3G. TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access)

1. Агульнае апісанне TD-SCDMA Стандарт TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access)...
2. Асаблівасці пабудовы радыё інтэрфейсу TD-SCDMA
3. Варыянты переаспредления таймслотов на радиоинтерфейсе стандарту TD-SCDMA
4. Інтэрферэнцыя і метады барацьбы з ёй
5. Прынцып працы Smart-антэн
6. Рэалізацыя i распаўсюджванне стандарту TD-SCDMA

Агульнае апісанне TD-SCDMA

Стандарт TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) - множны доступ з сінхронным кодавай і часовым падзелам - гэта стандарт 3G , Які знайшоў сваё прымяненне ў Кітаі. Адной з прычын распрацоўкі гэтага стандарту была спроба атрымаць незалежную ад заходняга рынку сетку сотавай сувязі. Гэтак жа як і іншыя стандарты трэцяга пакалення TD-SCDMA дае пашыраныя магчымасці па перадачы дадзеных. Гэты стандарт распрацоўваўся сумесна кампаніяй Siemens і Кітайскай акадэміяй тэхналогій сувязі (CATT - China Academy of Telecommunications Technology). У сакавіку 2001 года 3GPP (Third Generation Partnering Project) прыняў яго як частка (метад доступу) чацвёртага выпуску стандарту UMTS .

Перавагі TD-SCDMA

Разгледзім асноўным адрознення і перавагі стандарту TD-SCDMA перад іншымі стандартамі сотавай сувязі:

1. Сетка добра падыходзіць для асіметрычнага трафіку 3G прыкладанняў, напрыклад, доступ у сетку Інтэрнэт. Прыкладання рэальнага часу такія як галасавыя злучэнні і мультымедыя, і яны генеруюць сіметрычны трафік. Для оффлайн прыкладанняў (e-mail, доступ у сетку Інтэрнэт) патрабаванні да затрымак менш, а трафік звычайна ассиметричен, прычым у кірунку downlink (ад BTS да MS ) Перадаецца ў некалькі разоў вялікія аб'ёмы дадзеных. Для тых стандартаў, якія патрабуюць паасобных палос частот для uplink і downlink ( GSM , CDMA2000 , UMTS і да т.п.) падчас выкарыстання асіметрычных прыкладанняў, займаныя дадзеныя застаюцца не задзейнічанымі. Гэта ў выніку прыводзіць да памяншэння спектральнай эфектыўнасці стандарту. У сваю чаргу, у стандарце TD-SCDMA дадзеныя ў uplink і downlink перадаюцца ў адной паласе частот, што дазваляе падабраць хуткасць паласы ў дакладнай неабходнасці з патрабаваннямі прыкладанняў. Прычым хуткасць можа быць настроена досыць сапраўды, з невялікім крокам ад 1,2 кбіт / сек да 2Мбит / сек. Гэтыя асаблівасці дазваляюць больш эфектыўна выкарыстоўваць існуючы спектр частот.

2. Высокая спектральная эфектыўнасць прыводзіць да павелічэння ёмістасці сеткі. Як адзначалася вышэй: у стандарце TD-SCDMA выкарыстоўваецца агульная паласа на радыё інтэрфейсе ў uplink і downlink, што дазваляе выкарыстоўваць усе выдзяляюцца рэсурсы без астатку. Акрамя таго, дзякуючы іншым тэхналогіях (смарт-антэны, дынамічнае размеркаванне рэсурсаў і да т.п.) ўдаецца знізіць інтэрферэнцыю ў соце , І, адпаведна, павялічыць ёмістасць сеткі (да 3-5 разоў у параўнанні з GSM). Гэта асабліва важна ў прыгарадных абласцях з шчыльнай забудовай.

3. Павялічаная гнуткасць у выкарыстанні частотнага рэсурсу і пабудове сеткі, якая абумоўлена паласой прапускання 1,6 Мгц.

Да іншых пераваг TD-SCDMA можна аднесці паніжаны спажыванне магутнасці, эканомія транспартных рэсурсаў, спрошчанае планаванне сеткі.

Асаблівасці пабудовы радыё інтэрфейсу TD-SCDMA

Усе сучасныя сістэмы сотавай сувязі прадугледжваюць Дуплексны рэжым перадачы інфармацыі, г.зн. магчымая адначасовая перадача дадзеных у двух кірунках: uplink (ад MS да BTS) і downlink (ад BTS да MS). Такая магчымасць важная для прадастаўлення такіх паслуг як тэлефанія, відэазванок , Доступ у сетку Інтэрнэт і г.д. Існуе два асноўных спосабу арганізацыі дуплекснай сувязі: FDD (Frequency Division Duplex) і TDD (Time Division Duplex). У рэжыме FDD узыходзячы і сыходны каналы перадаюцца ў розных неперасякальных частотных дыяпазонах. Гэты рэжым досыць просты ў рэалізацыі, але пры гэтым самы неэканамічны: у выпадку калі назіраецца значная асіметрыя паміж uplink і downlink, то рэсурсы ў недазагружаныя напрамку будуць занятыя, але не задзейнічаныя. У стандарце TD-SCDMA ўжываецца іншая тэхналогія - TDD (Time Division Duplex) - дуплекс з часовым падзелам. Ён азначае, што uplink і downlink перадаюцца на адной частаце па чарзе. Рэжым TDD значна больш эфектыўны, бо дазваляе дынамічна пераразмяркоўваць рэсурсы ў абодвух напрамках. Аднак у гэтым выпадку неабходна надзейная сістэма сінхранізацыі паміж ўсім прыладам у сеткі, інакш магчыма накладанне сігналаў, што перадаюцца ў розных напрамках.

Варыянты переаспредления таймслотов на радиоинтерфейсе стандарту TD-SCDMA

Стандарт TD-SCDMA таксама прадугледжвае часовае падзел каналаў паміж карыстальнікамі, г.зн. TDMA (Time Division Multiple Access). Гэты рэжым мае на ўвазе падзел агульнай часовага рэсурсу канала сувязі на таймслоты. TD-SCDMA выкарыстоўвае фрэймы працягласцю 5 мс, кожны з якіх падзелены на 7 таймслотов. У залежнасці ад загрузкі сеткі і патрэбаў абанентаў таймслоты дынамічна размяркоўваюцца паміж карыстальнікамі як у кірунак uplink, так і ў downlink.

Нароўні з вышэйазначанымі тэхналогіямі ў стандарце TD-SCDMA ужываецца яшчэ адзін спосаб падзелу каналаў - кодавы ( CDMA , Code Division Multiple Access). Пры гэтым кожнаму перадатчыка інфармацыі на радыё інтэрфейсе прызначаецца індывідуальны код, з дапамогай якога ён кадуе выходныя дадзеныя. Прыёмнік, ведаючы гэты код, можа прымаць з эфіру толькі тую інфармацыю, якая закадавана кодам патрэбнага адпраўніка. У стандарце TD-SCDMA магчымая адначасовая праца з 16 рознымі кодамі ў адным таймслоте на адной частаце.

Сумарна тэхналогіі TDD, TDMA і CDMA дазваляюць дынамічна пераразмяркоўваць рэсурсы сеткі, якія выдзяляюцца для кожнага абанента ў залежнасці ад нагрузкі сеткі і патрэбаў самага абанента (выкарыстоўваюцца ім прыкладанняў). Акрамя таго, дасягаецца максімальная спектральная эфектыўнасць, бо у выпадку максімальнай нагрузкі на сетку мінімум рэсурсаў застанецца не задзейнічаным.

Інтэрферэнцыя і метады барацьбы з ёй

Для доступу абанентаў у сеткі стандарту TD-SCDMA сярод усіх іншых выкарыстоўваецца кодавы метад множнага доступу абанентаў ( CDMA ). Галоўны прынцып яго працы заснаваны на тым, што кожнаму абаненту прысвойваецца незалежны (артаганальны) код, з дапамогай якога прылады абанента кадуе ўсю якая перадаецца ім інфармацыю. Дзякуючы таму, што коды незалежныя з'яўляецца магчымасць вылучыць (прыняць) з радыё эфіру інфармацыю, перададзеную менавіта гэтым абанентам. Аднак на практыцы немагчыма згенераваць досыць шмат кодаў для працы рэальнай сеткі сотавай сувязі, таму выкарыстоўваюцца «амаль» артаганальнай. Такіх кодаў можна стварыць шмат, аднак яны валодаюць вялікім недахопам: пры вялікім ліку адначасова якія працуюць прылад у эфіры ўзнікае інтэрферэнцыя, г.зн. прылады пачынаюць аказваць адзін на аднаго ўплыў і пры перавышэнні вызначанага парога можа ўзнікнуць значнае скажэнне і страта перадаванай інфармацыі. Менавіта інтэрферэнцыя з'яўляецца галоўным абмяжоўвалым фактарам прапускной здольнасці і ёмістасці сістэмы TD-SCDMA.

У сувязі з вышэйсказаным узнікае неабходнасць пошуку розных спосабаў барацьбы з інтэрферэнцыі. Стандарт TD-SCDMA прапануе цэлы набор такіх метадаў:

1. Механізм вызначэння сумеснай перадачы (Joint detection). Ён рэалізаваны ў прыёмніку базавай станцыі ў выглядзе спецыяльнага модуля і забяспечвае максімальна дакладнае вылучэнне сігналу ад кожнага абанента з агульнага патоку. Алгарытм Joint detection заснаваны на тым, што ў сігнал ад кожнага абанента дадаецца спецыяльная трэніровачная паслядоўнасць, якая пры прыёме дазваляе ацаніць параметры радыё канала, у тым ліку і ўзровень інтэрферэнцыі. Такім чынам, прыёмнік можа загадзя прадбачыць магчымыя праблемы і скарэктаваць прыманы сігнал.

2. Разумныя антэны (Smart Antennas) ўяўляюць сабой сектарная антэны, якія могуць перадаваць (прымаць) сігнал з загадзя пэўнай мясцовасці, часта абмежаванай некалькімі дзесяткамі метраў. Дзякуючы ім рэалізуецца так званы прасторавы метад множнага доступу (SDMA - Space Division Multiple Access) абанентаў. Для эфектыўнай працы смарт-антэн неабходны надзейны і дакладны алгарытм вызначэння месцазнаходжання абанентаў, які ўжо закладзены ў стандарце TD-SCDMA. Такім чынам, сігнал для кожнага абанента перадаецца паасобку і інтэрферэнцыі ад сумеснай перадачы сігналаў атрымоўваецца пазбегнуць. Аднак на практыцы, такія антэны прымяняюцца дастаткова рэдка з-за іх высокага кошту.

Прынцып працы Smart-антэн

3. Дынамічнае размеркаванне кодаў, якое складаецца ў тым, што коды для абанентаў вылучаюцца ў розных (дазволеных) частотных дыяпазонах і часовых інтэрвалах, што дае магчымасць знізіць агульны ўзровень інтэрферэнцыі. У залежнасці ад выкарыстоўванага метаду падзелу каналаў вылучаюць наступныя метады дынамічнага размеркавання:

4. У адрозненні ад тэхналогіі WCDMA стандарт TD-SCDMA прадугледжвае выразную сінхранізацыю ўсіх прылад. Неабходнасць сінхранізацыі абумоўлена ў першую чаргу выкарыстаннем метаду TDMA. Каб пазбегнуць накладанне інфармацыі розных абанентаў, што перадаюцца ў суседніх таймслотах і прыёмнік, і перадатчык павінны дакладна ведаць структуру часовых інтэрвалаў. Сінхранізацыя таксама аказвае ўскосную дапамогу ў барацьбе з інтэрферэнцыі. Дзякуючы сінхранізацыі забяспечваецца надзейная работа алгарытму Joint detection, а таксама смарт-антэн. Акрамя таго, сінхранізацыя дазваляе вырашаць іншыя задачы і атрымаць дадатковыя перавагі:

Рэалізацыя i распаўсюджванне стандарту TD-SCDMA

Першы рэліз стандарту TD-SCDMA быў апублікаваны ў кастрычніку 2004 года. Першыя тэставыя сеткі з'явіліся ў 2005 годзе, а ў камерцыйную эксплуатацыю сетку TD-SCDMA была запушчана толькі ў 2008 годзе ў Кітаі кампаніяй China Mobile. Толькі ў 2009 годзе колькасць карыстальнікаў TD-SCDMA пераваліла лічбу 1 млн.

У цяперашні час да TD-SCDMA форуму далучыліся мноства вядомых тэлекамунікацыйных кампаній: Philips, Texas Instruments, Samsung, Intel, Nokia і мн.інш Такія арганізацыі як Siemens і Huawei прапануюць поўны спектр абсталявання для будаўніцтва сетак дадзенага стандарту. Нягледзячы на ​​гэта, сеткі TD-SCDMA рэалізаваныя толькі ў КНР.

Нізкае распаўсюджванне ў свеце TD-SCDMA, у першую чаргу, абумоўлена запозненым выпуску стандарту і, адпаведна, распрацоўкі і наладцы вытворчасці абсталявання для яго. Да моманту запуску першых тэставых TD-SCDMA сетак стандарт UMTS ўжо шырока крочыў па ўсім свеце.

Аднак TD-SCDMA нельга цалкам спісваць з рахункаў, бо ён прадастаўляе некаторыя дадатковыя перавагі ў параўнанні з іншымі 3G-стандартамі. У прыватнасці, выкарыстанне часовага прынцыпу падзелу каналаў (TDMA) дазваляе павысіць спектральную эфектыўнасць і, адпаведна, атрымаць вялікую ёмістасць сеткі і даць абанентам больш высокія хуткасці перадачы інфармацыі.