Введение

Метод доступа к каналу для сетей, использующих общую среду передачи
метод доступа к каналу

Множественный доступ с разделением по времени (TDMA) — это метод доступа к каналу для сетей с общей средой передачи. Он позволяет нескольким пользователям совместно использовать один и тот же частотный канал, разделяя сигнал на различные временные интервалы. Пользователи передают последовательно, один за другим, каждый используя свой собственный временной слот. Это позволяет нескольким станциям совместно использовать одну и ту же среду передачи (например, радиочастотный канал), используя лишь часть её пропускной способности. Динамическая TDMA — это вариант TDMA, который динамически резервирует переменное количество временных слотов в каждом кадре для потоков данных с переменной скоростью передачи, в зависимости от потребностей в трафике каждого потока данных. TDMA используется в цифровых сотовых системах 2G, таких как Global System for Mobile Communications (GSM), IS 136, Personal Digital Cellular (PDC) и iDEN, а также в стандарте Digital Enhanced Cordless Telecommunications (DECT) для беспроводных телефонов. TDMA впервые была применена в системах спутниковой связи компанией Western Union на её спутнике связи Westar 3 в 1979 году. В настоящее время она широко используется в спутниковой связи, системах радиосвязи в боевых условиях и сетях пассивной оптической сети (PON) для передачи восходящего трафика от абонентов к оператору. TDMA является разновидностью мультиплексирования с разделением по времени (TDM), особенностью которой является наличие нескольких передатчиков вместо одного передатчика, подключенного к одному приемнику. В случае восходящей связи от мобильного телефона к базовой станции это становится особенно сложным, поскольку мобильный телефон может перемещаться и изменять задержку синхронизации, необходимую для согласования его передачи с интервалами между передачами других абонентов.

Системы 2G

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 базовой станцией команд предварительной синхронизации, которые указывают мобильному телефону, на сколько раньше необходимо начать передачу. Это компенсирует задержку распространения сигнала, вызванную скоростью радиоволн, близкой к скорости света. Мобильный телефон не может передавать в течение всего временного слота, но в конце каждого слота предусмотрен защитный интервал. По мере перехода передачи в защитный интервал, мобильная сеть корректирует предварительную синхронизацию для синхронизации передачи. Первоначальная синхронизация телефона требует особой точности. До начала передачи мобильный телефон не может определить необходимую поправку на время. Поэтому целый временной слот выделяется для мобильных телефонов, пытающихся установить связь с сетью; в GSM это называется каналом случайного доступа (RACH). Мобильный телефон пытается начать передачу в начале временного слота, как указано сетью. Если мобильный телефон находится близко к базовой станции, задержки не будет, и передача будет успешной. Однако, если мобильный телефон находится на расстоянии менее 35 км от базовой станции, задержка приведет к тому, что сигнал мобильного телефона прибудет к концу временного слота. В этом случае мобильному телефону будет дано указание начать передачу своих сообщений почти на целый временной слот раньше, чем ожидалось. Наконец, если мобильный телефон находится за пределами 35-километрового радиуса действия соты GSM, сигнал RACH прибудет в соседний временной слот и будет проигнорирован. Именно эта особенность, а не ограничения мощности, ограничивает радиус действия GSM-соты до 35 км при отсутствии специальных методов расширения зоны покрытия. Однако, изменяя синхронизацию между восходящим и нисходящим каналами на базовой станции, это ограничение можно преодолеть.

Системы 3G

Хотя большинство основных систем 3G преимущественно основаны на CDMA, в 3G-версиях доступны также дуплексирование по времени (TDD), планирование пакетов (динамическая TDMA) и схемы множественного доступа с пакетной ориентацией, которые комбинируются с CDMA для использования преимуществ обеих технологий. Несмотря на то, что наиболее распространенная форма системы UMTS 3G использует CDMA и дуплексирование по частоте (FDD) вместо TDMA, TDMA комбинируется с CDMA и дуплексированием по времени в двух стандартах UMTS UTRA.

В проводных сетях

Стандарт ITU T G.hn, обеспечивающий высокоскоростную локальную сеть по существующей домашней проводке (электропроводке, телефонным линиям и коаксиальным кабелям), основан на схеме TDMA. В G.hn "главное" устройство выделяет другим "подчиненным" устройствам в сети "окна для передачи без конкуренции" (CFTXOP). Одновременно может использовать CFTXOP только одно устройство, что позволяет избежать коллизий. Протокол FlexRay, также являющийся проводной сетью, используемой для передачи критически важной информации в современных автомобилях, использует метод TDMA для управления передачей данных.

Сравнение с другими схемами многократного доступа

В радиосистемах TDMA обычно используется совместно с множественным доступом с разделением по частоте (FDMA) и дуплексированием с разделением по частоте (FDD); эта комбинация обозначается как FDMA/TDMA/FDD. Это справедливо, например, для GSM и IS-136. Исключениями являются микросотовые системы DECT и Personal Handy phone System (PHS), вариант UMTS TDD и китайский TD-SCDMA, использующие дуплексирование по времени, при котором разные временные слоты выделяются базовой станции и абонентским устройствам на одной и той же частоте. Основное преимущество TDMA заключается в том, что радиочасть мобильного устройства должна только принимать и передавать в свой временной слот. В остальное время мобильное устройство может проводить измерения сети, обнаруживая окружающие передатчики на разных частотах. Это обеспечивает безопасную межчастотную передачу, что затруднительно в системах CDMA, не поддерживается в IS-95 и реализуется посредством сложных системных дополнений в системе универсальной мобильной связи (UMTS). Это, в свою очередь, позволяет сосуществовать микросотовым и макросотовым слоям. В отличие от этого, CDMA поддерживает "мягкую передачу", позволяющую мобильному телефону одновременно взаимодействовать с до 6 базовыми станциями, что является разновидностью "передачи на одной частоте". Входящие пакеты сравниваются по качеству, и выбирается наилучший. Характерная для CDMA особенность "клеточного дыхания", при которой терминал на границе двух перегруженных ячеек не может получить четкий сигнал, часто нивелирует это преимущество в периоды пиковой нагрузки. Недостатком систем TDMA является то, что они создают помехи на частоте, напрямую связанной с длиной временного слота. Это жужжание, которое иногда можно услышать, если телефон TDMA оставить рядом с радиоприемником или динамиками. Другой недостаток заключается в том, что "мертвое время" между временными слотами ограничивает потенциальную полосу пропускания канала TDMA. Это частично обусловлено сложностью обеспечения точной синхронизации передачи от разных терминалов. Перемещающимся абонентским устройствам необходимо постоянно корректировать временные параметры, чтобы гарантировать получение их передачи точно в нужное время, поскольку по мере удаления от базовой станции сигналу требуется больше времени для распространения. Это также означает, что основные системы TDMA имеют жесткие ограничения на размер ячеек с точки зрения дальности, хотя на практике уровни мощности, необходимые для приема и передачи на расстояниях, превышающих поддерживаемую дальность, в любом случае были бы в основном нецелесообразны.