3G. TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access)
- Загальний опис TD-SCDMA Стандарт TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access)...
- Особливості побудови радіо інтерфейсу TD-SCDMA
- Варіанти переаспредленія таймслотов на радіоінтерфейсу стандарту TD-SCDMA
- Інтерференція і методи боротьби з нею
- Принцип роботи Smart-антен
- Реалізація та поширення стандарту TD-SCDMA
Загальний опис TD-SCDMA
Стандарт TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) - множинний доступ з синхронним кодовою і тимчасовим поділом - це стандарт 3G , Який знайшов своє застосування в Китаї. Однією з причин розробки цього стандарту була спроба отримати незалежну від західного ринку мережу стільникового зв'язку. Так само як і інші стандарти третього покоління TD-SCDMA надає розширені можливості по передачі даних. Цей стандарт розроблявся спільно компанією Siemens і Китайською академією технологій зв'язку (CATT - China Academy of Telecommunications Technology). У березні 2001 року 3GPP (Third Generation Partnering Project) прийняв його як частину (метод доступу) четвертого випуску стандарту UMTS .
Переваги TD-SCDMA
Розглянемо основним відмінності і переваги стандарту TD-SCDMA перед іншими стандартами стільникового зв'язку:
1. Мережа добре підходить для асиметричного трафіку 3G додатків, наприклад, доступ в мережу Інтернет. Додатки реального часу такі як голосові з'єднання і мультимедіа, і вони генерують симетричний трафік. Для оффлайн додатків (e-mail, доступ в мережу Інтернет) вимоги до затримок менше, а трафік зазвичай асиметричний, причому в напрямку downlink (від BTS до MS ) Передається в кілька разів більші обсяги даних. Для тих стандартів, які вимагають роздільних смуг частот для uplink і downlink ( GSM , CDMA2000 , UMTS і т.п.) під час використання асиметричних додатків, займані дані залишаються задіяними. Це в підсумку призводить до зменшення спектральної ефективності стандарту. У свою чергу, в стандарті TD-SCDMA дані в uplink і downlink передаються в одній смузі частот, що дозволяє підібрати швидкість смуги в точної необхідності до вимог додатків. Причому швидкість може бути налаштована досить точно, з невеликим кроком від 1,2 кбіт / сек до 2Мбіт / сек. Ці особливості дозволяють більш ефективно використовувати наявний спектр частот.
2. Висока спектральна ефективність призводить до збільшення ємності мережі. Як зазначалося вище: в стандарті TD-SCDMA використовується загальна смуга на радіо інтерфейсі в uplink і downlink, що дозволяє використовувати всі виділені ресурси без залишку. Крім того, завдяки іншим технологіям (смарт-антени, динамічний розподіл ресурсів і т.п.) вдається знизити інтерференцію в соте , І, відповідно, збільшити ємність мережі (до 3-5 разів у порівнянні з GSM). Це особливо важливо в приміських областях з щільною забудовою.
3. Збільшена гнучкість у використанні частотного ресурсу і побудові мережі, яка обумовлена пропускною здатністю 1,6 МГц.
До інших переваг TD-SCDMA можна віднести знижене споживання потужності, економія транспортних ресурсів, спрощене планування мережі.
Особливості побудови радіо інтерфейсу TD-SCDMA
Всі сучасні системи стільникового зв'язку передбачають двобічний режим передачі інформації, тобто можлива одночасна передача даних у двох напрямках: uplink (від MS до BTS) і downlink (від BTS до MS). Така можливість важлива для надання таких послуг як телефонія, відеодзвінок , Доступ в мережу Інтернет і т.д. Існує два основних способи організації двостороння: FDD (Frequency Division Duplex) і TDD (Time Division Duplex). У режимі FDD висхідний і спадний канали передаються в різних непересічних частотних діапазонах. Цей режим досить простий в реалізації, але при цьому самий неекономічний: в разі якщо спостерігається значна асиметрія між uplink і downlink, то ресурси в неповних напрямку будуть зайняті, але не задіяні. У стандарті TD-SCDMA застосовується інша технологія - TDD (Time Division Duplex) - дуплекс з тимчасовим поділом. Він означає, що uplink і downlink передаються на одній частоті по черзі. Режим TDD набагато більш ефективний, тому що дозволяє динамічно перерозподіляти ресурси в обох напрямках. Однак в цьому випадку необхідна надійна система синхронізації між всіх пристроїв в мережі, інакше можливе накладення сигналів, які передаються в різних напрямках.
Варіанти переаспредленія таймслотов на радіоінтерфейсу стандарту TD-SCDMA
Стандарт TD-SCDMA також передбачає тимчасове розділення каналів між користувачами, тобто TDMA (Time Division Multiple Access). Цей режим передбачає поділ загального часового ресурсу каналу зв'язку на таймслоти. TD-SCDMA використовує фрейми тривалістю 5 мс, кожен з яких розділений на 7 таймслотов. Залежно від завантаження мережі і потреб абонентів таймслоти динамічно розподіляються між користувачами як в напрямок uplink, так і в downlink.
Поряд з вищевказаними технологіями в стандарті TD-SCDMA застосовується ще один спосіб поділу каналів - кодовий ( CDMA , Code Division Multiple Access). При цьому кожному передавача інформації на радіо інтерфейсі призначається індивідуальний код, за допомогою якого він кодує вихідні дані. Приймач, знаючи цей код, може приймати з ефіру лише ту інформацію, яка закодована кодом потрібного відправника. У стандарті TD-SCDMA можлива одночасна робота з 16 різними кодами в одному таймслота на одній частоті.
Сумарно технології TDD, TDMA і CDMA дозволяють динамічно перерозподіляти ресурси мережі, що виділяються для кожного абонента в залежності від навантаження мережі і потреб самого абонента (використовуваних їм додатків). Крім того, досягається максимальна спектральна ефективність, тому що в разі максимального навантаження на мережу мінімум ресурсів залишиться не задіяним.
Інтерференція і методи боротьби з нею
Для доступу абонентів в мережі стандарту TD-SCDMA серед всіх інших використовується кодовий метод множинного доступу абонентів ( CDMA ). Головний принцип його роботи заснований на тому, що кожному абоненту присвоюється незалежний (прямокутний) код, за допомогою якого пристрою абонента кодує всю передану їм інформацію. Завдяки тому, що коди незалежні з'являється можливість виділити (прийняти) з радіо ефіру інформацію, передану саме цим абонентом. Однак на практиці неможливо згенерувати достатньо багато кодів для роботи реальної мережі стільникового зв'язку, тому використовуються «майже» ортогональні. Таких кодів можна створити багато, проте вони володіють великим недоліком: при великій кількості одночасно працюючих пристроїв в ефірі виникає інтерференція, тобто пристрою починають надавати один на одного вплив і при перевищенні певного порогу може виникнути значне спотворення і втрата інформації, що передається. Саме інтерференція є головним обмежуючим фактором пропускної здатності і ємності системи TD-SCDMA.
У зв'язку з вищесказаним виникає необхідність пошуку різних способів боротьби з інтерференцією. Стандарт TD-SCDMA пропонує цілий набір таких методів:
1. Механізм визначення спільної передачі (Joint detection). Він реалізований в приймальнику базової станції у вигляді спеціального модуля і забезпечує максимально точне виділення сигналу від кожного абонента із загального потоку. Алгоритм Joint detection заснований на тому, що в сигнал від кожного абонента додається спеціальна тренувальна послідовність, яка при прийомі дозволяє оцінити параметри радіо каналу, в тому числі і рівень інтерференції. Таким чином, приймач може заздалегідь передбачити можливі проблеми і скорегувати приймається сигнал.
2. Розумні антени (Smart Antennas) являють собою секторні антени, які можуть передавати (приймати) сигнал із заздалегідь визначеної місцевості, часто обмеженою кількома десятками метрів. Завдяки їм реалізується так званий просторовий метод множинного доступу (SDMA - Space Division Multiple Access) абонентів. Для ефективної роботи смарт-антен необхідний надійний і точний алгоритм визначення місця розташування абонентів, який вже закладений в стандарті TD-SCDMA. Таким чином, сигнал для кожного абонента передається окремо і інтерференції від спільної передачі сигналів вдається уникнути. Однак на практиці, такі антени застосовуються досить рідко через їх високу вартість.
Принцип роботи Smart-антен
3. Динамічний розподіл кодів, що полягає в тому, що коди для абонентів виділяються в різних (дозволених) частотних діапазонах і тимчасових інтервалах, що дає можливість знизити загальний рівень інтерференції. Залежно від використовуваного методу розподілу каналів виділяють наступні методи динамічного розподілу:
4. На відміну від технології WCDMA стандарт TD-SCDMA передбачає чітку синхронізацію всіх пристроїв. Необхідність синхронізації обумовлена в першу чергу використанням методу TDMA. Щоб уникнути накладення інформації різних абонентів, що передаються в сусідніх таймслот і приймач, і передавач повинні точно знати структуру тимчасових інтервалів. Синхронізація також надає опосередковану допомогу в боротьбі з інтерференцією. Завдяки синхронізації забезпечується надійна робота алгоритму Joint detection, а також смарт-антен. Крім того, синхронізація дозволяє вирішувати інші завдання і отримати додаткові переваги:
Реалізація та поширення стандарту TD-SCDMA
Перший реліз стандарту TD-SCDMA був опублікований в жовтні 2004 року. Перші тестові мережі з'явилися в 2005 році, а в комерційну експлуатацію мережу TD-SCDMA була запущена тільки в 2008 році в Китаї компанією China Mobile. Лише в 2009 році число користувачів TD-SCDMA перевалило цифру 1 млн.
В даний час до TD-SCDMA форуму приєдналися безліч відомих телекомунікаційних компаній: Philips, Texas Instruments, Samsung, Intel, Nokia і багато інших Такі організації як Siemens і Huawei пропонують повний спектр обладнання для будівництва мереж даного стандарту. Незважаючи на це, мережі TD-SCDMA реалізовані лише в КНР.
Низьке розповсюдження в світі TD-SCDMA, в першу чергу, обумовлено запізнілістю випуску стандарту і, відповідно, розробки та налагодження виробництва обладнання для нього. До моменту запуску перших тестових TD-SCDMA мереж стандарт UMTS вже широко крокував по всьому світу.
Однак TD-SCDMA не можна повністю списувати з рахунків, тому що він надає деякі додаткові переваги в порівнянні з іншими 3G-стандартами. Зокрема, використання тимчасового принципу поділу каналів (TDMA) дозволяє підвищити спектральну ефективність і, відповідно, отримати велику ємність мережі і надати абонентам більш високі швидкості передачі інформації.
