خصائص الإرسال المزدوج بالتقسيم الزمني TDD

يُعد الإرسال المزدوج بالتقسيم الزمني “TDD” بأنّه وسيلة تدل على وصلات الاتصال المزدوج، كما إنّه أسلوب إرسال يسمح بالتدفق غير المتماثل لنقل بيانات الوصلة الصاعدة والهابطة، ويتم تحديد فترات زمنية للمستعملين لإرسال الوصلة الصاعدة والهابطة.

ما هو الإرسال المزدوج بالتقسيم الزمني TDD؟

الإرسال المزدوج بتقسيم الزمن “TDD”: هو نظام يشير إلى وصلات اتصال مزدوج، حيث يتم فصل الوصلة الصاعدة عن الوصلة الهابطة بتخصيص فترات زمنية مختلفة في نفس نطاق التردد، كما إنّه مخطط إرسال يسمح بالتدفق غير المتماثل لنقل بيانات الوصلة الصاعدة والهابطة، حيث يتم تخصيص فترات زمنية للمستخدمين لإرسال الوصلة الصاعدة والهابطة.

تُستخدم تقنية “TDD” في “IEEE 802.16″ و”WiMAX” و”3G TD-SCDMA” و”4G TDD LTE”، كما تم تعريف شبكة “4G LTE” لاستيعاب كل من الطيف المزدوج لتقسيم التردد المزدوج “FDD”، ممّا يوفر مسار انتقال لخدمات الجيل الثالث المستخدمة في جميع أنحاء العالم والطيف غير المزدوج لـ “TDD LTE”، ممّا يوفر التطور أو مسار الترقية لـ “TD -SCDMA”، حيث يُعتبر “TDD” عادةً أكثر كفاءة في استخدام الطيف وأكثر ملاءمة لخدمات البيانات المتدفقة.

يفصل تعدد الإرسال بتقسيم الوقت إشارات الوصلة الصاعدة والهابطة عن طريق مطابقة اتصال مزدوج كامل من خلال ارتباط اتصال أحادي الإرسال، وهذه الطريقة مفيدة للغاية في حالة وجود عدم تناسق في معدلات بيانات الوصلة الصاعدة والهابطة، حيث يُقسم “TDD” تدفق البيانات إلى أطر ويخصص فترات زمنية مختلفة لإعادة توجيه الإرسال وعكسه، ممّا يسمح لكلا النوعين من عمليات الإرسال بمشاركة نفس وسيط الإرسال.

• “TDD” هي اختصار لـ “Tme Division Duplexi”.

• “LTE” هي اختصار لـ “Long Term Evolution”.

• “FDD” هي اختصار لـ “Frequency Division Duplex”.

• “TD -SCDMA” هي اختصار لـ “Time Division Synchronous Code Division Multiple Access”.

• “IEEE” هي اختصار لـ “Institute of Electrical and Electronics Engineers”.

طريقة الاتصال المزدوج بتقسيم الوقت للاتصالات المتنقلة عبر الأقمار الصناعية:

إنّ الاتصال المزدوج بتقسيم الزمن للاتصالات المتنقلة عبر الأقمار الصناعية تنتمي إلى المجال التقني للاتصالات الساتلية، حيث تشتمل الطريقة على الخطوات التالية:

• يرسل الساتلايت إشارة الوصلة الهابطة إلى مطراف أرضي، ويستقبل في نفس الوقت إشارة الوصلة الصاعدة المرسلة من المطراف الأرضي.

• تُرسل المحطة الأرضية إشارة الوصلة الصاعدة إلى القمر الصناعي ويستقبل في نفس الوقت إشارة الوصلة الهابطة التي يرسلها الساتل.

• يتم الإرسال والاستقبال في فترات زمنية مختلفة لنفس قنوات التردد، وفي هذه الطريقة يشتمل الإطار المادي لربط إشارات الساتلايت لأعلى ولأسفل على إطار فائق، حيث يشتمل الإطار الفائق على إطار عادي واحد أو أكثر وإطار قصير واحد أو صفر، والفرق الزمني بين نقطتي البداية لاثنين من الإطارات الفائقة المتجاورة يساوي تأخير وقت الإرسال المتوسط.

• يتكون الإطار العادي من مجموعة من الفترات الزمنية، ويتكون الإطار القصير من فترة زمنية واحدة أو أكثر، وعرض الإطار القصير أقل من عرض الإطار العادي، كما يمكن استخدام الطريقة للاتصالات المتنقلة عبر الأقمار الصناعية.

أساسيات الإرسال المزدوج بالتقسيم الزمني TDD:

يُعد الإرسال المزدوج بالتقسيم الزمني “TDD” بأنّه طريقة لمحاكاة اتصال مزدوج الإرسال عبر رابط اتصال أحادي الإرسال، حيث يستخدم كل من المرسل والمستقبل نفس نطاق التردد ولكنهما يرسلان ويستقبلان حركة المرور في أوقات مختلفة، كما يُستخدم نظام “TDD” نفس نطاق التردد من خلال تخصيص فترات زمنية متبادلة لعمليات الإرسال والاستقبال، والمعلومات المراد نقلها سواء كانت صوتاً أو فيديو أو بيانات كمبيوتر، حيث تكون بتنسيق ثنائي تسلسلي، وقد يبلغ طول كل فجوة زمنية بايت واحد أو يمكن أن تكون إطاراً من عدة بايتات.

في الإرسال المزدوج بتقسيم الزمن “TDD”، يُستخدم الوقت لفصل إرسال الإشارات واستقبالها، بدلاً من التردد، وبالتالي يتم تخصيص تردد واحد للمستخدم لكلا الاتجاهين، حيث يوفر “TDD” تدفقاً ثنائي الاتجاه متزامناً للمعلومات، وبالتالي فإنّ أجهزة الإرسال المزدوجة غير مطلوبة وبالتالي فإنّ تكلفة نظام “TDD” ليست عالية جداً، حيث يستخدم المرسل والمستقبل نفس المكونات مثل المرشحات والخلاطات.

يستخدم نظام الإرسال بتقسيم الزمن فواصل زمنية واحدة من أجل المنبع أي الإرسال والأخرى للتنزيل أي الاستقبال، حيث يتم تخصيص وقت حماية بين تدفقات الإرسال والاستقبال، كما يُسهل الإرسال المزدوج بتقسيم الوقت الإرسال والاستقبال المتزامنين عن طريق تعيين الإشارات المرسلة في الفاصل الزمني والإشارات المستقبلة في فترة زمنية أخرى، حيث يتشاركون في نفس تردد القناة.

مزايا الإرسال المزدوج بالتقسيم الزمني TDD:

• إنّه أكثر ملاءمة للطيف، حيث يسمح باستخدام تردد واحد فقط للتشغيل وزيادة استخدام الطيف بشكل كبير، خاصةً في نطاقات التردد ذات النطاق الترددي الضيق أو المعفاة من الترخيص.

• يسمح بالتخصيص المتغير للإنتاجية بين اتجاهات الإرسال والاستقبال، ممّا يجعله مناسباً تماماً للتطبيقات ذات متطلبات المرور غير المتماثل، مثل المراقبة بالفيديو والبث وتصفح الإنترنت.

• يمكن تعيين أجهزة الراديو للتشغيل في أي مكان في النطاق ويمكن استعمالها في أي من طرفي الارتباط، ونتيجةً لذلك لا يتم الحاجة سوى لمحطة احتياطية واحدة لخدمة طرفي الارتباط.

• تكلفة أنظمة “TDD” أقل، حيث يمكنها استخدام نفس المكونات لوظائف “TX” و”Rx”.

ملاحظة: “Tx” هي اختصار لـ “Transmission” و”Rx” هي اختصار لـ “Receiver”. 

عيوب الإرسال المزدوج بالتقسيم الزمني TDD:

• يؤدي التبديل من الإرسال إلى الاستقبال إلى تأخير يتسبب في زيادة زمن انتقال أنظمة “TDD” التقليدية عند مقارنتها بأنظمة “FDD“.

• نظراً لأنّ نظام “TDD” يعمل على أساس الفترات الزمنية المخصصة، فإنّه يتطلب تزامناً صارماً للطور أو الوقت لتجنب التداخل بين إرسالات الارتباط الصاعد “UL” والوصلة الهابطة “DL”.

• يمكن أن تتداخل أجهزة الراديو المتعددة في نفس الموقع مع بعضها البعض ما لم تتم مزامنتها.

• تؤدي مناهج “TDD” التقليدية إلى أداء ضعيف في “TDM” بسبب زمن الوصول.

• بالنسبة للحركة المتكاملة “50:50″، يكون “TDD” أقل كفاءة في استعماال الطيف من “FDD” بسبب وقت التبديل بين الإرسال والاستقبال.

ملاحظة:“UL” هي اختصار لـ “Upper Link” و”DL” هي اختصار لـ “Download Link”. 

ملاحظة: “TDM” هي اختصار لـ “Time Division Multiplexing”. 

مخطط الإرسال المزدوج بالتقسيم الزمني TDD:

مخطط الإرسال المزدوج الديناميكي لتقسيم التردد الزمني “D-TFDD”: هو مخطط مزدوج للإرسال في كلا الاتجاهين يجمع بين الإرسال المزدوج بتقسيم الوقت “TDD” وتقسيم التردد المزدوج “FDD”.

في “D-TFDD” يستقبل المستخدم من المحطة القاعدة “BS” على الوصلة الهابطة في نطاق تردد واحد وينقل إلى المحطة القاعدة على الوصلة الصاعدة في نطاق تردد آخر، كما هو الحال في “FDD، وبعد ذلك يُشارك المستخدم إرسال الوصلة الصاعدة أيداستقبال الوصلة الهابطة على نطاق التردد المقابل مع إرسال الوصلة الصاعدة أو استقبال الوصلة الهابطة لمستخدم آخر بطريقة” D-TDD”.

وبعد ذلك في نطاق تردد معين، تتصل المحطة القاعدة بالمستخدم (U1) والمستخدم (U2) بطريقة “D-TDD”، حيث لا يتطلب مخطط “D-TFDD” معرفة التداخل بين الخلايا “ICI”، ولا يتطلب سوى معلومات حالة القناة “CSI” لقنوات “BS-U1″ و”BS-U2” المحلية، وبالتالي إنّه عملي للتنفيذ، كما يزيد مخطط “D-TFDD” من منطقة النواتج بين المحطة القاعدة والمستخدمين في نطاق تردد معين، ويقلل بشكل كبير احتمالات الانقطاع على قنوات “BS-U1″ و”BS-U2” المقابلة.

كما أنّ مخطط “D-TFDD” يضاعف كسب التنوع على كل من قناتي “BS-U1″ و”BS-U2” المقابلة مقارنةً بكسب التنوع لخطط الإرسال المزدوج الحالية، ممّا يؤدي إلى مكاسب كبيرة جداً في الأداء.

• “D-TFDD” هي اختصار لـ “Dynamic Time Frequency Division Duplex”.

• “BS-U” هي اختصار لـ “Base Station User”.

• “CSI” هي اختصار لـ “Channel State Information”.

• “ICI” هي اختصار لـ “Inter Cell Interference”.