Acceso múltiple por división de tiempo - Time-division multiple access

Este artículo trata sobre el método de acceso al canal. Para conocer el estándar obsoleto de telefonía móvil de EE. UU. Y Canadá que utiliza TDMA para controlar el acceso al canal, consulte AMPS digitales .
Estructura de trama TDMA que muestra un flujo de datos dividido en tramas y esas tramas divididas en intervalos de tiempo.

El acceso múltiple por división de tiempo ( TDMA ) es un método de acceso a canales para redes de medios compartidos. Permite que varios usuarios compartan el mismo canal de frecuencia dividiendo la señal en diferentes intervalos de tiempo. Los usuarios transmiten en rápida sucesión, uno tras otro, cada uno utilizando su propia franja horaria. Esto permite que varias estaciones compartan el mismo medio de transmisión (por ejemplo, un canal de radiofrecuencia) mientras usan solo una parte de su capacidad de canal . La TDMA dinámica es una variante de TDMA que reserva dinámicamente un número variable de intervalos de tiempo en cada trama para flujos de datos de velocidad de bits variable, en función de la demanda de tráfico de cada flujo de datos.

TDMA se utiliza en los sistemas celulares digitales 2G como el Sistema Global para Comunicaciones Móviles (GSM), IS-136 , Celular Digital Personal (PDC) e iDEN , y en el estándar de Telecomunicaciones Inalámbricas Mejoradas Digitales (DECT) para teléfonos portátiles . TDMA fue utilizado por primera vez en sistemas de comunicación por satélite por Western Union en su satélite de comunicaciones Westar 3 en 1979. Ahora se utiliza ampliamente en comunicaciones por satélite, sistemas de radio de red de combate y redes de redes ópticas pasivas (PON) para el tráfico ascendente desde las instalaciones hasta el operador.

TDMA es un tipo de multiplexación por división de tiempo (TDM), con el punto especial de que en lugar de tener un transmisor conectado a un receptor , hay varios transmisores. En el caso del enlace ascendente desde un teléfono móvil a una estación base, esto se vuelve particularmente difícil porque el teléfono móvil puede moverse y variar el avance de tiempo requerido para hacer que su transmisión coincida con la brecha en la transmisión de sus pares.

Caracteristicas

  • Comparte una sola frecuencia portadora con varios usuarios
  • La transmisión no continua simplifica la transferencia
  • Las ranuras se pueden asignar a pedido en TDMA dinámico
  • Control de potencia menos estricto que CDMA debido a la reducción de la interferencia intracelular
  • Mayor sobrecarga de sincronización que CDMA
  • La ecualización avanzada puede ser necesaria para altas velocidades de datos si el canal es "selectivo en frecuencia" y crea interferencia entre símbolos.
  • La respiración celular (tomar prestados recursos de las células adyacentes) es más complicada que en CDMA
  • Complejidad de asignación de frecuencia / intervalo
  • Envolvente de potencia pulsante: interferencia con otros dispositivos

En sistemas de telefonía móvil

Sistemas 2G

La mayoría de los sistemas celulares 2G, con la notable excepción del IS-95 , se basan en TDMA. GSM , D-AMPS , PDC , iDEN y PHS son ejemplos de sistemas celulares TDMA.

En el sistema GSM, la sincronización de los teléfonos móviles se logra enviando órdenes de avance de temporización desde la estación base que indica al teléfono móvil que transmita antes y por cuánto. Esto compensa el retardo de propagación resultante de la velocidad de la luz de las ondas de radio. El teléfono móvil no puede transmitir durante todo su intervalo de tiempo, pero hay un intervalo de guarda al final de cada intervalo de tiempo. A medida que la transmisión pasa al período de guarda, la red móvil ajusta el avance de tiempo para sincronizar la transmisión.

La sincronización inicial de un teléfono requiere aún más cuidado. Antes de que un móvil transmita, no hay forma de saber realmente el desplazamiento requerido. Por esta razón, se debe dedicar un intervalo de tiempo completo a los móviles que intentan ponerse en contacto con la red; esto se conoce como canal de acceso aleatorio (RACH) en GSM. El móvil intenta transmitir al comienzo del intervalo de tiempo, tal como se recibe de la red. Si el móvil está ubicado al lado de la estación base, no habrá demora de tiempo y esto tendrá éxito. Sin embargo, si el teléfono móvil está a menos de 35 km de la estación base, el retraso de tiempo significará que la transmisión del móvil llega al final de la franja horaria. En ese caso, se le indicará al móvil que transmita sus mensajes comenzando casi un intervalo de tiempo completo antes de lo que se esperaría de otro modo. Finalmente, si el móvil está más allá del rango de celda de 35 km en GSM, entonces el RACH llegará a un intervalo de tiempo vecino y será ignorado. Es esta característica, más que las limitaciones de potencia, la que limita el alcance de una celda GSM a 35 km cuando no se utilizan técnicas especiales de extensión. Sin embargo, cambiando la sincronización entre el enlace ascendente y el enlace descendente en la estación base, esta limitación puede superarse.

Sistemas 3G

Aunque la mayoría de los principales sistemas 3G se basan principalmente en CDMA , la duplexación por división de tiempo (TDD), la programación de paquetes (TDMA dinámica) y los esquemas de acceso múltiple orientados a paquetes están disponibles en formato 3G, combinados con CDMA para aprovechar los beneficios de ambas tecnologías.

Mientras que la forma más popular del sistema UMTS 3G utiliza CDMA y duplexación por división de frecuencia (FDD) en lugar de TDMA, TDMA se combina con CDMA y duplexación por división de tiempo en dos UMTS UTRA estándar.

En redes cableadas

El estándar ITU-T G.hn , que proporciona redes de área local de alta velocidad sobre el cableado doméstico existente (líneas eléctricas, líneas telefónicas y cables coaxiales) se basa en un esquema TDMA. En G.hn , un dispositivo "maestro" asigna "Oportunidades de transmisión sin conflictos" (CFTXOP) a otros dispositivos "esclavos" en la red. Solo un dispositivo puede usar un CFTXOP a la vez, evitando así colisiones. El protocolo FlexRay , que también es una red cableada que se utiliza para comunicaciones críticas para la seguridad en los automóviles modernos, utiliza el método TDMA para el control de la transmisión de datos.

Comparación con otros esquemas de acceso múltiple

En los sistemas de radio, TDMA se usa generalmente junto con el acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA) y el dúplex por división de frecuencia (FDD); la combinación se denomina FDMA / TDMA / FDD. Este es el caso tanto en GSM como en IS-136, por ejemplo. Las excepciones a esto incluyen los sistemas microcelulares DECT y Personal Handy-phone System (PHS) , la variante UMTS-TDD UMTS y el TD-SCDMA de China , que utilizan duplexación por división de tiempo, donde se asignan diferentes intervalos de tiempo para la estación base y terminales en la misma frecuencia.

Una de las principales ventajas de TDMA es que la parte de radio del móvil solo necesita escuchar y transmitir en su propia franja horaria. Durante el resto del tiempo, el móvil puede realizar mediciones en la red, detectando transmisores circundantes en diferentes frecuencias. Esto permite traspasos seguros entre frecuencias , algo que es difícil en los sistemas CDMA, no se admite en absoluto en IS-95 y se admite mediante complejas adiciones al sistema en el Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS). Esto, a su vez, permite la coexistencia de capas de microcélulas con capas de macrocélulas .

CDMA, en comparación, admite el "traspaso suave" que permite que un teléfono móvil se comunique con hasta 6 estaciones base simultáneamente, un tipo de "traspaso en la misma frecuencia". Se compara la calidad de los paquetes entrantes y se selecciona el mejor. La característica de "respiración celular" de CDMA, donde un terminal en el límite de dos células congestionadas no podrá recibir una señal clara, a menudo puede anular esta ventaja durante los períodos pico.

Una desventaja de los sistemas TDMA es que crean interferencias a una frecuencia que está directamente conectada a la longitud del intervalo de tiempo. Este es el zumbido que a veces se puede escuchar si se deja un teléfono TDMA junto a una radio o altavoces. Otra desventaja es que el "tiempo muerto" entre intervalos de tiempo limita el ancho de banda potencial de un canal TDMA. Estos se implementan en parte debido a la dificultad de asegurar que diferentes terminales transmitan exactamente en los tiempos requeridos. Los teléfonos que se mueven necesitarán ajustar constantemente sus tiempos para garantizar que su transmisión se reciba en el momento preciso, porque a medida que se alejan de la estación base, su señal tardará más en llegar. Esto también significa que los principales sistemas TDMA tienen límites estrictos en el tamaño de las celdas en términos de rango, aunque en la práctica los niveles de potencia requeridos para recibir y transmitir a distancias mayores que el rango admitido serían prácticamente imprácticos de todos modos.

TDMA dinámico

En el acceso múltiple dinámico por división de tiempo ( TDMA dinámico ), un algoritmo de programación reserva dinámicamente un número variable de intervalos de tiempo en cada cuadro para flujos de datos de velocidad de bits variable, en función de la demanda de tráfico de cada flujo de datos. TDMA dinámico se utiliza en

Ver también

Referencias