بررسی جامع و مقایسه ی FDD و TDD + مفهوم Duplexing در ارتباطات

با سلام خدمت شما همراهان پست های آموزشی وبسایت رسمی IDH !

در این نوشته بررسی جامع و مقایسه ی FDD و TDD + مفهوم Duplexing در ارتباطات برای شما ارائه میکنیم.

Duplexing چیست ؟

Duplexing فرآیند دستیابی به ارتباطات دوطرفه در یک کانال ارتباطی است.

همانطور که در تصویر بالا میبینید این هم یکی از راه های انتقال داده است.

مورد (a) مربوط به ساده ترین حالت است که در آن یک ارتباط صرفا یک طرفه و برگشت ناپذیر مورد نظر است.

دو مورد بعدی به Duplexing اشاره دارند.

انواع Duplexing

این فرآیند دو نوع دارد: نیمه دوطرفه سازی و دوطرفه سازی کامل

half-duplex

در نیمه دو طرفه سازی ( Half Duplex ) دو طرف ارتباط از طریق یک کانال ارتباطی مشترک با هم ارتباط برقرار میکنند .

برای مثال بیسیم های دو طرفه بر این اساس کار میکنند.

به این صورت که یکی از طرفین صحبت میکند و طرف دیگر گوش میکند و معمولا طرفی که صحبت میکند با گفتن عبارت “تمام” به طرف دیگر میفهماند که صحبتش تمام شده و طرف دیگر میتواند صحبت کند.

در شبکه های این چنینی کابلی واحد برای برقراری یک ارتباط ارسال و دریافت داده که طبیعتا دو طرفه صورت میگیرد مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

full-duplex

دو طرفه سازی کامل به یک ارتباط دو طرفه ی همزمان اشاره دارد.

یعنی دو ایستگاه ارتباطی میتوانند در یک زمان ارسال و دریافت داشته باشند.

تلفن های ثابت و همراه دقیقا اینگونه عمل میکنند.

برخی از شبکه ها اجازه ی عملیات انتقال و دریافت داده به این صورت را میدهند.

این گونه از Duplexing بیشتر مورد توجه و استفاده است اما پیچیده تر و گرون تر از نیمه دو طرفه سازی است.

دو نوع اساسی از دوطرفه سازی کامل عبارتند از:

(frequency division duplex (FDD : تقیسم دوگانه بر اساس فرکانس

(time division duplex (TDD : تقسیم دوگانه بر اساس زمان

Frequency Division Duplex

FDD به دو کانال ارتباطی مجزا نیاز دارد.

به عبارت دیگر در FDD دو بخش متقارن طیف برای کانالهای uplink و downlink مورد احتیاج است.

در شبکه دو کابل داریم که اترنت دو طرفه سازی کامل از دو جفت پیچیده در داخل کابل CAT5 برای عملیات همزمان ارسال و دریافت استفاده میکند.

سیستم های وایرلس به دو باند یا کانال فرکانس جدا نیاز دارند.

به میزان کافی نوار محافظ جهت جلوگیری از تداخل گیرنده و فرستنده برای جدا کردن دو باند استفاده میشود.

در یک تلفن همراه که نقل و انتقال داده به صورت همزمان صورت میگیرد برای جدایی بهتر طیف ها از هم گیرنده باید تا حد ممکن سیگنال فرستنده را فیلتر کند.

به طور کلی FDD همانند سیستم GSM استفاده ی گسترده ای در سیستم تلفن های سلولی دارد.

در برخی از سیستم ها باند ۲۵ مگاهرتز از طیف ۸۶۹ تا ۸۹۴ مگاهرتز برای طیف (downlink (DL از جانب برج سایت سلولی به گوشی و همین باند در طیف ۸۲۴ تا ۸۴۹ مگاهرتز جهت طیف (uplink (UL از گوشی به برج سلولی مورد استفاده قرار میگیرد.

یکی از مشکلات استفاده از FDD سختی بهره گیری از تکنیک های آنتن های خاص همچون MIMO ( چند ورودی و چند خروجی ) و پرتو فریم است.

این تکنولوژی یکی از هسته های مهم در استراتژی تلفن های همراه پشتیبان ۴G LTE برای افزایش سرعت انتقال داده است.

مشکل در پهنای باند کافی آنتن جهت پوشش هر دو مجموعه ی طیف است.

در نتیجه به یک شبکه ی پیچیده تر و پویا تر نیاز است.

FDD همینطور روی کابل هایی که تقسیم به کانال های انتقال و دریافت داده میشود کار میکند(همچون سیستم های تلویزیونی کابلی) که مجددا این فیلتر ها هستند که دو کانال را از هم جدا میکنند.

Time Division Duplex

TDD از یک باند فرکانس برای انتقال و دریافت استفاده میکند.

سپس با استفاده از شکاف های متناوب زمان برای عملیات انتقال و دریافت آن باند را به اشتراک میگذارد.

اطلاعات منتقل شده ( چه صدا یا تصویر و یا داده های کامپیوتری ) همه فرم سریالی دودویی دارند.

هر شکاف زمانی میتواند یک بایت طول داشته باشد و یا قالبی چند بایتی باشد.

درست است صحبت از شکاف های متناوب زمانی به میان آمده اما در حقیقت به خاطر سرعت بالا هیچ یک از طرفین ارتباط این انتقال متناوب داده را حس نمیکنند.

در برخی از سیستم های TDD شکاف های متناوب زمانی طول برابر و یا زمانهای مساوی DL و UL دارند.

با این حال سیستم ملزم به متقارن بودن نیست البته در صورت نیاز میتواند متقارن هم باشد.

برای مثال در دسترسی اینترنتی زمان های دانلود از آپلود معمولا بیشتر است به همین دلیل ممکن است شکاف های زمانی بیشتر یا کمتری به فراخور نیاز مورد استفاده قرار گیرد.

برخی از فرمت های TDD از اختصاص پهنای باند دینامیک برای در اختیار داشتن همین شکاف های زمانی متغیر به صورت شناور بهره میگیرند.

مزیت TDD در اصل این است که تنها یک کانال از طیف فرکانس را نیاز دارد.

بعلاوه هیچ نوار طیفی محافظ یا جداکننده ی کانالها در TDD نیاز نیست.

ناکامی اصلی در پیاده سازی TDD اینست که باید سیستم زمان بندی و هماهنگی دقیق در فرستنده استفاده شود تا مطمئن شویم شکاف های زمانی همپوشانی و مواجهه ندارند.

زمان بندی اغلب بر اساس استاندارد های دقیق ساعت اتمی حاصل از GPS سینک میشود.

گارد تایم ها یا زمان های حفاظت معمولا مابین شکاف های زمانی قرار میگیرند که منجر به جلوگیری از همپوشانی خواهند شد.

این زمان ها مطابق با زمان سوئیچینگ ارسال-دریافت و هر تاخیر انتقال در یک مسیر انتقال کامل است.

نمونه های کاربردی از FDD و TDD

بیشتر سیستم های تلفن همراه و همینطور سیستم های جدیدتر LTE و ۴G از FDD استفاده می کنند.

سیستم های تلویزیون کابلی به طور کامل FDD هستند.

بیشتر انتقال داده های بیسیم TDD هستند.

برای مثال WiMAX و Wifi از TDD استفاده میکنند.

بیشتر تلفن های بی سیم دیجیتال نیز از TDD بهره میبرند.

به دلیل کمبود طیف و هزینه ی ناشی از آن TDD در برخی از سیستم های سلولی نظیر TD-SCDMA چینی و TD-LTE مورد استفاده قرار میگیرد.

مقایسه ی TD LTE و FD LTE

(۱) TD LTE به طیف زوج نیاز ندارد زیرا ارسال و دریافت در یک کانال واحد اتفاق می افتد، در حالی که در FD LTE، طیف دوگانه با فرکانس های مختلف با نوار محافظ مورد نیاز است.

(۲) TD LTE ارزان تر از FD LTE است، زیرا در TD LTE نیازی به دیفلکسر برای جدا کردن انتقال و دریافت نیست.

(۳) در TD LTE، امکان تغییر نسبت ظرفیت uplink و downlink به صورت پویا با توجه به نیاز هست، در حالی که ظرفیت FD LTE توسط تخصیص فرکانس توسط مقامات نظارتی تعیین می شود.

بنابراین تغییر دینامیکی دشوار است.

(۴) در TD LTE، زمان حفاظت و نگهداري بیشتری لازم است تا جداسازی uplink و downlink برقرار شود كه ظرفيت آن را تحت تاثير قرار خواهد داد.

در حالي كه در FD LTE همان مفهوم به عنوان نوار محافظ براي جداسازي uplink و downlink ناميده مي شود كه ظرفيت آن را تحت تاثير قرار نخواهد داد.

(۵) تداخل شکاف زمانی در TD LTE وجود دارد اما در FD LTE این موضوع معنایی ندارد.

نتیجه ی اولیه

همانگونه که خواندیم در FDD با تقسیمات فرکانسی مواجهیم که یک طیف به دانلود و طیف دیگر به آپلود اختصاص داده میشود اما در TDD تقسیم زمانی با استفاده از برش های متناوب زمانی در یک طیف فرکانسی مشخص را شاهدیم.

به نظر میرسد در مجموع TDD انتخاب بهتریست.

به خاطر فناوری های پیشین و طیف باند های قبلی همچنان از FDD به خصوص در کسب و کارهای سلولی بیشتر استفاده میگردد.

اما با افزایش طیف و هزینه ها TDD به طور گسترده تری مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

اما از نظر سرعت چطور؟؟؟

برای مثال اگر به مودم های E5577C – E5785 cat6 و دیگر مودم های جدید و قوی هوآوی نگاه کنیم متوجه خواهیم شد که سرعت دانلود و آپلود FDD از TDD بیشتر است.

برای جمع بندی و فراگیری بهتر موضوع ویدیوی بسیار جذاب زیر را از دست ندهید :

امیدواریم از این پست آموزشی بیشترین استفاده را برده باشید.

جهت مشاهده ی پست های آموزشی اینجا را کلیک کنید .

جهت مشاهده ی اخبار دنیای فناوری اینجا را کلیک کنید .