시분할 쌍방향 전송

시분할 다중화는 하나의 전송 채널을 시간 축으로 분할하여 여러 사용자나 데이터 스트림이 공유할 수 있게 하는 기술이다. 이 방식은 각 사용자에게 짧은 시간 슬롯을 순차적으로 할당하여, 물리적으로는 하나의 채널이지만 논리적으로는 여러 개의 독립적인 채널처럼 동작하게 만든다.

시분할 다중화의 핵심은 시간을 일정한 길이의 프레임으로 나누고, 각 프레임을 다시 더 작은 시간 단위인 타임 슬롯으로 구분하는 것이다. 각 사용자나 통신 방향은 특정한 타임 슬롯을 고정적으로 또는 동적으로 할당받아 그 시간 동안만 데이터를 전송한다. 이 과정은 매우 빠른 속도로 반복되어, 사용자에게는 채널을 독점하고 있는 것 같은 인상을 준다.

시분할 쌍방향 전송에서 시분할 다중화는 상향링크와 하향링크가 동일한 주파수를 공유하는 기반이 된다. 하나의 통신 채널이 시간상으로 교대로 상향 전송 구간과 하향 전송 구간으로 나뉜다. 이를 위한 일반적인 프레임 구조는 다음과 같다.

이 방식은 주파수 분할 쌍방향과 대비되는데, 후자는 상향과 하향 통신에 서로 다른 주파수 대역을 사용한다. 시분할 다중화를 이용하면 하나의 주파수로 쌍방향 통신이 가능해져 주파수 자원을 보다 효율적으로 활용할 수 있다. 그러나 정확한 동기화가 필수적이며, 전송 방향을 전환하는 데 필요한 보호 구간이 시스템의 오버헤드로 작용한다.

시분할 쌍방향 전송에서 전송 방향 전환은 동일한 주파수 대역을 시간적으로 분할하여 상향링크와 하향링크가 번갈아 사용되도록 제어하는 핵심 과정이다. 이 과정은 미리 정의된 프레임 또는 슬롯 단위로 이루어지며, 통신 시스템의 기지국과 단말이 특정 시간에는 송신기로, 다른 시간에는 수신기로 역할을 전환하도록 한다. 전환의 타이밍과 순서는 시스템의 프레임 구조에 의해 엄격하게 규정되어, 양방향 통신이 원활하게 이루어지도록 보장한다.

전환 방식은 크게 정적(Static)과 동적(Dynamic)으로 구분된다. 정적 전환에서는 상향과 하향의 시간 할당 비율이 시스템 설계 시 미리 고정된다. 이는 구현이 단순하고 동기화가 용이하다는 장점이 있지만, 실시간으로 변화하는 트래픽 수요에 유연하게 대응하기 어렵다. 반면, 동적 TDD와 같은 동적 전환 방식에서는 네트워크 상태나 트래픽 부하에 따라 상향/하향 시간 할당 비율을 실시간으로 조정할 수 있다. 이는 비대칭 트래픽을 효율적으로 처리할 수 있게 해주지만, 인접 셀 간의 간섭 관리가 더 복잡해지는 과제를 안고 있다.

전송 방향 전환을 위해서는 송수신 모드 사이의 전환 시간, 즉 전환 보호 구간(Guard Period)이 필수적으로 요구된다. 이 구간은 신호의 전파 지연이나 장치의 송수신 전환 처리 지연으로 인해 발생할 수 있는 상향/하향 신호 간의 충돌을 방지한다. 또한, 모든 네트워크 노드가 정확한 타이밍에 동기화되어 방향을 전환할 수 있도록 하는 동기화 메커니즘이 반드시 수반되어야 한다.

동기화는 시분할 쌍방향 전송 시스템이 정상적으로 동작하기 위한 필수 조건이다. 송신과 수신이 시간상으로 엄격하게 구분되어야 하므로, 통신을 하는 양측 장치는 정확한 타이밍에 맞춰 전송 방향을 전환해야 한다. 이를 위해 기준이 되는 프레임 구조와 타이밍 신호가 사용된다. 일반적으로 기지국과 같은 하나의 주 장치가 타이밍의 기준을 제공하고, 단말기들은 이 신호에 동기화하여 자신의 송수신 동작을 조정한다.

동기화 메커니즘은 크게 두 가지 수준으로 구분된다. 첫째는 프레임 동기화로, 통신 프레임의 시작점을 식별하는 과정이다. 둘째는 심볼 동기화로, 프레임 내에서 개별 데이터 심볼의 정확한 구간을 판별한다. 이 과정에서 프리앰블이나 파일럿 신호와 같은 미리 약속된 참조 신호가 전송되어 수신측이 타이밍을 파악하고 조정하는 데 활용된다.

동기화가 정확하게 이루어지지 않으면, 인접한 시간 구간의 신호가 서로 겹치는 간섭이 발생하여 통신 품질이 심각하게 저하된다. 특히 무선 환경에서는 신호의 전파 지연이 발생하므로, 원거리에 있는 단말기는 타이밍을 미리 당겨 전송하는 타이밍 어드밴스 기법을 적용하여 동기화를 유지한다. 이러한 정교한 동기화 메커니즘 덕분에 TDD 방식은 제한된 주파수 자원 내에서 효율적인 양방향 통신을 가능하게 한다.

TDD는 시분할 쌍방향 전송의 대표적인 구현 방식으로, 하나의 주파수 대역을 시간으로 구분하여 상향링크와 하향링크 전송에 번갈아 사용하는 기술이다. 이 방식에서는 통신 채널의 전체 시간이 매우 짧은 시간 슬롯으로 나뉘며, 각 슬롯은 사전에 정의된 패턴에 따라 업링크 또는 다운링크 전송에 할당된다. 따라서 단일 주파수를 사용하면서도 양방향 통신이 가능해진다.

TDD의 동작은 엄격한 프레임 구조에 기반한다. 하나의 기본 프레임은 특정 수의 시간 슬롯으로 구성되며, 이 슬롯들의 배치는 시스템 설계 시 정적 또는 반정적으로 결정된다. 예를 들어, 하나의 프레임에서 처음 몇 개의 슬롯은 기지국에서 단말기로의 하향 전송에, 나머지 슬롯은 단말기에서 기지국으로의 상향 전송에 사용될 수 있다. 이 전환 사이에는 간섭을 방지하기 위해 매우 짧은 보호 구간이 삽입된다.

TDD 시스템의 성능은 몇 가지 핵심 요소에 의해 좌우된다. 첫째는 정확한 동기화이다. 네트워크 내의 모든 기지국과 단말기는 시간 기준을 완벽하게 공유해야 서로의 전송 시점이 충돌하지 않는다. 둘째는 간섭 관리이다. 특히 인접 셀에서 동일한 주파수를 사용할 경우, 상향/하향 슬롯의 배치가 일치하지 않으면 심한 셀간 간섭이 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 네트워크 차원의 동기화된 슬롯 배치가 필수적이다.

주요 TDD 시스템의 프레임 구성 예는 다음과 같다.

TDD는 트래픽의 비대칭성에 유연하게 대응할 수 있다는 장점이 있다. 업링크와 다운링크의 데이터 양이 시간에 따라 변할 경우, 슬롯 할당 비율을 조정하여 주파수 자원을 효율적으로 활용할 수 있다. 이는 동적 TDD로 더욱 발전하여, 네트워크 부하에 따라 실시간으로 전송 방향을 최적화하는 기반이 되었다.

동적 TDD는 시분할 쌍방향 전송의 한 형태로, 업링크와 다운링크 구간의 시간 할당이 고정되어 있지 않고 네트워크 상황에 따라 유동적으로 변경되는 방식을 말한다. 기존의 정적 TDD가 미리 정의된 프레임 구조에 따라 엄격하게 운용되는 반면, 동적 TDD는 트래픽 수요의 변화, 셀 간 간섭 상태, 네트워크 부하 등을 실시간으로 분석하여 최적의 리소스 할당을 결정한다. 이는 특히 트래픽 패턴이 빠르게 변하거나 지역별로 크게 다른 이종 네트워크 환경에서 유연성을 극대화한다.

동적 TDD의 핵심 메커니즘은 기지국 간의 협력을 통한 동적 스케줄링이다. 네트워크는 각 셀의 트래픽 부하를 모니터링하고, 인접 셀과의 정보 교환을 통해 업링크/다운링크 구간의 길이를 동적으로 조정한다. 예를 들어, 한 기지국 구역에서 다운로드 트래픽이 급증하면 해당 기지국은 프레임 내 다운링크 구간의 비중을 늘릴 수 있다. 이때 인접 셀들도 이 정보를 고려하여 자신들의 구성을 조정함으로써 심각한 상향-하향링크 간섭이 발생하는 것을 방지한다[1].

이 방식의 주요 이점은 트래픽 비대칭성에 대한 탁월한 대응 능력이다. 스트리밍, 대용량 파일 다운로드, 클라우드 게임 등 현대 서비스는 시간과 장소에 따라 업링크와 다운링크의 트래픽 양이 극명하게 다르다. 동적 TDD는 이러한 변화에 실시간으로 적응하여 주파수 자원의 활용 효율을 높이고, 사용자 체감 속도와 네트워크 전체 처리량을 개선한다.

그러나 동적 TDD는 구현 복잡도가 높다는 한계를 지닌다. 실시간으로 변화하는 간섭 환경을 정확히 추정하고 제어해야 하며, 기지국 간의 빠른 협력과 정보 교환이 필수적이다. 또한, 동적으로 변하는 전송 방향으로 인해 기존의 정적 TDD보다 더 정교한 신호 동기화 및 간섭 측정 기법이 요구된다. 이러한 기술적 과제에도 불구하고, 5G 및 6G와 같은 차세대 무선 통신 시스템에서 트래픽 유연성과 스펙트럼 효율성 향상을 위한 핵심 기술로 주목받고 있다.

시분할 쌍방향 전송 시스템의 성능은 프레임 구조 설계에 크게 의존한다. 프레임은 통신 채널의 시간 자원을 조직화하는 기본 단위로, 일반적으로 고정된 길이의 시간 구간을 의미하며, 이 내부에 상향링크와 하향링크 구간을 효율적으로 배치하는 것이 핵심이다. 설계 시에는 전송 방향 전환에 필요한 보호 구간, 다양한 서비스의 트래픽 특성, 시스템의 지연 요구사항 등을 종합적으로 고려해야 한다.

일반적인 프레임 구조는 다음과 같은 요소들로 구성된다.

프레임 내 상/하향 구간의 비율을 유연하게 설정할 수 있는 것이 TDD의 주요 장점이다. 이 비율은 5G와 같은 현대 시스템에서는 매우 동적으로 변경될 수 있으며, 이를 통해 업로드 중심의 트래픽(예: SNS 업로드)과 다운로드 중심의 트래픽(예: 비디오 스트리밍)에 실시간으로 대응한다. 또한, 인접 셀 간의 간섭을 최소화하기 위해 여러 기지국이 서로 다른 프레임 구성을 사용할 경우, 프레임 구조의 정렬을 위한 네트워크 수준의 동기화가 필수적이다.

시분할 쌍방향 전송은 하나의 주파수 대역을 상향링크와 하향링크가 시간을 나누어 사용함으로써 주파수 자원을 효율적으로 활용합니다. 주파수 분할 쌍방향 방식이 상향과 하향 전송에 각각 별도의 주파수 대역을 영구적으로 할당하는 것과 대조적입니다. 이는 특히 제한된 주파수 자원을 가진 운영자나, 새로운 주파수 대역 확보가 어려운 환경에서 유리한 특성입니다.

주파수 효율성은 트래픽 패턴에 유연하게 대응할 수 있는 점에서 더욱 두드러집니다. 상향과 하향 트래픽의 양이 시간에 따라 변하는 비대칭적인 환경에서, TDD 프레임 내의 상향/하향 타임슬롯 비율을 동적으로 조정할 수 있습니다. 예를 들어, 다운로드 트래픽이 집중되는 시간대에는 하향 타임슬롯의 비중을 높여 전체적인 스펙트럼 활용도를 극대화할 수 있습니다.

다음 표는 TDD와 FDD의 주파수 활용 방식을 비교한 것입니다.

이러한 효율성 덕분에 TDD는 5G 네트워크에서 높은 데이터 수요를 처리하고, 밀리미터파와 같이 넓은 대역폭이 가능하지만 연속적인 스펙트럼 확보가 어려운 주파수 대역을 활용하는 데 핵심적인 역할을 합니다.

시분할 쌍방향 전송은 시간 영역에서 상향링크와 하향링크 전송을 분리하여 할당하기 때문에, 시간 슬롯의 비율을 유연하게 조정할 수 있다. 이는 상향과 하향의 데이터 트래픽 양이 균등하지 않은 비대칭 환경에서 큰 장점으로 작용한다. 예를 들어, 인터넷 브라우징이나 동영상 스트리밍 서비스는 일반적으로 하향링크 트래픽이 상향링크 트래픽보다 훨씬 많다.

이러한 비대칭성을 지원하기 위해, 네트워크는 통신 프레임 내에서 상향링크와 하향링크에 할당되는 시간 구간의 비율을 동적으로 변경할 수 있다. 이를 동적 TDD라고 부른다. 시스템은 실시간으로 트래픽 부하를 모니터링하여, 하향 트래픽이 많을 때는 하향링크 시간 슬롯의 비중을 높이고, 상향 트래픽이 증가할 때는 그 반대로 조정한다.

이러한 유연한 자원 할당은 주파수 대역을 고정적으로 분할하는 FDD 방식으로는 구현하기 어렵다. FDD는 상향과 하향에 각각 별도의 주파수 대역을 영구적으로 할당하기 때문에, 한쪽 대역이 혼잡해도 다른 쪽의 여유 자원을 활용할 수 없다. 따라서 시분할 쌍방향 전송은 트래픽 패턴이 다양하고 변화무쌍한 현대 무선 네트워크 환경에 보다 효율적으로 대응할 수 있는 기반을 제공한다.

시분할 쌍방향 전송 시스템에서 간섭 관리는 네트워크 성능을 결정짓는 핵심 과제 중 하나이다. 동일한 주파수 대역을 시간에 따라 상향링크와 하향링크가 번갈아 사용하기 때문에, 인접한 셀 또는 기지국 간의 전송 방향이 일치하지 않으면 심각한 간섭이 발생할 수 있다. 예를 들어, 한 기지국의 하향링크 신호가 시간적으로 인접한 다른 기지국의 상향링크 수신을 방해하는 기지국 간 간섭이 대표적이다. 이러한 간섭을 효과적으로 제어하지 않으면 시스템의 용량과 커버리지가 크게 저하된다.

간섭을 관리하기 위한 주요 기법으로는 네트워크 차원의 동기화와 협력적 스케줄링이 있다. 먼저, 모든 기지국이 공통의 시간 기준에 동기화되어 상향/하향 링크 전환 시점을 일치시키는 것이 기본적 접근법이다. 이를 통해 대부분의 셀 경계 지역에서 링크 방향 충돌을 방지할 수 있다. 그러나 트래픽 수요가 지역에 따라 크게 다를 경우, 모든 셀에 동일한 전송 패턴을 강제하는 것은 비효율적이다. 이 문제를 해결하기 위해 도입된 것이 동적 TDD 기술이다. 동적 TDD는 각 기지국이 주변 간섭 조건과 자신의 트래픽 부하를 고려하여 전송 방향을 유연하게 조정할 수 있도록 한다.

동적 TDD 환경에서의 간섭 관리는 더욱 복잡해지며, 다음과 같은 고급 기법들이 활용된다.

이러한 기법들은 특히 5G 네트워크와 같은 고밀도 소셀 환경에서 필수적이다. 최근에는 머신 러닝과 인공지능을 활용하여 네트워크 상태를 실시간으로 예측하고 최적의 간섭 관리 정책을 결정하는 연구가 활발히 진행되고 있다[4].

시분할 쌍방향 전송은 LTE와 5G를 포함한 현대 무선 통신 시스템에서 업링크와 다운링크 전송을 효율적으로 관리하기 위한 핵심 기술로 널리 채택되었다. 특히 TDD 방식은 제한된 주파수 자원을 시간 영역에서 유연하게 분할하여 사용함으로써 높은 스펙트럼 효율을 달성한다. 이 기술은 기지국과 단말기 사이의 데이터 흐름이 시간에 따라 빠르게 전환되는 원리를 기반으로 한다.

LTE 표준에서는 다양한 TDD 업링크-다운링크 구성이 정의되어 있으며, 네트워크 운영자가 트래픽 패턴에 맞게 선택할 수 있다. 일반적인 구성은 하나의 무선 프레임 내에서 특정 수의 서브프레임을 다운링크에, 나머지를 업링크에 할당하는 방식이다. 5G NR에서는 더욱 유연한 TDD 운영이 도입되었다. 5G TDD는 슬롯 기반의 구조를 채택하여 마이크로초 단위로 전송 방향을 동적으로 전환할 수 있으며, 이를 통해 초저지연 통신과 극도로 비대칭적인 트래픽(예: 초고화질 비디오 스트리밍)을 효율적으로 지원한다.

TDD의 주요 장점은 동일 주파수 대역을 업링크와 다운링크가 공유하기 때문에 주파수 할당이 간단하고, 비대칭 트래픽에 맞춰 자원을 유연하게 재분배할 수 있다는 점이다. 그러나 인접 셀 간의 전송 방향이 불일치할 경우 발생하는 셀 간 간섭은 중요한 과제이다. LTE와 5G는 이를 완화하기 위해 셀들 간의 업링크-다운링크 구성을 동기화하거나, 특수 서브프레임(보호 구간)을 삽입하며, 5G에서는 고급 스케줄링 알고리즘과 빔포밍 기술을 활용한다.

이러한 발전으로 인해 시분할 쌍방향 전송은 5G의 핵심 성능 요구사항인 고속 데이터 전송, 대규모 연결, 그리고 초저지연을 실현하는 데 필수적인 요소가 되었다.

위성 통신에서 시분할 쌍방향 전송은 지상국과 위성 간의 업링크와 다운링크를 동일한 주파수 대역에서 시간을 나누어 교대로 전송하는 방식으로 활용된다. 이 방식은 한정된 주파수 자원을 효율적으로 사용해야 하는 위성 통신 환경에 적합하다. 특히 정지 궤도 위성이나 저궤도 위성군과의 통신에서, 지상국의 송수신 모드를 빠르게 전환하여 데이터를 주고받는다.

구체적인 동작 원리는 다음과 같다. 통신 프레임이 업링크 구간과 다운링크 구간으로 시간상 분할된다. 지상국은 지정된 시간 슬롯 동안 위성으로 데이터를 전송한 후, 전환 시간을 거쳐 다음 시간 슬롯에는 위성에서 발신된 신호를 수신한다. 위성 측에서는 지상국으로부터의 신호를 수신하여 저장하거나 처리한 후, 정해진 시간에 지상국을 향해 재전송한다. 이 과정은 엄격한 동기화를 필요로 하며, 신호의 왕복 지연을 정확히 계산하여 시간 구간을 설계해야 한다.

이 방식의 장점은 주파수 대역을 하나만 사용하여도 쌍방향 통신이 가능하기 때문에 주파수 할당이 간단하고, 주파수 효율성이 높다는 점이다. 또한 업링크와 다운링크의 데이터 트래픽 양이 비대칭적인 경우, 시간 구간의 비율을 유연하게 조정할 수 있다. 그러나 신호의 긴 지연 시간, 특히 정지 궤도 위성의 경우 약 0.5초의 왕복 지연은 시간 동기화와 프로토콜 설계에 복잡성을 더한다. 또한 빠르게 움직이는 저궤도 위성과의 통신에서는 도플러 효과 보정과 빈번한 핸드오버 관리가 추가적인 과제로 남아있다.

시분할 쌍방향 전송은 광통신 네트워크에서도 중요한 역할을 한다. 특히 광섬유를 매개로 한 통신 시스템에서 업링크와 다운링크가 동일한 광파장을 공유하여 전송 용량을 효율적으로 활용할 수 있게 한다. 이 방식은 광가입자망이나 데이터 센터 내부의 인터커넥트와 같은 짧은 거리 통신에 적합하다.

구체적인 구현에서는 광변조기와 광스위치를 이용하여 전송 방향을 빠르게 전환한다. 데이터는 미리 정의된 타임슬롯에 맞춰 한쪽 방향으로만 흐르며, 반대 방향의 데이터는 다음 타임슬롯을 기다린다. 이를 위해서는 송수신 양단의 정확한 동기화가 필수적이며, 일반적으로 마스터 클록에 의해 전체 프레임 타이밍이 제어된다.

이 기술의 도입으로 광통신 네트워크의 주파수 효율성이 향상되고, 별도의 상향/하향 광파장을 준비할 필요가 없어 네트워크 구성 비용이 절감된다. 그러나 전송 방향을 전환하는 데 소요되는 짧은 가드 타임이 필요하며, 이 시간 동안은 실제 데이터 전송이 이루어지지 않아 약간의 대역폭 손실이 발생할 수 있다.

시분할 쌍방향 전송의 가장 큰 장점은 하나의 주파수 대역을 상향링크와 하향링크가 시간을 나누어 사용함으로써 높은 주파수 효율성을 달성한다는 점이다. 이는 별도의 주파수 대역을 필요로 하는 FDD 방식에 비해 제한된 주파수 자원을 보다 유연하게 활용할 수 있게 해준다.

두 번째 장점은 비대칭적인 트래픽 흐름에 유연하게 대응할 수 있다는 것이다. 데이터 요구량이 시간에 따라 변하거나, 상향과 하향의 트래픽 양이 균일하지 않은 환경에서, 시간 슬롯의 할당 비율을 동적으로 조정하여 자원을 최적화할 수 있다. 예를 들어, 다운로드가 많은 시나리오에서는 하향링크에 더 많은 시간을 할당할 수 있다.

또한, 동일한 주파수를 송신과 수신이 모두 사용하기 때문에 채널의 특성을 더 정확히 파악하고 이를 보상하는 데 유리하다. 이는 채널 추정의 정확도를 높여 통신 품질을 개선하는 데 기여한다. 마지막으로, 단일 주파수만을 사용하므로 듀플렉서와 같은 고가의 하드웨어 필터가 필요하지 않아 장비의 복잡성과 비용을 줄일 수 있다.

시분할 쌍방향 전송은 동일 주파수 대역을 시간에 따라 나누어 사용하기 때문에, 업링크와 다운링크 전송 사이에 전환을 위한 보호 구간이 필요합니다. 이 전환 시간은 데이터 전송이 불가능한 데드 타임으로 작용하여 시스템의 전반적인 스펙트럼 효율성을 약간 저하시킵니다. 또한, 양방향 통신이 동시에 이루어지지 않으므로 전이중 통신에 비해 전송 지연이 발생할 수 있습니다. 특히 실시간 응용이나 짧은 지연 시간이 요구되는 서비스에서는 이 지연이 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.

간섭 관리가 주요 과제입니다. 인접한 셀 또는 기지국이 서로 다른 타이밍으로 업링크와 다운링크를 전환할 경우, 한 기지국의 다운링크 신호가 다른 기지국의 업링크 수신기를 간섭하는 교차 링크 간섭이 발생할 수 있습니다[7]. 이러한 간섭은 시스템 용량과 통신 품질을 제한하는 중요한 요소입니다. 이를 완화하기 위해서는 정교한 네트워크 동기화와 신중한 자원 스케줄링이 필수적입니다.

마지막으로, 네트워크 전체에 걸쳐 엄격한 시간 동기화가 요구됩니다. 모든 기지국과 단말기의 전송 타이밍이 정확히 맞아야 시스템이 정상적으로 동작합니다. 이는 동기화 네트워크 구축과 유지에 추가적인 복잡성과 비용을 초래합니다. 또한, 트래픽 패턴이 예측 불가능하게 급변하는 환경에서는 고정된 또는 느리게 변하는 프레임 구조로는 최적의 자원 할당을 즉시 따라가지 못할 수 있는 한계가 있습니다.

FDD는 주파수 분할 쌍방향의 약자로, 상향링크와 하향링크 전송에 서로 다른 주파수 대역을 할당하여 동시에 양방향 통신을 가능하게 하는 방식이다. 하나의 통신 채널을 시간이 아닌 주파수 영역에서 분할하여 사용한다는 점에서 시분할 쌍방향 전송과 구별된다. 송신과 수신이 별도의 주파수에서 동시에 이루어지므로, 전이중 통신을 실현하는 대표적인 방법 중 하나이다.

FDD 시스템에서는 일반적으로 상향링크와 하향링크 주파수 대역 사이에 보호 대역이 설정된다. 이 보호 대역은 두 신호 간의 간섭을 방지하는 역할을 한다. 시스템 설계 시에는 주파수 대역의 쌍, 즉 주파수 쌍이 미리 정의되며, 단말기와 기지국은 각각 해당하는 주파수에서 송신과 수신을 지속적으로 수행한다.

FDD의 주요 특징은 다음과 같다.

이 방식은 트래픽 패턴이 비교적 균일하고 예측 가능한 음성 통신이나 일부 무선 광대역 시스템에 적합하다. 그러나 상향과 하향 데이터 트래픽의 양이 비대칭적으로 변하는 현대의 데이터 중심 통신에서는 고정된 주파수 할당이 자원 낭비로 이어질 수 있다는 단점이 있다. 이러한 한계를 보완하기 위해 트래픽 양에 따라 주파수 대역폭을 유동적으로 조절하는 기술이 연구되고 있으며, 시분할 쌍방향 전송 및 하이브리드 방식과 함께 현대 통신 시스템의 중요한 기반 기술로 자리 잡고 있다.

전이중 통신은 송신과 수신이 동시에 양방향으로 이루어지는 통신 방식을 가리킨다. 이 방식은 시분할 쌍방향 전송이나 주파수 분할 쌍방향과 달리, 단일 채널에서 데이터의 송수신이 시간이나 주파수로 분리되지 않고 동시에 발생한다. 전화 통화가 대표적인 예시로, 양쪽 사용자가 동시에 말을 하고 들을 수 있다.

이를 구현하기 위해서는 송신 신호가 수신 경로에 간섭을 일으키지 않도록 하는 기술이 필요하다. 일반적으로 회선 기반 유선 통신에서는 별도의 선로 쌍을 사용하거나, 에코 제거 및 잡음 제거 알고리즘을 통해 신호를 분리한다. 무선 통신에서는 동일 주파수를 사용할 경우 송신기의 강력한 신호가 인접한 수신기를 압도하는 문제가 발생하므로, 물리적으로 격리된 안테나를 사용하거나 정교한 자체 간섭 제거 기술이 적용된다.

전이중 통신의 가장 큰 장점은 지연 없이 양방향 데이터 흐름이 가능하여 처리량과 반응성이 뛰어나다는 점이다. 그러나 구현 복잡도와 비용이 높으며, 특히 무선 환경에서 자체 간섭을 완벽히 제거하는 것은 기술적 난제로 남아있다. 따라서 현실에서는 대역폭과 복잡도를 고려하여 전이중, 반이중, 시분할 쌍방향 전송 방식을 상황에 따라 선택하거나 혼합하여 사용한다.

하이브리드 방식은 시분할 쌍방향 전송과 주파수 분할 쌍방향의 장점을 결합하여 네트워크 성능과 유연성을 극대화하는 접근법이다. 단일 기술만으로는 최적의 성능을 내기 어려운 복잡한 통신 환경에서, 두 방식을 적절히 조합하거나 상황에 따라 동적으로 전환하는 구조를 의미한다. 이는 특히 트래픽 패턴이 급변하거나 서비스 요구사항이 다양해지는 현대 무선 네트워크에서 중요한 해결책으로 부상했다.

구체적인 구현 형태는 다양하다. 하나의 시스템 내에서 특정 주파수 대역은 FDD를, 다른 대역은 TDD를 사용하여 운영하는 대역 분리 방식이 있다. 예를 들어, 기저국과 단말기 간의 주요 링크는 TDD로 구성하고, 제어 신호나 특수 목적의 트래픽은 FDD 전용 채널로 처리할 수 있다. 또 다른 방식은 시간 영역과 주파수 영역을 모두 다중화하는 것이다. 하나의 광대역 채널을 여러 부반송파로 나눈 후, 각 부반송파 그룹을 상향링크와 하향링크에 할당하는 방식으로, OFDMA 기술과 결합되어 사용된다.

이러한 하이브리드 방식의 주요 이점은 자원 활용의 최적화와 간섭 회피에 있다. TDD만 사용할 경우 인접 셀 간의 상하향 전환 시점 불일치로 인한 교차 간섭이 발생할 수 있다. 반면, FDD는 주파수 대역 분리로 인해 주파수 효율이 제한될 수 있다. 하이브리드 방식은 상황에 따라 더 유리한 기술을 선택 적용함으로써 이러한 단점을 상호 보완한다. 예를 들어, 도심 지역처럼 트래픽이 비대칭적이고 변화가 심한 환경에서는 TDD 모드를 주로 활용하고, 교외나 고정된 대용량 백홀 링크에는 FDD를 적용하는 식이다.

표준화 측면에서 5G NR은 하이브리드 방식을 공식적으로 지원하며, 네트워크 운영자가 단일 스펙트럼 대역에서 FDD, TDD, 또는 이들의 동적 조합을 유연하게 배치할 수 있는 프레임 구조를 정의했다[9]. 이는 네트워크 슬라이싱과 결합되어, 저지연 서비스, 대규모 기계 통신, 고속 모바일 브로드밴드 등 다양한 5G 사용 사례에 맞춤형 자원 할당을 가능하게 하는 기반이 된다.