کاربرد FDD و TDD در شبکه‌های تلفن همراه ( اینترنت TD-LTE ) چیست؟

TDD و FDD چه نقشی در سرویس‌های اینترنتی دارند؟ برای اینکه پاسخ این سوال را دریابیم بهتر است، ابتدا به بررسی هر یک از این دو بپردازیم. هر دو در واقع روشی برای عرضه LTE هستند. برای درک بیشتر این مسئله، توضیح مختصر از LTE خواهیم داد.

LTE مخفف Long Term Evolution است و فناوری همراه با شبکه‌های سلولی 4G است. حتما برایتان پیش آمده که نماد کوچکی را در بالای صفحه تلفن خود، نزدیک نوار سیگنال، مشاهده کنید که می‌گوید LTE یا 4G LTE. این بدان معناست که گوشی شما به شبکه 4G LTE متصل است. این معمولاً چیز خوبی است، زیرا شبکه‌های LTE از سریع‌ترین شبکه‌های موجود در دنیا هستند.

در ادامه این مقاله از سایت مبناتلکام به بررسی دو روش FDD و TDD که جهت ارائه سرویس‌های LTE هستند، می‌پردازیم.

TDD یا FDD؟ کدام روش بهتری است؟

تفاوت اصلی بین شبکه‌های TDD و FDD در این است که FDD LTE از هر دو لینک uplink و downlink به طور همزمان استفاده می‌کند و دارای ترافیک متقارن است در حالی که اینترنت TD LTE از هر دو uplink و downlink به طور همزمان استفاده نمی‌کند و ترافیک نامتقارن دارد.

fdd چیست؟

FDD: به عنوان یک قاعده کلی، سیستم ارتباطی که به طور همزمان ارسال و دریافت می‌کند، سیستم تمام دوبلکس نامیده می‌شود. این سیستم در مقابل، سیستمی است که داده‌ها را در بازه‌های زمانی مختلف و نامتقارن ارسال و دریافت می‌کند، که سیستم نیمه دوبلکس نامیده می‌شود. FDD ارتباط همزمان دو طرفه را ارائه می‌دهد و بنابراین یک سیستم تمام دوبلکس است. مخفف عبارت Frequency Division Duplex (فرکانس دوبلکس) است به این معنی که دو باند یا دو کانال فرکانسی مجزا نیاز دارد.

tdd چیست؟

TDD: TDD ارتباط دو طرفه همزمان ارائه می‌دهد و می‌تواند کاربرد سیستم‌های تمام دوبلکس را تقلید کند. TDD مخفف Time Division Duplex است به این معنی که TDD به uplink و downlink اجازه می‌دهد تا از کل طیف فرکانس استفاده کنند، اما همانطور که گفتیم داده‌ها را در بازه‌های زمانی مختلف تنظیم می‌کنند. تصور کنید زمان به شیارهای کوچکی تبدیل می‌شود که از این شیارها، برخی برای uplink و برخی دیگر برای downlink تعیین شده‌اند. TDD برای سیستم‌های ارتباطی ایده‌آل است. با TDD، یک اپراتور تلفن همراه می‌تواند به صورت پویا ظرفیت لینک بالا و پایین را بسته به تقاضای مشتری برای آپلود و دانلود تنظیم کند.

بررسی FDD و TDD در اینترنت TD-LTE

اینترنت LTE به دو روش اصلی FDD و TDD پیاده سازی می شود که هر یک ویژگی ها و مزایای خاص خود را دارند:

روش FDD

روش FDD (Frequency Division Duplex) بر اساس تقسیم فرکانس ها عمل می کند. در این روش، فرکانس های خاصی برای دانلود و فرکانس های دیگری برای آپلود داده ها اختصاص داده می شود. به دلیل اهمیت بالای دانلود اطلاعات، فرکانس های بیشتری به این بخش اختصاص یافته و برای جلوگیری از تداخل، بازه ای خالی در نظر گرفته شده است. این ساختار به نوعی شبیه به عملیات Full Duplex می باشد که در آن امکان ارسال و دریافت همزمان داده ها وجود دارد.

در این روش، کاربران به راحتی و بدون نگرانی از تداخل سیگنال ها، اطلاعات را دانلود می کنند. این ویژگی به ویژه برای کاربرانی که به محتوای آنلاین و رسانه های دیجیتال دسترسی دارند، بسیار کاربردی است. برای مثال در هنگام تماشای ویدئوهای آنلاین یا دانلود فایل های بزرگ، سرعت و کیفیت اتصال به شدت تحت تاثیر این روش قرار می گیرد.

روش TDD

در مقابل، روش TDD (Time Division Duplex) بر اساس زمان بندی ارسال و دریافت داده ها عمل می کند. در این روش، یک دوره زمانی مشخص برای دانلود و یک بازه زمانی دیگر برای آپلود در نظر گرفته می شود. به عبارت دیگر، TDD شبیه به عملیات Half Duplex در کابل های شبکه می باشد که در آن ارسال و دریافت داده ها به صورت نوبتی انجام می گیرد.

کاربران با این روش می توانند در زمان های خاصی دانلود و در زمان های دیگر آپلود کنند. این ویژگی به ویژه در شرایطی که ترافیک شبکه بالا است، عملکرد بهتری خواهد داشت. به عنوان مثال، در زمان هایی که تعداد زیادی کاربر به شبکه متصل هستند، TDD با بهینه سازی استفاده از منابع، از افت کیفیت اتصال جلوگیری می کند.

اهمیت سازگاری دستگاه ها

هنگام خرید مودم های همراه یا گوشی های هوشمند، توجه به سازگاری دستگاه با روش های FDD و TDD از اهمیت بالایی برخوردار است. اگر مودمی تنها از روش FDD پشتیبانی کند، امکان اتصال به اپراتورهایی که اینترنت TD-LTE را ارائه می دهند، وجود نخواهد داشت. به همین دلیل کاربران باید قبل از خرید، مشخصات فنی دستگاه را به دقت بررسی کنند تا از سازگاری آن با شبکه های داخلی مطمئن شوند.

علاوه بر این، دامنه فرکانس ها در اینترنت LTE بسیار وسیع است. به همین دلیل، انتخاب دستگاه هایی که قادر به پشتیبانی از فرکانس های گسترده تری باشند، ضروری است. کاربران با وجود این موضوع از تمامی ظرفیت های شبکه استفاده می کنند و در نتیجه، تجربه بهتری از استفاده از اینترنت خواهند داشت.

به طور کلی انتخاب بین روش های FDD و TDD به نیازها و شرایط کاربران بستگی دارد. هر یک از این روش ها مزایا و معایب خاص خود را دارند و در شرایط مختلف عملکرد متفاوتی از خود نشان می دهند.

نکات مهم در انتخاب بین FDD و TDD برای اینترنت TD-LTE

در شبکه های تلفن همراه، به ویژه در اینترنت TD-LTE، انتخاب بین FDD (Frequency Division Duplex) و TDD (Time Division Duplex) می تواند تاثیر زیادی بر کیفیت اتصال، سرعت و پایداری اینترنت داشته باشد. هر یک از این روش ها مزایا و محدودیت های خاص خود را دارند که کاربران و شرکت های ارائه دهنده اینترنت باید هنگام انتخاب فناوری مد نظر قرار دهند.

یکی از مهم ترین نکات، سرعت و کیفیت انتقال داده است. روش FDD از دو فرکانس مجزا برای ارسال و دریافت استفاده می کند، بنابراین در شرایط شبکه شلوغ، امکان کاهش تداخل و پایداری بیشتر اتصال وجود دارد. این ویژگی برای کاربران خانگی یا اداری که به اینترنت با ثبات و با تاخیر پایین نیاز دارند، اهمیت زیادی دارد. در مقابل، TDD از یک فرکانس واحد استفاده می کند و زمان های مشخصی را برای ارسال و دریافت داده اختصاص می دهد. این روش انعطاف بیشتری در تخصیص پهنای باند به آپلود یا دانلود دارد و برای سرویس هایی که نیاز به حجم بالای آپلود دارند، مزیت محسوب می شود.

نکته دیگر، سازگاری دستگاه ها با شبکه است. همه مودم ها و گوشی ها از هر دو فناوری پشتیبانی نمی کنند و انتخاب بین FDD و TDD باید با توجه به نوع دستگاه و پهنای باند موجود صورت گیرد. به عنوان مثال، برخی مودم ها تنها با TDD یا تنها با FDD سازگار هستند و استفاده از فناوری غیرسازگار باعث کاهش سرعت یا حتی عدم اتصال می شود.

علاوه بر این، پوشش شبکه و هزینه راه اندازی نیز تفاوت هایی بین این دو روش ایجاد می کند. TDD معمولا نیازمند دکل های کمتر و نصب سریع تر است، اما در مناطقی با تراکم بالای کاربران ممکن است بهینه سازی بیشتری نیاز داشته باشد. FDD با استفاده از فرکانس های مجزا، ظرفیت بالاتری برای انتقال داده فراهم می کند ولی هزینه تجهیزات و پهنای باند آن بیشتر است.

تکنولوژی 5G و TDD | چرا آینده از آن TDD است؟

با گذر از نسل چهارم (4G) و ورود به عصر 5G، معادلات بین FDD و TDD تغییرات چشمگیری کرده است. اگرچه در نسل‌های گذشته مانند 2G و 3G، تکنولوژی FDD به دلیل پوشش‌دهی بهتر و پایداری در مکالمه صوتی اولویت داشت، اما در اکوسیستم 5G، کفه ترازو به نفع TDD سنگینی می‌کند. برای درک عمیق‌تر این موضوع، باید به محدودیت‌های طیف فرکانسی و نیازهای جدید کاربران نگاهی دقیق‌تر بیندازیم.

کمبود طیف فرکانسی و راهکار TDD

یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های اپراتورها برای پیاده‌سازی 5G، کمبود باندهای فرکانسی آزاد است. همان‌طور که می‌دانید، روش FDD برای عملکرد صحیح نیازمند دو باند فرکانسی مجزا (یکی برای ارسال و یکی برای دریافت) است که باید با یک فاصله ایمنی (Guard Band) از هم جدا شوند. یافتن چنین جفت فرکانس‌هایی در باندهای بالا (که برای سرعت‌های گیگابیتی 5G ضروری هستند) بسیار دشوار و گران است.

در مقابل، TDD تنها به یک کانال فرکانسی نیاز دارد. این ویژگی باعث می‌شود که اپراتورها بتوانند از طیف‌های فرکانسی یکپارچه و موجود راحت‌تر استفاده کنند. به همین دلیل، اکثر باندهای فرکانسی کلیدی برای 5G (مانند باند ۳.۵ گیگاهرتز) بر پایه ساختار TDD استانداردسازی شده‌اند. این بهره‌وری طیفی، TDD را به ستون فقرات اینترنت نسل پنجم تبدیل کرده است.

نقش حیاتی در فناوری Massive MIMO

یکی از تکنولوژی‌های انقلابی در 5G، استفاده از آنتن‌های Massive MIMO (M-MIMO) است. این فناوری از ده‌ها یا صدها آنتن کوچک برای ارسال سیگنال متمرکز به سمت کاربر (Beamforming) استفاده می‌کند تا سرعت و ظرفیت شبکه چند برابر شود.

نکته کلیدی اینجاست که پیاده‌سازی Beamforming دقیق در روش TDD بسیار کارآمدتر از FDD است. در روش TDD، چون ارسال و دریافت روی یک فرکانس مشابه انجام می‌شود، کانال مخابراتی خاصیتی به نام «تقارن کانال» (Channel Reciprocity) پیدا می‌کند. ایستگاه پایه می‌تواند با تحلیل سیگنال‌های دریافتی از گوشی کاربر، شرایط دقیق کانال را درک کرده و سیگنال ارسالی را دقیقاً به سمت او هدایت کند. در FDD، چون فرکانس رفت و برگشت متفاوت است، این برآورد بسیار پیچیده و نیازمند تبادل داده‌های سنگین بین گوشی و دکل است که عملاً کارایی شبکه را پایین می‌آورد. بنابراین، TDD بهترین بستر برای اجرای تکنولوژی‌های پیشرفته آنتن در 5G محسوب می‌شود.

انعطاف‌پذیری برای سرویس‌های متنوع

شبکه‌های 5G تنها برای دانلود فیلم نیستند؛ آن‌ها باید از خانه‌های هوشمند، خودروهای خودران و اینترنت اشیاء (IoT) پشتیبانی کنند. هر یک از این سرویس‌ها نیازهای متفاوتی دارند. برای مثال، دوربین‌های نظارتی شهری نیاز به سرعت آپلود بسیار بالا دارند، در حالی که سرویس‌های استریم ویدیو به دانلود بالا نیازمندند.

ساختار TDD این امکان را به اپراتور می‌دهد که نسبت زمانی اختصاص یافته به آپلود و دانلود را تغییر دهد. در یک استادیوم ورزشی که همه در حال ارسال لایو اینستاگرامی هستند، شبکه می‌تواند بازه زمانی آپلود را افزایش دهد. این «تخصیص پویا» (Dynamic TDD) در روش FDD که فرکانس‌ها ثابت و سخت‌افزاری جدا شده‌اند، غیرممکن است. این سطح از هوشمندی و انطباق‌پذیری، TDD را به گزینه‌ای بی‌رقیب برای شهرهای هوشمند و سرویس‌های مدرن تبدیل کرده است.

سخن پایانی

FDD و TDD هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. به طور مثال FDD مناطق محدودی را پوشش می‌دهد در حالی که TDD پوشش‌دهی گسترده‌تری دارد؛ همچنین برای استفاده از شبکه FDD به تکنیک‌های خاص و بعضا پردردسری نیازمندیم مانند اینکه این سرویس از چند باند فرکانسی برای دریافت و ارسال داده‌ها استفاده می‌کند.

در همین حال TDD که به نظر می‌رسد سیستم بهتری نسبت به سرویس FDD باشد، داخل وسایل نقلیه و به عبارتی حین حرکت قابل‌استفاده نیست؛ همچنین باتوجه به اینکه تنها از یک باند فرکانسی برای ارسال و دریافت داده‌ها استفاده می‌کند، سرعت کم‌تری نسبت به FDD دارد.

مبناتلکام، ارائه‌دهنده سرویس‌های اینترنتی سازمانی و اینترنت خانگی، به عرضه انواع سرویس‌های LTE از جمله FDD و TDD می‌پردازد. برای خرید و اطلاعات بیشتر به صفحه آشنایی با TD LTE سایت مراجعه کنید.