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UMTS TDD / TD WCDMA

UMTS TDD / TD WCDMA

La plupart des réseaux UMTS 3G utilisent un schéma duplex par répartition en fréquence dans lequel les liaisons montantes et descendantes émettent simultanément et utilisent des fréquences différentes. Cependant, le duplex à répartition dans le temps, le TDD où la liaison montante et la liaison descendante utilisent la même fréquence mais émettent à des moments différents présente certains avantages distincts dans certaines circonstances.

Il est particulièrement utile lorsque la quantité de données requise en liaison montante et en liaison descendante est différente car il est possible d'ajuster la durée allouée à la liaison montante et descendante en conséquence.

En conséquence, l'UMTS TDD a été utilisé pour un certain nombre de connexions Internet mobiles, bien qu'il n'ait pas été largement utilisé.

TDD - duplex à répartition dans le temps

Un système de communication nécessite que la communication soit possible dans les deux sens: vers et depuis la station de base vers la station distante. Cela peut être réalisé de plusieurs manières. Le plus évident est d'émettre sur une fréquence et de recevoir sur une autre. La différence de fréquence entre les deux émissions étant telle que les deux signaux n'interfèrent pas. Ceci est connu sous le nom de duplex à répartition de fréquence (FDD) et c'est l'un des schémas les plus couramment utilisés, et il est utilisé par la plupart des schémas cellulaires.

Il est également possible d'utiliser une seule fréquence et plutôt que d'utiliser des attributions de fréquences différentes, d'utiliser des attributions de temps différentes. Si les temps de transmission sont divisés en tranches, alors les transmissions dans un sens ont lieu dans une tranche de temps, et celles dans l'autre sens ont lieu dans une autre. C'est ce schéma qui est connu sous le nom de duplex à répartition dans le temps, TDD, et il est utilisé pour UMTS-TDD.

Pour que les systèmes de radiocommunications puissent communiquer dans les deux sens, il est nécessaire d'avoir ce que l'on appelle un schéma duplex. Un schéma duplex fournit un moyen d'organiser l'émetteur et le récepteur afin qu'ils puissent émettre et recevoir. Il existe plusieurs méthodes qui peuvent être adoptées. Pour les applications comprenant les télécommunications sans fil et cellulaires, où il est nécessaire que l'émetteur et le récepteur puissent fonctionner simultanément, deux schémas sont utilisés. L'un connu sous le nom de FDD ou duplex à division de fréquence utilise deux canaux, l'un pour l'émission et l'autre pour le récepteur. Un autre schéma connu sous le nom de TDD, le duplex à répartition dans le temps utilise une fréquence, mais alloue des tranches de temps différentes pour la transmission et la réception.

Lors de l'utilisation d'un système TDD, un certain nombre de caractéristiques sont pertinentes pour les systèmes TDD. Ces caractéristiques doivent être prises en compte lors du développement ou de l'utilisation de systèmes TDD.

  • Utilisation de bandes non appariées: En général, il y a plus de trafic sur la liaison descendante (réseau vers le mobile) que sur la liaison montante (mobile vers réseau). En conséquence, l'opérateur peut allouer plus de temps à la transmission de liaison descendante qu'à la liaison montante. Cela n'est pas possible avec le spectre apparié requis pour les systèmes FDD où il n'est pas possible de réattribuer l'utilisation des différentes bandes. En conséquence, il est possible d'utiliser très efficacement le spectre disponible.
  • Transmission discontinue: Dans tout système TDD, il est nécessaire de basculer entre le transit et la réception. Cela prend un certain temps. Non seulement il faut du temps au mobile et à la station de base pour basculer entre l'émission et la réception en termes d'augmentation ou de diminution de la puissance, ainsi que la stabilisation de tout transitoire. En plus de cela, le temps est nécessaire entre l'émission et la réception pour s'adapter au temps de transmission entre le mobile et la station de base. En conséquence, une bande de garde est nécessaire.
  • Interférence de liaison montante / descendante: Comme la liaison montante et la liaison descendante partagent le même canal, il peut y avoir des interférences entre les deux directions de transmission. Pour surmonter cela, les stations de base sont synchronisées pour garantir qu'elles ne transmettent pas lorsqu'une station de base adjacente reçoit, sinon le meilleur emplacement et le niveau de puissance plus élevé possible provoqueront des interférences.
  • Conditions équivalentes pour la liaison montante et la liaison descendante: Comme les liaisons montante et descendante utilisent le même canal, elles sont soumises aux mêmes conditions de propagation. Avec les systèmes FDD utilisant des fréquences différentes pour la liaison montante et la liaison descendante, il existe des différences significatives. En utilisant la même fréquence, les conditions d'évanouissement peuvent être neutralisées plus efficacement.

Comparaison UMTS TDD / FDD

Si UMTS TDD et UMTS FDD sont tous deux spécifiés dans la même norme et partagent de très nombreuses propriétés, il existe naturellement des différences.


ParamètreUMTS TDDUMTS FDD
Méthode d'accès multipleTDMA, CDMACDMA
Méthode duplexTDDFDD
Espacement des canaux5 MHz[1]5 MHz
Taux de puce du transporteur3,84 Mcps3,84 Mcps
Structure de la tranche horaire15/14 emplacements / cadre15 emplacements / cadre
Longueur de trame (ms)1010
Concept multi-tauxMulticode, multislot et OVSF[2]Multicode et OVSF[2]
Types de rafales(1) rafales de trafic
(2) rafale d'accès aléatoire
(3) salve de synchronisation
N / A
DétectionCohérent basé sur le midambleCohérent basé sur des symboles pilotes
Contrôle de puissance de canal dédiéLiaison montante: fréquence en boucle ouverte de 100 Hz ou 200 Hz
Liaison descendante: fréquence maximale de 800 Hz en boucle fermée
Fréquence de 1500 Hz en boucle fermée rapide
Facteurs de propagation1 .. 164 .. 512

Remarques:
[1] pour TD-SCDMA, l'espacement des canaux est de 1,6 MHz
[2] OVSF = facteur d'étalement variable orthogonale

UMTS TDD dans 3GPP

Toutes les normes des systèmes UMTS 3G ont été définies sous les auspices du 3GPP - le projet de partenariat de troisième génération. Les normes définissent non seulement les systèmes FDD, mais également le système TDD.

Dans ces spécifications, l'intention initiale de l'UMTS était que le spectre TDD soit utilisé pour fournir des débits de données élevés dans des zones sélectionnées formant ce que l'on pourrait appeler des zones chaudes 3G.

Détails UMTS TDD

UMTS TDD utilise plusieurs des mêmes paramètres de base que UMTS FDD. Les mêmes largeurs de bande de canal de 5 MHz sont utilisées. UMTS TDD utilise également un spectre étalé à séquence directe et différents utilisateurs et ce que l'on peut appeler des «canaux logiques» sont séparés en utilisant différents codes d'étalement. Ce n'est que lorsque le récepteur utilise le même code dans le processus de corrélation que les données sont récupérées. En W-CDMA, tous les autres canaux logiques utilisant des codes d'étalement différents apparaissent comme du bruit sur le canal et limitent finalement la capacité du système. Dans UMTS TDD, un schéma connu sous le nom de détection multi-utilisateur (MUD) est utilisé dans le récepteur et améliore la suppression des codes interférents, permettant des débits et une capacité de données plus élevés.

En plus de la séparation des utilisateurs en utilisant différents canaux logiques en conséquence des différents codes d'étalement, une séparation supplémentaire entre les utilisateurs peut être fournie en attribuant différentes tranches de temps. Il y a 15 plages horaires dans UMTS TDD. Parmi ceux-ci, trois sont utilisés pour les frais généraux tels que la signalisation, etc., ce qui laisse douze tranches de temps pour le trafic utilisateur. Dans chaque tranche horaire, il peut y avoir 16 codes. La capacité est allouée aux utilisateurs à la demande, en utilisant une matrice bidimensionnelle de plages horaires et de codes.

Afin que l'UMTS TDD atteigne les meilleures performances globales, le format de transport, c'est-à-dire la modulation et la correction d'erreur directe, peut être modifié pour chaque utilisateur. Les schémas sont choisis par le réseau et dépendront des caractéristiques du signal dans les deux sens. Des formes de modulation d'ordre supérieur permettent de s'adapter à des vitesses de données plus élevées, mais elles sont moins résistantes au bruit et aux interférences, ce qui signifie que les schémas de modulation à débit de données plus élevé ne sont utilisés que lorsque les intensités de signal sont élevées. De plus, les niveaux de correction d'erreur directe peuvent être modifiés. Lorsque des erreurs sont probables, c'est-à-dire lorsque les intensités du signal sont faibles ou les niveaux d'interférence sont élevés, des niveaux similaires de correction d'erreur directe sont nécessaires sous faible nécessitant l'envoi de données supplémentaires et cela ralentit le taux de transfert de la charge utile. Ainsi, il est possible d'obtenir des taux de transfert de données beaucoup plus élevés lorsque les signaux sont forts et les niveaux d'interférence sont faibles.

Allocations de spectre pour UMTS TDD

Des attributions standard de spectre radioélectrique ont été faites pour les systèmes de télécommunications 3G dans la plupart des pays du monde. En Europe et dans de nombreuses autres régions, le spectre a été attribué à l'UMTS FDD entre 1920 MHz à 1980 MHz et 2110 MHz à 2170 MHz. Pour UMTS, le spectre TDD est principalement situé entre 1900 MHz et 1920 MHz et entre 2010 MHz et 2025 MHz. En plus de cela, il existe d'autres allocations autour de 3 GHz.

Performances UMTS TDD

UMTS TDD est capable de prendre en charge des débits de données de pointe élevés. La version 5 de la norme UMTS fournit HSDPA (accès aux paquets de liaison descendante à haut débit). Le schéma permet l'utilisation d'un schéma de modulation d'ordre supérieur appelé 16-QAM (modulation d'amplitude en quadrature 16 points), qui permet des débits de pointe de 10 Mbps par secteur dans les déploiements commerciaux. La prochaine version augmente la modulation à 64-QAM et introduit l'annulation des interférences intercellulaires (appelée MUD généralisée) et MIMO (entrée multiple, sortie multiple). En combinaison, ceux-ci augmentent le débit de pointe à 31 Mbps par secteur.

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