TD-SCDMA – budowa i zasada działania chińskiego standardu 3G

TD-SCDMA – budowa i zasada działania chińskiego standardu 3G

Dziś przyjrzymy się, jak działa TD-SCDMA – technologia opracowana jako alternatywa dla innych standardów sieci 3G. To rozwiązanie zostało stworzone głównie z myślą o chińskim rynku, gdzie uniezależnienie się od zagranicznych patentów było strategicznym celem. Standard ten wyróżnia się m.in. zastosowaniem czasowego podziału kanału, inteligentnych anten oraz synchronizacji sieciowej. W artykule wyjaśniam jego podstawy, komponenty oraz sposób działania – z uwzględnieniem specyficznych cech, które odróżniają go od innych technologii 3G.

Architektura i elementy składowe TD-SCDMA

TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) łączy elementy trzech różnych technik: TDMA (podział czasowy), CDMA (wielodostęp z podziałem kodowym) oraz synchronizacji czasowej. Podstawowe komponenty tej technologii obejmują infrastrukturę radiową, terminale użytkownika oraz rdzeń sieci.

Sieć TD-SCDMA zakłada synchronizację czasową między urządzeniami a stacją bazową, co pozwala na precyzyjne przydzielanie szczelin czasowych dla transmisji uplink i downlink w tym samym paśmie częstotliwości.

Zasada działania transmisji TD-SCDMA

TD-SCDMA wykorzystuje ramki czasowe podzielone na sloty, w których realizowana jest zarówno transmisja w górę (uplink), jak i w dół (downlink). Kluczową cechą jest tu dynamiczne przydzielanie tych slotów w zależności od obciążenia sieci oraz charakterystyki przesyłanych danych.

Przykładowo, przy transmisji głosowej większość szczelin przypada na downlink, natomiast przy wysyłaniu dużych danych przez użytkownika (np. przesyłanie plików) więcej slotów przydzielanych jest do uplink.

Każdy slot trwa 0,667 ms i może być dynamicznie przydzielony, co zwiększa elastyczność wykorzystania pasma w porównaniu do statycznych schematów TDMA. Synchronizacja odbywa się dzięki pilotowi i odniesieniu czasowemu wysyłanemu przez Node B.

Rola kodowania i rozpraszania w TD-SCDMA

TD-SCDMA wykorzystuje kodowanie CDMA w obrębie przydzielonych slotów czasowych. Rozpraszanie sygnału pozwala na jednoczesne korzystanie z tego samego slotu przez wielu użytkowników przy zastosowaniu różnych kodów Golda lub kodów ortogonalnych. To zwiększa efektywność widmową i poprawia odporność na interferencje.

Dodatkowo stosowane są techniki korekcji błędów, w tym kodowanie Turbo oraz interleaving, co zwiększa niezawodność transmisji w trudnych warunkach radiowych.

Synchronizacja czasowa i TDD

TD-SCDMA stosuje tryb TDD (Time Division Duplex), czyli dupleks czasowy, gdzie transmisja w dwóch kierunkach odbywa się na tej samej częstotliwości, lecz w różnych slotach czasowych. To rozwiązanie eliminuje potrzebę par częstotliwości uplink i downlink, ułatwiając wdrożenie sieci i oszczędzając zasoby widmowe.

Precyzyjna synchronizacja czasowa wymaga jednak, by wszystkie urządzenia pracowały w pełni zsynchronizowane z zegarem sieciowym. W praktyce wymusza to stosowanie zaawansowanych mechanizmów synchronizujących i odpowiedniego planowania czasów propagacji sygnału.

Obsługa mobilności i przełączania

TD-SCDMA stosuje ręczne i automatyczne mechanizmy handover – zarówno wewnątrz tej samej technologii (intra-RAT), jak i między różnymi technologiami (inter-RAT), np. między TD-SCDMA a GSM. Mechanizmy te wymagają stałego monitorowania jakości sygnału i dynamicznego wyboru sąsiednich komórek na podstawie pomiarów parametrów radiowych.

Specyficzne dla TD-SCDMA jest również stosowanie tzw. „soft handover” w ograniczonym zakresie ze względu na czasowy charakter transmisji, co odróżnia ją od klasycznych rozwiązań CDMA.

Zaawansowane techniki: beamforming i MIMO

Standard TD-SCDMA wspiera stosowanie inteligentnych anten oraz techniki beamformingu, czyli dynamicznego kierowania wiązki sygnału do konkretnego terminala. Dzięki temu poprawia się efektywność transmisji i ogranicza zakłócenia międzykanałowe.

W dalszych wersjach przewidziano także możliwość wykorzystania systemów MIMO (Multiple Input Multiple Output), co pozwala zwiększyć przepustowość i jakość sygnału bez zwiększania szerokości pasma.

Porównanie TD-SCDMA z innymi technologiami 3G

TD-SCDMA stanowi alternatywę dla dwóch głównych standardów 3G: WCDMA i CDMA2000. Różnice między nimi obejmują m.in. schematy duplexu, alokację widma oraz model synchronizacji:

W porównaniu z WCDMA i CDMA2000, TD-SCDMA cechuje się niższą szerokością kanału i zależnością od synchronizacji, ale lepiej nadaje się do asymetrycznego ruchu danych – co było istotne w początkach rozwoju mobilnego internetu.

Zastosowanie i rozwój

TD-SCDMA był szeroko wdrażany w Chinach przez operatora China Mobile jako krajowy standard 3G. Umożliwił on rozwój lokalnego ekosystemu producentów sprzętu telekomunikacyjnego oraz aplikacji. Mimo że technologia została ostatecznie zastąpiona przez rozwiązania LTE i 5G, doświadczenie zdobyte w jej wdrażaniu miało kluczowe znaczenie dla dalszego rozwoju infrastruktury mobilnej w regionie.

TD-SCDMA odegrał również istotną rolę w testowaniu rozwiązań takich jak dynamiczne zarządzanie pasmem, synchronizacja w warstwie radiowej oraz współpraca wielosystemowa. Te mechanizmy znalazły później zastosowanie w bardziej zaawansowanych standardach.

Jeśli interesuje Cię, jak wyglądała dalsza ewolucja technologii 3G w kierunku LTE, sprawdź także temat dotyczący OFDM i technik multipleksowania w LTE.