TDMA

• Один несущий частотный канал делится между несколькими пользователями
• Непрерывная передача не требуется, что упрощает процедуру хендовера
• Тайм-слоты могут динамически выделяться на основе нагрузки (в динамическом TDMA)
• Менее строгие требования по управлению мощностью, чем у CDMA из-за меньших внутренних помех в ячейке
• Более высокий оверхед на синхронизацию по сравнению с CDMA
• Для высоких скоростей передачи данных при селективности канала по частоте требуется продвинутое эквализирование эквализация
• «Дыхание» ячейки — перераспределение ресурсов между соседними ячейками — сложнее, чем в CDMA
• Сложности с распределением частот и тайм-слотов
• Импульсная форма сигнала провоцирует вмешательство с другими устройствами

Большинство сотовых систем второго поколения, за исключением IS-95, построены на принципах TDMA. GSM, D-AMPS, PDC, iDEN и PHS — примеры TDMA-сетей.

В системе GSM синхронизация мобильных терминалов достигается с помощью специальных команд, отправляемых базовой станцией, которые указывают телефону заранее начать передачу и на какое время сместить её. Это компенсирует задержку распространения, обусловленную конечной скоростью света. Телефон не может использовать весь свой тайм-слот полностью: на его конце выделяется защитный интервал, чтобы избежать наложения сигналов от абонентов на границе зоны действия. По мере смещения передачи в защитный интервал сеть корректирует тайминговое упреждение.

Для начальной синхронизации требуется особый подход: пока телефон не передал первый сигнал, нельзя оценить требуемое смещение. Для этого выделяется целый тайм-слот для абонентов, пытающихся связаться с сетью — это называется канал случайного доступа (RACH) в GSM. Терминал начинает передавать в начале тайм-слота, ориентируясь на синхросигнал базовой станции. Если устройство находится близко к станции, задержка мала и синхронизация проходит успешно. Если расстояние близко к максимальному радиусу ячейки (примерно 35 км), задержка возрастает, и передача доходит до конца окна. В таком случае телефон получает указание запускать передачу почти на целый тайм-слот раньше, чтобы попасть в нужный интервал. Если же телефон оказался за пределами зоны действия (далее 35 км), его сигнал придёт с опозданием и будет проигнорирован, так как попадёт в соседний слот. Именно это ограничение, а не уровень мощности, задаёт максимальный радиус ячейки GSM в 35 км (без специальных расширений). При изменении синхронизации между нисходящим и восходящим каналами базовой станции это ограничение может быть снято.

В системах 3G интеграция TDMA с CDMA и временным дуплексом (TDD) в UMTS позволяет повысить спектральную эффективность и производительность сети^[3].

UTRA-FDD (дуплекс с разделением по частоте) использует CDMA и FDD: отдельные частотные диапазоны выделяются для передачи и приёма, минимизируя помехи и обеспечивая непрерывную передачу данных в обоих направлениях. Такая схема подходит для сетей с примерно равной загрузкой каналов^[4].

UTRA-TDD (дуплекс с разделением по времени) сочетает CDMA с TDMA и TDD. Один и тот же частотный канал используется для передачи и приёма поочерёдно, в разные моменты времени, что особенно выгодно для сетей с асимметричным трафиком. Динамическое выделение тайм-слотов на основе востребованности позволяет эффективно обслуживать переменную нагрузку и увеличивать ёмкость сети^[4].^[5]

Сочетание этих технологий в UMTS способствует более гибкому и рациональному использованию спектра в зависимости от пользовательских сценариев и условий работы сети^[4].

Рекомендация ITU-T G.hn, регламентирующая высокоскоростные локальные сети на базе существующей домашней проводки (электросети, телефонные и коаксиальные кабели), реализована на базе TDMA. В G.hn мастером сети выделяются так называемые CFTXOP — возможности передачи без коллизий, которые предоставляются поочерёдно каждому из абонентов. В каждый момент времени только одно устройство может воспользоваться выделенным тайм-слотом. Схожий принцип реализован и в протоколе FlexRay, используемом для критически важных систем передачи данных в автомобилях.

В радиосистемах TDMA часто применяется совместно с множественный доступ с разделением по частоте (FDMA) и дуплекс с разделением по частоте (FDD); такая схема называется FDMA/TDMA/FDD. В частности, это реализовано в системах GSM и IS-136. Исключение составляют микросотовые системы DECT, PHS, вариант UMTS-TDD и китайская TD-SCDMA, где применяется временной дуплекс — разные тайм-слоты выделяются базовой станции и абоненту на одной частоте.

Ключевым преимуществом TDMA является то, что радиочасть мобильной станции должна слушать и передавать только в свой тайм-слот. В остальное время устройство может сканировать сеть в поиске других передатчиков на других частотах, что упрощает хендо́вер между полосами и позволяет совместно существовать микро- и макроячеистым структурам. В системах CDMA, напротив, поддерживается так называемый «мягкий хендо́вер», когда терминал одновременно подключён к нескольким базовым станциям и выбирается передача с лучшим качеством сигнала. Однако «дыхание ячеек» в CDMA — когда терминал на границе двух перегруженных ячеек может остаться без качественного сигнала — частично нивелирует это преимущество в периоды пика нагрузки.

Существенный недостаток TDMA — появление помех с частотой, обратной длине тайм-слота: например, у TDMA-телефона, оставленного рядом с радио или колонками, может быть слышен характерный «жужжащий» звук^[6]. Кроме того, «мёртвое время» между тайм-слотами ограничивает потенциальную пропускную способность TDMA-канала. Это связано с технической сложностью обеспечить строгое соблюдение времённых окон всеми терминалами, особенно перемещающимися, что требует постоянной корректировки момента начала передачи по мере движения устройства относительно базовой станции. Поэтому основные TDMA-системы жестко лимитированы по радиусу охвата, хотя на практике дополнительные ограничения накладываются уровнем мощности передатчика и чувствительности приёмника.

TDMA (множественный доступ с разделением по времени) — это коммуникационный метод, при котором радиочастотный диапазон делится на дискретные временные слоты, благодаря чему несколько пользователей поочерёдно используют общий канал связи. Такой подход обеспечивает более эффективное использование спектра в сравнении с аналоговыми системами и обладает рядом сопутствующих преимуществ^[7].

1. Повышенная спектральная эффективность: TDMA позволяет нескольким пользователям одновременно использовать один частотный канал без взаимных помех, за счёт чёткого отведения каждому абоненту собственного временного окна. Это максимально увеличивает пропускную способность канала и общую эффективность системы.
2. Снижение межсимвольных помех: Разделение передачи по тайм-слотам существенно уменьшает вероятность наложения символов и искажений, что повышает надёжность и чёткость передачи данных.
3. Отсутствие охранных полос: В TDMA нет необходимости в частотных охранных полосах (guard bands), как в других системах, что также увеличивает полезную полосу и ёмкость сети^[8].
4. Гибкое распределение скорости передачи: Возможна динамическая аллокация тайм-слотов в зависимости от индивидуальных потребностей, например, на время большого объёма данных одному клиенту выделяется несколько окон, что оптимизирует использование ресурса.
5. Низкое энергопотребление: В TDMA возможна периодическая деактивация передатчика, если нет передачи, что существенно экономит энергию мобильных устройств.
6. Простота реализации: Временное разделение облегчает синхронизацию между участниками по сравнению с CDMA, где требуется более сложное кодирование и фильтрация^[9].
7. Масштабируемость: TDMA-системы хорошо масштабируются: при росте числа пользователей можно добавить дополнительные временные интервалы без значительной перестройки инфраструктуры.
8. Управление качеством обслуживания (QoS): TDMA позволяет динамически управлять выделением ресурсов и обеспечивать предсказуемое качество обслуживания благодаря контролю длины и количества слотов.

1. Защитные интервалы: Для предотвращения наложения передач в смежных слотах используют специальные защитные интервалы (обычно 30-50 мкс), что снижает полезную пропускную способность системы^[10].
2. Энергопотребление: Хотя TDMA экономит энергию за счёт отключения передатчика вне тайм-слота, дополнительный расход возникает на синхронизацию и обслуживание защитных интервалов, что может свести на нет часть преимуществ для мобильных устройств.
3. Сложности синхронизации: Жёсткая синхронизация всех абонентов требует сложных механизмов управления временем в динамичных и многопользовательских сетях, наличие большого числа абонентов усложняет задачу и увеличивает риски коллизий.
4. Ограниченная скорость передачи: Фиксированная структура тайм-слотов часто лимитирует скорость передачи данных по сравнению с более гибкими схемами (например, CDMA), особенно для пользователей с большими запросами к трафику.
5. Ограниченная гибкость: TDMA обладает средней гибкостью — структура с жёстким расписанием тайм-слотов менее эффективно использует ресурсы при резких изменениях нагрузки^[9].
6. Задержки: В многопользовательской TDMA-сети из-за поочерёдного доступа передачи могут задерживаться, что критично для приложений реального времени (голос, видео).
7. Ограниченная масштабируемость: Увеличение пользователей требует добавления слотов, но это ограничено необходимостью строго соблюдать синхронизацию и фиксированной структурой управления сетью^[11].

В динамическом множественном доступе с разделением по времени (динамический TDMA) специально подобранный алгоритм планирования в каждом кадре динамически выделяет переменное количество временных слотов каналам с разным битрейтом на основе нагрузки. Динамический TDMA применяется в:

• HIPERLAN/2 — широкополосным радиосетям
• IEEE 802.16a (WiMax)
• Bluetooth
• военной радиотехнике / тактические линии передачи данных
• TD-SCDMA
• ITU-T G.hn
• Имитационное моделирование TDMA / DTMA-соединений
• MoCA (Multimedia over Coax Alliance)