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UMTS TDD / TD WCDMA

UMTS TDD / TD WCDMA

La mayoría de las redes 3G UMTS utilizan un esquema dúplex por división de frecuencia en el que los enlaces ascendente y descendente transmiten simultáneamente y utilizan diferentes frecuencias. Sin embargo, el dúplex por división de tiempo, TDD, donde el enlace ascendente y el enlace descendente usan la misma frecuencia pero transmiten en momentos diferentes, tiene algunas ventajas distintas en algunas circunstancias.

Es particularmente útil cuando la cantidad de datos requeridos en el enlace ascendente y el enlace descendente es diferente, ya que es posible ajustar el período de tiempo asignado al enlace ascendente y descendente en consecuencia.

Como resultado, se utilizó UMTS TDD para varias conexiones de Internet móvil, aunque no experimentó un uso muy extendido.

TDD - dúplex por división de tiempo

Un sistema de comunicaciones requiere que la comunicación sea posible en ambas direcciones: desde y hacia la estación base hasta la estación remota. Hay varias formas de lograrlo. La más obvia es transmitir en una frecuencia y recibir en otra. La diferencia de frecuencia entre las dos transmisiones es tal que las dos señales no interfieren. Esto se conoce como duplex por división de frecuencia (FDD) y es uno de los esquemas más comúnmente usados, y es usado por la mayoría de esquemas celulares.

También es posible usar una sola frecuencia y en lugar de usar diferentes asignaciones de frecuencia, usar diferentes asignaciones de tiempo. Si los tiempos de transmisión se dividen en intervalos, las transmisiones en una dirección tienen lugar en un intervalo de tiempo y las del otro sentido en otro. Es este esquema el que se conoce como dúplex por división de tiempo, TDD, y se utiliza para UMTS-TDD.

Para que los sistemas de comunicaciones por radio puedan comunicarse en ambas direcciones es necesario contar con lo que se denomina un esquema dúplex. Un esquema dúplex proporciona una forma de organizar el transmisor y el receptor para que puedan transmitir y recibir. Hay varios métodos que se pueden adoptar. Para aplicaciones que incluyen telecomunicaciones inalámbricas y celulares, donde se requiere que el transmisor y el receptor puedan funcionar simultáneamente, se utilizan dos esquemas. Uno conocido como FDD o duplex por división de frecuencia utiliza dos canales, uno para transmitir y otro para receptor. Otro esquema conocido como TDD, el dúplex por división de tiempo usa una frecuencia, pero asigna diferentes intervalos de tiempo para la transmisión y la recepción.

Cuando se utiliza un sistema TDD, hay una serie de características que son pertinentes para los sistemas TDD. Estas características deben tenerse en cuenta al desarrollar o utilizar sistemas TDD.

  • Utilización de bandas no emparejadas: Por lo general, hay más tráfico en el enlace descendente (red al móvil) que en el enlace ascendente (móvil a red). En consecuencia, el operador puede asignar más tiempo a la transmisión del enlace descendente que al enlace ascendente. Esto no es posible con el espectro emparejado requerido para los sistemas FDD donde no es posible reasignar el uso de las diferentes bandas. Como resultado de esto, es posible hacer un uso muy eficiente del espectro disponible.
  • Transmisión discontinua: En cualquier sistema TDD es necesario cambiar entre tránsito y recepción. Esto lleva cierto tiempo. No solo se necesita tiempo para que el móvil y la estación base cambien entre transmisión y recepción en términos de aumentar o disminuir la potencia, junto con la estabilización de los transitorios. Además de esto, se requiere el tiempo entre la transmisión y la recepción para adaptarse al tiempo de transmisión entre el móvil y la estación base. Como resultado, se requiere una banda de protección.
  • Interferencia de enlace ascendente / descendente: Dado que tanto el enlace ascendente como el enlace descendente comparten el mismo canal, puede haber interferencia entre las dos direcciones de transmisión. Para superar esto, las estaciones base se sincronizan para asegurar que no transmitan cuando una estación base adyacente está recibiendo; de lo contrario, la mejor ubicación y el posible nivel de potencia más alto causarán interferencia.
  • Condiciones equivalentes para enlace ascendente y enlace descendente: Dado que tanto el enlace ascendente como el enlace descendente utilizan el mismo canal, están sujetos a las mismas condiciones de propagación. Con los sistemas FDD que utilizan diferentes frecuencias para el enlace ascendente y el enlace descendente, existen diferencias significativas. Utilizando la misma frecuencia, las condiciones de desvanecimiento se pueden contrarrestar de manera más eficaz.

Comparación UMTS TDD / FDD

Si bien UMTS TDD y UMTS FDD se especifican en el mismo estándar y comparten muchas propiedades, naturalmente existen algunas diferencias.


ParámetroUMTS TDDUMTS FDD
Método de acceso múltipleTDMA, CDMACDMA
Método dúplexTDDFDD
Espaciado de canales5 MHz[1]5 MHz
Tasa de chip portadora3,84 Mcps3,84 Mcps
Estructura de la franja horaria15/14 ranuras / marco15 ranuras / marco
Longitud del cuadro (ms)1010
Concepto de multivelocidadMulticode, multislot y OVSF[2]Multicode y OVSF[2]
Tipos de ráfagas(1) ráfagas de tráfico
(2) ráfaga de acceso aleatorio
(3) ráfaga de sincronización
N / A
DetecciónCoherente basado en midámbuloCoherente basado en símbolos piloto
Control de potencia de canal dedicadoEnlace ascendente: lazo abierto de 100 Hz o 200 Hz de frecuencia
Enlace descendente: bucle cerrado con una velocidad máxima de 800 Hz
Velocidad de ciclo cerrado rápido de 1500 Hz
Factores de propagación1 .. 164 .. 512

Notas:
[1] para TD-SCDMA, la separación de canales es de 1,6 MHz
[2] OVSF = Factor de dispersión variable ortogonal

UMTS TDD dentro de 3GPP

Todos los estándares para los sistemas UMTS 3G se han definido bajo los auspicios de 3GPP, el proyecto de asociación de tercera generación. Los estándares no solo definen los sistemas FDD, sino también el sistema TDD.

En estas especificaciones, la intención original de UMTS era que el espectro TDD se usara para proporcionar altas velocidades de datos en áreas seleccionadas que forman lo que podrían denominarse zonas calientes 3G.

Detalles de UMTS TDD

UMTS TDD utiliza muchos de los mismos parámetros básicos que UMTS FDD. Se utilizan los mismos anchos de banda de canal de 5 MHz. UMTS TDD también utiliza espectro ensanchado de secuencia directa y diferentes usuarios y lo que pueden denominarse "canales lógicos" se separan utilizando diferentes códigos de ensanchamiento. Solo cuando el receptor usa el mismo código en el proceso de correlación, se recuperan los datos. En W-CDMA, todos los demás canales lógicos que utilizan diferentes códigos de ensanchamiento aparecen como ruido en el canal y, en última instancia, limitan la capacidad del sistema. En UMTS TDD, un esquema conocido como detección multiusuario (MUD) se emplea en el receptor y mejora la eliminación de los códigos de interferencia, permitiendo velocidades y capacidad de datos más altas.

Además de la separación de usuarios mediante el uso de diferentes canales lógicos como resultado de los diferentes códigos de ensanchamiento, se puede proporcionar una separación adicional entre usuarios asignando diferentes intervalos de tiempo. Hay 15 franjas horarias en UMTS TDD. De estos, tres se utilizan para gastos generales como señalización, etc., y esto deja doce espacios de tiempo para el tráfico de usuarios. En cada intervalo de tiempo puede haber 16 códigos. La capacidad se asigna a los usuarios a pedido, utilizando una matriz bidimensional de intervalos de tiempo y códigos.

Para que UMTS TDD logre el mejor rendimiento general, el formato de transporte, es decir, la modulación y la corrección de errores de reenvío se pueden modificar para cada usuario. Los esquemas son elegidos por la red y dependerán de las características de la señal en ambas direcciones. Las formas de modulación de orden superior permiten acomodar velocidades de datos más altas, pero son menos resistentes al ruido y la interferencia, y esto significa que los esquemas de modulación de velocidad de datos más alta solo se utilizan cuando la intensidad de la señal es alta. Además, se pueden cambiar los niveles de corrección de errores hacia adelante. Cuando es probable que haya errores, es decir, cuando la intensidad de la señal es baja o los niveles de interferencia son altos, se necesitan niveles igualmente más altos de corrección de errores hacia adelante en condiciones bajas que requieren el envío de datos adicionales y esto reduce la velocidad de transferencia de la carga útil. Por tanto, es posible lograr velocidades de transferencia de datos mucho más altas cuando las señales son fuertes y los niveles de interferencia son bajos.

Asignaciones de espectro para UMTS TDD

Se han realizado asignaciones estándar de espectro de radio para los sistemas de telecomunicaciones 3G en la mayoría de los países del mundo. En Europa y muchas otras áreas se ha asignado espectro para UMTS FDD entre 1920MHz a 1980MHz y 2110MHz a 2170MHz. Para UMTS TDD, el espectro se encuentra principalmente entre 1900MHz y 1920MHz y entre 2010MHz y 2025MHz. Además de esto, hay algunas otras asignaciones en torno a los 3 GHz.

Rendimiento UMTS TDD

UMTS TDD puede soportar altas velocidades de datos pico. La versión 5 del estándar UMTS proporciona HSDPA (acceso a paquetes de enlace descendente de alta velocidad). El esquema permite el uso de un esquema de modulación de orden superior llamado 16-QAM (modulación de amplitud en cuadratura de 16 puntos), que permite velocidades pico de 10 Mbps por sector en implementaciones comerciales. La próxima versión aumenta la modulación a 64-QAM e introduce la cancelación de interferencia entre celdas (llamada MUD generalizada) y MIMO (entrada múltiple, salida múltiple). En combinación, estos aumentan la tasa máxima a 31 Mbps por sector.

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