare l’autointerferenza e, poiché non è utilizzata, è essenzialmente uno spettro sprecato.

Al contrario, i sistemi TDD richiedono un tempo di guardia (anziché una banda di guardia) tra i flussi di trasmissione e ricezione. Il TX/RX Transition Gap (TTG) è un divario tra la trasmissione a valle e la trasmissione a monte. Questo intervallo consente alla stazione base di passare dalla modalità di trasmissione alla modalità di ricezione e agli abbonati di passare dalla modalità di ricezione alla modalità di trasmissione. Durante questo intervallo, la stazione base e l’abbonato non trasmettono dati modulati ma semplicemente consentono alla portante del trasmettitore della stazione base di decelerare, attivare l’interruttore dell’antenna TX/RX e attivare la sezione del ricevitore della stazione base.

Conclusioni

La discussione di cui sopra ha evidenziato le differenze e alcuni vantaggi significativi di TDD rispetto a FDD. Questi vantaggi possono essere così riassunti:

FDD è uno schema più vecchio che era più adatto per applicazioni, come voce, che generano traffico simmetrico, mentre TDD è più adatto per traffico burst e asimmetrico, come Internet o altri servizi datacentrici.

In TDD, sia il trasmettitore che il ricevitore funzionano sulla stessa frequenza ma in tempi diversi. Pertanto, i sistemi TDD riutilizzano filtri, mixer, sorgenti di frequenza e sintetizzatori, eliminando così la complessità ei costi associati all’isolamento dell’antenna di trasmissione e dell’antenna di ricezione. Un sistema FDD utilizza un duplexer e/o due antenne che richiedono la separazione spaziale e, pertanto, non possono riutilizzare le risorse. Il risultato è un hardware più costoso.

TDD utilizza lo spettro in modo più efficiente rispetto a FDD. FDD non può essere utilizzato in ambienti in cui il fornitore di servizi non dispone di larghezza di banda sufficiente per fornire la banda di guardia richiesta tra i canali di trasmissione e ricezione.

TDD è più flessibile di FDD nel soddisfare l’esigenza di riconfigurare dinamicamente la larghezza di banda allocata a monte ea valle in risposta alle esigenze dei clienti.

Il TDD consente la mitigazione delle interferenze tramite un’adeguata pianificazione della frequenza. TDD richiede solo un canale senza interferenze rispetto a FDD, che richiede due canali senza interferenze.

In sintesi, TDD è una tecnologia duplex più desiderabile che consente agli operatori di sistema di ricevere il massimo dal loro investimento in apparecchiature di telecomunicazione e spettro, soddisfacendo al contempo le esigenze di ogni singolo cliente.