Технология TDMA успешно применяется в системах сотовой связи стандартов GSM для расширения ёмкости частотного диапазона.
TDMA (Time Division Multiple Access) — это множественный доступ с временным разделением каналов.
На оси времени изображены периодические колебания с частотой f=890.2 МГц — это несущая частота в направлении uplink, то есть от мобильной станции к базовой станции.
Отложим на оси t восемь равных промежутков. Длительность каждого такого временного отрезка составляет 576.9 мкс называется time-slot. Обозначается как TS и порядковый номер таймслота (TS0-TS7). 8 таймслотов составляет кадр TDMA. После одного кадра TDMA, следует другой такой кадр, а таймслоты у них циклически повторяются во времени.
Каждый time slot на определенной несущей частоте занят одной мобильной станцией. То есть ваш мобильный телефон получает доступ ко всему частотному каналу только в определенные отрезки времени.
Физический смысл TDMA
Мобильная станция изменяет несущую частоту в соответствии со своим информационным сигналом в течении TS0 и вступает место следующее. Вторая мобильная станция отправляет в базовую станцию уже свои данные.
И третий абонент разговаривает по своему мобильному телефону и модулирует несущую частоту своим информационным сигналом и так далее. Всего 8 различных мобильных станций на одной частоте. Потом процесс передачи данных повторяется с самой первой мобильной станции.
Мультикадр трафика TDMA
Мы узнали, что последовательность из 8 тайм слотов составляет кадр TDMA, который является основой для мультикадров трафика и мультикадров управления в стандарте GSM.
Мультикадр — основная единица организации логических каналов трафика и управления.
На картинке изображена структура мультикадров трафика TDMA. Такой мультикадр состоит из 26 кадров TDMA по 8 тайм слотов каждый. Длительность одного кадра TDMA составляет 8*576.9 мкс = 4.615 мс. Соответственно, длительность мультикадра трафика в целом составляет 26*4.615 мс.
Для передачи трафика используется 24 кадра TDMA, остальные два (13 и 25 служебные) для организации логических каналов управления. Рассмотрим из чего состоит кадр TDMA в составе мультикадра трафика.
- Информация в тайм слотах передается пакетами, каждый пакет содержит два поля данные по 57 бит, соответственно 114 бит для передачи информации в пакете.
- 26 битное поле с обучающей последовательностью, которая используется для оценки характеристик радиоканала.
- Хвостовые биты (ТВ), которые защищают информацию при сдвиге слота.
- Контрольные одно битовые поля, которые указывают на тип передаваемой информации.
- В каждый временной слот добавляется защитный интервал GP по 8,25 бит необходимый для нейтрализации ошибок при настройке времени, дисперсии и тому подобное.
В целом длительность одного пакета тайм слота составляет 576.9 мкс, каждый тайм слот содержит 156,25 бит, пакет содержит 148 бит и длится 0,546 мс — это длительность одного пакета без защитного промежутка.
Всего в мультекадре трафика 32,5 Кбит, зная это можно рассчитать скорость передачи данных по каналу трафика. 32500 бит / 120 мс = 32.5 Кбит / 0.12 с = 270.833 Кбит/с.
Мультикадр управления TDMA
Для организации каналов управления в стандарте gsm применяется мультикадр управления. Виды слотов управления вы можете увидеть на картинке ниже.
В состав такого мультикадра управления входит 51 кадр TDMA по 8 тайм слотов каждый. Различие от мультикадра трафика состоит только в содержании слотов. В мультикадре управления в слотах передается служебная информация. Всего используется 4 слота управления.
Слот подстройки частоты
Слот подстройки частоты нужен для синхронизации по частоте подвижной станции. Все 142 бита являются нулевыми. Это нужно для проверки работы передатчика и приемника при малом частотном разносе каналов в 200 кГц. Слот подстройки частоты содержит защитный интервал 8.25 бит и содержит хвостовые биты.
Слот синхронизации
Применяется для синхронизации по времени базовой и подвижной станции. Состоит он из синхропоследовательности длительностью 64 бита, несет информацию о номере TDMA кадра и идентификационный код базовой станции.
Пустой слот
Пустой слот обеспечивает установление и тестирование канала связи. В нем не передается никакой информации и отсутствуют контрольные биты. Информирует слот лишь о том, что передатчик функционирует.
Слот произвольного доступа
Слот произвольного доступа обеспечивает разрешение доступа мобильной станции к новой базовой станции. Это 1-ый передаваемый мобильной станцией пакет. Сперва передается концевая комбинация в 3 бита. Затем — последовательность синхронизации для BTS (41 бит). Это позволяет БС правильно принять следующие 36 зашифрованных бит. В конце содержится большой защитный интервал (68.25 бит), что обеспечивает достаточное временное разнесение от других пакетов MS.
Рекомендую почитать статью про частотный план GSM 900 и архитектуру сети GSM.
