Zeitmultiplex-Mehrfachzugriff - Time-division multiple access

TDMA-Rahmenstruktur, die einen in Rahmen unterteilten Datenstrom und diese in Zeitschlitze unterteilten Rahmen zeigt

Time-Division Multiple Access ( TDMA ) ist ein Kanalzugriffsverfahren für Netzwerke mit gemeinsam genutzten Medien. Es ermöglicht mehreren Benutzern, denselben Frequenzkanal zu teilen, indem das Signal in verschiedene Zeitschlitze unterteilt wird. Die Benutzer senden in schneller Folge nacheinander, wobei jeder seinen eigenen Zeitschlitz verwendet. Dies ermöglicht es mehreren Stationen, sich das gleiche Übertragungsmedium (zB Radiofrequenzkanal) zu teilen, während sie nur einen Teil ihrer Kanalkapazität nutzen . Dynamisches TDMA ist eine TDMA-Variante, die basierend auf dem Verkehrsbedarf jedes Datenstroms dynamisch eine variable Anzahl von Zeitschlitzen in jedem Rahmen für Datenströme mit variabler Bitrate reserviert.

TDMA wird in den digitalen 2G- Mobilfunksystemen wie Global System for Mobile Communications (GSM), IS-136 , Personal Digital Cellular (PDC) und iDEN sowie im Digital Enhanced Cordless Telecommunications (DECT)-Standard für tragbare Telefone verwendet . TDMA wurde zuerst verwendet , Satellitenkommunikationssystem durch Western Union in seinen Westar 3 Kommunikationssatelliten in 1979. Es ist nun weitgehend in der Satellitenkommunikation verwendet wird, combat-net Funksysteme und passives optisches Netzwerk (PON) Netzwerke für die Upstream - Datenverkehr von Räumlichkeiten des Operator.

TDMA ist eine Art von Zeitmultiplex (TDM), mit der Besonderheit, dass statt eines Senders an einem Empfänger mehrere Sender vorhanden sind. Im Fall der Aufwärtsstrecke von einem Mobiltelefon zu einer Basisstation wird dies besonders schwierig, da sich das Mobiltelefon bewegen und den Zeitvorlauf variieren kann, der erforderlich ist, um seine Übertragung an die Übertragungslücke von seinen Peers anzupassen.

Eigenschaften

Teilt eine Trägerfrequenz mit mehreren Benutzern
Nicht-kontinuierliche Übertragung macht die Übergabe einfacher
Slots können bei Bedarf in dynamischem TDMA zugewiesen werden
Weniger strenge Leistungssteuerung als CDMA aufgrund geringerer zellinterner Interferenzen
Höherer Synchronisations-Overhead als CDMA
Für hohe Datenraten kann eine erweiterte Entzerrung erforderlich sein, wenn der Kanal "frequenzselektiv" ist und Intersymbol-Interferenzen erzeugt
Die Zellatmung (das Ausleihen von Ressourcen von benachbarten Zellen) ist komplizierter als bei CDMA
Komplexität der Frequenz-/Slotzuweisung
Pulsierende Energiehülle: Interferenz mit anderen Geräten

In Mobiltelefonsystemen

2G-Systeme

Die meisten zellularen 2G-Systeme, mit der bemerkenswerten Ausnahme von IS-95 , basieren auf TDMA. GSM , D-AMPS , PDC , iDEN und PHS sind Beispiele für zellulare TDMA-Systeme.

Im GSM-System wird die Synchronisation der Mobiltelefone durch Senden von Timing-Advance-Befehlen von der Basisstation erreicht, die das Mobiltelefon anweist, früher und um wie viel zu senden. Dies kompensiert die Ausbreitungsverzögerung, die sich aus der Lichtgeschwindigkeit von Funkwellen ergibt. Das Mobiltelefon darf nicht für seinen gesamten Zeitschlitz senden, jedoch gibt es am Ende jedes Zeitschlitzes ein Schutzintervall . Wenn sich die Übertragung in die Schutzperiode bewegt, passt das Mobilfunknetz den Zeitvorlauf an, um die Übertragung zu synchronisieren.

Die anfängliche Synchronisation eines Telefons erfordert noch mehr Sorgfalt. Bevor ein Mobiltelefon sendet, gibt es keine Möglichkeit, den erforderlichen Offset tatsächlich zu kennen. Aus diesem Grund muss ein ganzer Zeitschlitz für Mobiltelefone reserviert werden, die versuchen, das Netzwerk zu kontaktieren; dies ist bei GSM als Random-Access-Channel (RACH) bekannt. Das Mobiltelefon versucht, am Anfang des Zeitschlitzes zu senden, wie er vom Netz empfangen wird. Befindet sich das Mobiltelefon neben der Basisstation, gibt es keine Zeitverzögerung und dies gelingt. Befindet sich das Mobiltelefon jedoch nur knapp 35 km von der Basisstation entfernt, kommt die Übertragung des Mobiltelefons aufgrund der Zeitverzögerung ganz am Ende des Zeitschlitzes an. In diesem Fall wird das Mobiltelefon angewiesen, seine Nachrichten fast einen ganzen Zeitschlitz früher als sonst erwartet zu beginnen, zu senden. Wenn sich das Mobiltelefon schließlich außerhalb der 35 km-Zellreichweite in GSM befindet, wird der RACH in einem benachbarten Zeitschlitz ankommen und ignoriert werden. Es ist dieses Merkmal und nicht die Beschränkung der Leistung, die die Reichweite einer GSM-Zelle auf 35 km begrenzt, wenn keine speziellen Erweiterungstechniken verwendet werden. Durch Ändern der Synchronisation zwischen Uplink und Downlink an der Basisstation kann diese Einschränkung jedoch überwunden werden.

3G-Systeme

Obwohl die meisten großen 3G-Systeme hauptsächlich auf CDMA basieren , sind Time-Division-Duplexing (TDD), Paketplanung (dynamisches TDMA) und paketorientierte Mehrfachzugriffsschemata in 3G-Form verfügbar, kombiniert mit CDMA, um die Vorteile beider Technologien zu nutzen.

Während die beliebteste Form des UMTS- 3G-Systems CDMA und Frequenzduplex (FDD) anstelle von TDMA verwendet, wird TDMA mit CDMA und Zeitduplex in zwei Standard-UMTS-UTRA kombiniert.

In kabelgebundenen Netzwerken

Der ITU-T G.hn- Standard, der Hochgeschwindigkeits-Local Area Networking über vorhandene Hausverkabelung (Stromleitungen, Telefonleitungen und Koaxialkabel) bereitstellt, basiert auf einem TDMA-Schema. In G.hn weist ein "Master"-Gerät "Contention-Free Transmission Opportunities" (CFTXOP) anderen "Slave"-Geräten im Netzwerk zu. Es kann jeweils nur ein Gerät ein CFTXOP verwenden, wodurch Kollisionen vermieden werden. Das FlexRay- Protokoll, das auch ein kabelgebundenes Netzwerk für die sicherheitskritische Kommunikation in modernen Autos ist, verwendet das TDMA-Verfahren zur Steuerung der Datenübertragung.

Vergleich mit anderen Mehrfachzugriffsverfahren

In Funksystemen wird TDMA normalerweise neben dem Frequenzmultiplex (FDMA) und dem Frequenzduplex (FDD) verwendet; die Kombination wird als FDMA/TDMA/FDD bezeichnet. Dies ist beispielsweise sowohl bei GSM als auch bei IS-136 der Fall. Ausnahmen davon sind die Mikrozellularsysteme DECT und Personal Handy-Phone System (PHS), die UMTS-TDD- UMTS-Variante und Chinas TD-SCDMA , die Zeitduplex verwenden, bei dem der Basisstation unterschiedliche Zeitschlitze zugewiesen werden und Mobilteile auf der gleichen Frequenz.

Ein großer Vorteil von TDMA besteht darin, dass der Funkteil des Mobiltelefons nur für seinen eigenen Zeitschlitz zuhören und senden muss. In der restlichen Zeit kann das Handy Messungen im Netz durchführen und umliegende Sender auf unterschiedlichen Frequenzen erkennen. Dies ermöglicht sichere Zwischenfrequenz- Übergaben , etwas, das in CDMA-Systemen schwierig ist, in IS-95 überhaupt nicht unterstützt wird und durch komplexe Systemergänzungen in Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) unterstützt wird. Dies ermöglicht wiederum die Koexistenz von Mikrozellenschichten mit Makrozellenschichten .

CDMA unterstützt im Vergleich dazu "Soft Hand-Off", das es einem Mobiltelefon ermöglicht, gleichzeitig mit bis zu 6 Basisstationen zu kommunizieren, eine Art "Same-Frequency Handover". Die eingehenden Pakete werden hinsichtlich ihrer Qualität verglichen und das beste ausgewählt. Die "Zellatmung"-Eigenschaft von CDMA, bei der ein Terminal an der Grenze zweier überlasteter Zellen kein klares Signal empfangen kann, kann diesen Vorteil während Spitzenzeiten oft zunichte machen.

Ein Nachteil von TDMA-Systemen besteht darin, dass sie Interferenzen bei einer Frequenz erzeugen, die direkt mit der Zeitschlitzlänge verbunden ist. Dies ist das Summen, das manchmal zu hören ist, wenn ein TDMA-Telefon neben einem Radio oder Lautsprechern abgestellt wird. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die "Totzeit" zwischen Zeitschlitzen die potentielle Bandbreite eines TDMA-Kanals begrenzt. Diese werden teilweise aufgrund der Schwierigkeit implementiert, sicherzustellen, dass verschiedene Endgeräte genau zu den erforderlichen Zeiten senden. Mobilteile, die sich in Bewegung befinden, müssen ihre Timings ständig anpassen, um sicherzustellen, dass ihre Übertragung genau zum richtigen Zeitpunkt erfolgt, da ihr Signal mit zunehmender Entfernung von der Basisstation länger braucht, um anzukommen. Dies bedeutet auch, dass die großen TDMA-Systeme hinsichtlich der Reichweite harte Grenzen für die Zellgröße haben, obwohl die zum Empfangen und Senden über Entfernungen, die größer als die unterstützte Reichweite ist, erforderlichen Leistungspegel in der Praxis sowieso meistens unpraktisch wären.

Dynamisches TDMA

Beim dynamischen Zeitmultiplex-Mehrfachzugriff ( dynamischer TDMA ) reserviert ein Planungsalgorithmus dynamisch eine variable Anzahl von Zeitschlitzen in jedem Rahmen für Datenströme mit variabler Bitrate basierend auf der Verkehrsnachfrage jedes Datenstroms. Dynamisches TDMA wird verwendet in

Siehe auch

Duplex (Telekommunikation) – Kommunikation fließt in beide Richtungen
Link 16 – Militärisches taktisches Datenaustauschnetzwerk der NATO, das TDMA verwendet

Verweise

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