FDD (Frequency Division Duplex) และ TDD (Time Division Duplex) เป็นแนวคิดพื้นฐานที่ใช้ในการจัดโครงสร้างการรับส่งสัญญาณของระบบสื่อสารไร้สายเคลื่อนที่และเครือข่ายโทรคมนาคมอื่น ๆ FDD ใช้แถบความถี่สองแถบที่แยกจากกันสำหรับอัปลิงก์และดาวน์ลิงก์ ในขณะที่ TDD ใช้แถบความถี่เดียวกันสำหรับการส่งสัญญาณทั้งสองทิศทาง แต่แยกกันตามช่วงเวลา

วิธีการทั้งสองนี้ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในระบบสื่อสารไร้สาย เช่น WLAN, WiMAX ทั้งแบบประจำที่และแบบเคลื่อนที่, 4G LTE และ 5G NR

เรามาเปรียบเทียบ FDD กับ TDD เพื่อทำความเข้าใจความแตกต่างที่สำคัญระหว่างวิธีการทั้งสองที่ใช้ในการสื่อสารไร้สายกัน

FDD คืออะไร?

ในระบบ FDD สเปกตรัมความถี่ที่มีอยู่จะถูกแบ่งออกเป็นสองแถบความถี่ ได้แก่ แถบความถี่สำหรับการส่งสัญญาณและแถบความถี่สำหรับการรับสัญญาณ โดยทั่วไปจะมีแถบความถี่ป้องกัน (Guard Band) คั่นระหว่างแถบความถี่ทั้งสอง เพื่อช่วยลดการรบกวนระหว่างช่องสัญญาณ

ดังแสดงในภาพ แถบความถี่สองแถบที่แตกต่างกัน คือ Fc1 และ Fc2 ถูกใช้พร้อมกันสำหรับการส่งและรับสัญญาณ

การทำงานของ FDD

เพื่อให้เข้าใจ FDD ได้ดียิ่งขึ้น ลองพิจารณาการสื่อสารระหว่างสถานีฐาน (Base Station: BS) และสถานีสมาชิก (Subscriber Station: SS) ในระบบสื่อสารไร้สาย

ในระบบ FDD การส่งสัญญาณอัปลิงก์และดาวน์ลิงก์จะใช้ความถี่แยกกัน คือ Fc1 และ Fc2 ตามลำดับ โดยสามารถส่งสัญญาณทั้งสองทิศทางได้พร้อมกันในช่วงเวลาเดียวกัน เช่น t1

อัปลิงก์ (Uplink) หมายถึงการส่งสัญญาณจากสถานีสมาชิก (SS) ไปยังสถานีฐาน (BS) ส่วนดาวน์ลิงก์ (Downlink) หมายถึงการส่งสัญญาณจากสถานีฐาน (BS) ไปยังสถานีสมาชิก (SS)

ในระบบ FDD การส่งและรับข้อมูลสามารถเกิดขึ้นพร้อมกันบนความถี่ที่แตกต่างกัน ทำให้สามารถสื่อสารได้อย่างต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม ระบบ FDD อาจมีต้นทุนฮาร์ดแวร์ RF สูงกว่า เนื่องจากต้องใช้วงจรและตัวกรองที่รองรับการส่งและรับสัญญาณบนแถบความถี่ที่แตกต่างกัน ทั้งนี้ อุปกรณ์ FDD สามารถใช้เสาอากาศร่วมกันผ่านดูเพล็กเซอร์ (Duplexer) ได้ จึงไม่จำเป็นต้องมีโมดูล RF แยกกันทั้งหมด

TDD คืออะไร?

ในระบบ TDD แถบความถี่ RF เดียวกันจะถูกใช้สำหรับการส่งและรับสัญญาณ แต่แยกกันตามช่วงเวลา ช่องทางการสื่อสารจะสลับระหว่างโหมดส่งและโหมดรับ โดยอุปกรณ์จะส่งและรับสัญญาณในช่วงเวลาที่กำหนด

TDD แบ่งเวลาออกเป็นช่วงเวลาสำหรับการส่งข้อมูลทั้งขาขึ้นและขาลง โดยสามารถปรับสัดส่วนเวลาให้เหมาะสมกับความต้องการใช้งานในแต่ละทิศทางได้ ข้อได้เปรียบสำคัญของ TDD คือความยืดหยุ่นในการจัดสรรทรัพยากรตามปริมาณการรับส่งข้อมูลที่เปลี่ยนแปลงไป อย่างไรก็ตาม ระบบต้องมีการซิงโครไนซ์เวลาอย่างเหมาะสม เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนระหว่างอุปกรณ์หรือสถานีที่ใช้ความถี่เดียวกัน

ดังแสดงในรูป การส่งสัญญาณอัปลิงก์และดาวน์ลิงก์จะเกิดขึ้นตามลำดับบนแกนเวลา ตัวอย่างเช่น การส่งสัญญาณอัปลิงก์เกิดขึ้นที่ t1 และการส่งสัญญาณดาวน์ลิงก์เกิดขึ้นที่ t2 โดย t2 เป็นช่วงเวลาหลังจาก t1 การส่งสัญญาณทั้งสองทิศทางใช้ความถี่คลื่นพาหะ RF เดียวกัน (Fc) แต่เกิดขึ้นคนละช่วงเวลา

โดยทั่วไป ระบบ TDD อาจมีต้นทุนฮาร์ดแวร์ต่ำกว่า FDD เนื่องจากสามารถใช้วงจร RF บางส่วนร่วมกันสำหรับการส่งและรับสัญญาณได้ อย่างไรก็ตาม ระบบยังคงต้องมีวงจรสวิตช์ส่งรับและส่วนประกอบ RF ที่เหมาะสม ส่วนชั้น MAC (Medium Access Control) อาจมีความซับซ้อนเพิ่มขึ้นจากข้อกำหนดในการจัดตารางเวลาและการซิงโครไนซ์ระหว่างอุปกรณ์

TDD มักเหมาะกับเทคนิคเสาอากาศขั้นสูง เช่น การสร้างลำคลื่น (Beamforming) และระบบเสาอากาศแบบปรับตัว (Adaptive Antenna System: AAS) เนื่องจากช่องสัญญาณอัปลิงก์และดาวน์ลิงก์มีคุณสมบัติการแพร่กระจายที่สัมพันธ์กันในระบบ TDD ซึ่งช่วยให้สามารถประมาณช่องสัญญาณในทิศทางหนึ่งและนำข้อมูลไปใช้กับอีกทิศทางหนึ่งได้ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม

ความแตกต่างระหว่าง TDD และ FDD

ตารางต่อไปนี้แสดงความแตกต่างระหว่างระบบ TDD และ FDD

บทสรุป

ทั้ง FDD และ TDD ต่างมีข้อดีเฉพาะตัวและเหมาะกับสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกัน ระบบ LTE รองรับทั้ง FDD และ TDD โดยเลือกใช้ตามย่านความถี่และข้อกำหนดของเครือข่าย ส่วน 5G NR ก็รองรับการทำงานทั้งสองรูปแบบเช่นกัน การเลือกใช้จึงขึ้นอยู่กับความพร้อมของคลื่นความถี่ รูปแบบปริมาณข้อมูล ความต้องการด้านความหน่วง และข้อกำหนดของระบบ