Acceso múltiple por división de tiempo

Estructura de marco TDMA que muestra una secuencia de datos dividida en marcos y esos marcos divididos en ranuras de tiempo

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 franjas horarias. Los usuarios transmiten en rápida sucesión, uno tras otro, cada uno utilizando su propio intervalo de tiempo. 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. TDMA dinámico es una variante de TDMA que reserva dinámicamente un número variable de intervalos de tiempo en cada trama para flujos de datos de tasa 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 que su transmisión coincida. la brecha en la transmisión de sus pares.

Características

• Comparta frecuencia de un solo portador con múltiples usuarios
• Transmisión no continua hace más sencillo el desvío
• Las ranuras se pueden asignar a la demanda en TDMA dinámica
• Control de potencia menos estricto que CDMA debido a la reducción de la interferencia intracelular
• Más alta sincronización que CDMA
• La ecualización avanzada puede ser necesaria para altas tasas de datos si el canal es "e selectivo de frecuencias" y crea interferencia Intersymbol
• La respiración celular (recursos de préstamo de células adyacentes) es más complicada que en CDMA
• Complejidad de asignación de frecuencias/eslot
• Sobre 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 de 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 mediante el envío de comandos de avance de tiempo desde la estación base que le indica al teléfono móvil que transmita antes y cuánto. Esto compensa el retraso 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 guardia al final de cada intervalo de tiempo. A medida que la transmisión entra en el período de guardia, 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 la compensación requerida. Por ello, hay que dedicar una franja horaria completa a los móviles que intentan contactar con la red; esto se conoce como canal de acceso aleatorio (RACH) en GSM. El móvil intenta emitir al principio de la franja horaria, tal como lo 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 una franja horaria vecina y será ignorado. Es esta característica, más que las limitaciones de potencia, lo que limita el alcance de una celda GSM a 35 km cuando no se utilizan técnicas de extensión especiales. Sin embargo, cambiando la sincronización entre el enlace ascendente y el enlace descendente en la estación base, se puede superar esta limitación.

Sistemas 3G

Aunque la mayoría de los principales sistemas 3G se basan principalmente en CDMA, la duplicación 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 dúplex por división de frecuencia (FDD) en lugar de TDMA, TDMA se combina con CDMA y dúplex 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 a través del cableado doméstico existente (líneas eléctricas, líneas telefónicas y cables coaxiales), se basa en un esquema TDMA. En G.hn, un "maestro" el dispositivo asigna "Oportunidades de transmisión sin contención" (CFTXOP) a otro "esclavo" dispositivos 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 las 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 dúplex por división de tiempo, donde se asignan diferentes intervalos de tiempo para la estación base y los teléfonos en la misma frecuencia.

Una gran ventaja de TDMA es que la parte de radio del móvil solo necesita escuchar y transmitir en su propio intervalo de tiempo. El resto del tiempo, el móvil puede realizar mediciones en la red, detectando los transmisores circundantes en diferentes frecuencias. Esto permite traspasos seguros entre frecuencias, algo que es difícil en los sistemas CDMA, no soportado en absoluto en IS-95 y soportado a través de adiciones complejas al 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 "transferencia suave" que permite que un teléfono móvil esté en comunicación con hasta 6 estaciones base simultáneamente, un tipo de 'traspaso de la misma frecuencia'. Se compara la calidad de los paquetes entrantes y se selecciona el mejor. La 'respiración celular' de CDMA característica, donde un terminal en el límite de dos celdas 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 en una frecuencia que está directamente relacionada con la duración del intervalo de tiempo. Este es el zumbido que a veces se puede escuchar si un teléfono TDMA se deja junto a una radio o parlantes. 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 garantizar 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 exactamente en el momento adecuado, ya que a medida que se alejan de la estación base, la 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 necesarios para recibir y transmitir a distancias mayores que el rango admitido serían poco prácticos de todos modos.

TDMA dinámico

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

• HIPERLAN/2 red de radio de banda ancha.
• IEEE 802.16a WiMax
• Bluetooth
• Radios militares / Enlace de datos tácticos
• TD-SCDMA
• ITU-T G.hn
• Simulación de enlaces TDMA / DTMA