TDMA (Time Division Multiple Access)

TDMA (Time Division Multiple Access) adalah teknologi transmisi digital yang mengalokasikan slot waktu yang unik untuk setiap pengguna pada masing-masing saluran, dan menjadi salah satu metode utama  yang digunakan oleh jaringan digital telepon seluler untuk menghubungkan panggilan telepon, diperkenalkan oleh Asosiasi Industri Telekomunikasi (Telecommunications Industry Association, TIA) yang terakreditasi oleh American National Standards Institute (ANSI), Sinyal digital dari jaringan digital dihubungkan ke pengguna tertentu untuk berhubungan dengan sebuah kanal frekuensi digital tersendiri tanpa memutuskannya dengan mengalokasikan waktu.

Apa itu TDMA (Time Division Multiple Access) - Siboro Blog

TDMA juga merupakan metode pengembangan dari FDMA yakni setiap kanal frekuensinya dibagi lagi dalam slot waktu sekitar 10 ms. Sistem ini juga didukung oleh berbagai macam pelayanan untuk pengguna terakhir seperti suara, data, faksimili, layanan pesan singkat (sms), dan pesan siaran.

Untuk saat ini secara garis besar terdapat dua persaingan model sistem yang membagi pasar telepon seluler itu sendiri yaitu TDMA dan CDMA. Dan TDMA menjadi teknologi pilihan karena diadopsi oleh Eropa sebagai standar pada (Global System for Mobile Communications, GSM) dan Jepang dengan (Japanese Digital Cellular, JDC). Namun, pada generasi ke-tiga (3G) jaringan nirkabel, CDMA akan menjadi pilihan dibandingkan dengan TDMA.

Perbedaan sistem TDMA dengan FDMA yakni jika FDMA memberikan satu pita frekuensi untuk dipakai satu pelanggan, sedangkan TDMA memberikan satu pita frekuensi untuk dipakai beberapa pelanggan. Jadi kanal-kanal komunikasi  dirupakan dalam bentuk slot-slot waktu. Slot waktu adalah berapa lama seorang pelanggan mendapat giliran untuk memakai pita frekuensi.

Satu slot waktu digunakan oleh satu pelanggan. Slot-slot waktu ini dibingkai dalam satu periode yang disebut satu frame. Jadi misalkan ada 10 pelanggan yang masing-masing adalah A, B, C, D, E, F, G, H, I, dan J, maka dalam satu frame terdapat 10 slot waktu yang merupakan giliran tiap pelanggan untuk menggunakan pita frekuensi yang sama.

Proses komunikasi multi-access dilakukan dengan menjalankan frame ini berulang- ulang sehingga akan muncul urutan giliran pemakaian saluran seperti: A-B-C-D-E-F-G-H-I-J-A-B-C-D- E-F-G-H-I-J-A-B-C-dan seterusnya. Tentu saja harus ada pembatasan jumlah pelanggan yang menggunakan satu pita frekuensi ini. Jika tidak dibatasi, periode frame akan terlalu panjang dan akibatnya timbul komunikasi terputus-putus yang mengganggu pembicaraan.

Karena sifatnya yang tidak kontinyu (tidak terjadi pemakaian pita frekuensi terus menerus oleh satu pelanggan dalam satu periode pembicaraan), maka teknik TDMA hanya dapat mengakomodasi data digital atau modulasi digital. Sehingga sinyal-sinyal analog yang akan dikirim, harus diubah menjadi format digital dahulu.

Gambar guard time antara antra slot waktu TDMA :

Contoh dari sistem time division multiple access (TDMA) :

Pada penerima, semua sinyal yang ditransmisikan digabung bersama di antena penerima. Selanjutnya, rangkaian penguat pada penerima digunakan untuk menguatkan sinyal yang diterima dari antena, dan tapis band-pass digunakan untuk menyaring keluar sinyal yang tidak dinginkan (noise). Setelah itu semua sinyal dari pengguna adalah non-overlapping dalam domain waktu, kita dapat menggunakan demodulator tunggal untuk memperoleh kembali pesan yang dikirim dari semua pengguna. Selanjutnya, pesan yang didemodulasi akan didistribusikan ke pengguna yang sesuai menggunakan demultiplexer. 

Multiplexer bekerja seperti switch. Jika keluaran dari demultiplexer diperoleh dari slot 1, selanjutnya switch mengarahkan ke output saluran dari pengguna 1, dan seterusnya. Oleh karena itu, semua pesan dari pengguna dapat di peroleh kembali pada sisi akhir penerima.

Pada sistem TDMA, pengguna k dapat mengirimkan berupa data dalam slot waktu yang ditugaskan untuk pengguna k. Oleh karena itu, setiap pengguna data tidak ditransmisikan secara terus-menerus. Berdasar scenario ini, timbul pertanyaan mengapa suara dapat ditransmisikan dan diterima secara terus menerus dalam sistem TDMA tanpa ada pembagian waktu. Permasalahan ini dapat diselesaikan dengan pembagian sinyal suara yang terus-menerus menjadi segmen kecil. Contoh, untuk empat orang pengguna pada sistem TDMA, asumsikan bahwa setiap slot menempati 1 ms. Selanjutnya setiap pengguna dapat menggunakan 1 slot setiap 4 ms. Sinyal suara selanjutnya dibagi dalam segmen masing-masing sebesar 4 ms. Setiap segmen selanjutnya mengubah dan dikompresi menjadi bentuk digital. Asumsikan bahwa total bits B dari data suara diproduksi untuk masing-masing segmen sinyal suara. Selanjutnya pemancar mengirim bit B selama waktu yang diperbolehkan yaitu 1 ms tiap slot, seperti terlihat pada gambar  dibawah ini :

Penerima menerima setiap data pengguna pada slot waktu yang sesuai dan merekonstruksi sinyal suara seperti yang disebutkan sebelumnya yaitu 4 ms. Semua rekonstruksi segmen suara digabungkan dalam waktu, menghasilkan sinyal suara yang kontinu.

Secara teori, TDMA dapat di implementasikan untuk sinyal analog, tetapi dalam prakteknya ini lebih mudah untuk TDMA di implementasikan ketika data dalam bentuk digital. Banyak terdapat akibat yang tidak sesuai dalam sistem TDMA. Contoh, Singkronisasi waktu yang sempurna antara pengguna individu adalah tidak mudah untuk diterapkan dalam praktek. Oleh karena itu sistem harus dapat menerima kesalahan waktu sinkronisasi. Selain itu, frekuensi pembawa dari pengguna yang berbeda kemungkinan memiliki sedikit perbedaan, dan fase pembawa dari pengguna yang berbeda kemungkinan akan diacak secara penuh. Oleh karena itu, pada sisi penerima, dibutuhkan rangkaian pengembali sinyal pembawa yang cepat sehingga demodulator dapat memilih dan memperoleh pesan diantara pengguna yang berbeda-beda. Catatan bahwa bit rate maupun bandwidth dari sistem komunikasi akan meningkat jika menggunakan sistem TDMA.

Setelah pengenalan sistem FDMA dan TDMA, kita dapat mengnal banyak sistem yang menggunakan teknologi ini. Sistem telepon Seluler GSM yang menggunakan teknologi FDMA dan TDMA Pada sistem GSM, frekuensi RF berada pada 900, 1800 dan 1900 MHz. 

Berarti bahwa setiap perusahaan yang menyediakan layanan GSM harus menggunakan frekuensi yang telah tersedia tersebut. Setiap saluran RF terdiri dari 124 sub saluran, dan setiap sub saluran memiliki bandwidth sekitar 0,2 MHz dengan 8 sistem TDMA. Sehingga masing-masing GSM memiliki bandwidth antara 124 x 0,2 ≈ 25 MHz. Masing-masing frekunsi pembawa dibagi menjadi 8 pengguna dalam mode TDMA. Kita dapat melihat bahwa total jumlah dari pengguna adalah 124 x 8 ≈ 1000. Kita dapat mengatakan bahwa sistem GSM menyediakan maksimal pengguna sebesar 1000 orang untuk mengakses satu base station. Sistem GSM menggunakan Gaussian Minimal-Shift Keying (GMSK), sebuah teknik yang serupa dengan teknik FSK untuk modulasi digital. Baca Juga : ( Apa itu FDMA (FrequencyDivision Multiple Access) - Siboro Blog ).

Evolusi TDMAS

Jenis TDMA yang asli adalah IS–54, diperkenalkan pada 1998–1989 oleh TIA/CTIA (Telecommunications Industry Association). Merupakan penggabungan satu set fitur meliputi, persetujuan, ID nomor–panggilan, indikator penunggu pesan (MWI) dan privasi suara.

IS–54B telah kedaluwarsa pada 1994 dengan memperkenalkan IS–136 yang tidak lama diikuti oleh perubahan A dan B.

IS–136 kembali menjadi IS–54B dan bergabung dengan DCCH membuat fitur baru.

IS–136A menaikkan IS–136 untuk menggambarkan layanan seluler di antara pita frekuensi 800 MHz dan 1900 MHz. Diperkenalkan pengaktifan di luar-udara dan layanan program.

IS–136B menyertakan perbandingan baru dari layanan meliputi SMS siaran, paket data, dan lain-lain.

Cara kerja TDMA

Setiap daerah layanan dalam sistem telepon seluler dibagi menjadi beberapa kolom. Setiap kolomnya digunakan kurang lebih satu hingga tujuh kali dari kanal-kanal yang tersedia. Kolom telepon digital mengubah panggilan telepon menjadi digital sebelum berhubungan. Kolom ini menyediakan tempat yang besar dan dengan baik menaikkan kapasitas dari setiap kolom.

TDMA mengambil setiap kanal dan membelahnya menjadi tiga kali celah. Setiap pembicaraan di telepon mendapat sinyal radio untuk satu hingga tiga kali, dan sistem tersebut secara cepat mengubah dari satu telepon ke telepon yang lain. Hal ini diserahkan ke time-division multiplexing.

Karena sinyal digital sangat ditekan, pergantian di antara tiga pembicaraan yang berbeda di telepon disempurnakan dengan tidak menghilangkan informasi . Hasilnya berupa sistem yang mempunyai tiga kali dari kapasitas sebuah sistem analog dan menggunakan kanal yang sama tanpa TDMA.

Sebuah kolom yang menggunakan TDMA dapat menangani 168 penggilan yang tidak teratur secara menyeluruh. TDMA juga digunakan dalam GSM yang merupakan dasar dari PCS (Personal Communication Service). Dengan PCS, kanalnya dibagi menjadi delapan bagian. Pengoperasian TDMA membutuhkan kontrol outlink semua bagian pengatur yang berisi beberapa informasi kontrol. Pembawa outlink ini juga memiliki struktur bingkai yang menyediakan informasi waktu akurat untuk semua bagian pengontrol. Peralatan teleport sentral komputer VSAT mengatakan ke setiap situs slot waktu khusus untuk digunakan dalam struktur TDMA dan rencana informasi ini disiarkan ke semua bagian secara berkala. Rencana waktu ledakan mungkin sudah ditetapkan, sehingga setiap bagian mengalokasikan proporsi tertentu dari keseluruhan struktur waktu TDMA atau mungkin bersifat dinamis, dimana slot waktu yang ditempatkan, disesuaikan sebagai tanggapan terhadap kebutuhan lalu lintas setiap bagian.

Kelebihan TDMA dibanding teknologi telepon seluler lain

TDMA didesain untuk digunakan di setiap lingkungan dan situasi, dari penggunaan tanpa kabel di daerah bisnis ke pengguna yang sering bepergian pada kecepatan tinggi di jalan bebas hambatan (TOL).

Keunggulan lain dari TDMA selain meningkatkan efisiensi hubungan, dibandingkan dengan teknologi seluler lain.

1.   Dapat dengan mudah disesuaikan dengan transmisi data serta komunikasi suara. TDMA menawarkan kemampuan untuk membawa kecepatan data dari 64 kbps sampai 120 Mbps (diperluas dalam kelipatan 64 kbps) yang memungkinkan operator untuk menawarkan komunikasi pribadi seperti faks, voiceband data, dan layanan pesan singkat (SMS) serta aplikasi yang membutuhkan “pitalebar” secara intensif seperti multimedia dan videoconference.

2.  Tidak seperti teknik spread-spectrum yang dapat mengalami gangguan di antara para pengguna yang semuanya berada pada pita frekuensi yang sama dan berhubungan pada saat yang sama, teknologi TDMA memisahkan pengguna dalam waktu, agar tidak mengalami gangguan dari hubungan simultan lainnya.

3.  TDMA menyediakan daya hidup baterai yang lama.

4.  TDMA menjalankan pengisian penyimpanan di stasiun dasar-peralatan, ruang dan pemeliharaan, merupakan faktor penting sebagai ukuran pertumbuhan sel yang lebih kecil.

5.   Biaya penggunaan TDMA sangat efektif untuk mengubah teknologi arus sistem analog ke digital.

6.   TDMA adalah satu-satunya teknologi yang menawarkan pemanfaatan yang efisien struktur sel hirarkis (HCS) menawarkan piko, mikro, dan macrocells. HCS mencakup sistem yang akan disesuaikan untuk mendukung lalu lintas tertentu dan kebutuhan pelayanan, membuat sistem kapasitas lebih dari 40-kali AMPS dapat dicapai dengan biaya yang efisien.

7.  Sistem layanan TDMA sesuai dengan penggunaan dual-mode handset, karena adanya kepentingan sesuai dengan sistem analog FDMA.

Kelemahan TDMA dari telepon seluler lain

Dua kekurangan utama TDMA :

1. Penggunaan dari celah waktu yang sudah ditetapkan membuat sulit untuk mengendalikan panggilan ke kolom berikutnya, menambah kemungkinan dari sebuah panggilan akan terputus ketika panggilan tersebut bergerak di antara kolom-kolom.

2. TDMA merupakan pokok dari penggabungan bagian-bagian distorsi, yang berdampak ketika potongan dari perbincangan melompat mengelilingi bangunan dan kesulitan lainnya seperti sikap pada saat perbincangan sampai pada telepon dari urutan.