13 - TDMA

FACULTAD DE INGENIERA DE TELECOMUNICACIONES Y TELEMATICA 1

Comunicaciones Inalmbricas

Wireless Wide Area Networks

Sistemas Celulares

TDMA


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El Digital Advanced Mobile Phone System (D-AMPS) es el desarrollo

hacia 2G del sistema AMPS

Es una red celular utilizando tcnicas de multiplexacin Time Division

Multiple Access (TDMA) y la banda de 1900MHz (banda asignada al

Sistema de Comunicaciones Personales - PCS) de en adicin a la

banda de 800 MHz

El estndar D-AMPS mejora la arquitectura bsica y el protocolo de

sealizacin del AMPS, aadiendo seguridad y nuevas facilidades

como SMS.

Durante los aos 90 el sistema D-AMPS reemplazo los sistemas

AMPS, los operadores que aun mantenan este sistema en operacin

han preferido convertirse a los sistema GSM 2.5G (como GPRS o

EDGE) o migrar directamente a 3G como CDMA2000.

Sistemas Celulares TDMA

Origen


El mismo sistema D-AMPS y/o sus versiones se reconocen con varios

nombres como Digital AMPS (DAMPS), Digital A, IS-54, IS-54B, IS-136,

TDMA, ETDMA, North American Digital Cellular (NADC), ANSI/TIA/EIA-

627, and United States Digital Cellular (USDC).

La ltima versin del D-AMPS combina los estndares IS-54 e IS-136.

La evolucin del D-AMPS es como sigue:

IS-54 que fue el primer estndar 2G norteamericano (El CDMAOne

fue desplegado varios aos despus).

El ANSI/TIA/EIA-627: Despus que el estndar IS-54 fue aprobado

por el American National Standards Institute (ANSI), se convirti en

el estndar nacional americano denominado ANSI/TIA/EIA-627.

IS-136 o TDMA es una versin mejorada del IS-54.

ETDMA significa Extended TDMA. Esta versin extiende el estndar

IS-136.


Origen



Origen

IS-54 y ANSI/TIA/EIA-627

IS-54 significa Interim Standard 54, el cual es un estndar de

comunicaciones mviles utilizando tecnologa digital.

Fue el primer sistema de comunicaciones mviles en tener previsiones

de seguridad y el primero en emplear tecnologa TDMA.

El IS-54 fue desplegado en el mercado norteamericano a finales de los

aos 80, unos cuantos aos antes que el estndar europeo GSM.

Es un estndar celular digital dual (AMPS and D-AMPS) especificado en

principio por la Telecommunications Industry Association (TIA) y la

Electronics Industries Association (EIA).

Cuando un estndar interino (IS) se convierte en un estndar nacional

americano despus de su aprobacin por el ANSI, el indicador IS se

pierde y se asigna un nuevo nombre que incluye la abreviacin ANSI



Origen

IS-54 y ANSI/TIA/EIA-627 (cont.)

El trmino ANSI para el IS-54 es ANSI/TIA/EIA-627.

A pesar de esto, este estndar se denomina usualmente IS-54 y

mantiene compatibilidad con el AMPS (Es una extensin digital del

AMPS) e incrementa la capacidad de manera digital usando el modo de

acceso TDMA, con lo que se triplica la capacidad de canales.

La primera revisin del IS-54 (Rev. 0) solo identificaba las necesidades

bsicas para comenzar el diseo de sistemas y equipos TDMA.

Las especificaciones bsicas incluyen parmetros como la estructura de

los time slots, tipo de modulacin del canal de radio y formatos de los

mensajes.

Las facilidades de seguridad usan los algoritmos CAVE (Cellular

Authentication, Voice Privacy, and Encryption) para autenticacin y

CMEA (Cellular Message Encryption Algorithm) para encriptacin.



Origen

IS-136 o TDMA

El IS-136 es una versin mejorada del IS-54 conocido tambin como

TDMA.

El IS-136 ha incorporado una cantidad de facilidades que no estaban

consideradas en la especificacin IS-54 original, entre las que se

incluyen:

Mensajes de texto

Datos por conmutacin de circuitos (Circuit-switched data - CSD)

Protocolo de compresin mejorado

Uso de time division multiplexing para los canales tanto de voz

como para control

Un canal de control digital adicional para ir con el Digital Traffic

Channel (DTC) que permite operar a un telfono mvil en modo solo

digital.



Origen

IS-136 o TDMA (cont.)

Varias aplicaciones de mensajera, como SMS y mensajes de texto,

implementadas de manera muy similar al GSM.

Soporte para sistemas pequeos, privados o residenciales que

puedan coexistir con los sistemas pblicos.

Activacin sobre el aire

Aplicaciones de datos expandidos

Adaptacin ms fcil de los sistemas AMPS existentes

Hay varias ventajas en la adaptacin del estndar AMPS, una

importante es la posibilidad de usar estaciones base de AMPS.

Dado que los canales de radio del IS-136 utilizan el mismo ancho de

banda del AMPS (30KHz), las estaciones base de AMPS pueden ser

reemplazadas por unidades de radio TDMA

Esto tiene una tremenda ventaja econmica.



Origen

IS-136 o TDMA (cont.)

Otra ventaja es la utilizacin de telfonos mviles duales que podan

operar ya sea con trfico digital en IS-136 (voz y datos) o trfico

analgico AMPS.

Esto permita que un mismo telfono pudiera operar en cualquiera

delos dos sistemas siempre y cuando se encontrarn disponibles.

De esta manera se incrementaba la capacidad disponible y se

ampliaba el rea de cobertura.



Origen

Extended TDMA

Hughes Network Systems desarroll el extended TDMA (ETDMA) en

1990 como una extensin del estndar IS-136 TDMA , el ETDMA tiene

la misma estructura de canal y canales de radio del IS-136.

Sus receptores pueden operar en modo triple: AMPS, TDMA o

ETDMA.

Las diferencias ms importantes entre el ETDMA y el IS-136 son:

Eficiencia del canal incrementada : Esto se logra con una

combinacin de codificador de voz de baja tasa de bits, detector de

actividad de voz y promediado de la interferencia.

Capacidad del sistema incrementada: El codificador de voz de half-

rate (4 kb/s) reduce la cantidad de informacin transmitida y

recibida permitiendo aadir ms usuarios.



Origen

Extended TDMA

Esto se logra aadiendo usuarios durante los tiempos de silencio

(el espacio de tiempo entre palabras y slabas durante una

conversacin es el denominado tiempoo de silencio).

Tcnica de handoff asistido: Esta es una tcnica para lograr

handoffs ms exactos y temporizados durante el tiempo de silencio.

Durante este tiempo el receptor mvil puede monitorear las

transmisiones desde otras estaciones base y retransmitir de vuelta

a la red los resultados de las mediciones efectuadas, esta

informacin suplementaria es usada por la red para calificar las

mediciones del handoff hechas por la red lo que determina en

handoffs ms exactos y a tiempo



Origen

Extended TDMA

Performance de las radio comunicaciones mejoradas.: Modo triple

comparado con el modo dual en el IS-136 significa que el EDTMA

puede asignar un canal AMPS, un canal TDMA full-rate, un canal

TDMA half-rate o un canal ETDMA mientras que el IS-136 solo

puede asignar canales AMPS y canales AMPS full-rate.



Tecnologa D-AMPS

El D-AMPS usa canales de 30 kHz como el AMPS e incorpora

codificacin digital de voz con TDMA.

Para obtener ms capacidad en D-AMPS, cada uno de los canales

AMPS de 30 KHz se divide en tres canales full-rate de TDMA, con un

canal de voz en cada uno de ellos.

Cuando se utiliza half-rate, cada uno de los canales full-rate es

subdividido en dos canales half-rate.

De este modo, D-AMPS puede tener 3 canales TDMA full-rate o 6 de

half-rate, proveyendo de 3 a 6 veces la capacidad de canales que el

AMPS.

La division del canal original AMPS de 30 KHz se muestra a

continuacin:



Tecnologa D-AMPS



Tecnologa D-AMPS

Los canales de radio digital D-AMPS estn divididos en tramas con 6

time slots. Un time slot tiene una duracin de 6.67 ms, e incluye 324

bits de informacin utilizados para una velocidad de portadora de 48.6

Kbps.

Los bits de informacin en cada time slot se usan como sigue:

260 bits se usan para los 13 Kbps de la informacin de trfico

codificada en full-rate (voz y datos):

o 5.05 Kbps bits para deteccin y correccin de errores.

o 7.95 Kbps voz codificada digitalmente en full-rate

Una asignacin de 28 bits se reserva para sincronizacin. La

secuencia de sincronizacin es conocida por todos los receptores

de modo que cada receptor puede efectuar la alineacin de trama y

establecer la sincronizacin a sus propios time slots pre asignados.

Los bits restantes son de overhead.



Tecnologa D-AMPS



Tecnologa D-AMPS

Transmisin del Forward Link: La transmisin es continua y sus

principales caractersticas son:

Basada en una trama de 40 mseg.

6 time slots.

6.67 mseg/time slot.

El time slot contiene 324 bits o 162 symbols (QPSK) + 1 symbol =

2 bits

Los time slots son pareados, as: 1-4, 2-5, 3-6.

Este arreglo permite que 3 terminales accedan al mismo canal de

30Khz uno a la vez.

Tasa de informacin:

o 8 kbs con tasa de compresin conv. encoder = 16 kbbs

encoded data

o Timing, sync, y overhead se aaden para completar 16.2

kbs/user. 3 x 16.2 = 48.6 kbs.



Tecnologa D-AMPS



Tecnologa D-AMPS

Transmisin del "Reverse Link": La transmisin es peridica y sus

principales caractersticas son:

40 mseg de trama.

6 time slots.

6.67 mseg/timeslot.

16.2 kbs por usuario.

48.6 kbs data transmitida a la estacin base.



Tecnologa D-AMPS



Tecnologa D-AMPS

Principios de Operacin de TDMA :

La banda de 12.5 MHz es dividida igualmente en 416 canales de 30Khz

por canal.

Cada canal de 30Khz es compartido en el tiempo por tres

terminales:

Cuando un terminal tiene acceso, los otros dos estn en espera

Esto se hace por medio de una estructura especial de trama.

Estructura de los datos y de los "Time Slots" de TDMA:

Cada Time Slot se divide en varios sub-campos.

Cada sub-campo es diferente y contiene su propia data que define la

estructura del mensaje



Tecnologa D-AMPS



Tecnologa D-AMPS

Descripcin de los campos de datos de un "Time Slot"

G = Guard Time: usado para evitar colisiones.

R = Ramp Time: usado por lo mviles para acomodar retardos.

Data = Informacin de usuario (compressed) - Convollutionaly encoded.

SYNCH = Usado por el mvil y la BTS como time slot de sincronizacin:

+ Usado para la sincronizacin de los time slots

+ 28 bits palabra para el proceso de deteccin de correlacin.

FACCH = Fast Associated Control Channel:

+ Usado para sealizacin entre BTS y mvil.

+ Los datos se reemplazan durante procesos (Hand-Off).

+ La calidad de la voz se degrada durante este proceso.

+ FACCH is rate conv. encoded.



Tecnologa D-AMPS

Descripcin de los campos de datos de un Time Slot (cont.)

SACCH = Slow Associated Control Channel:

+ Usado para sealizacin entre la BTS y el mvil.

+ Dedicado y contnuo - e.g. acuse recibo asig. de canal.

+ Rate conv. encoded.

CDVCC = Coded Digital Verification Color Code:

+ Codigo de 8 bits, codificado a 12 bits (Block coding).

+ Tiene 255 valores distintos (patron solo 0 no se usa).

+ usado para identificacin de co-channel, similar al SAT en AMPS.

+ La BST Co channel usa un DVCC code.



Tecnologa D-AMPS

Protocolo de transmisin de un "frame":

25 tramas por segundo, 40 mseg por trama.

- Time slot:

+ Seis time slots por trama.

+ 324 bits por time-slot

+ 1944 bits de informacin por trama.

+ 48.6 Kbps (25 X 1944 = 48, 600 bits/seg)

+ Las rfagas de comunicacin individual ocupan diferentes time slots.

+ Las implementaciones corrientes usando los codificadores 'full rate

atienden a tres usuarios, cada unos ocupando dos time slots por trama

(por ejemplo. 1 & 4, 2 & 5, o 3 & 6).



Tecnologa D-AMPS

Protocolo de transmisin de un frame



Tecnologa D-AMPS

Protocolo del "Uplink" y del "Downlink":

La estacin base transmite un tren continuo de datos conteniendo

tramas de time slots para mltiples mviles.

Los mviles escuchan este tren continuo, extrayendo y procesando

solo los time slots que tienen asignados.

Los mviles transmiten a la BTS en rfagas, solo en los time slots que

tienen asignados



Tecnologa D-AMPS

Protocolo de transmisin del forward link y del Uplink



Estado actual de la Tecnologa D-AMPS

La industria est retirando del mercado estas redes

Actualmente ya no se fabrican ni terminales ni repuestos.

Ericsson, ya anunci que ha dejado de dar soporte tcnico a estas

redes.

Costa Rica y otros pases ya desactivaron sus redes TDMA

ATT en USA desactiv sus redes TDMA en 2008

En Per, Telefnica Mviles desactiv su red TDMA el ao 2006

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