TDD y FDD son técnicas utilizadas en comunicaciones inalámbricas para transmitir la información de diferentes maneras. Cada una de ellas tiene sus ventajas y desventajas y son utilizadas en múltiples aplicaciones y tecnologías.
FDD y TDD son acrónimos de Frequency Division Duplexing y Time Division Duplexing, técnicas de multiplexación de frecuencia y tiempo respectivamente. Explicaremos brevemente en qué consisten estos mecanismos y sus principales ventajas y desventajas.
¿Qué es FDD?
La Multiplexación por División de Frecuencia (FDM) es una técnica de comunicación que asigna distintos canales para la transmisión y recepción de datos. Cada enlace se establece a través de un canal dedicado para la transmisión y otro para la recepción, ambos en diferentes frecuencias. Las dimensiones y frecuencias exactas de estos canales están definidas y estandarizadas, asegurando que los radioenlaces comerciales utilicen los canales requeridos tanto para transmitir como para recibir datos de manera eficiente y confiable.
En la figura podemos ver la configuración de canales recomendada en Europa para la banda de 22-23 GHz. Los canales pueden tener un ancho de 3.5, 7, 14 o 28 MHz. Por supuesto cuanto más grande el canal, menos hay disponibles, ya que el espectro de frecuencias utilizable es siempre el mismo.
El espectro reservado va desde 22.59075 GHz hasta 23.01075 GHz. La separación entre el canal de transmisión y recepción es 252 MHz. Estos canales pareados se nombran con 1 – 1’, 2 – 2’, etc.
Hay una parte de 84 MHz entre los canales de subida y bajada, que no es utilizada por esta canalización. Este espacio es utilizado como margen de seguridad para separar los canales de transmisión y recepción. Por supuesto, esta parte del espectro se utiliza para otro tipo de aplicación y tecnología. Ya que el espectro de frecuencias es un bien escaso, no se puede dejar sin utilizar.
Los fabricantes de radioenlaces tienen que seguir esta regulación para que sus equipos transmitan y reciban con el espaciamiento específico descrito y para que el ancho de canal sea el mismo que el especificado.
¿Qué es TDD?
La Multiplexación por división de tiempo es una técnica de transmisión de datos que asigna distintos intervalos de tiempo para transmitir y recibir. En un momento dado, todo el ancho de banda disponible se destina a esta comunicación, alternando entre transmisión y recepción de manera eficiente.
Al igual que la transmisión FDD, las tecnologías TDD están reguladas, utilizando anchos de canal y frecuencias específicas. Actualmente, WiFi es la tecnología más conocida que utiliza TDD con canales de 20, 40 u 80 MHz. La telefonía móvil 5G y otros estándares también utilizan TDD, pero estos son más complejos y podrían utilizar ambos tipos de transmisión.
En TDD la asignación de tiempo para transmitir y recibir puede ser dinámica o fija. Cuando es dinámica se adapta a los requerimientos de tráfico asignando más o menos tiempo en una dirección para cumplir con el tráfico necesario. Si se configura de forma fija, el tiempo de transmisión y de recepción no variará, aunque pueden ser distintos entre sí, asignando más tiempo en una dirección que en otra. Cuando lo que se quiere es transmitir datos, para acceso a internet, por ejemplo, típicamente se requiere más ancho de banda en la dirección desde la red hasta el usuario.
Ventajas y desventajas
Cada una de estas dos tecnologías tiene sus ventajas y desventajas y por eso es que se siguen utilizando las dos para diferentes aplicaciones.
La principal ventaja de TDD es la flexibilidad. Como hemos hablado, la asignación de tiempo puede ser dinámica, gestionada por cada uno de los radios. De esta manera es posible asignar más ancho de banda en una dirección que en otra y tener el canal lleno todo el tiempo. En FDD los canales de subida y bajada son fijos y los dos se asigna en esa dirección el 100% del tiempo. Puede ser que el enlace esté lleno en una dirección, pero el canal en la otra dirección puede estar completamente vacío.
La principal ventaja de FDD es el menor retardo. Al tener Tx y Rx separados se puede transmitir y recibir al mismo tiempo. Esto hace las comunicaciones mucho más rápidas que en TDD. Con el avance de las tecnologías y las velocidades de transmisión, esta ventaja cada vez es menos importante. Un enlace TDD puede tener retardos del orden de los 2ms, lo que permite utilizarlos para cualquier aplicación sin que eso supongo un problema. El retardo es importante cuando se hacen cadenas largas de radio enlaces donde hay que sumar las latencias de todos ellos.
En cuanto a desventajas, podemos decir que la principal para TDD es la sincronización entre enlaces y la transmisión de información, donde la sincronización es fundamental, como circuitos SDH usados en redes troncales celulares.
Si tenemos un gran número de enlaces TDD, para mejorar su eficiencia y utilizar menos canales podemos sincronizarlos para que transmitan y reciban al mismo tiempo. Pero al hacer esto se pierde la flexibilidad de poder usar dinámicamente el canal para transmitir o recibir. Todavía tendríamos la ventaja de asignar más tiempo en una dirección que en otra, pero toda la red debe tener la misma configuración. En este artículo hablo de la sincronización en redes inalámbricas de banda ancha, sus ventajas y desventajas.
Yo creo que la falta de flexibilidad es la mayor desventaja de la tecnología FDD, lo que está muy ligado al párrafo anterior, por lo cual me parece que limitar el uso dinámico de los canales es una gran limitación. Otras desventajas de FDD es el costo de los equipos. Suelen ser más caros ya que necesitan dos radios para trabajar, uno para recibir y el otro para transmitir.
Se suele decir que los enlaces FDD son más ineficientes en el uso de las frecuencias, lo que es cierto solo a medias. Para transmitir (Tx y Rx) el mismo ancho de banda en FDD se necesitan dos canales, mientras que en TDD solo uno, pero este canal es el doble de grande que en FDD, con lo cual, el espectro que se utiliza es exactamente el mismo. Si es verdad que al ser TDD más flexible es capaz de llenar el canal con más datos que la tecnología FDD.
Conclusión
La tecnología de división por frecuencia se utiliza desde hace mucho tiempo para redes de telefonía, donde el ancho de banda de Tx y de Rx es igual y donde se necesitan retardos muy bajos. Al evolucionar las redes de telefonía para transportar paquetes y datos de forma asimétrica, la tecnología por división de tiempo se está haciendo cada vez más valiosa.
En tecnologías como WiFi, que surgieron solo para transmitir ficheros y datos, la flexibilidad de poder usar dinámicamente el canal para transmitir o recibir le confiere a TDD una ventaja importante al utilizar el espectro de frecuencias de una manera más eficiente.
