Que Es Un Dúplex Por División De Frecuencia - Dirección De Transmisión Y Comparaciones.

Uno de los elementos clave de cualquier sistema de radiocomunicaciones es la forma en que se mantienen las comunicaciones por radio en ambas direcciones. Se pueden utilizar términos como simplex, dúplex, dúplex por división de frecuencia, FDD, y dúplex por división de tiempo, TDD.

Para los sistemas celulares es necesario que sea posible hablar o enviar datos en ambas direcciones simultáneamente, lo que impone una serie de restricciones a los esquemas que pueden utilizarse para controlar el flujo de transmisión.

Al tratarse de un elemento tan clave del sistema, es necesario establecer desde el principio el esquema que se utilizará. Por ello, el esquema dúplex que se va a utilizar constituye una parte muy básica de la especificación global del sistema celular (o de cualquier sistema de radiocomunicación) que se va a utilizar.

Los diferentes esquemas para controlar la transmisión van desde el simplex, pasando por el medio dúplex, hasta el dúplex completo. Además, hay que definir esquemas como TDD y FDD para el sistema en función de su aplicación y del tráfico que pueda transportar. Muchos aspectos del rendimiento se regirán por aspectos como si se utiliza FDD o TDD.

Índice De Contenidos

    Esquemas de control de la transmisión

    Existe una gran variedad de formas de controlar el paso bidireccional de la información mediante dos transmisores. Su complejidad varía desde los sistemas más sencillos, que requieren los circuitos menos complejos y proporcionan un rendimiento más básico, hasta los sistemas más complejos que proporcionan niveles de rendimiento más elevados. Sin embargo, cada esquema tiene sus propias ventajas e inconvenientes.

    • Simplex: Aunque la definición de símplex no siempre está clara, la definición de ANSI (American National Standards Institute) para una transmisión símplex, es aquella que sólo puede producirse en una dirección. Un ejemplo de esto puede ser un sistema de transmisión. Ocasionalmente, simplex puede referirse a un esquema de medio dúplex, como se describe a continuación.
    • Semidúplex: Se trata de un esquema dúplex en el que la comunicación es posible en dos direcciones, pero la comunicación sólo es posible en una dirección a la vez. Si un transmisor está transmitiendo, el otro debe esperar a que el primero deje de hacerlo antes de transmitir. Esta forma de comunicación se utiliza en los walkie-talkies, CB, etc. También puede denominarse Simplex, en algunas circunstancias, aunque las definiciones exactas pueden ser contradictorias a veces.
    • Dúplex completo: El dúplex completo, que a veces se denomina simplemente dúplex, es un esquema en el que las transmisiones pueden enviarse en ambas direcciones simultáneamente. Sin embargo, es necesario que las transmisiones estén separadas de alguna manera para que los receptores puedan recibir las señales al mismo tiempo que se realizan las transmisiones. Hay dos formas de conseguirlo. Una es utilizar la separación de frecuencias (dúplex por división de frecuencia, FDD, y la otra es utilizar el tiempo, dúplex por división de tiempo, TDD.

    Ambos esquemas se utilizan ampliamente. Algunos sistemas celulares utilizan TDD y otros FDD. Algunos estándares también permiten el uso de cualquiera de los dos, ya que tanto FDD como TDD tienen sus propias ventajas y desventajas.

    Dúplex por división de frecuencia, FDD

    El dúplex por división de frecuencia, FDD, utiliza la idea de que la transmisión y la recepción de señales se realizan simultáneamente utilizando dos frecuencias diferentes. Utilizando FDD es posible transmitir y recibir señales simultáneamente, ya que el receptor no está sintonizado en la misma frecuencia que el transmisor, como se muestra.

    Dúplex por división de frecuencia, FDD

    Para que el esquema FDD funcione satisfactoriamente, es necesario que la frecuencia, es decir, la separación del canal entre las frecuencias de transmisión y recepción, sea suficiente para que el receptor no se vea afectado indebidamente por la señal del transmisor. Esto se conoce como banda de guarda.

    El bloqueo del receptor es un problema importante en los esquemas FDD, y a menudo pueden ser necesarios filtros muy selectivos. En los sistemas celulares que utilizan FDD, se necesitan filtros en la estación base y también en el teléfono para garantizar un aislamiento suficiente de la señal del transmisor sin desensibilizar el receptor. Mientras que el coste no es un factor tan importante para las estaciones base, la colocación de un filtro en los terminales es un problema más importante.

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    El uso de un sistema FDD permite una verdadera transmisión y recepción simultánea de señales. Sin embargo, se necesitan dos canales y esto no siempre puede utilizar el espectro disponible de manera eficiente.

    El espectro utilizado para los sistemas FDD es asignado por las autoridades reguladoras. Como hay una separación de frecuencias entre las direcciones del enlace ascendente y descendente, normalmente no es posible reasignar espectro para cambiar el equilibrio entre la capacidad de las direcciones del enlace ascendente y descendente si hay requisitos de capacidad cambiantes para cada dirección.Dúplex por división de tiempo, TDD

    El otro sistema utiliza una sola frecuencia y comparte el canal entre la transmisión y la recepción, espaciándolas mediante la multiplexación de las dos señales en función del tiempo. El dúplex por división de tiempo, TDD, se utiliza con las transmisiones de datos (datos o voz digitalizada), transmitiendo una breve ráfaga de datos en cada dirección. Como los periodos de transmisión son relativamente cortos, no se nota ningún retraso en las transmisiones de voz debido a los retrasos introducidos por el uso de TDD.

    Dúplex por división de frecuencia, FDD

    Mientras que las transmisiones FDD requieren una banda de guarda entre las frecuencias del transmisor y el receptor, los esquemas TDD requieren un tiempo o intervalo de guarda entre la transmisión y la recepción. Éste debe ser suficiente para permitir que las señales que viajan desde el transmisor remoto lleguen antes de que se inicie una transmisión y se inhiba el receptor.

    Aunque este retardo es relativamente corto, cuando se cambia entre transmisión y recepción muchas veces por segundo, incluso un pequeño tiempo de guarda puede reducir la eficiencia del sistema, ya que hay que utilizar un porcentaje del tiempo para el intervalo de guarda.

    Para los sistemas que se comunican en distancias cortas, por ejemplo hasta un kilómetro y medio, el intervalo de guarda es normalmente pequeño y aceptable. Para distancias mayores puede ser un problema.

    El intervalo de guarda necesario para TDD constará de dos elementos principales:

    • Un margen de tiempo para el retardo de propagación de cualquier transmisión del transmisor remoto para llegar al receptor. Esto dependerá de las distancias, pero se necesitan 3,3 microsegundos para recorrer un kilómetro y 5,4 microsegundos para recorrer una milla.
    • Un tiempo de espera para que el receptor del transmisor cambie de recepción a transmisión. La velocidad de cambio puede variar considerablemente entre los equipos, pero puede tardar unos pocos microsegundos.

    Por ello, la TDD no suele ser adecuada para su uso en largas distancias, ya que el tiempo de guarda aumenta y la eficiencia del canal disminuye. Además, la conmutación de transmisión y recepción debe ser rápida.

    A menudo se observa que el tráfico en ambas direcciones no está equilibrado. Normalmente hay más datos que viajan en la dirección del enlace descendente de un sistema de telecomunicaciones celulares.

    Esto significa que, idealmente, la capacidad debería ser mayor en la dirección del enlace descendente. Con un sistema TDD es posible cambiar la capacidad en cualquiera de los dos sentidos con relativa facilidad, modificando el número de franjas horarias asignadas a cada sentido. A menudo, esto se puede configurar dinámicamente, por lo que puede modificarse para adaptarse a la demanda.

    Otro aspecto a tener en cuenta con las transmisiones TDD es el aspecto de la latencia. Como los datos no pueden ser enrutados inmediatamente en una transmisión como resultado de la multiplexación de tiempo entre la transmisión y la recepción, habrá un pequeño retraso entre los datos que se generan y los que se transmiten realmente.

    Normalmente puede ser de unos pocos milisegundos, dependiendo de los tiempos de las tramas, pero en algunas aplicaciones puede ser interesante, aunque para un discurso digitalizado normal, no habría ningún retraso perceptible.

    Direcciones de transmisión

    A menudo es necesario distinguir entre el enlace del móvil a la estación base y el enlace de la estación base al móvil. Esto es necesario no sólo cuando se habla de los esquemas dúplex en uso.

    Evidentemente, hay dos enlaces:

    • El enlace descendente, o enlace de reenvío: Es el enlace desde la estación base hasta el móvil o equipo de usuario. Las palabras pueden abreviarse como DL o D/L.
    • Enlace ascendente o inverso: Es el enlace desde el equipo móvil o de usuario hasta la estación base. Las palabras enlace ascendente pueden abreviarse como UL o U/L.

    Aunque las definiciones de la dirección de transmisión en este formato se demandan generalmente para las comunicaciones celulares, también pueden utilizarse en otros ámbitos en los que se utiliza una estación base y equipos móviles o remotos.

    Comparación entre TDD y FDD

    Tanto TDD como FDD tienen sus ventajas y cada una de ellas puede aprovecharse en diferentes circunstancias. Antes de decidirse por un tipo concreto de esquema dúplex, es necesario analizar las ventajas e inconvenientes de cada uno. Una comparación FDD TDD determinará entonces la mejor opción.

    COMPARACIÓN DE ESQUEMAS DÚPLEX TDD Y FDD
    ATRIBUTOTDDFDD
    Uso del espectroUtiliza solo una frecuencia para transmisión y recepciónRequiere un canal para transmisión y otro para recepción. La eficiencia espectral puede no ser tan buena.
    Tráfico desequilibradoEs posible ajustar fácilmente la capacidad en cualquier dirección cambiando el número de ranuras dedicadas a cada dirección. Esto se puede lograr de forma dinámica dentro de los protocolos del sistema.La capacidad en cualquier dirección solo se puede lograr reasignando canales. Normalmente, esto no es fácil de lograr, ya que los reguladores hacen asignaciones específicamente para el enlace ascendente o el enlace descendente con suficiente espacio, y normalmente se equilibran proporcionando la misma capacidad en cualquier dirección.
    DistanciaNormalmente es adecuado para distancias pequeñas, ya que el tiempo de guarda aumenta con la distancia a medida que aumenta el tiempo de propagación de la señal y esto debe adaptarse. Las señales tardan 3,3 µs en recorrer un kilómetro y 5,4 µs en recorrer 1 milla.No tiene problema con distancias pequeñas o grandes.
    LatenciaSe puede agregar un pequeño grado de latencia adicional como resultado de la multiplexación TDD.FDD no introduce retrasos ni latencias adicionales, ya que los canales siempre están "abiertos".
    Costos de equipoNo se requieren costos de equipo adicionales importantes, ya que la conmutación de transmisión-recepción es barata de realizar.Normalmente se requieren filtros para evitar el bloqueo del transmisor y la desensibilización del receptor. Estos costos pueden ser un factor determinante de costos en artículos como teléfonos celulares donde los volúmenes son altos.

    Teniendo en cuenta esta comparación TDD FDD, los sistemas TDD suelen utilizarse en escenarios donde se requieren distancias cortas, con la posibilidad de un tráfico de datos desequilibrado. Los esquemas FDD son mejores en distancias mayores y cuando el tráfico está equilibrado, es decir, es similar en ambas direcciones.

    Ambos esquemas dúplex, TDD y FDD, tienen sus propias ventajas e inconvenientes. Por ello, se utilizan en diferentes aplicaciones o en diferentes áreas en las que se pueden aprovechar al máximo las ventajas de TDD y FDD.

    En vista de las ventajas de los enlaces ascendentes y descendentes no equilibrados en las aplicaciones celulares e inalámbricas de corto alcance, las soluciones TDD están encontrando un número creciente de aplicaciones, mientras que los sistemas FDD siguen siendo de uso generalizado cuando existen requisitos diferentes.

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