TDMA

TDMA - многократный доступ с временным разделением, технология цифровой передачи, которая позволяет нескольким пользователям получать доступ к одному радиочастотному (RF) каналу без помех путем выделения уникальных временных интервалов каждому пользователю в каждом канале. ТDМA позволяет нескольким станциям совместно использовать один и тот же канал передачи, разделяя сигналы на разные временные интервалы. Пользователи передают с быстрой последовательностью, и каждый использует свой собственный временной интервал. Таким образом, несколько станций (например, мобильные телефоны) могут пользоваться одним и тем же частотным каналом, но использовать только часть своей мощности.

Примеры TDMA включают IS-136, персональную цифровую сотовую сеть (PDC), интегрированную цифровую расширенную сеть (iDEN) и глобальную систему мобильной связи (GSM) второго поколения (2G).

TDMA позволяет радиокомпоненту мобильной станции прослушивать и транслировать только в назначенный временной интервал. В течение оставшегося периода времени мобильная станция может применять сетевые измерения, обнаруживая окружающие передатчики на разных частотах. Эта функция позволяет межчастотную передачу обслуживания, которая отличается от множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA), где частотная передача обслуживания затруднительна. Однако CDMA позволяет осуществлять передачу обслуживания, что позволяет мобильным станциям одновременно обмениваться данными с шестью базовыми станциями.

TDMA используется в большинстве сотовых систем 2G, тогда как системы 3G основаны на CDMA. Однако TDMA остается актуальной для современных систем. Например, комбинированные TDMA, CDMA и дуплекс с временным разделением (TDD) являются универсальными системами наземного радиодоступа (UTRA), которые позволяют нескольким пользователям совместно использовать один временной интервал.

Основные особенности

Две конкурирующие технологии в радиочастотном разделении - ТDМА и СDМА. Вторая - это технология с расширенным спектром, которая позволяет одновременно использовать несколько частот. Технология кодирует каждый цифровой пакет, который он отправляет с помощью уникального ключа. Приемник CDMA отвечает только на этот ключ и может выбирать и демодулировать соответствующий сигнал.

Но большинство стандартов сотовой связи использует именно технологию ТDМА, что   делает ее номером один во всем мире.

Система TDMA предназначена для использования в самых разных средах и ситуациях: от портативного использования в офисе в центре города до мобильного пользователя, путешествующего с высокой скоростью на автостраде. Система также поддерживает множество услуг для конечного пользователя, таких как голос, данные, факс, услуги коротких сообщений и широковещательные сообщения. Она предлагает гибкий воздушный интерфейс, обеспечивающий высокую производительность по мощности, охвату и неограниченную поддержку мобильности и возможностей для обработки различных потребностей пользователей.

Как это работает?

TDMA полагается на то, что аудиосигнал оцифрован; то есть делится на несколько миллисекундных пакетов. Он выделяет один частотный канал в течение короткого времени, а затем переходит на другой канал. Цифровые отсчеты от одного передатчика занимают разные временные интервалы в нескольких диапазонах одновременно.

TDMA использует технологию доступа, в которой есть три пользователя. Каждый их них использует несущую частоту 30 кГц. Причиной выбора TDMA как основу для всех стандартов сотовой связи было то, что она позволяет использовать некоторые важные функции для работы системы в передовой сотовой или PCS-среде. Сегодня TDMA - это доступная, хорошо зарекомендовавшая себя техника в коммерческой эксплуатации во многих системах.

Чтобы проиллюстрировать этот процесс, рассмотрим следующую ситуацию. Припустим мы имеем четыре разных одновременных беседы.

Один канал может выполнять все четыре сеанса связи, если каждый разговор делится на относительно короткие фрагменты, назначается временной интервал и передается в синхронизированных временных пакетах. После того, как данные в течение четвертого времени переданы, процесс повторяется.

Фактически, реализации TDMA IS-54 и IS-136 сразу утроили пропускную способность сотовых частот, разделив канал 30 кГц на три временных интервала, что позволило трем различным пользователям занять его в одно и то же время. В настоящее время существуют системы, обеспечивающие пропускную способность в шесть раз больше. В будущем с использованием иерархических ячеек, интеллектуальных антенн и адаптивного распределения каналов емкость должна достигать 40-кратной аналоговой емкости.

Расширенный TDMA

TDMA существенно улучшил эффективность аналоговой сотовой связи. Однако, как и FDMA, у него была слабость, что он тратил впустую полосу пропускания: временной интервал был выделен для конкретной беседы независимо от того, говорил ли кто-либо в тот момент.

Расширенная версия TDMA (ETDMA), разработанная Хьюзом, пытается исправить эту проблему. Вместо ожидания, чтобы определить, передает ли абонент информацию, ETDMA динамически назначает абонентов. Когда абонентам есть что передать, они помещают один бит в очередь буфера. Система сканирует буфер, замечает, что пользователь хочет что-то передать, и соответственно распределяет пропускную способность. Если абоненту нечего передавать, очередь просто переходит к следующему абоненту. Таким образом, вместо того, чтобы быть произвольно назначенным, время распределяется в соответствии с потребностью. Если партнеры в телефонном разговоре не говорят друг с другом, этот метод может почти удвоить спектральную эффективность TDMA, что делает его почти в 10 раз более эффективным, чем аналоговая передача.

Преимущества

В дополнение к повышению эффективности передачи, ТDМА предлагает ряд других преимуществ по сравнению со стандартными технологиями. Прежде всего, она легко адаптируется к передаче данных, а также к голосовой связи. TDMA предлагает возможность передачи информации со скоростью от 64 кбит/с до 120 Мбит/с. Это позволяет поставщикам услуг предлагать различные коммуникационные услуги, включая факс, голосовые данные и услуги коротких текстовых сообщений, а также приложения с интенсивным использованием полосы пропускания, такие как мультимедиа и видеоконференции.

В отличие от методов расширенного спектра, которые могут пострадать от помех между пользователями, все из которых находятся в одном и том же диапазоне частот и одновременно передают, технология TDMA, которая отделяет пользователей во времени, гарантирует, что они не будут испытывать помехи от других одновременных передач.

Системы TDMA обеспечивают существенную экономию в оборудовании, пространстве и обслуживании базовой станции, что является важным фактором увеличения размеров ячеек.

TDMA - самая экономичная технология для модернизации существующей аналоговой системы до цифровой.

TDMA - единственная технология, которая предлагает эффективное использование иерархических структур ячеек (HCS), предлагающих пико, микро и макроячейки. HCS позволяют охватить систему для адаптации к определенным потребностям в трафике и обслуживании. Используя этот подход, возможности системы более чем в 40 раз AMPS могут быть достигнуты экономически эффективным способом.

Недостатки

Главным недостатком ТDМА является то, что все имеют предопределенные временные интервалы. Тем не менее, пользователи, перемещающиеся из одной ячейки в другую, не выделяют временной интервал. Таким образом, если все временные интервалы в следующей ячейке уже заняты, вызов может быть отключен. Аналогично, если все временные интервалы в ячейке, в которой находится пользователь, уже заняты, пользователь не получит тональный сигнал ответа станции.

Еще одна проблема с TDMA заключается в том, что она подвергается многолучевому искажению. Сигнал, поступающий от вышки, может исходить из любого из нескольких направлений. Он мог бы отскочить от нескольких разных зданий до прибытия, которые могут вызвать помехи.

Один из способов обойти это вмешательство - установить ограничение по времени на систему. Система будет предназначена для приема и обработки сигнала в течение определенного срока. По истечении срока действия система игнорирует сигналы. Чувствительность системы зависит от того, насколько она обрабатывает многолучевые частоты. Даже в тысячные доли секунд эти многолучевые сигналы вызывают проблемы.

Все сотовые архитектуры, будь то микросотовые или макроячейки, имеют уникальный набор проблем распространения. Макроэлементы особенно страдают от потери многолучевого сигнала - явления, обычно возникающего на клеточных полосах, где отражение и преломление могут ослабить или отменить сигнал.

ТDМА в сравнении с СDМА

С момента внедрения CDMA в 1989г. мир беспроводной связи был занят дебатами над относительными достоинствами этих двух технологий. Сторонники CDMA заявили, что эффективность полосы пропускания в 13 раз превышает пропускную способность TDMA и от 20 до 40 раз больше, чем у аналоговой передачи. Кроме того, они отмечают, что его технология с расширенным спектром является более безопасной и обеспечивает более высокое качество передачи, чем TDMA, из-за ее повышенной устойчивости к искажению многолучевого распространения.

Защитники TDMA, с другой стороны, отмечают, что до настоящего времени не было успешных крупных испытаний технологии CDMA, которые поддерживают требования к мощности. Более того, они отмечают, что к теоретическим улучшениям эффективности полосы пропускания, заявленным для CDMA, в настоящее время обращаются усовершенствования технологии TDMA. Эволюция TDMA позволит увеличить мощность в 20-40 раз по сравнению с аналоговым в ближайшем будущем. Это в сочетании с гораздо более дорогостоящей технологией, необходимой для CDMA (300 000 долл. США на базовую станцию по сравнению с 80 000 долл. Для TDMA), ставит под сомнение то, что может предложить реальная экономия технологии CDMA. До сих пор ISMA-TDMA был признанным лидером как самый экономичный путь цифровой миграции для существующей сети AMPS.

Мы все еще не имеем окончательного слова в этой дискуссии. Однако представляется очевидным, что, по крайней мере, в ближайшем будущем TDMA останется доминирующей технологией на рынке беспроводной связи.