왜 5G에선 4G(LTE)와 다르게 FDD(주파수 기반)가 아닌 TDD(시간 기반)를 선택했을까?

**TDD (Time Division Duplexing)**와 **FDD (Frequency Division Duplexing)**는 서로 다른 방식으로 데이터를 업로드하고 다운로드하는 기술입니다. 각각의 장단점과 5G에서 TDD를 사용한 이유를 살펴보면 다음과 같습니다.

TDD (Time Division Duplexing)

• 작동 방식: TDD는 하나의 주파수 대역을 시간적으로 나누어 업로드와 다운로드에 사용합니다. 즉, 같은 주파수 대역에서 시간을 구분해 업로드와 다운로드를 번갈아가며 처리합니다.

장점

1. 주파수 자원의 효율성: 업로드와 다운로드의 트래픽 비율에 따라 유연하게 시간을 배분할 수 있습니다. 예를 들어 다운로드가 더 많이 필요할 경우 다운로드에 더 많은 시간 슬롯을 할당할 수 있습니다.
2. 주파수 대역 절약: 하나의 주파수 대역만 필요하므로 스펙트럼 자원을 절약할 수 있습니다. 이는 특히 주파수 대역이 제한된 환경에서 유리합니다.
3. 대역폭 확장 가능성: 고주파수 대역에서의 대역폭을 쉽게 확장할 수 있으며, 더 넓은 대역폭을 활용해 빠른 속도를 낼 수 있습니다.

단점

1. 동시 전송 불가: 업로드와 다운로드가 같은 시간에 일어나지 못하고 시간 구분을 필요로 하므로, 동시 데이터 전송 성능이 떨어질 수 있습니다.
2. 네트워크 성능 저하: 업로드와 다운로드가 동시에 많아지는 상황에서는 주파수를 서로 공유해야 하므로 성능이 저하될 수 있습니다.
3. 기술적 복잡성: 시간이 아주 짧게 분할되어 있어, 매우 정교한 타이밍 제어가 필요합니다. 그렇지 않으면 데이터 간섭이 발생할 수 있습니다.

FDD (Frequency Division Duplexing)

• 작동 방식: FDD는 업로드와 다운로드를 각각 다른 주파수 대역에서 동시에 처리합니다. 즉, 서로 다른 주파수 채널을 할당해 병렬로 데이터를 송수신합니다.

장점

1. 동시 전송 가능: 업로드와 다운로드가 동시에 가능한 구조이므로, 동시 성능이 우수합니다.
2. 일관된 성능: 주파수 대역이 분리되어 있어 간섭이 없고, 네트워크 혼잡도에 영향을 덜 받습니다.
3. 저주파수 대역에서의 효율: 저주파수 대역에서의 성능이 우수하며, 넓은 지역 커버리지가 가능합니다.

단점

1. 주파수 자원 낭비: 업로드와 다운로드에 각각 다른 주파수 대역을 사용하기 때문에, 한쪽 트래픽이 많지 않은 경우 해당 주파수 대역이 비효율적으로 사용될 수 있습니다.
2. 주파수 대역 필요: 두 개의 주파수 대역을 필요로 하기 때문에 스펙트럼 자원이 부족한 상황에서는 사용이 제한됩니다.

왜 5G는 TDD를 사용했는가?

5G는 고주파수 대역 (특히 밀리미터파 대역)에서 운영되는 경우가 많으며, 이는 FDD보다는 TDD에 적합한 환경을 만듭니다. 주요 이유는 다음과 같습니다.

1. 주파수 자원의 효율적인 활용

• 5G는 트래픽이 비대칭적(다운로드가 훨씬 많음)인 경우가 많습니다. TDD는 다운로드에 더 많은 시간 슬롯을 할당할 수 있어 비대칭적인 트래픽을 효율적으로 처리할 수 있습니다.
• 특히 밀리미터파 대역은 대역폭이 넓지만, 이 대역은 빠르게 고갈될 수 있습니다. TDD를 사용하면 FDD에 비해 같은 대역에서 더 많은 채널을 만들 수 있어 주파수 자원을 절약할 수 있습니다.

2. 넓은 대역폭에서의 유연성

• 초고주파 대역에서는 넓은 대역폭이 필수적이며, 이 대역폭에서 유연하게 주파수 자원을 나누어 사용할 수 있는 TDD 방식이 더 유리합니다.
• 또한, 5G는 동적인 네트워크 트래픽을 처리해야 하므로, 상황에 따라 트래픽 패턴을 실시간으로 반영할 수 있는 TDD의 유연성이 중요한 장점으로 작용합니다.

3. 기지국 설치 비용 감소

• FDD는 업로드와 다운로드를 위해 두 개의 주파수 대역을 사용하므로, 기지국에서 주파수를 관리하는데 더 많은 자원이 필요합니다. 반면 TDD는 하나의 대역을 사용하므로 기지국 설치 비용이 상대적으로 저렴할 수 있습니다.

FDD가 더 좋은 선택이 아닐까?

FDD는 여전히 저주파수 대역에서 넓은 지역을 커버해야 하는 4G와 같은 환경에 더 적합합니다. 특히 이동 통신에서 신호 강도와 전파 특성이 중요한 지역에서는 FDD가 더 안정적입니다.

그러나, 5G의 주요 목표는 초고속 데이터 전송과 초저지연성입니다. 이를 위해 넓은 대역폭을 유연하게 활용하는 TDD가 더 유리합니다. 밀리미터파 대역에서는 주파수 자원이 매우 제한적이므로, 주파수 자원을 최대한 활용할 수 있는 TDD 방식이 더 선호됩니다.

따라서 5G에서는 TDD가 널리 사용되지만, 저주파수 대역에서는 여전히 FDD가 중요한 역할을 하며, 두 방식은 상호 보완적으로 사용됩니다.

 

 

**FDD (Frequency Division Duplexing)**도 초저지연을 실현할 수 있으며, 업로드와 다운로드가 동시에 이루어질 때에는 TDD (Time Division Duplexing) 방식이 불리할 수 있습니다. 이 점에서 FDD와 TDD는 각각의 특징과 한계를 가지고 있습니다.

FDD에서의 초저지연

• FDD는 업로드와 다운로드를 동시에 할 수 있기 때문에, 데이터를 주고받을 때 대기 시간이 적습니다. 업로드와 다운로드가 별도의 주파수 대역에서 독립적으로 이루어지므로 지연(latency) 측면에서 매우 유리합니다.
• 실제로, FDD는 동시 전송이 필요한 상황에서 훨씬 효율적입니다. 예를 들어 VoLTE (Voice over LTE) 같은 실시간 음성 통화나 비디오 스트리밍과 같은 응용 프로그램에서 매우 중요한 역할을 하며, 안정적인 저지연 성능을 제공합니다.

TDD에서의 지연 문제

• TDD는 업로드와 다운로드가 동시에 이루어지지 않고, 시간적으로 분할하여 처리됩니다. 이 때문에 시간 슬롯을 교차하면서 데이터를 주고받아야 하기 때문에, 업로드와 다운로드를 동시에 요청할 때 지연이 발생할 수 있습니다.
• 특히 대칭적인 트래픽(업로드와 다운로드의 양이 비슷한 경우)에서는 업로드와 다운로드가 서로 번갈아가며 처리되기 때문에 FDD에 비해 지연이 더 크거나 성능 저하가 있을 수 있습니다.

왜 TDD가 선택되었는가?

5G에서는 밀리미터파를 비롯한 고주파수 대역에서의 주파수 자원 관리가 매우 중요한 요소로 작용합니다. 이 때문에 다음과 같은 이유로 TDD가 더 유리한 점도 있습니다.

1. 유연한 대역폭 할당: TDD는 업로드와 다운로드에 할당할 시간 비율을 실시간으로 조정할 수 있어, 트래픽의 불균형에 더 효율적으로 대응할 수 있습니다. 즉, 대부분의 트래픽이 다운로드에 집중될 때, 다운로드 쪽으로 더 많은 시간 슬롯을 할당하는 방식으로 최적화를 할 수 있습니다.
2. 고주파수 대역에서의 효율성: 5G에서 사용하는 **고주파수 대역(밀리미터파)**은 짧은 전파 도달 거리와 주파수 자원 제한이 있습니다. TDD는 하나의 주파수 대역만 사용하기 때문에 주파수 자원을 효율적으로 활용할 수 있습니다. 반면, FDD는 두 개의 주파수 대역을 필요로 하기 때문에 이러한 고주파수 대역에서는 비효율적입니다.
3. 대규모 MIMO (Massive MIMO) 지원: TDD는 Massive MIMO와 더 잘 연계됩니다. Massive MIMO는 다수의 안테나를 이용해 데이터를 병렬로 처리하는 기술로, 특히 동일 주파수 대역에서 업로드와 다운로드가 교차하는 TDD의 특성과 잘 맞습니다.

업로드와 다운로드의 동시성 측면에서 FDD가 유리한 이유

1. FDD는 주파수 분리 방식이므로, 업로드와 다운로드를 동시에 처리하는 데 있어 어떤 간섭도 발생하지 않기 때문에 성능 저하가 거의 없습니다.
2. 특히 실시간 통신(예: 영상 통화, 화상 회의)에서는 업로드와 다운로드의 동기화가 필수적입니다. 이때 FDD가 TDD에 비해 더 안정적인 성능을 제공합니다.

결론

• FDD는 동시성 측면에서 TDD보다 유리하며, 업로드와 다운로드가 동시에 이루어져야 하는 상황에서 더 적은 지연을 제공합니다. 초저지연을 요구하는 애플리케이션에서도 FDD는 효과적입니다.
• 그러나, 5G의 주요 목표는 대용량 데이터 전송, 초고속, 그리고 다양한 트래픽 패턴에 대한 유연성입니다. 이러한 면에서 TDD가 주파수 자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있기 때문에 5G에서 널리 채택되었습니다.
• 결국, TDD와 FDD는 각각의 장단점이 있으며, 5G에서는 주파수 자원 효율성, 대역폭 활용 등을 고려해 TDD가 선택되었습니다.