Множественный доступ с временным разделением каналов ( TDMA ) — это метод доступа к каналу для сетей с разделяемой средой . Это позволяет нескольким пользователям использовать один и тот же частотный канал путем разделения сигнала на разные временные интервалы. [1] Пользователи передают данные в быстрой последовательности, один за другим, каждый используя свой собственный временной интервал. Это позволяет нескольким станциям совместно использовать одну и ту же среду передачи (например, радиочастотный канал), используя при этом только часть пропускной способности своего канала . Динамическая TDMA — это вариант TDMA, который динамически резервирует переменное количество временных интервалов в каждом кадре для потоков данных с переменной скоростью передачи данных в зависимости от потребности в трафике каждого потока данных.
TDMA используется в цифровых сотовых системах 2G , таких как Глобальная система мобильной связи (GSM), IS-136 , Personal Digital Cellular (PDC) и iDEN , а также в стандарте улучшенной цифровой беспроводной связи (DECT) для портативных телефонов . Впервые TDMA был использован в системах спутниковой связи компанией Western Union на спутнике связи Westar 3 в 1979 году. В настоящее время он широко используется в спутниковой связи, [2] [3] [4] [5] системах боевой радиосвязи и пассивных оптических системах связи. сетевые (PON) сети для восходящего трафика от помещений к оператору.
TDMA — это тип мультиплексирования с временным разделением каналов (TDM), особенностью которого является то, что вместо одного передатчика , подключенного к одному приемнику , имеется несколько передатчиков. В случае восходящей линии связи от мобильного телефона к базовой станции это становится особенно трудным, поскольку мобильный телефон может перемещаться и изменять задержку синхронизации , необходимую для того, чтобы его передача соответствовала перерыву в передаче от его одноранговых узлов.
Большинство сотовых систем 2G, за исключением IS-95 , основаны на TDMA. GSM , D-AMPS , PDC , iDEN и PHS являются примерами сотовых систем TDMA.
В системе GSM синхронизация мобильных телефонов достигается путем отправки команд опережения по времени с базовой станции, которые инструктируют мобильный телефон начать передачу раньше и на сколько. Это компенсирует задержку распространения, обусловленную световой скоростью радиоволн. Мобильному телефону не разрешено осуществлять передачу в течение всего временного интервала, но в конце каждого временного интервала имеется защитный интервал . Когда передача переходит в защитный период, мобильная сеть корректирует опережение синхронизации для синхронизации передачи.
Первоначальная синхронизация телефона требует еще большей внимательности. Прежде чем мобильный телефон начнет передачу, невозможно узнать необходимое смещение. По этой причине весь временной интервал должен быть выделен для мобильных телефонов, пытающихся связаться с сетью; в GSM это известно как канал произвольного доступа (RACH). Мобильное устройство пытается осуществлять трансляцию в начале временного интервала, полученного из сети. Если мобильный телефон находится рядом с базовой станцией, временной задержки не будет и это удастся. Однако если мобильный телефон находится на расстоянии менее 35 км от базовой станции, временная задержка будет означать, что вещание мобильного телефона прибудет в самый конец временного интервала. В этом случае мобильному устройству будет дано указание транслировать свои сообщения, начиная почти на целый временной интервал раньше, чем можно было бы ожидать в противном случае. Наконец, если мобильный телефон находится за пределами диапазона сотовой связи GSM 35 км, то RACH прибудет в соседний временной интервал и будет проигнорирован. Именно эта особенность, а не ограничения мощности, ограничивает дальность действия соты GSM до 35 км, когда не используются специальные методы расширения. Однако путем изменения синхронизации между восходящей и нисходящей линиями связи на базовой станции это ограничение можно преодолеть. [ нужна цитата ]
Хотя большинство основных систем 3G в основном основаны на CDMA , [6] дуплексная связь с временным разделением (TDD), планирование пакетов (динамическое TDMA) и схемы пакетно-ориентированного множественного доступа доступны в форме 3G в сочетании с CDMA, чтобы воспользоваться преимуществами обе технологии.
Хотя наиболее популярная форма системы UMTS 3G использует CDMA и дуплексную связь с частотным разделением каналов (FDD) вместо TDMA, TDMA сочетается с CDMA и дуплексной связью с временным разделением в двух стандартных UMTS UTRA.
Стандарт ITU -T G.hn , который обеспечивает высокоскоростную локальную сеть по существующей домашней проводке (линии электропередачи, телефонные линии и коаксиальные кабели), основан на схеме TDMA. В G.hn «главное» устройство распределяет «возможности бесконфликтной передачи» (CFTXOP) другим «подчиненным» устройствам в сети. Одновременно только одно устройство может использовать CFTXOP, что позволяет избежать конфликтов. Протокол FlexRay , который также является проводной сетью, используемой для критически важной для безопасности связи в современных автомобилях, использует метод TDMA для управления передачей данных.
В радиосистемах TDMA обычно используется вместе с множественным доступом с частотным разделением каналов (FDMA) и дуплексом с частотным разделением каналов (FDD); эта комбинация называется FDMA/TDMA/FDD. Это имеет место, например, как в GSM, так и в IS-136. Исключениями из этого правила являются микросотовые системы DECT и Personal Handy-phone System (PHS), вариант UMTS-TDD UMTS и китайская TD-SCDMA , в которых используется дуплексная связь с временным разделением каналов, при которой для базовой станции выделяются разные временные интервалы. трубки на той же частоте.
Основным преимуществом TDMA является то, что радиочасти мобильного телефона необходимо слушать и транслировать только в своем собственном временном интервале. В остальное время мобиль может проводить измерения в сети, обнаруживая окружающие передатчики на разных частотах. Это обеспечивает безопасную межчастотную передачу обслуживания , что сложно в системах CDMA, вообще не поддерживается в IS-95 и поддерживается посредством сложных системных дополнений в универсальной системе мобильной связи (UMTS). Это, в свою очередь, позволяет сосуществовать слоям микроячеек со слоями макроячеек .
CDMA, напротив, поддерживает «мягкую передачу обслуживания», которая позволяет мобильному телефону одновременно поддерживать связь с 6 базовыми станциями, что является разновидностью «передачи обслуживания на той же частоте». Входящие пакеты сравниваются по качеству и выбирается лучший. Характеристика CDMA «дыхания ячейки», когда терминал на границе двух перегруженных ячеек не может принимать четкий сигнал, часто может свести на нет это преимущество в периоды пиковой нагрузки.
Недостатком систем TDMA является то, что они создают помехи на частоте, которая напрямую связана с длиной временного интервала. Это гул, который иногда можно услышать, если оставить телефон TDMA рядом с радио или динамиками. [7] Еще одним недостатком является то, что «мертвое время» между временными интервалами ограничивает потенциальную пропускную способность канала TDMA. Они реализованы частично из-за сложности обеспечения передачи данных разными терминалами точно в необходимое время. Мобильным телефонам, которые перемещаются, необходимо будет постоянно корректировать свои тайминги, чтобы гарантировать, что их передача будет принята точно в нужное время, поскольку по мере удаления от базовой станции их сигналу будет требоваться больше времени для доставки. Это также означает, что основные системы TDMA имеют жесткие ограничения на размеры ячеек с точки зрения дальности, хотя на практике уровни мощности, необходимые для приема и передачи на расстояния, превышающие поддерживаемый диапазон, в любом случае будут в большинстве случаев непрактичны.
При динамическом множественном доступе с временным разделением каналов ( динамический TDMA ) алгоритм планирования динамически резервирует переменное количество временных интервалов в каждом кадре для потоков данных с переменной скоростью передачи данных в зависимости от потребности в трафике каждого потока данных. Динамический TDMA используется в