الوصول المتعدد بتقسيم الوقت

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
بنية إطار TDMA توضح تدفق البيانات المقسم إلى إطارات، وهذه الإطارات مقسمة إلى فترات زمنية.

تُعدّ تقنية الوصول المتعدد بتقسيم الوقت ( TDMA ) إحدى طرق الوصول إلى القنوات في الشبكات ذات الوسائط المشتركة . تسمح هذه التقنية لعدة مستخدمين بمشاركة قناة التردد نفسها عن طريق تقسيم القناة إلى فترات زمنية مختلفة. [ 1 ] يقوم المستخدمون بالإرسال بالتتابع السريع، واحدًا تلو الآخر، مستخدمين فتراتهم الزمنية الخاصة. وهذا يُمكّن محطات متعددة من مشاركة وسيط الإرسال نفسه (مثل قناة الترددات الراديوية) مع استخدام جزء فقط من سعة القناة .

TDMA هو نوع من أنواع تعدد الإرسال بتقسيم الوقت (TDM)، مع النقطة الخاصة المتمثلة في أنه بدلاً من وجود جهاز إرسال واحد متصل بجهاز استقبال واحد ، يوجد العديد من أجهزة الإرسال.

يُعدّ Dynamic TDMA أحد أنواع TDMA التي تحجز ديناميكيًا عددًا متغيرًا من الفترات الزمنية في كل إطار لتدفقات البيانات ذات معدل البت المتغير، بناءً على طلب حركة المرور لكل تدفق بيانات.

تُستخدم تقنية TDMA في أنظمة الاتصالات الخلوية الرقمية من الجيل الثاني، مثل النظام العالمي للاتصالات المتنقلة (GSM) و IS-136 والشبكات الخلوية الرقمية الشخصية (PDC) و iDEN ، وفي نظام التعريف التلقائي البحري ، [ 2 ] وفي معيار الاتصالات اللاسلكية الرقمية المحسّنة (DECT) للهواتف المحمولة . استُخدمت تقنية TDMA لأول مرة في أنظمة الاتصالات عبر الأقمار الصناعية من قِبل شركة ويسترن يونيون في قمرها الصناعي للاتصالات ويستار 3 عام 1979. وتُستخدم الآن على نطاق واسع في الاتصالات عبر الأقمار الصناعية، [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] وأنظمة الراديو القتالية ، وشبكات الألياف الضوئية السلبية (PON) لنقل البيانات من المباني إلى المشغل.

في أنظمة الهواتف المحمولة

صفات

  • يتشارك تردد ناقل واحد مع عدة مستخدمين
  • يُسهّل الإرسال غير المستمر عملية التسليم
  • يمكن تخصيص الفترات الزمنية حسب الطلب في تقنية TDMA الديناميكية
  • يتميز هذا النظام بتحكم أقل صرامة في الطاقة مقارنةً بنظام CDMA، وذلك بسبب انخفاض التداخل داخل الخلية.
  • تكلفة مزامنة أعلى من CDMA
  • قد يكون استخدام معادلة متقدمة ضروريًا لمعدلات البيانات العالية إذا كانت القناة انتقائية التردد وتتسبب في تداخل بين الرموز
  • يُعدّ التنفس الخلوي (استعارة الموارد من الخلايا المجاورة) أكثر تعقيدًا مما هو عليه في CDMA
  • تعقيد تخصيص التردد والفتحات
  • غلاف الطاقة النابض: تداخل مع الأجهزة الأخرى

أنظمة الجيل الثاني

تعتمد معظم أنظمة الاتصالات الخلوية من الجيل الثاني، باستثناء نظام IS-95 ، على تقنية TDMA. ومن أمثلة هذه الأنظمة: GSM و D-AMPS و PDC و iDEN و PHS .

في نظام GSM، تتم مزامنة الهواتف المحمولة عن طريق إرسال أوامر توقيت مسبق من المحطة الأساسية، تُحدد هذه الأوامر للهاتف المحمول موعد الإرسال ومقداره. يُعوض هذا عن تأخير سرعة الضوء بين الهاتف والمحطة الأساسية. لا يُسمح للهاتف المحمول بالإرسال طوال فترة الإرسال المحددة له؛ إذ توجد فترة حماية في نهاية كل فترة. وعندما يبدأ الإرسال في فترة الحماية، تُحدّث شبكة الهاتف المحمول التوقيت المسبق لمزامنة الإرسال.

تتطلب المزامنة الأولية للهاتف إجراءً خاصًا. قبل أن يُرسل الهاتف المحمول، لا توجد طريقة لمعرفة التوقيت المطلوب. لهذا السبب، تُخصص فترة زمنية كاملة للهواتف المحمولة التي تحاول الاتصال بالشبكة؛ تُعرف هذه الفترة بقناة الوصول العشوائي (RACH) في نظام GSM. يُرسل الهاتف المحمول في بداية الفترة الزمنية فور استلامه الإشارة من الشبكة. إذا كان الهاتف المحمول قريبًا من المحطة الأساسية، يكون تأخير الانتشار قصيرًا، ويمكن أن تنجح عملية الإرسال. أما إذا كان الهاتف المحمول أبعد من 35  كيلومترًا عن المحطة الأساسية، فسيؤدي التأخير إلى وصول إرسال الهاتف المحمول في نهاية الفترة الزمنية. في هذه الحالة، يُطلب من الهاتف المحمول إرسال رسائله بدءًا من فترة زمنية سابقة تقريبًا ليتم استقبالها في الوقت المناسب. أخيرًا، إذا كان الهاتف المحمول خارج  نطاق تغطية خلية GSM البالغ 35 كيلومترًا، فسيصل الإرسال في فترة زمنية مجاورة ويتم تجاهله. هذه الخاصية، وليست قيود الطاقة، هي التي تحد من نطاق خلية GSM إلى 35  كيلومترًا عند عدم استخدام تقنيات تمديد خاصة. ومع ذلك، يمكن التغلب على هذا القيد عن طريق تغيير التزامن بين وصلة الإرسال ووصلة الاستقبال في المحطة الأساسية. [ 7 ]

أنظمة الجيل الثالث

في سياق أنظمة الجيل الثالث ، يمثل دمج تقنية الوصول المتعدد بتقسيم الوقت (TDMA) مع تقنية الوصول المتعدد بتقسيم الشفرة (CDMA) وتقنية الإرسال والاستقبال المزدوج بتقسيم الوقت (TDD) في نظام الاتصالات المتنقلة العالمي (UMTS) نهجًا متطورًا لتحسين كفاءة الطيف وأداء الشبكة. [ 8 ]

تستخدم تقنية UTRA-FDD (الازدواج بتقسيم التردد) تقنيتي CDMA وFDD، حيث يتم تخصيص نطاقات تردد منفصلة لعمليات الإرسال والاستقبال. يقلل هذا الفصل من التداخل ويسمح بنقل البيانات بشكل مستمر في كلا الاتجاهين، مما يجعلها مناسبة للبيئات ذات أحمال المرور المتوازنة. [ 9 ]

من ناحية أخرى، يجمع نظام UTRA-TDD (الازدواج بتقسيم الوقت) بين تقنيتي CDMA وTDMA وTDD. في هذا النظام، يُستخدم نطاق التردد نفسه للوصلة الصاعدة والوصلة الهابطة، ولكن في أوقات مختلفة. يُعد هذا الفصل الزمني مفيدًا بشكل خاص في سيناريوهات الأحمال المرورية غير المتناظرة، حيث تختلف معدلات نقل البيانات للوصلة الصاعدة والوصلة الهابطة اختلافًا كبيرًا. من خلال تخصيص الفترات الزمنية ديناميكيًا بناءً على الطلب، يستطيع نظام UTRA-TDD إدارة أنماط حركة البيانات المتغيرة بكفاءة وتعزيز سعة الشبكة الإجمالية. [ 9 ] [ 10 ]

في الشبكات السلكية

يعتمد معيار ITU-T G.hn، الذي يوفر شبكات محلية عالية السرعة عبر الأسلاك المنزلية الموجودة (خطوط الكهرباء، وخطوط الهاتف، والكابلات المحورية)، على تقنية TDMA. في G.hn ، يقوم جهاز رئيسي بتخصيص فرص إرسال خالية من التنازع (CFTXOP) للأجهزة التابعة الأخرى في الشبكة. ولا يمكن إلا لجهاز واحد استخدام CFTXOP في الوقت نفسه، مما يمنع حدوث التصادمات. أما بروتوكول FlexRay ، وهو أيضًا شبكة سلكية تُستخدم للاتصالات الحساسة للسلامة في السيارات الحديثة، فيستخدم طريقة TDMA للتحكم في نقل البيانات.

مقارنة مع أنظمة الوصول المتعدد الأخرى

في أنظمة الراديو، يُستخدم الوصول المتعدد بتقسيم الوقت (TDMA) عادةً جنبًا إلى جنب مع الوصول المتعدد بتقسيم التردد (FDMA) والازدواج بتقسيم التردد (FDD)؛ ويُشار إلى هذا المزيج باسم FDMA/TDMA/FDD. وينطبق هذا على كلٍ من GSM وIS-136، على سبيل المثال. وتشمل الاستثناءات أنظمة DECT وأنظمة الهاتف المحمول الشخصي (PHS) الخلوية الصغيرة، ونظام UMTS-TDD ، ونظام TD-SCDMA الصيني ، والتي تستخدم الازدواج بتقسيم الوقت، حيث تُخصص فترات زمنية مختلفة لمحطة القاعدة والهواتف المحمولة على نفس التردد.

تتمثل إحدى المزايا الرئيسية لتقنية TDMA في أن الجزء اللاسلكي من الهاتف المحمول لا يحتاج إلا إلى الاستماع والبث خلال الفترة الزمنية المخصصة له. أما في باقي الوقت، فيمكن للهاتف إجراء قياسات على الشبكة، والكشف عن أجهزة الإرسال المحيطة على ترددات مختلفة. وهذا يتيح عمليات تسليم آمنة بين الترددات، وهو أمر يصعب تحقيقه في أنظمة CDMA، ولا يدعمه نظام IS-95 إطلاقًا ، بينما يدعمه نظام الاتصالات المتنقلة العالمي (UMTS) من خلال إضافات معقدة للنظام . وهذا بدوره يسمح بتعايش طبقات الخلايا الصغيرة مع طبقات الخلايا الكبيرة .

بالمقارنة، يدعم نظام CDMA خاصية التسليم السلس ، التي تسمح للهاتف المحمول بالاتصال بما يصل إلى 6 محطات أساسية في وقت واحد، وهو نوع من أنواع التسليم على نفس التردد . تتم مقارنة جودة الحزم الواردة، ويتم اختيار أفضلها. إلا أن خاصية "تنفس الخلية" في نظام CDMA ، حيث لا يستطيع الجهاز الموجود على حدود خليتين مزدحمتين استقبال إشارة واضحة، قد تُفقد هذه الميزة خلال فترات الذروة.

من عيوب أنظمة TDMA أنها تُحدث تداخلاً بتردد مرتبط مباشرةً بطول الفاصل الزمني. وهذا هو الطنين الذي قد يُسمع أحيانًا عند ترك هاتف TDMA بجوار جهاز راديو أو مكبرات صوت. [ 11 ] ومن عيوبها الأخرى أن فترة التوقف بين الفترات الزمنية تحدّ من عرض النطاق الترددي المحتمل لقناة TDMA. ويُعزى ذلك جزئيًا إلى صعوبة ضمان إرسال الأجهزة المختلفة في الأوقات المطلوبة بدقة. فالهواتف المتحركة تحتاج إلى تعديل توقيتها باستمرار لضمان استقبال إرسالها في الوقت المناسب تمامًا، لأنه كلما ابتعدت عن المحطة الأساسية، استغرق وصول إشارتها وقتًا أطول. وهذا يعني أيضًا أن أنظمة TDMA الرئيسية لها حدود صارمة على أحجام الخلايا من حيث المدى، مع أن مستويات الطاقة المطلوبة للاستقبال والإرسال عبر مسافات أكبر من المدى المدعوم غير عملية في أغلب الأحيان.

TDMA الديناميكي

في تقنية الوصول المتعدد بتقسيم الوقت الديناميكي ( TDMA الديناميكي )، تقوم خوارزمية الجدولة بحجز عدد متغير من الفترات الزمنية في كل إطار لتدفقات البيانات ذات معدلات البت المتغيرة، وذلك بناءً على متطلبات حركة البيانات لكل تدفق. تُستخدم تقنية TDMA الديناميكي في:

انظر أيضاً

  • الاتصال المزدوج (الاتصالات) – تدفق الاتصالات في كلا الاتجاهين في وقت واحد 
  • الرابط 16 – شبكة تبادل البيانات التكتيكية العسكرية التابعة لحلف الناتو والتي تستخدم تقنية الوصول المتعدد بتقسيم الوقت (TDMA). 

مراجع

  1. ↑ غووانغ مياو ؛ ينس زاندر؛ كي وون سونغ؛ بن سليمان (2016). أساسيات شبكات البيانات المتنقلة . مطبعة جامعة كامبريدج . ISBN 978-1107143210.
  2. ↑ "كيفية عمل خدمة IAS التابعة لخفر السواحل الأمريكي" . كيفية عمل خدمة IAS . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 مارس 2025 .
  3. ↑ مين، ك.؛ ديفيو، س.؛ سوان، ب. (نوفمبر 1995). نظرة عامة على شبكة أقمار إيريديوم الصناعية . WESCON'95. IEEE. ص 483. 
  4. ↑ مازيلا، م.؛ كوهين، م.؛ روفيه، د.؛ لوي، م.؛ جيلهاوزن، ك.س. (أبريل 1993). تقنيات الوصول المتعدد واستخدام الطيف لنظام الأقمار الصناعية المتنقلة GLOBALSTAR . المؤتمر الرابع لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات حول الاتصالات 1993. معهد الهندسة والتكنولوجيا. الصفحات 306-311 . 
  5. ↑ ستورزا، ماجستير (يونيو 1995). بنية نظام الأقمار الصناعية TELEDESIC . المؤتمر الدولي للأقمار الصناعية المتنقلة. المجلد 95. ص 214.  
  6. ↑ "نظرة عامة على نظام ORBCOMM" (ملف PDF) .
  7. ↑ موتورولا تستعرض قدرة GSM طويلة المدى - تغطية أكبر بنسبة 300% مع خلية موسعة جديدة ، مؤرشفة من الأصل بتاريخ 19 فبراير 2012
  8. ↑ جاغاناثام، أديتيا ك. (2016). مبادئ أنظمة الاتصالات اللاسلكية الحديثة . ماكجرو هيل للتعليم. ISBN 9789339220037.
  9. 1 2 "أنظمة الجيل الثالث للهواتف المحمولة" (ملف PDF) . سبرينغر نيتشر . سبرينغر، بوسطن، ماساتشوستس: 45-89 . 2002. doi : 10.1007/0-306-47795-5_3 . ISBN 978-0-306-47795-9.
  10. ^ "ETSI TS 136 214 V14.3.0 (2017-10)" (PDF) .
  11. ↑ "تقليل ضوضاء طنين GSM في الهواتف المحمولة" . EETimes. 20 يوليو 2009. تم الاطلاع عليه في 22 نوفمبر 2010 .