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時分割多重アクセス（TDMA）は、共有メディアネットワークのチャネルアクセス方式です。信号を異なるタイムスロットに分割することで、複数のユーザーが同じ周波数チャネルを共有できます。 [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、次々に高速で送信します。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。ダイナミック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のバリエーションです。
TDMAは、GSM（Global System for Mobile Communications ）、 IS-136、PDC（Personal Digital Cellular ）、 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DECT（ Digital Enhanced Cordless Telecommunications）規格で使用されています。TDMAは、1979年にWestern UnionのWestar 3通信衛星で初めて衛星通信システムに使用されました。現在では、衛星通信、[2] [3] [4] [5]戦闘ネット無線システム、および建物からオペレータへのアップストリームトラフィック用の受動光ネットワーク（PON）ネットワークで広く使用されています。
TDMA は、時分割多重方式(TDM)の一種で、1 つの送信機が1 つの受信機に接続されるのではなく、複数の送信機が接続されるという特徴があります。携帯電話から基地局へのアップリンクの場合、携帯電話が移動して、その送信を他の携帯電話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の進み具合が変化するため、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する
- 非連続伝送によりハンドオフが簡単になります
- ダイナミックTDMAではスロットをオンデマンドで割り当てることができる
- セル内干渉が減少するため、CDMAよりも電力制御が緩やか
- CDMAよりも同期オーバーヘッドが高い
- チャネルが「周波数選択的」で符号間干渉が発生する場合、高データレートでは高度なイコライゼーションが必要になることがあります。
- セルブリージング（隣接セルからリソースを借りること）はCDMAよりも複雑です
- 周波数/スロット割り当ての複雑さ
- 脈動電力エンベロープ：他のデバイスとの干渉
携帯電話システムでは
2Gシステム
IS-95の顕著な例外を除き、ほとんどの 2G セルラー システムは TDMA に基づいています。GSM 、D-AMPS、PDC、iDEN、PHS はTDMAセルラー システムの例です。
GSM システムでは、基地局からタイミング アドバンス コマンドを送信して携帯電話の同期が行われます。このコマンドは、携帯電話にどのくらい早く送信するかを指示します。これにより、光速の伝播遅延が補正されます。携帯電話は、タイム スロット全体にわたって送信することはできません。各タイム スロットの最後にはガード 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。
電話機の初期同期には、さらに注意が必要です。携帯電話が送信する前に、必要なオフセットを知る方法はありません。このため、ネットワークへの接続を試みる携帯電話に、タイム スロット全体を割り当てる必要があります。これは、 GSM ではランダム アクセス チャネル(RACH) と呼ばれます。携帯電話は、ネットワークから受信したタイム スロットの開始時に送信します。携帯電話が基地局の近くにある場合、伝搬遅延は短く、開始は成功します。ただし、携帯電話が基地局から 35 km 未満にある場合、遅延により、携帯電話の送信はタイム スロットの最後に到着します。この場合、携帯電話は、適切な時間に受信できるように、ほぼ 1 タイム スロット前からメッセージを送信するように指示されます。最後に、携帯電話が GSM の 35 km セル範囲外にある場合、送信は隣接するタイム 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 セルの範囲が 35 km に制限されるのは、電力の制限ではなく、この機能によるものです。ただし、基地局でのアップリンクとダウンリンクの同期を変更することで、この制限を克服できます。[引用が必要]
3Gシステム
3Gシステムの文脈では、時分割多重アクセス（TDMA）と符号分割多重アクセス（CDMA）および時分割二重化（TDD）をユニバーサルモバイルテレコミュニケーションシステム（UMTS）に統合することは、スペクトル効率とネットワークパフォーマンスを最適化するための洗練されたアプローチを表しています。[6]
UTRA-FDD（周波数分割複信）はCDMAとFDDを採用しており、アップリンクとダウンリンクの送信に別々の周波数帯域が割り当てられています。この分離により干渉が最小限に抑えられ、双方向で連続的なデータ送信が可能になるため、トラフィック負荷のバランスが取れた環境に適しています。[7]
一方、UTRA-TDD（時分割複信）は、CDMAとTDMAおよびTDDを組み合わせたものです。この方式では、同じ周波数帯域がアップリンクとダウンリンクの両方で使用されますが、異なる時間で使用されます。この時間ベースの分離は、アップリンクとダウンリンクのデータレートが大幅に異なる非対称トラフィック負荷のシナリオで特に有利です。需要に基づいてタイムスロットを動的に割り当てることにより、UTRA-TDDは変化するトラフィックパターンを効率的に管理し、全体的なネットワーク容量を向上させることができます。[7] [8]
UMTSにおけるこれらの技術の組み合わせにより、利用可能なスペクトルをより柔軟かつ効率的に使用することができ、多様なユーザーの要求に応え、3Gネットワークのさまざまな運用環境への適応性を向上させることができます。[7]
有線ネットワークの場合
既存の家庭配線 (電力線、電話線、同軸ケーブル) を介して高速ローカル エリア ネットワークを提供する ITU-T G.hn 標準は、TDMA 方式に基づいています。G.hn では、「 マスター」デバイスがネットワーク内の他の「スレーブ」デバイスに「無競合送信機会」(CFTXOP) を割り当てます。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。FlexRay プロトコルは、現代の自動車の安全性が重要な通信に使用される有線ネットワークでもあり、データ送信制御に TDMA 方式を使用しています。
他の多重アクセス方式との比較
無線システムでは、TDMA は通常、周波数分割多重アクセス(FDMA) および周波数分割二重 (FDD) と併用されます。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。例外として、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、および中国のTD-SCDMAがあります。これらは時分割二重化を使用し、同じ周波数で基地局とハンドセットに異なるタイム スロットが割り当てられます。
TDMA の主な利点は、モバイルの無線部分は自分のタイムスロットを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、異なる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、ユニバーサル モバイル テレコミュニケーション システム(UMTS)では複雑なシステム追加によってサポートされています。これにより、マイクロセルレイヤーとマクロセルレイヤーの共存が可能になります。
これに対して、CDMA は「ソフト ハンドオフ」をサポートしており、携帯電話は最大 6 つの基地局と同時に通信できます。これは「同一周波数ハンドオーバー」の一種です。着信パケットの品質が比較され、最適なものが選択されます。CDMA の「セル ブリージング」特性により、混雑した 2 つのセルの境界にある端末はクリアな信号を受信できなくなるため、ピーク時にはこの利点が打ち消される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関連する周波数で干渉が発生することです。これは、TDMA 電話をラジオやスピーカーのそばに置いておくと時々聞こえるバズ音です。 [9] もう 1 つの欠点は、タイムスロット間の「デッドタイム」によって TDMA チャネルの潜在的な帯域幅が制限されることです。これらの制限は、さまざまな端末が正確に必要なタイミングで送信することを保証するのが難しいという理由から実装されています。移動中のハンドセットは、基地局から遠ざかるほど信号の到着に時間がかかるため、送信が正確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、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も意味しますが、実際には、サポートされる範囲を超える距離で受信および送信するために必要な電力レベルは、いずれにしてもほとんど非現実的です。
ダイナミックTDMA
動的時分割多重アクセス（ダイナミックTDMA）では、スケジューリングアルゴリズムが、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、
- HIPERLAN/2ブロードバンド無線アクセス ネットワーク。
- IEEE 802.16aワイヤレスマックス
- ブルートゥース
- 軍用無線機 /戦術データリンク
- TD-SCDMA
- ITU-T G.hn
- TDMA / DTMAリンクのシミュレーション
参照
- デュプレックス（通信） - 双方向に同時に通信が流れる
- リンク 16 – TDMA を使用する NATO 軍事戦術データ交換ネットワーク
参考文献
- ^ Guowang Miao 、Jens Zander、Ki Won Sung、 Ben Slimane (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。
- ^ Maine, K.; Devieux, C.; Swan, P. (1995 年 11 月)。IRIDIUM 衛星ネットワークの概要。WESCON'95。IEEE。p. 483。
- ^ Mazzella, M.; Cohen, M.; Rouffet, D.; Louie, M.; Gilhousen, KS (1993 年 4 月)。GLOBALSTARモバイル衛星システムの多重アクセス技術とスペクトル利用。第 4 回 IEE 電気通信会議 1993。IET。pp. 306–311。
- ^ 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。第 95 巻。214 ページ。
- ^ 「ORBCOMM システムの概要」(PDF)。
- ^ Jagannatham, Aditya K. (2016). 現代の無線通信システムの原理。McGraw-Hill Education。ISBN 9789339220037。
- ^ abc 「3Gモバイルシステム」（pdf）。Springer Nature。Springer、ボストン、MA：45–89。doi ： 10.1007 / 0-306-47795-5_3。ISBN 978-0-306-47795-9。
- ^ 「ETSI TS 136 214 V14.3.0 (2017-10)」(PDF)。
- ^ 「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 日閲覧。