TD-SCDMA

TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access — синхронный множественный доступ с кодовым разделением и временным разделением) — это стандарт мобильной связи третьего поколения (3G), разработанный в Китайской Народной Республике. Относится к семейству IMT-2000 и является одним из трёх основных стандартов 3G наряду с WCDMA (UMTS) и CDMA2000. Ключевая особенность TD-SCDMA — использование технологии временного дуплекса (TDD), при которой приём и передача данных осуществляются на одной частоте, но в разные временные интервалы, а также синхронизация всех абонентских устройств с базовой станцией.

История

Разработка TD-SCDMA началась в середине 1990-х годов в Китае. Инициатором выступила Китайская академия телекоммуникационных технологий (CATT) при поддержке Министерства информационной промышленности КНР. Целью было создание национального стандарта 3G, который бы снизил зависимость от западных технологий (WCDMA и CDMA2000) и обеспечил технологический суверенитет Китая.

В 1998 году Китай представил проект TD-SCDMA в Международный союз электросвязи (ITU) в качестве кандидата на стандарт IMT-2000. В 2000 году ITU одобрил TD-SCDMA в качестве одного из официальных стандартов 3G. В 2001 году стандарт был принят Партнёрским проектом 3-го поколения (3GPP) как часть спецификаций UMTS (Release 4), где он получил обозначение UTRA TDD 1.28 Mcps (Low Chip Rate TDD).

Первая коммерческая сеть TD-SCDMA была запущена в Китае в 2009 году. Оператором выступила компания China Mobile (крупнейший мобильный оператор в мире по числу абонентов). На начальном этапе сеть столкнулась с серьёзными проблемами: нехваткой абонентских терминалов, ограниченным покрытием и низкой скоростью передачи данных по сравнению с WCDMA. К 2013 году количество абонентов TD-SCDMA в Китае превысило 100 миллионов, однако стандарт так и не получил значительного распространения за пределами КНР.

С началом внедрения сетей четвёртого поколения (4G LTE) в 2013—2014 годах развитие TD-SCDMA было фактически остановлено. China Mobile переключила ресурсы на строительство сетей TD-LTE (вариант LTE с временным дуплексом). К 2020 году большинство абонентов TD-SCDMA в Китае перешли на 4G, и сети стандарта начали постепенно выводиться из эксплуатации. Окончательное отключение сетей TD-SCDMA в Китае произошло в 2021—2022 годах.

Технические особенности

Принцип работы

TD-SCDMA основан на комбинации двух технологий множественного доступа: временного разделения (TDMA) и кодового разделения (CDMA). В отличие от WCDMA, где используется частотный дуплекс (FDD — приём и передача на разных частотах), TD-SCDMA использует временной дуплекс (TDD). Это означает, что одна и та же полоса частот используется как для передачи от базовой станции к абоненту (downlink), так и для передачи от абонента к базовой станции (uplink), но в разные моменты времени.

Структура кадра

Временная структура TD-SCDMA организована в виде кадров длительностью 10 мс. Каждый кадр делится на два подкадра по 5 мс. Каждый подкадр состоит из 7 временных интервалов (слотов) длительностью 0,675 мс каждый. Первый слот (TS0) всегда используется для передачи служебной информации (широковещательный канал, канал синхронизации). Остальные слоты (TS1—TS6) могут динамически перераспределяться между uplink и downlink в зависимости от потребностей трафика. Это позволяет гибко адаптироваться к асимметричному трафику (например, когда загрузка данных (downlink) значительно превышает выгрузку (uplink)).

Ширина полосы и скорость передачи

Стандарт TD-SCDMA использует полосу частот шириной 1,6 МГц. Это в 3 раза уже, чем полоса WCDMA (5 МГц). Скорость передачи данных в стандартном режиме составляет до 384 кбит/с в режиме пакетной передачи (HSDPA). В более поздних версиях (HSPA+) скорость могла достигать 2,8 Мбит/с, что значительно уступало показателям WCDMA (до 42 Мбит/с в HSPA+).

Синхронизация

Ключевое отличие TD-SCDMA от других стандартов 3G — строгая синхронизация всех абонентских устройств с базовой станцией. Каждое мобильное устройство должно точно выдерживать временные интервалы, чтобы не создавать помех другим абонентам. Для этого используется сигнал синхронизации, передаваемый базовой станцией. Нарушение синхронизации приводит к резкому снижению качества связи.

Антенные технологии

В TD-SCDMA активно применяются технологии адаптивных антенных решёток (smart antennas). Базовая станция может использовать несколько антенных элементов для формирования направленного луча в сторону конкретного абонента. Это повышает помехоустойчивость, увеличивает дальность связи и ёмкость сети.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Эффективное использование спектра: благодаря временному дуплексу (TDD) и узкой полосе (1,6 МГц) TD-SCDMA позволяет более гибко распределять частотный ресурс, особенно в условиях ограниченного спектра.
• Асимметричный трафик: возможность динамически перераспределять слоты между uplink и downlink делает стандарт удобным для приложений с преобладанием загрузки данных (например, просмотр веб-страниц, видео).
• Технологический суверенитет: для Китая разработка собственного стандарта снизила зависимость от иностранных патентов и лицензионных отчислений.

Недостатки

• Низкая скорость передачи данных: максимальная скорость TD-SCDMA (2,8 Мбит/с) значительно уступала WCDMA (42 Мбит/с) и CDMA2000 (14,7 Мбит/с).
• Сложность синхронизации: требование строгой синхронизации всех абонентов усложняло реализацию и повышало требования к аппаратуре.
• Ограниченный радиус действия: из-за временного дуплекса и особенностей синхронизации радиус соты в TD-SCDMA меньше, чем в WCDMA (обычно до 5–10 км против 30–50 км).
• Проблемы с совместимостью: абонентские устройства TD-SCDMA не могли работать в сетях WCDMA и CDMA2000, что ограничивало роуминг.
• Отсутствие международного признания: за пределами Китая стандарт практически не применялся, что делало его региональным.

Применение

Единственным крупным регионом коммерческого использования TD-SCDMA стал Китай. Оператор China Mobile развернул сеть в 2009 году, охватив к 2013 году более 300 городов. Основными пользователями были абоненты, которым требовались голосовая связь и базовые услуги передачи данных (MMS, WAP, мобильный интернет на низких скоростях). Стандарт также использовался в некоторых корпоративных сетях и для организации видеонаблюдения.

За пределами Китая TD-SCDMA не получил распространения. В ряде стран (например, в Италии, Южной Корее) проводились тестовые запуски, но коммерческие сети не были построены.

Сравнение с другими стандартами 3G

Наследие

Несмотря на коммерческий провал, TD-SCDMA сыграл важную роль в развитии китайской телекоммуникационной индустрии. Он позволил китайским компаниям (Huawei, ZTE, Datang Telecom) накопить опыт в разработке стандартов мобильной связи, патентования и производства оборудования. Технологии временного дуплекса (TDD), отработанные в TD-SCDMA, впоследствии были использованы при создании стандарта 4G TD-LTE, который получил широкое распространение в Китае и других странах. Кроме того, опыт TD-SCDMA повлиял на разработку стандарта 5G NR, где также используется TDD.

Источники

• 3GPP TS 25.201: Physical layer — General description (UTRA TDD).
• ITU-R M.1457: Detailed specifications of the terrestrial radio interfaces of IMT-2000.
• China Mobile Annual Reports (2009–2015).
• «TD-SCDMA: A New 3G Standard for China» — IEEE Communications Magazine, 2003.
• «The Rise and Fall of TD-SCDMA» — Telecommunications Policy Journal, 2016.