時分割多元接続

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フレームに分割されたデータストリームとタイムスロットに分割されたフレームを示すTDMAフレーム構造

時分割多元接続TDMA)は、共有メディアネットワークのチャネルアクセス方法です。信号を異なるタイムスロットに分割することにより、複数のユーザーが同じ周波数チャネルを共有できるようにします。[1]ユーザーは、それぞれ独自のタイムスロットを使用して、次々とすばやく連続して送信します。これにより、複数のステーションが同じ伝送媒体(無線周波数チャネルなど)を共有しながら、そのチャネル容量の一部のみを使用できます。動的TDMAは、各データストリームのトラフィック需要に基づいて、各フレーム内の可変数のタイムスロットを可変ビットレートデータストリームに動的に予約するTDMAバリアントです。

TDMAは、グローバルシステムフォーモバイルコミュニケーションズ(GSM)、IS-136パーソナルデジタルセルラー(PDC)、iDENなどのデジタル2G セルラーシステム、および携帯電話のデジタル拡張コードレステレコミュニケーション(DECT)規格で使用されています。TDMAは、1979年にウエスタンユニオンWestar 3通信衛星で衛星通信システムで最初に使用されました。現在、衛星通信、 [2] [3] [4] [5]戦闘ネット無線システム、および 構内からオペレーターへのアップストリームトラフィック用の パッシブ光ネットワーク(PON)ネットワーク。

TDMAは時分割多重(TDM)の一種であり、1つの送信機を1つの受信機に接続する代わりに、複数の送信機が存在するという特別な点があります。携帯電話から基地局へのアップリンクの場合、携帯電話は動き回ったり、送信をピアからの送信のギャップに一致させるために必要な タイミングアドバンスを変更したりできるため、これは特に困難になります。

特徴

  • 単一のキャリア周波数を複数のユーザーと共有します
  • 非連続送信により、ハンドオフが簡単になります
  • 動的TDMAではオンデマンドでスロットを割り当てることができます
  • セル内干渉が減少するため、 CDMAよりも厳密でない電力制御
  • CDMAよりも高い同期オーバーヘッド
  • チャネルが「周波数選択的」であり、符号間干渉を発生させる場合、高いデータレートには高度なイコライゼーションが必要になる場合があります
  • 細胞呼吸(隣接する細胞からリソースを借りる)は、CDMAよりも複雑です
  • 周波数/スロット割り当ての複雑さ
  • 脈動パワーエンベロープ:他のデバイスとの干渉

携帯電話システムの場合

2Gシステム

IS-95を除いて、ほとんどの2GセルラーシステムはTDMAに基づいています。GSMD-AMPSPDCiDEN、およびPHSは、TDMAセルラーシステムの例です。

GSMシステムでは、携帯電話の同期は、携帯電話により早くそしてどれだけ送信するように指示する基地局からタイミングアドバンスコマンドを送信することによって達成される。これは、電波の光速速度に起因する伝搬遅延を補償します。携帯電話はそのタイムスロット全体を送信することは許可されていませんが、各タイムスロットの終わりにはガードインターバルがあります。送信がガード期間に入ると、モバイルネットワークはタイミングアドバンスを調整して送信を同期します。

電話の初期同期には、さらに注意が必要です。モバイルが送信する前に、必要なオフセットを実際に知る方法はありません。このため、タイムスロット全体をネットワークへの接続を試みるモバイル専用にする必要があります。これはランダムアクセスチャネルとして知られています(RACH)GSMで。モバイルは、ネットワークから受信したタイムスロットの開始時にブロードキャストを試みます。モバイルが基地局の隣にある場合、時間遅延はなく、これは成功します。ただし、携帯電話が基地局から35 km未満の距離にある場合、時間遅延は、携帯電話のブロードキャストがタイムスロットの最後に到着することを意味します。その場合、モバイルは、そうでない場合に予想されるよりも早く、ほぼ全タイムスロットでメッセージをブロードキャストするように指示されます。最後に、モバイルがGSMの35 kmセル範囲を超えている場合、RACHは隣接するタイムスロットに到着し、無視されます。特別な拡張技術が使用されていない場合、GSMセルの範囲を35 kmに制限するのは、電力の制限ではなく、この機能です。[要出典]

3Gシステム

ほとんどの主要な3Gシステムは主にCDMAに基づいていますが[6]時分割複信(TDD)、パケットスケジューリング(動的TDMA)、およびパケット指向の多元接続方式が3G形式で利用可能であり、CDMAと組み合わせて次の利点を活用します。両方のテクノロジー。

UMTS 3Gシステムの最も一般的な形式はTDMAの代わりにCDMAと周波数分割複信(FDD)を使用しますが、TDMAは2つの標準UMTSUTRAでCDMAと時分割複信と組み合わされています。

有線ネットワークの場合

ITU-T G.hn規格は、既存の家庭用配線(電力線、電話線、同軸ケーブル)を介した高速ローカルエリアネットワークを提供し、TDMA方式に基づいています。G.hnでは、「マスター」デバイスが「競合のない送信機会」(CFTXOP)をネットワーク内の他の「スレーブ」デバイスに割り当てます。一度に1つのデバイスのみがCFTXOPを使用できるため、衝突を回避できます。 現代の自動車のセーフティクリティカルな通信に使用される有線ネットワークでもあるFlexRayプロトコルは、データ伝送制御にTDMA方式を使用します。

他の多元接続方式との比較

無線システムでは、TDMAは通常、周波数分割多元接続(FDMA)および周波数分割複信(FDD)と一緒に使用されます。この組み合わせは、FDMA / TDMA/FDDと呼ばれます。これは、たとえばGSMとIS-136の両方に当てはまります。これに対する例外には、DECTおよびPersonal Handy-phone System(PHS)マイクロセルラーシステム、UMTS-TDD UMTSバリアント、および時分割複信を使用する中国のTD-SCDMAが含まれ、基地局と同じ周波数の携帯電話。

TDMAの主な利点は、モバイルの無線部分が独自のタイムスロットでリッスンしてブロードキャストするだけでよいことです。残りの時間、モバイルはネットワーク上で測定を実行し、さまざまな周波数で周囲の送信機を検出できます。これにより、安全な周波数間ハンドオーバーが可能になります。これは、CDMAシステムでは困難であり、 IS-95ではまったくサポートされておらず、 Universal Mobile Telecommunications System(UMTS)での複雑なシステム追加によってサポートされます。これにより、マイクロセル層とマクロセル層の共存が可能になります

これに対して、CDMAは、携帯電話が最大6つの基地局と同時に通信できる「ソフトハンドオフ」をサポートしています。これは、「同じ周波数のハンドオーバー」の一種です。着信パケットの品質が比較され、最適なパケットが選択されます。2つの混雑したセルの境界にある端末が明確な信号を受信できないというCDMAの「セル呼吸」特性は、ピーク時にこの利点を打ち消すことがよくあります。

TDMAシステムの欠点は、タイムスロットの長さに直接接続されている周波数で干渉が発生することです。これは、TDMA電話がラジオやスピーカーの隣に置かれている場合に時々聞こえる話題です。[7] もう1つの欠点は、タイムスロット間の「デッドタイム」がTDMAチャネルの潜在的な帯域幅を制限することです。これらは、異なる端末が必要な時間に正確に送信することを保証することが難しいために部分的に実装されています。移動中の受話器は、送信が正確に適切なタイミングで受信されるように、常にタイミングを調整する必要があります。これは、基地局から離れるにつれて、信号の到着に時間がかかるためです。これはまた、主要なTDMAシステムでは、範囲に関してセルサイズに厳しい制限があることを意味しますが、実際には、サポートされている範囲よりも長い距離で送受信するために必要な電力レベルは、とにかくほとんど実用的ではありません。

ダイナミックTDMA

動的時分割多元接続動的TDMA)では、スケジューリングアルゴリズムは、各データストリームのトラフィック需要に基づいて、各フレーム内の可変数のタイムスロットを可変ビットレートデータストリームに動的に予約しますダイナミックTDMAはで使用されます

も参照してください

参照

  1. ^ Guowang Miao ; イェンス・ゼンダー; Ki Won Sung; ベン・スリマン(2016)。モバイルデータネットワークの基礎ケンブリッジ大学出版局ISBN 978-1107143210
  2. ^ メイン、K .; Devieux、C .; 白鳥、P。(1995年11月)。イリジウム衛星ネットワークの概要WESCON'95。IEEE。p。483。
  3. ^ Mazzella、M .; コーエン、M .; Rouffet、D .; ルイ、M .; ギルハウゼン、KS(1993年4月)。GLOBALSTAR移動衛星システムの多元接続技術とスペクトル利用1993年の電気通信に関する第4回IEE会議。IET。pp。306–311。
  4. ^ Sturza、MA(1995年6月)。TELEDESIC衛星システムのアーキテクチャ国際移動衛星会議。95.p。214。
  5. ^ 「ORBCOMMシステムの概要」(PDF)
  6. ^ Jagannatham、Aditya K.(2016)。現代の無線通信システムの原理マグロウヒルエデュケーション。ISBN 9789339220037
  7. ^ 「携帯電話のGSMバズノイズを最小限に抑える」EETimes。2009年7月20日2010年11月22日取得