Реферат: Стандарт сотовой связи CDMA, проблема внедрения и эксплуатации в России. Основы технологии CDMA

19.08.2019

CDMA - переводится с английского языка, как "многочисленный вход с разъединенным кодом ". Связь СДМА - технология, как правило, радиосвязь, с ее помощью сигналы перехода обладают одинаковой полосой колебаний, при этом имеют разные параметры. Стала популярна на уровне пользователей, во времена появления сетей сотовой связи.

Радиосистемы обладают 2 главными ресурсами - частота и время . Можно разделить прием и передачу по частотам, следующим приемом, пара обладает некоторой частью спектра полностью на период сопряжения, называется FDMA . Время распределяется так, что каждая пара приема-передачи, обладает всем спектром, либо основной его частью, на данный промежуток времени, имеет название - TDMA . Основным отличием и особенностью CDMA, является то что, в данной системе передачи, задействован весь ресурс спектра и времени. CDMA пользуется определенными кодами, с помощью которых идентифицирует соединения. Каналы перехода с помощью такого способа, получаются благодаря использованию высокоскоростного радиосигнала, который передает это все в единый канал. В цельной полосе частот. Когда работают несколько передатчиков, в аналогичном спектре, то в эфире появляется шум. Каждый трансмиттер размеряет сигнал с помощью личного приобретенного в настоящее время, цифрового кода.

Технология CDMA

Технология CDMA, качественная голосовая связь, которая имеет большую пропускную способность (в несколько раз больше GSM). Отличное качество связи получается благодаря устройству синтеза речи, которое позволяет не терять качество, при неблагоприятных условиях приема, речь передается без потери и изменений качества. Связь CDMA хорошо защищена от помех, которые появляются от иных устройств, чем отличается, например, от GSM. Одним из основных преимуществ CDMA связи, является низкий уровень излучения, чего нельзя сказать про GSM. Когда пользователь находится близко к станции оператора, тем меньше уровень излучающих лучей, которые проводит мобильный телефон, эта закономерность является прямой. Таким образом, действие аппарата снижается в несколько раз. Это очень важно, т. к. телефон практически всегда с абонентом. Еще одним немаловажным пунктом можно отметить, то что CDMA, сохраняет конфиденциальность, вы можете не переживать что ваш телефон на прослушивании, ведь для того чтобы это сделать необходимо, качественное и дорогостоящие оборудование, которым обладают соответствующие органы. Но даже при наличии данной аппаратуры, не все так просто. Если вспомнить, что CDMA изначально разработан для армии, а основные требование военной связи - это хорошая защищенность и уровень сигнала, который очень слабо ловится для посторонних. Так же CDMA обладает псевдошумом, практически невозможно перехватить разговор и его расшифровать, для этого используется кодировка. Если сравнить GSM связь, то уровень безопасности на порядок ниже, GSM абонента при необходимости можно легко прослушать, не прикладывая особых усилий и денежных вложений.

Стоит ли покупать CDMA телефон?

СДМА телефон - это сотовый телефон, который способен работать в сети CDMA оператора.

В Харькове телефоны СДМА продаются довольно давно и довольно популярны. Популярность данного вида телефонов объясняется просто - купить телефон сдма , это значит получить прямой городской номер с мобильным устройством одновременно.

Телефоны СДМА имеют те же функции и возможности, что и обычные мобильные телефоны, даже имеют аналогичный размер и производятся теме же фирмами: Nokia, Samsung, Motorola, LG и др .

Вывод

Технология СДМА предоставляет высококачественную связь и большую пропускную возможность, по отношению к GSM сетям.

Не менее важным преимуществом СДМА телефонов , является очень низкое излучение, тем самым делая данную технологию безопасной с точки зрения экологии. А если еще учесть, что все эти преимущества помещаются в ладони пользователя, наряду с обычным сотовым телефоном, миниатюрным и удобным в пользовании.

Министерство образования РФ

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Реферат

по предмету цифровые устройства на тему:

Стандарт сотовой связи CDMA.

Проблемы внедрения и эксплуатации

в России.

Выполнил:

Студент группы ССК - 972

Литвинов А.

Руководитель:

Шифрин В.М.

Воронеж

План:

1 CDMA как инструмент решения экономических задач;

2 Цифровые сотовые системы подвижной радиосвязи с кодовым разделением каналов:

2.1. принципы кодового разделения каналов;

2.2. сотовая система подвижной радиосвязи с кодовым разделением каналов стандарта IS-95;

2.3. аспекты безопасности в стандарте IS-95;

2.4. подвижная станция стандарта IS-95;

2.5. базовая станция стандарта IS-95;

2.6. применение CDMA в системах беспроводной связи типа WILL;

3. Подвижность в системах CDMA.

4. Проблемы функционирования CDMA в России.

5. Заключение.

CDMA как инструмент решения экономических задач

Можно выделить три задачи региональных операторов, ведущих к экономическому успеху:

1. развитие телефонной сети.

2. Реконструкция и обновление действующей сети, улучшение качества связи.

3. Расширение видов и числа услуг.

Развитие телефонной сети в свою очередь, базируется на трех основных требованиях платежеспособного потребителя:

Быстрота выполнения заявки;

Установка телефона в любой географической точке;

Быстрота соединения и высокое качество разговора;

Место системы CDMA в развитии телекоммуникаций области.

Современные технологии связи с первых дней работы позволяют уходить от непроизводительного труда на всех этапах, начиная с проектирования и заканчивая строительством и эксплуатацией. Оценена простота проектирования и монтажа системы CDMA.

Данная система сразу стала популярной. За ней закрепился стабильный спрос, характерный, впрочем, для всех радиосистем, которые создают возможность немедленной установки телефона в тех районах, куда годами не доходили проводные сети. Это одноэтажные массивы городов, загородные дачные участки, пригородные хозяйства.

Отзывы клиентов подтвердили преимущества CDMA. Система отличается лучшим качеством передачи речи и надежностью соединения. Немалую роль играет гарантия качества защищенности от несанкционированного доступа. Разумная тарифная политика и качество связи, удобная местная нумерация создают системе необходимую популярность.

Необходимость смены технологий.

Современное оборудование не оставляет нам шансов строить и эксплуатировать сети по старым правилам. Если мы меняем координатную станцию на цифровую, мы вынуждены проводить и определенную реконструкцию абонентской сети, поменять почти всю сеть абонентских линий. Нет возврата к столбовым многокилометровым линиям, голым кабелям связи с низкой изоляцией. В то же время строить для четырех-пяти абонентов хутора или поселка линии бронированным кабелем, заглубленным в грунт не менее метра, чтобы защитить от порывов, мы не сможем из экономических соображений. Современные радиотелефонные системы - один из наиболее приемлемых, на наш взгляд, способов телефонизации местности с малой плотностью населения.

Координатные и декадно-шаговые станции составляют 80% коммутационного оборудования в области. Кабельное хозяйство и воздушные линии связи по возрасту превосходят коммутационные системы. Задача, которую вынуждены решать все операторы, - это проблемы села. Полноценная реконструкция и обновление сельской телефонной связи могут стать реальностью только при восстановлении платежеспособности населения, но готовить решение нужно уже сегодня. Не следует сбрасывать со счетов вариант определенного развития экономики, когда износ сельских сетей поставит перед оператором задачу вынужденной их реконструкции.

Реконструкция сельской телефонной связи и CDMA .

Одной из основных задач, которые позволяет решать CDMA, следует считать замену изношенных сельских станций и абонентских линий. Система позволяет обслужить абонентов в радиусе 30 километров и более. С помощью CDMA возможны высвобождение и перенос АТС, еще способных работать, из районов, где устанавливаются базовые станции, хотя подобные решения могут быть лишь временными и вынужденными.

Целесообразно использовать недавно сертифицированные выносные концентраторы серии QCT - 8000, которые позволяют телефонизировать отдельные здания и компактные поселки. В квартирах пользователей устанавливается стандартный проводной телефонный аппарат, который дешевле радиотелефонов в 5-6 раз.

Кроме задач развития и реконструкции очень важно было решать проблему предоставления современных дополнительных услуг, в том числе для самых дальних сельских населенных пунктов. Это услуги передачи данных и факсимильных сообщений, услуги Интернет. Испытания последней модификации аппарата фирмы Qualcomm QCT - 1000 показали, что передача данных осуществима на высоком уровне, что существенно расширяет круг потребителей.

В настоящее время различными исследовательскими организациями значительное внимание уделяется разработке систем подвижной радиосвязи сотовой и микросотовой структуры нового поколения с кодовым разделением каналов (CDMA) . Одной из таких разработок является проект CJDIT, финансируемый в рамках программы RACE Европейским сообществом. Реализация системы CDMA до последнего времени сдерживалась отсутствием ряда технических решений, включая проблемы реализации абонентских станций с приемлемыми потребительскими качествами.

Одна из первых сотовых систем подвижной радиосвязи с кодовым разделением каналов была разработана фирмой Qualcomm (США), принципы ее построения положены в основу CDMA стандарта США IS-95.

Оценка состояния и направлений развития сотовых систем связи с кодовым разделением каналов представляет интерес для операторов и будущих абонентов этих сетей.

Принципы кодового разделения каналов

28 сентября 1995 года компания Hutchison Telephone (Гонконг) открыла коммерческую эксплуатацию первой в мире цифровой ССПС с кодовым разделением каналов (CDMA). Сеть построена на оборудовании фирмы Motorola: базовых станциях SC9600 и коммутационной станции типа EMX2500

Принципы кодового разделения каналов связи (CDMA - Code Division Multiple Access) подробно исследованы и рассмотрены во многих работах. Они основаны на использовании широкополосных сигналов (ШПС), полоса которых значительно превышает полосу частот, необходимую для обычной передачи сообщений, например, в узкополосных системах с частотным разделением каналов (FDMA). Основной характеристикой ШПС является база сигнала, определяемая как произведение ширины его спектра F на его длительность Т:

В цифровых системах связи, передающих информацию в виде двоичных символов, длительность ШПС Т и скорость передачи сообщений С связаны соотношением Т = 1/С. Поэтому база сигнала B = F/C характеризует расширение спектра ШПС относительно спектра сообщения. Расширение спектра частот передаваемых цифровых сообщений может осуществляться двумя методами или их комбинацией:

1. прямым расширением спектра частот;

2. скачкообразным изменением частоты несущей;

В существующих и разрабатываемых системах сотовой связи преимущественно используются ШПС, формирование которых осуществляется по методу прямого расширения спектра (DS-CDMA-Direct Sequence-CDMA).

Создание систем сотовой подвижной радиосвязи с кодовым разделением абонентов сдерживалось отсутствием технических и технологических возможностей по реализации малогабаритных, малопотребляемых и многофункциональных устройств "сжатия" ШПС. В настоящее время эти проблемы успешно решены американскими фирмами Qualcomm, InterDigital, Motorola. На основе предложений фирмы Qualcomm в США принят стандарт IS-95 на систему сотовой подвижной радиосвязи с кодовым разделением каналов.

Сотовая система подвижной радиосвязи с кодовым

разделением каналов стандарта IS-95.

Сотовая система подвижной радиосвязи общего пользования с кодовым расширением каналов (CDMA) впервые была разработана фирмой Qualcomm (США). Основная цель разработки состояла в том, чтобы увеличить емкость системы сотовой связи по сравнению с аналоговой не менее чем на порядок и соответственно увеличить эффективность использования выделенного спектра частот.

Технические требования к системе CDMA сформированы в ряде стандартов.

Система CDMA фирмы Qualcomm рассчитана на работу в диапазоне частот 800 МГц.

Безопасность или конфиденциальность является свойством технологии CDMA, поэтому во многих случаях операторам сотовых сетей не потребуется специального оборудования шифрования сообщений.

Система CDMA Qualcomm построена по методу прямого расширения спектра частот на основе использования 64 видов последовательностей, сформированных по закону функций Уолша. Для передачи речевых сообщений выбрано речепреобразующее устройство с алгоритмом CELP со скоростью преобразования 8000 бит/с (9600 бит/с в канале). Возможны режимы работы на скоростях 4800, 2400 и 1200 бит/с.

Протоколы установления связи в CDMA, также как в стандартах AMPS и N-AMPS, основаны на использовании логических каналов.

В CDMA каналы для передачи с базовой станции называется прямыми (Forward), для приема базовой станцией - обратными (Reverse). Структура каналов в CDMA в стандарте IS-95 показана на рисунке:

Прямые Обратные

Forward Channel Reverse Channel

Пилотный канал Канал доступа

Pilot Channel Access Channel

Канал вызова

Канал прямого трафика

Forward Traffic Channel

Структура каналов связи в стандарте CDMA IS-95

Прямые каналы в CDMA:

· ведущий канал - используется подвижной станцией для начальной синхронизации с сетью и контроля за сигналами базовой станции по времени, чистоте и фазе;

· канал синхронизации - обеспечивает идентификацию базовой станции, уровень излучения пилотного сигнала, а также фазу псевдослучайной последовательности базовой станции. После завершения указанных этапов синхронизации начинаются процессы установления соединения;

· канал вызова - используется для вызова подвижной станции. После приема сигнала вызова подвижная станция передает сигнал подтверждения на базовую станцию, после чего по каналу вызова на подвижную станцию передается информация об установлении соединения и назначении канала связи. Канал персонального вызова начинает работать после того, как подвижная станция получит всю системную информацию (частота несущей, тактовая частота, задержка сигнала по каналу синхронизации);

· канал прямого доступа - предназначен для передачи речевых сообщений и данных, а также управляющей информации с базовой станции на подвижную.

Обратные каналы в CDMA:

· канал доступа - обеспечивает связь подвижной станции к базовой станции, когда подвижная станция не использует канал трафика. Канал доступа используется для установления вызовов и ответов на сообщения, передаваемые по каналу вызова, команды и запросы на регистрацию в сети. Каналы доступа совмещаются (объединяются) с каналами вызова;

· канал обратного трафика - обеспечивает передачу речевых сообщений и управляющей информации с подвижной станции на базовую станцию.

На следующем рисунке будет показана процедура установления обычного соединения (входящий вызов к подвижной станции).

Мобильная станция Базовая станция

· Принимает Поисковое сообщение Передает Поисковое сообщение или

канал Разделенное поисковое сообщение(MIN) вызова

· Передает Ответ на поисковое сообщение Принимает Ответ на поисковое сообщение

(MIN,ESN) канал Настраивается на назначенный

доступа информационный канал, используя общий

длинный код.

Начинает передавать незначащие данные по

каналу прямого трафика

· Принимает Сообщение о назначении Передает

канала канал (ESN, канал CDMA, код канала)

· Настраивается на назначенный канал вызова

связи, используя общий длинный код.

· Принимает N последовательных кадров от

базовой станции

· Начинает передавать преамбулу канала Принимает преамбулу канала связи от

связи каналу обратного трафика. мобильной станции

· Принимает команду о подтверждении Передает команду о подтверждении

базовой станции канал прямого базовой станции

· Начинает отбрасывать принятые пакеты трафика

с запросами на обслуживание и передавать

данные по каналу обратного трафика.

· Принимает Сигнал готовности с Передает Сигнал готовности с

информационным сообщением . канал прямого информационным сообщением

трафика (сигнал посылки вызова, CNI - номер вызывающего абонента)

· Подает вызывной сигнал к мобильному канал обратного

радиотелефону. трафика

· Выводит информацию CNI на табло

мобильного радиотелефона.

(Абонент отвечает на вызов)

· Снимает подачу сигнала посылки вызова к

мобильному радиотелефону.

· Передает Команду о соединении Принимает Команду о соединении

· начинает передавать информационные канал обратного

пакеты с подтверждением об трафика

обслуживании.

· Принимает подтверждение Передает подтверждение

Канал прямого

(разговор абонентов) (разговор абонентов)

Процедура установления обычного соединения (случай входящего вызова у подвижной станции). Вызов к абонентскому аппарату может включать фазу, когда устанавливается конкретная требуемая опция (вариант) службы.

На рисунке показана процедура прохождения обычного вызова (исходящий вызов от подвижной станции)

Мобильная станция Базовая станция

· Обнаруживает вызов, посылаемый Принимает начальное сообщение

пользователем мобильной станции. Канал Настраивается на назначенный канал трафика,

· Передает начальное сообщение доступа используя общий длинный код по обратному

(ESN, MIN, набранные знаки номера) началу трафику.

Начинает передавать незначащие данные канала трафика по прямому каналу.

· Принимает Сообщение о назначении Передает Сообщение о назначении канала

канала. Канал вызова (ESN, канал CDMA, кодовый канал).

· Настраивается на канал трафика, Удостоверяет MIN и ESN мобильной станции.

используя общий длинный код. Принимает преамбулу канала трафика от

· Принимает N последовательный дестви- мобильной станции.

тельных кадров от базовой станции.

· Начинает передавать преамбулу канала

· Принимает Команду о подтверждении Передает Команду о подтверждении базовой

базовой станции. Прямой канал станции.

· Начинать передавать пакеты трафика к трафика

Опции услуг 1 и от опции услуг 1.

Принимает Продолжение начального

· Передает Продолжение начального Обратный канал сообщения.

сообщения. трафика

· Принимает подтверждение. Передает подтверждение.

Прямой канал

Возможная процедура (по выбору)

· Принимает команду Запрос перехода Прямой канал Передает команду Запрос перехода на

на частный длинный код. трафика частный длинный код

· Передает подтверждение вместе с Принимает сообщение Принята команда о

сообщением Принята команда о Обратный канал

переходе на частный длинный код трафика

· Начинает передавать и принимать Начинает передавать и принимать информацию

информацию, используя частный длинный код используя частный длинный код.

Возможная процедура (по выбору)

· Принимает Сигнал готовности вместе Передает Сигнал готовности вместе

с информационным сообщением Прямой канал с информационным сообщением (сигнал

трафика контроля посылки вызова)

· Передает подтверждение. Принимает подтверждение

Обратный канал

· Подает сигнал контроля посылки трафика

вызова по разговорному тракту.

(вызываемый абонент отвечает на вызов)

Возможная процедура (по выбору)

· Принимает Сигнал готовности вместе Передает Сигнал готовности вместе

с информационным сообщением. Прямой канал с информационным сообщением. (молчание)

· Передает подтверждение Принимает подтверждение

· Отключает сигнал посылки вызова Обратный канал

в тракте трафика. трафика

(разговор абонентов) (разговор абонентов)

В стандарте IS-95 регулировка уровня мощности сигнала, излучаемого подвижной станцией, осуществляется в динамическом диапазоне 84 дБ с шагом 1 дБ. Это обеспечивает возможность приема сигналов подвижных станций базовой станцией с практически одинаковым уровнем мощности независимо от удаления до базовой станции. Чем ближе уровень мощности сигналов от подвижных станций на входе базовой станции к минимальному, соответствующему требуемому качеству связи, тем меньше уровень взаимных помех в системе и, следовательно, тем выше ее емкость.

Высокие требования к регулировке уровня мощности подвижной станции можно отнести к недостатку системы Qualcomm. Вторым недостатком CDMA Qualcomm является необходимость использования одинаковых по размерам сот на всей сети, в противном случае возникают взаимные помехи от сигналов подвижных станций, которые находятся в соседних сотах разного размера.

Стандарт CDMA обеспечивает большую емкость сети по сравнению с традиционными аналоговыми сотовыми сетями. Увеличение емкости может быть достигнуто двумя способами:

1) увеличением количества каналов на МГц выделенной полосы частот;

2) увеличением повторного использования каналов связи на данной территории.

Фактором, способствующим снижению взаимных помех в системе CDMA и, следовательно, увеличению ее емкости, является применение, аналогично GSM, системы прерывистой передачи речи.

На интервале сеанса связи активная часть разговора составляет около 35% , 65% приходится на прослушивание сообщений с противоположной стороны и паузы. Излучение сигнала подвижной станцией только на интервалах активности речи приводит к дополнительному снижению системных помех и общему увеличению емкости системы CDMA.

В нижеследующей таблице будут приведены основные характеристики CDMA и их краткое описание, определяющее достоинства и перспективность систем сотовой связи с кодовым разделением каналов.

Характеристики и их описание

Высокая пропускная способность.

Полевые испытания, проводившиеся в различных условиях, подтвердили, что при высокой нагрузке пропускная способность систем CDMA в среднем в 15 раз превышает пропускную способность аналоговых систем. Наконец, при использовании существующих вокодеров, которые работают на половиной скорости передачи, пропускная способность увеличивается еще в 1,7 раза. Дополнительная секторизация (свыше 3) также увеличивает пропускную способность.

Высококачественная связь.

Вокодер, работающий на переменной скорости передачи, обеспечивает преобразование речевых сигналов в цифровую форму и высококачественное воспроизведение речи. Фоновые сигналы заглушаются даже при большой нагрузке. Метод мягкой передачи абонента (переключения абонента с одного радиоканала на другой), применяемой в системах CDMA, обеспечивает почти прозрачную передачу вызовов между сотами. Такой надежный метод передачи практически исключает потерю вызовов и снижает нагрузку на коммутационное оборудование.

Возможность дальнейшей эволюции системы.

В существующей системе предусмотрены поисковые службы и цифровая передача данных. Существующая структуру управления обеспечивает протоколы факсимильной связи. Могут быть предусмотрены и более высокие скорости передачи. Портативные абонентские станции, основанные только на методе CDMA и совместимые с сотовыми системами и УАТС, могут отвечать перспективным требованиям.

Возможность введения новых функций.

При желании с одного и того же аппарата можно получить выход к беспроводной УАТС, домашнему беспроводному телефону, общественным беспроводным цифровым телефонным аппаратам, к сети персональный связи и к сотовым сетям. Обеспечиваются интерфейсы с УАТС, сетью ISDN и коммутируемой телефонной сетью общего пользования. Цифровые сигналы управления позволяют организовать целый ряд служб передачи данных, которые можно добавлять по мере того, как компания-оператор будет вводить новый услуги. Вокодер с переменной скоростью передачи и предусмотренная возможность передачи данных позволяют вводить различные уровни обслуживания. Предусмотренные в системе измерения уровня сигнала и его задержки позволяют определять положение подвижной станции.

Секретность связи.

Цифровая форма сигналов, передача в широкой полосе частот, защита информации для каждого адресата - все это обеспечивает значительно более высокую, чем в других системах, секретность связи.

Простота перехода (и совместимость с аналоговыми системами)

CDMA позволяет почти утроить существующую в аналоговых сетях пропускную способность и обеспечивает более высокое качество обслуживания. Пропускная способность и радиопокрытие позволяют вводить CDMA при значительно меньшем числе сот, чем на существующих сетях. Зона радиоохвата антенны и секторизация не зависят от соты и не так тесно связаны, как в узкополосных система. Последующее расширение может быть поэтапным и может быть местным (чтобы быстро обеспечить радиопокрытие в каком-то одном месте) или глобальным.

Цена и наличие оборудования

Существующие оценки стоимости системы CDMA в отношении сетевого и абонентского оборудования показывают, что по стоимости эта система эквивалентна существующим аналоговым системам. Более высокая пропускная способность позволяет организовать связь при значительно меньшем числе сот, чем в аналоговых системах и системах с TDMA, что снижает капитальные и эксплуатационные затраты. Проверенная технология заказных интегральных схем позволила свести технологию сложных схем CDMA к очень простым решениям.

Стандарт IS-95 обеспечивает высокую степень безопасности передаваемых сообщений и данных об абонентах.

Безопасность связи обеспечивается также применением процедур аутентификации и шифрования сообщений.

Шифрование сообщений, передаваемых по каналу связи (ТСН), осуществляется также с использованием процедур стандарта IS-54B.

В стандарте IS-95 используется также режим "частый характер связи", обеспечиваемый с помощью секретной маски в виде длинного кода.

Подвижная станция стандарта IS-95

Фирмы Qualcomm и Motorola разработали двухрежимные CDMA подвижные станции, которые поддерживают связь с существующими сетями аналоговых стандартов с частотной модуляцией (AMPS и N-AMPS). Это обстоятельство дает значительные преимущества абонентам CDMA, так как позволяет использовать свой радиотелефон там, где существующие аналоговые сотовые сети обеспечивают радиопокрытие.

Основное отличие между абонентскими станциями CDMA и существующими станциями аналоговых стандартов заключается в добавлении в состав подвижных станций CDMA функций цифровой обработки сигналов.

Базовая станция стандарта IS-95

В системах связи CDMA используются соты с круговой диаграммой направленности антенн или секторные соты (обычно 120-градусные)

В нижеследующем рисунке будет показана структурная схема базовой станции (BTS) для соты с круговой диаграммой направленности антенны с цифровым оборудованием, в состав которого входят канальные блоки.

Усилитель мощности

Приемопередатчик

Приемник GPS

Контроллер соты

Структурная схема CDMA базовой станции

Каждый канальный блок может быть сконфигурирован как информационный канал или как служебный канал. Для синхронизации работы сети используется приемник GPS (глобальная система местоопределения).

Отсек приемоотдатчика преобразует сигналы промежуточной частоты, сформированные в отсеке цифрового блока, в радиочастотный сигнал на несущей частоте и обеспечивает обратное преобразование принимаемого сигнала на промежуточную частоту. В направлении передачи сигнал проходит от приемопередатчика через усилитель мощности и фильтр к передающей антенне. В обратном направлении тракт приема начинается с приемных антенн, фильтра, усилителя с низким коэффициентом шума. Затем в приемопередатчике сигнал преобразуется на промежуточную частоту и поступает в отсек цифрового оборудования. Следует отметить, что передающий и приемные тракты подключаются непосредственно к своим антеннам.

Управление режимами работы цифрового оборудования и приемопередатчика осуществляется контроллером соты (СС)

Применение CDMA в системах беспроводной связи типа WILL

В последние годы значительное внимание уделяется разработкам и внедрению систем беспроводной радиосвязи (WILL) для обслуживания стационарных абонентов в сельских и труднодоступных районах. В этой области известны разработки фирм Motorola, Alcatel, Siemens и т.д. При определенных условиях, связанных с количеством обслуживаемых абонентов и их удаленностью от телефонных сетей общего пользования (ТФОП), прокладка кабельных линий связи становится экономически неэффективной по сравнению с внедрением радиоканалов для соединения стационарных абонентов с ТФОП. Обычно применение WILL считается целесообразным для обслуживания абонентов, удаленных от ТФОП на расстояния от нескольких километров до нескольких десятков километров.

Как было отмечено ранее, системы CDMA имеют ряд преимуществ перед существующими сетями сотовой связи и позволяют повысить емкость сетей. Однако достоинства CDMA обеспечиваются усложнением процессов функционирования сети и абонентского оборудования, которые становятся незаметными при использовании передовых методов цифровой обработки сигналов, быстродействующих вычислительных средств и современных технологий микроэлектроники.

В варианте сети беспроводной связи для фиксированных абонентов не требуется непрерывного управления регулировкой уровня мощности абонентских станций, уровень излучения может быть зафиксирован один раз при установке абонентской станции. Для снижения системных помех используются направленные антенны для абонентских станций (по направлению на базовую станцию). Все это позволяет обеспечить еще большую емкость сети WILL CDMA по сравнению с сетью подвижной сотовой связи.

В целом технология CDMA при использовании ее в сети WILL обеспечивает, по оценкам Motorola, 18-20-кратное увеличение емкости по сравнению с сетью аналогового стандарта AMPS.

Фиксированное размещение абонентских станций, применение направленных антенн в направлении от абонентской станции на базовую станцию позволяет реализовать 60-градусне соты, то есть обеспечить одновременную работу 180 активных абонентов. При нагрузке от одного абонента до 0,025 Эрланга количество абонентов, обслуживаемых одной 60-градусной сотой, составит около 7000. Данные результаты подтверждают высокую эффективность использования CDMA для построения систем беспроводной связи с фиксированным абонентом.

Подвижность в системах CDMA.

Операторам систем CDMA и просто интересующимся внедрением этой технологии в России известно решение коллегии Госкомсвязи о признании "целесообразным создавать в России на базе стандарта IS-95 в диапазоне 800 МГц только сети беспроводного доступа к местным телефонным сетям". Таким образом, окончательно утверждена "ссылка на село" самого передового стандарта подвижной связи.

Рассмотрим сложившуюся ситуацию с точки зрения законопослушного оператора сети связи CDMA, для чего сначала определим два важных понятия.

Что же такое подвижность? В полном объеме - это обслуживание абонента портативным телефонным аппаратом с возможностью роуминга - национального или международного. Для подвижности характерны высокая оплата трафика и его низкая интенсивность, не применяются внешние направленные антенны, а рабочая зона носит вероятностный характер. Нормативным документом будут разрабатываемые в настоящее время "Правила предоставления услуг подвижной связи".

"Стационарность" - фиксированная установка радиотелефона с габаритами, очень близкими к обычному телефонному аппарату, или абонентского радиомодуля со стандартным телефонным интерфейсом. Необходимы высокая интенсивность трафика на каждого абонента и низкая его стоимость. Очень часто необходимы внешние антенны и 100-ный радиодоступ к телефонной сети. Условия предоставления услуги радиодоступа регулируются " Правилами оказания услуг телефонной связи".

Вместе с тем радиодоступ обеспечивает относительную подвижность - возможность работы в различных местах зоны радиопокрытия и даже в движущемся автомобиле.

Итак, рассмотрим некоторые проблемы, возникающие при эксплуатации стационарных радиотелефонов. В продаже имеются стационарные телефонные аппараты фирм Qualcomm, Samsung и LG. В комплект телефона входит батарейный источник питания, который при попадании сети обеспечивает 8 ч. разговорного времени. Этот источник и позволяет эксплуатировать телефон автономно. Многие абоненты поняли возможности телефонов CDMA и стали использовать их как подвижные, перевозя в автомобиле. Конечно, такое использование запрещено нашими правилами предоставления услуг связи по системе CDMA, и это отмечено в договоре с абонентом, но как выявить нарушителя, как доказать факт нарушения и что делать дальше?

Прежде всего следовало решить техническую проблему обнаружения подвижности телефонов. Анализ биллинговых записей контроллера фирмы Qualcomm выявил два существующих параметра - номер секторов, в которых разговор начался и закончился, и значение дальности до телефона в этом разговоре. Знание рабочего сектора оказалось малоэффективно, поскольку при ширине сектора 120 0 и дальности действия системы 20…25 км площадь сектора 400 км 2 , а при установке телефона на границе двух секторов рабочий сектор может изменяться несколько раз в течение одного разговора (hand-off).

Наиболее информативным является значение дальности до телефона. Было проанализировано большое количество биллинговых записей для заведомо стационарных и подвижных телефонов. По результатам анализа выяснилось, что функция распределения дальности по звонкам стационарных телефонов близка к нормальной и ее значение 3σ ‹ 200 условных единиц биллинговой записи. Функция распределения дальности для мобильных телефонов может иметь произвольный характер, с максимумами на дальностях, соответствующих наиболее частым остановкам.

Опытным путем был установлен критерий стационарности: 3σ ‹ 300 усл.ед.

В настоящее время нами разработана программа, которая автоматически обрабатывает ежемесячные биллинговые записи и распечатывает номера телефонов, разброс дальностей которых превышает 300 усл.ед.

Такая обработка первых 400 абонентов CDMA выявила 20% подвижных телефонов и телефонов, работающих в нескольких точках. Этим абонентам были направлены письма с предложением прекратить эксплуатацию телефонов CDMA с нарушением Правил пользования и положений Договора. Практически все, использующие телефон в нескольких точках, зарегистрировали свои вторые/третьи рабочие точки. Некоторые "мобильщики" прекратили возить телефоны в автомобиле, а с остальными продолжается работа.

Попутно выявилось несколько интересных обстоятельств:

Для некоторых абонентов функция распределения дальности показала работу телефона в двух точках. Оказалось, что телефон эксплуатировался только в одной точке, но он работает на встроенную антенну и по каким-то внешним причинам переключается на другую базовую станцию, качество работы удовлетворительное. Установка внешних антенн "привязала" телефон к выбранным базовым станциям и улучшила качество связи до отличного;

Несколько абонентов постоянно жаловались на плохое качество связи; выяснилось, что они используют телефон в подвижном варианте. им были направлены предупредительные письма. Жалобы прекратились!

Что же можно сделать, чтобы прекратить подвижное использование стационарных телефонов? Рассматривались технические и административные меры.

Технические меры. Привязка телефона к рабочему сектору - это наиболее эффективное техническое решение, хотя и она не 100%-ного действия. К сожалению, в контроллере фирмы Qualcomm это сделать невозможно. Наверное, такая задача исходно не ставилась. Кроме того, при отказе какого-либо сектора будут потеряны все его абоненты, хотя в сегодняшней ситуации многие из них сохраняют свою работоспособность, так как переходят на отраженные сигналы от других секторов.

Применение концентраторов. Это полностью решит проблему подвижности, но есть несколько сдерживающих причин:

До сих пор нет сертифицированных CDMA концентраторов. Концентратор фирмы Qualcomm QCT-8000 только недавно прошел сертификационные испытания;

Концентратор наиболее применим на вновь строящихся объектах, когда он заранее закладывается в проект большого жилого дома, офисного или производственного здания. В существующей инфраструктуре города или села применение концентратора не решает проблемы "последней мили", сводя ее лишь до уровня последних сотен метров;

Обеспеченные покупатели, как правило, большие индивидуалисты и отлично понимают все преимущества персонального радиотелефона. Их невозможно загнать в радиотелефонную "коммуналку".

Продажа телефонов без батарейного источника питания.

Во многих ситуациях это недопустимо, так как связь особенно нужна при отключении электропитания. Да и всегда найдутся умельцы, которые подключат телефон к автомобильной сети.

Административные меры.

Такими мерами могут быть:

Предупреждение о нарушении Правил и положений Договора и предложение оформить вторую/третью рабочие точки;

Отключение злостного "мобильщика" за систематическое нарушение Правил и условий Договора, но в этом случае теряется реальный доход и может возникнуть сложная юридическая ситуация;

Назначение "мобильного" тарифа, т.е. фактическое признание подвижности и отступление от решений Госкомсвязи.

Вывод:

Сегодня мы не имеем надежного технического средства, запрещающего подвижное использование стационарных телефонов. Можно только выявить их и предупреждать абонентов о возможном отключении. Однако отключение не только создает сложную юридическую ситуацию, но и приводит к потерям части доходов, что недопустимо в сегодняшней ситуации, когда идет борьба за привлечение и сохранение каждого абонента. Такая неопределенная ситуация с подвижной эксплуатацией стационарных телефонов может продолжаться довольно долго, по крайней мере до тех пор, пока есть запас пропускной способности.

Что же дальше? С уверенностью можно сказать только одно - число абонентов, использующих стационарный телефон в подвижном варианте, на заднем сиденье автомобиля, неуклонно увеличивается. Это мы узнаем, ежемесячно анализируя новые отчеты программы определения подвижности. Кроме того, уже и абоненты перестали прятаться и прямо спрашивают: "А можно с ним ездить?" "Нет", - говорим мы, и они, понимающе кивая головой, уходят!

Из этой ситуации есть два выхода: 1. Категорически запретить подвижное использование и требовать от операторов отключения всех подвижных абонентов и тем самым "выплеснуть с водой и ребенка", т.к. практически закрыть стандарт CDMA в России. 2. Разрешить подвижность абонентов CDMA, легализуя введение "мобильного" трафика и вводя конкурентную борьбу в цивилизованное русло.

Продажа портативных телефонов с разумной ценой подвижного трафика при условии ограниченной мобильности в пределах одного контроллера способна привлечь дополнительных абонентов и существенно увеличить доходы операторов CDMA, среди которых более 30% представители электросвязи.

Проблемы.

Проблемы, на которые следует обратить внимание, хорошо знакомы абсолютному большинству операторов, однако пути решения этих задач мы ищем в одиночку и находит зачастую не самые лучшие и дешевые. Эти проблемы не дают возможности оператору в полной мере использовать CDMA для решения технологических и экономических задач. Такие задачи можно решить только коллективно, при этом все участники должны осознавать, что от объединения не только можно и нужно получать выгоду, но и придется жертвовать частью своих интересов.

Работы по оформлению документов в государственных организациях.

Работы по проектированию, монтажу и наладке радиотелефонных систем показали, что оформительские работы в государственных органах РФ занимают в 5-6 раз больше времени, чем поставка, монтаж и наладка вместе взятые.

Частотный ресурс.

Сегодня эта проблема особенно насущна и не только потому, что российское распределение частот сильно отличается от мировых принципов. Сегодня CDMA работает в спектре 800 МГц, занимает полосу частот 1.23 МГц. Наука говорит, что смена поколений оборудования и переход к широкополосным и скоростным технологиям 3-го поколения потребует расширения спектра в 10-15 раз. Оператор уже сегодня должен знать, что в какие сроки ему необходимо сделать, чтобы ему необходимо сделать, чтобы его бизнес не перехватили другие.

GPS - необходимый инструмент функционирования системы.

Наладка, синхронизация и поддержание сети CDMA в оптимальном состоянии выполняется по стандартной схеме с помощью спутниковых систем типа GPS. Весь мир пользуется только этими системами. Однако о сложностях применения их в России операторы узнают постфактум, когда оборудование уже приобретено. При переходе к 3-му поколению добавляются новые проблемы, когда место в пространстве, скорости и направления движения терминала будут фиксироваться до метра. Наука, ассоциация, холдинг должны предвидеть такие явления, подсказывать оператору, над чем ему работать юридически и экономически. Госкомитет по телекоммуникациям должен заранее формировать юридическую базу.

Государство и проблемы.

Решение ряда проблем невозможно без участия Госкомитета по телекоммуникациям и других государственных органов. Необходимо решать ряд прямых запретов и проблем, которые наносят экономический ущерб операторам и государству, не дают потребителю использовать все возможности систем CDMA.

Разрешение хотя бы ограниченной мобильности и внутриобластной межконтроллерной связи при двух и более контроллерах в значительной мере повысит привлекательность системы.

Координация перехода к системам 3-го поколения, когда операторы, работающие в стандартах GSM, AMPS и CDMA, будут вынуждены объединиться на единой технологической платформе, должна проводиться под патронажем Госкомитета по телекоммуникациям.

Таковы проблемы, которые стоят перед нами на сегодняшнем этапе внедрения этой технологии.

Список использованной литературы:

1 Авдеева Л.В. Внедрение в России систем радиотелефонной

связи CDMA: история и проблемы// Мобильные системы.

Спецвыпуск по стандарту CDMA. - М., 1998. - 30-34с.

2 Беспроводный доступ абонентских линий. Том 1. Справочник по подвижной наземной связи. - М., 1997. - с.346.

3 Варакин Л.Е. Теория систем сигналов. - М., 1978. - с.304.

4 Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М., 1985. - с.384

6 Громаков Ю.А. Цифровые сотовые системы подвижной радиосвязи с кодовым разделением каналов. - М., 1996. - 49с.

7 Диксон Р.К. Широкополосные системы. - М., 1979. - с.304

8 Пышкин И.М., Дежурный И.И. Системы подвижной радиосвязи. - М., 1986. - с.328.

9 Тузов Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов. - М., 1987. - с.400

10 Тузов Г.И., Сивов В.А. Помехозащитность радиосистем со сложными сигналами. - М., 1985. - с.265.

Нельзя сказать, чтобы сравнение сетей GSM и CDMA на сегодняшний день было актуальным для России: стандарт GSM рынок завоевал давно и прочно, и тесниться пока не собирается. Однако ряд преимуществ уже не новой, но развивающейся CDMA заставляет задуматься о выборе в ряде случаев: к примеру, когда принципиально важна высокая скорость передачи данных или качество голосовой связи. Обычный потребитель сталкивается с дилеммой, случайно заметив тарифную сетку немногих операторов CDMA или же прочитав в характеристиках понравившегося телефона о поддержке последним именно этого стандарта связи. Что мы получим, поменяв привычный GSM-смартфон на CDMA? Оценим преимущества и недостатки обеих сетей с точки зрения плательщика в кассу операторов.

Определение

Стандарт сотовой связи CDMA использует единую широкую полосу частот с кодовым разделением сигнала. В общем виде схему работы можно представить так: несколько абонентов передают пакет данных одновременно на одной частоте, пакет данных от каждого кодируется уникальным образом.

Стандарт сотовой связи GSM использует принцип частотно-временного разделения канала. Общий вид схемы работы: каждый абонент для передачи пакета данных использует свой (к которому подключился) временной слот и узкую полосу частот.

Сравнение

В чем же разница между GSM и CDMA, если определения выдают практически набор слов? Узкие полосы, широкие полосы, частоты… А конечному пользователю в каком виде? В первую очередь отличия для нас, звонящих и выходящих в интернет, заключаются в качестве связи. Как раз широкая полоса обеспечивает передачу данных практически без потерь качества. Если пользовались проводным стационарным телефоном, то разницу между GSM и CDMA почувствуете сразу: последний дает примерно такой же звук без помех и прерываний.

Скорость передачи данных в сетях CDMA довольно высока, до 2 Мбит в секунду. Впрочем, многие удивятся, узнав, что с CDMA они хорошо знакомы. Всем известная технология 3G, или UMTS — как раз одна из разновидностей CDMA. Пользуемся мы ею для передачи данных посредством обычных наших смартфонов, планшетов и других устройств. Однако голосовые вызовы и отправка смс-сообщений (равно как и другие услуги оператора) — в сети GSM.

Операторов CDMA в России мало, зона покрытия их включает мало территорий, потому говорить о переходе на этот стандарт связи преждевременно. Однако там, где работает, к примеру, Скайлинк, клиенты этого оператора отмечают надежность соединения в первую очередь. Несомненным достоинством можно считать и повышенную безопасность передачи данных за счет сложных систем шифровок сигнала. Главное, что перехватить информацию в сетях CDMA гораздо сложнее, нежели в привычных GSM.

Сеть GSM распространена на территории России практически повсеместно и почти не оставляет “белых пятен”. Смартфоны и телефоны, созданные для работы в сетях CDMA, составляют ничтожно малое количество от их общего числа, так что выбрать себе подходящую модель непросто. В аппараты CDMA устанавливается R-UIM карта, которая позволяет сменить оператора и номер.

Существенной может оказаться разница между GSM и CDMA для тех, кто заботится о здоровье. Эксперты полагают, что негативное воздействие на организм человека излучения модулей CDMA в разы ниже, чем модулей GSM. Связано это с низкой мощностью излучателя: 0,2 Вт против 2 Вт соответственно.

Выводы сайт

Сети мобильной связи CDMA обеспечивают более высокое качество голосовой связи и безопасность соединений.
Сети CDMA обеспечивают высокую скорость передачи данных.
Покрытие сетей GSM в России на сегодняшний день шире.
Выбор устройств, работающих в сетях GSM, в десятки раз больше, чем устройств CDMA.
При подключении к CDMA устройству присваивается короткий (прямой) номер.

Система сотовой подвижной связи CDMA

В последние годы значительный прогресс в телекоммуникационных технологиях достигнут благодаря переходу на цифровые виды связи, которые, в свою очередь, базируются на стремительном развитии микропроцессоров. Один из ярких примеров этого - появление и быстрое внедрение технологии связи с цифровыми шумоподобными сигналами на основе метода многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA - Code Division Multiple Access), в ближайшие годы нового столетия затмит собой все остальные, вытесняя аналоговые NMT, AMPS и др. и составляя серьезную конкуренцию цифровым технологиям, таким как GSM.

Замечательное свойство цифровой связи с шумоподобными сигналами - защищенность канала связи от перехвата, помех и подслушивания. Именно поэтому данная технология была изначально разработана и использовалась для вооруженных сил США, и лишь недавно американская компания Qualcom на основе этой технологии создала стандарт IS-95 (CDMA one) и передала его для коммерческого использования. Оборудование для этого стандарта уже выпускают шесть компаний: Hughes Network Systems, Motorola и Samsung.

Общая характеристика и принципы функционирования

Принцип работы систем сотовой связи (ССС) с кодовым разделением каналов можно пояснить на следующем примере.

Предположим, что вы сидите в ресторане. За каждым столиком находится два человека. Одна пара разговаривает между собой на английском языке, другая на русском, третья на немецком и т.д. Получается так, что в ресторане все разговаривают в одно и то же время на одном диапазоне частот (речь от 3 кГц до 20 кГц), при этом вы, разговаривая со своим оппонентом, понимаете только его, но слышите всех.

Так же и в стандарте CDMA передаваемая в эфире информация от базовой станции к мобильной или наоборот попадает ко всем абонентам сети, но каждый абонент понимает только ту информацию, которая предназначена для него, т.е. русский понимает только русского, немец только немца, а остальная информация отсеивается. Язык общения в данный момент является кодом. В CDMA это организовано за счет применения кодирования передаваемых данных, если точнее, то за это отвечает блок умножения на функцию Уолша.

В отличие от стандарта GSM, который использует TDMA (Time Division Multiple Access - многостанционный доступ с временным разделением канала, т.е. несколько абонентом могут разговаривать на одной и той же частоте, как и в CDMA, но в отличие от CDMA, в разное время), стандарт IS-95 диапазон частот использует более экономично.

CDMA называют широкополосной системой и сигналы идущие в эфире шумоподобными. Широкополосная - потому, что занимает широкую полосу частот. Шумоподобные сигналы - потому, что когда в эфире на одной частоте, в одно и то же время работают несколько абонентов, сигналы накладываются друг на друга (можно представить шум в ресторане, когда все одновременно говорят). Помехоустойчивая - потому, что при возникновении в широкой полосе частот(1,23 Мгц) сигнала-помехи, узкого диапазона (<150кГц), сигнал примется почти неискаженный. За счет помехоустойчивого кодирования потерянные данные система восстановит, см. рис 1, где показан полезный сигнал и помеха (СЗС - селективная помеха).

А в стандарте GSM такое не получится. Из-за того, что GSM изначально сам узкополосный. Ширина полосы, которая используется, равна 200 кГц.

Система CDMA фирмы Qualcom рассчитана на работу в диапазоне частот 800 Мгц. Система CDMA построена по методу прямого расширения спектра частот на основе использования 64 видов последовательностей, сформированных по закону функций Уолша. Для передачи речевых сообщений выбрано речепреобразующее устройство с алгоритмом CELP со скоростью преобразования 8000 бит/с (9600 бит/с в канале). Возможны режимы работы на скоростях 4800, 2400, 1200 бит/с.

В каналах системы CDMA применяется сверточное кодирование со скоростью? (в каналах от базовой станции) и 1/3 (в каналах от подвижной станции), декодер Витерби с мягким решением, перемежение передаваемых сообщений. Общая полоса канала связи составляет 1,25 Мгц.

Основные характеристики приведены в таблице.

Диапазон частот передачи MS	824,040 – 848, 860 Мгц
Диапазон частот передачи BTS	869,040 – 893,970 мгц
Относительная нестабильность несущей частоты BTS	+/- 5*10^-8
Относительная нестабильность несущей частоты MS	+/- 2,5*10^-6
Вид модуляции несущей частоты	QPSK(BTS), O-QPSK(MS)
Ширина спектра излучаемого cигнала: по уровню минус 3 Дб по уровню минус 40 Дб
Тактовая частота ПСП М-функции	1,2288 Мгц
Количество каналов BTS на 1 несущей частоте	1 пилот-канал 1 канал синхронизации 7 каналов персонально вызова 55 каналов связи
Количество каналов MS	1 канал доступа 1 канал связи
Скорость передачи данных: В канале синхронизации В канале перс.вызова и доступа В каналах связи	9600, 4800 бит/с 9600, 4800, 2400, 1200 бит/с
Кодирование в каналах передачи BTS	Сверточный код R=1/2, К=9
Кодирование в каналах передачи MS	Сверточный код R=1/3, K=9
Требуемое для приема отношение энергии бита информации	6-7 дБ
Максимальная эффективная излучаемая мощность BTS	50 Вт
Максимально эффективная излучаемая мощность MS	6,3 – 1,0 Вт

В стандарте используется раздельная обработка отраженных сигналов, приходящих с разными задержками, и последующее их весовое сложение, что значительно снижает отрицательное влияние эффекта многолучевости. При раздельной обработке лучей в каждом канале приема на базовой используется 4 параллельно работающих коррелятора, а на подвижной станции 3 коррелятора. Наличие параллельно работающих корреляторов позволяет осуществить мягкий режим "эстафетной передачи" при переходе из соты в соту.

Мягкий режим "эстафетной передачи" происходит за счет управления подвижной станцией двумя или более базовыми станциями. Транскодер, входящий в состав основного оборудования, проводит оценку качества приема сигналов от двух базовых станций последовательно кадр за кадром. Процесс выбора лучшего кадра приводит к тому, что результирующий сигнал может быть сформирован в процессе непрерывной коммутации и последующего "склеивания" кадров, принимаемых разными базовыми станциями, участвующими в "эстафетной передаче".

Протоколы установления связи в CDMA, так же как в стандартах AMPS основаны на использовании логических каналов.

В CDMA каналы для передачи с базовой станции называются прямыми (Forward), для приема базовой станцией - обратными (Reverse). Структура каналов в CDMA в стандарте IS-95 показана на рис:

Прямые каналы в CDMA:

Пилотный канал - используется подвижной станцией для начальной синхронизации с сетью и контроля за сигналами базовой станции по времени, частоте и фазе.
Канал синхронизации - обеспечивает идентификацию базовой станции, уровень излучения пилотного сигнала, а так же фазу псевдослучайной последовательности базовой станции. После завершения указанных этапов синхронизации начинаются процессы установления соединения.
Канал вызова - используется для вызова подвижной станции. После приема сигнала вызова подвижная станция передает сигнал подтверждения на базовую станцию, после чего по каналу вызова на подвижную станцию передается информация об установлении соединения и назначения канала связи. Канал персонального вызова начинает работать после того, как подвижная станция получит всю системную информацию (частота несущей, тактовая частота, задержка сигнала по каналу синхронизации).
Канал прямого доступа - предназначен для передачи речевых сообщений и данных, а так же управляющей информации с базовой станции на подвижную.

Обратные каналы в CDMA:

Канал доступа - обеспечивает связь подвижной станции с базовой станций, когда подвижная станция еще не использует канал трафика. Канал доступа используется для установления вызовов и ответов на сообщения, передаваемые по каналу вызова, команды и запросы на регистрацию в сети. Каналы доступа совмещаются (объединяются) каналами вызова.
Канал обратного трафика - обеспечивает передачу речевых сообщений и управляющей информации с подвижной станции на базовую станцию.

Структура каналов передачи базовой станции показана на рис:

Каждому логическому каналу назначается свой код Уолша. Всего в одном физическом канале логических каналов может быть 64, т.к. последовательностей Уолша, которым в соответствие ставятся логические каналы, всего 64, каждая из которых имеет длину по 64 бита. Из всех 64 каналов на 1-й канал назначается первый код Уолша (W0) которому соответствует "Пилотный канал", на следующий канал назначается тридцать второй код Уолша (W32), следующим 7-ми каналам так же назначаются свои коды Уолша (W1,W2,W3,W4,W5,W6,W7) которым соответствуют каналы вызова, и оставшиеся 55 каналов предназначены для передачи данных по "Каналу прямого трафика".

При изменении знака бита информационного сообщения фаза используемой последовательности Уолша изменяется на 180 градусов. Так как эти последовательности взаимно ортогональны, то взаимные помехи между каналами передачи одной базовой станции отсутствуют. Помехи по каналам передачи базовой станции создают лишь соседние базовые станции, которые работают в той же полосе радиочастот и используют ту же самую ПСП, но с другим циклическим сдвигом.

Порядок прохождения речевых данных в мобильной станции до момента отправки в эфир.

Давайте подробней рассмотрим структурную схему обратного канала трафика. В прямом и обратном канале эта схема повторяется; в зависимости от того, какой канал используется в данный момент, некоторые блоки этой схемы исключаются.

Речевой сигнал поступает на речевой кодек.
На этом этапе речевой сигнал оцифровывается и сжимается по алгоритму CELP..
Далее сигнал поступает на блок помехоустойчивого кодирования, который может исправлять до 3-х ошибок в пакете данных.
Далее сигнал поступает в блок перемежения сигнала.
Блок предназначен для борьбы с пачками ошибок в эфире. Пачки ошибок - искажение нескольких бит информации подряд.
Принцип такой. Поток данных записывается в матрицу по строкам. Как только матрица заполнена, начинаем с нее передавать информацию по столбцам. Следовательно, когда в эфире искажаются подряд несколько бит информации, при приеме пачка ошибок, пройдя через обратную матрицу, преобразуется в одиночные ошибки.
Далее сигнал поступает в блок кодирования (от подслушивания).
На информацию накладывается маска (последовательность) длиной 42 бита. Эта маска является секретной. При несанкционированном перехвате данных в эфире невозможно декодировать сигнал, не зная маски. Метод перебора всевозможных значений не эффективен т.к. при генерации этой маски, перебирая всевозможные значения, придется генерировать 8.7 триллиона масок длиной 42 бита. Хакер, пользуясь персональным компьютером, пропуская через каждую маску сигнал и преобразовывая его в файл звукового формата, потом, распознавая его на наличие речи, потратит уйму времени.
Блок перемежения на код Уолша.
Цифровой поток данных перемножается на последовательность бит, сгенерированных по функции Уолша.
На этом этапе кодирования сигнала происходит расширение спектра частот, т.е. каждый бит информации кодируется последовательностью, построенной по функции Уолша, длиной 64 бита. Т.о. скорость потока данных в канале увеличивается в 64 раза. Следовательно, в блоке модуляции сигнала скорость манипуляции сигнала возрастает, отсюда и расширение спектра частот.
Так же функция Уолша отвечает за отсев ненужной информации от других абонентов. В момент начала сеанса связи абоненту назначается частота, на которой он будет работать и один (из 64 возможных) логический канал, который определяет функция Уолша. В момент принятия сигнал по схеме проходит в обратную сторону. Принятый сигнал умножается на кодовую последовательность Уолша
По результату умножения вычисляется корреляционный интеграл.
Если Z пороговая удовлетворяет предельному значению, значит, сигнал наш. Последовательность функции Уолша ортогональны и обладают хорошими корреляционными и автокорреляционными свойствами, поэтому вероятность спутать свой сигнал с чужим равна 0.01 %.
Блок перемножения сигнала на две М-функции (М1 - длиной 15 бит, М2 - длиной 42 бита) или еще их называют ПСП- псевдослучайными последовательностями.
Блок предназначен для перемешивания сигнала для блока модуляции. Каждой назначенной частоте назначаются разные М -функции.
Блок модуляции сигнала.
В стандарте CDMA используется фазовая модуляция ФМ4, ОФМ4.

В настоящее время оборудование стандарта CDMA является самым новым и самым дорогим, но в то же время самым надежным и самым защищенным. Европейским Сообществом в рамках исследовательской программы RACE разрабатывается проект CODIT по созданию одного из вариантов Универсальной системы подвижной связи (UMTS) на принципе кодового разделения каналов с использованием широкополосных сигналов с прямым расширением спектра (DS-CDMA).

Основным отличием концепции CODIT будет эффективное и гибкое использование частотного ресурса. Как мы раньше пояснили, на широкополосный сигнал CDMA влияние узкополосной помехи практически не сказывается. За счет этого свойства в стандарте CODIT для передачи данных дополнительно будут использоваться защитные интервалы между несущими частотами.

Основные принципы CDMA
Отличия CDMA от других стандартов
Услуги в сетях CDMA
Общая характеристика и принципы функционирования
Технология мультидоступа
Развитие и перспективы стандарта CDMA

1. Основные принципы CDMA

С целью преодоления приведенных недостатков компаниям-производителям пришлось обратиться к принципиально другим цифровым системам, выполненным по технологии многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР) или, как его называют во всем мире, CDMA (Code Division Multiple Access ) , которые используют шумоподобные сигналы с расширенным спектром. Разумеется, все новое - это хорошая доля старого, причем в нашем случае - вовсе не забытого.

Технология мультидоступа с кодовым разделением каналов, в основе которой лежит ортогональное разделение сигналов, известна давно. В СССР первая работа, посвященная этой теме, называлась “Основы теории линейной селекции” была опубликована в сборнике ЛЭИС еще в 1935 году, а ее автором был Дмитрий Васильевич Агеев. А уже после войны в течение долгого времени технология CDMA использовалась в военных системах связи как в СССР, так и в США, поскольку обладала многими ценными для таких систем преимуществами, о которых будет сказано ниже.

Сам принцип CDMA заключается в расширении спектра исходного информационного сигнала (в нашем случае речевого), которое может производиться двумя различными методами, которые называются следующим образом: “скачки по частоте” и “прямая последовательность”.

Так называемые “скачки по частоте” (или FH - Frequency Hopping ) реализуются следующим образом: несущая частота в передатчике постоянно меняет свое значение в некоторых заданных пределах по псевдослучайному закону (коду), индивидуальному для каждого разговорного канала, через сравнительно небольшие интервалы времени. Приемник системы ведет себя аналогично, изменяя частоту гетеродина по точно такому же алгоритму, обеспечивая выделение и дальнейшую обработку только нужного канала. С помощью FH сейчас производятся попытки улучшения технических характеристик узкополосных цифровых систем сотовой связи, в частности, GSM.

Второй метод “прямой последовательности” (или DS - Direct Sequence ), который основан на использовании шумоподобных сигналах и применяется в большинстве работающих и перспективных системах CDMA. Он предусматривает модуляцию информационного сигнала каждого абонента единственным и уникальным в своем роде псевдослучайным шумоподобным сигналом (он-то и является в данном случае кодом), который и расширяет спектр исходного информационного сигнала. Тут сразу следует отметить, что число вариантов таких кодов достигает нескольких миллиардов, что позволило бы создать персональную связь в масштабах нашей планеты. В результате проведения описываемого процесса узкополосный информационный сигнал каждого пользователя расширяется во всю ширину частотного спектра, выделенного для пользователей сети (база сигнала при этом становится много больше 1). В приемнике сигнал восстанавливается с помощью идентичного кода, в результате чего восстанавливается исходный информационный сигнал. В то же самое время сигналы остальных пользователей для данного приемника продолжают оставаться расширенными и воспринимаются им лишь как белый шум , который является наиболее мягкой помехой, в наименьшей степени мешающей нормальной работе приемника.

Чтобы популярно пояснить принцип работы такой системы, воспользуемся одной очень удачной аллегорией, которую, объясняя основы технологии CDMA, обычно предлагает компания Motorola “для экспертов и не очень”. Представьте комнату, в которой одновременно разговаривает друг с другом много пар людей, причем на разных языках. Каждый из них хорошо понимает своего собеседника, а все посторонние разговоры воспринимаются как некий фон и не особенно мешают разговору.

При этом обеспечивается высокая степень защиты от активных и пассивных помех, что позволяет работать при низких значениях отношения сигнал-шум (3–5 дБ) со значительно меньшей мощностью передаваемого сигнала. Таким образом, в одном и том же радиочастотном канале одновременно передаются информационные сигналы большой группы пользователей.

Следует также сказать, что CDMA не зря широко используется в военных системах связи, поскольку расширение спектра сигналов позволяет противодействовать преднамеренным искусственным помехам. Если расширить базу радиосигнала до очень больших величин, то можно сделать его ниже уровня шумов, которые и сможет наблюдать потенциальный противник. На приемной же стороне исходный сигнал будет восстановлен. Таким образом, подобные системы можно было бы использовать (и такие системы существуют), не мешая работе других радиосредств, использующих тот же диапазон радиочастот. Однако это не используется в существующих коммерческих сотовых системах CDMA.

2. Отличия CDMA от других стандартов

В системах с частотным разделением каналов (как в FDMA, так и в TDMA) существует проблема так называемого "многократного использования" (reuse ) частотных каналов. Чтобы не мешать друг другу, соседние базовые станции должны использовать разные каналы. Таким образом, если у БС 6 соседей (наиболее часто рассматриваемый случай, при этом зону каждой БС можно представить как шестиугольник, а всё вместе выглядит как пчелиные соты), то количество каналов, которые может использовать эта БС в семь раз меньше чем общее количество каналов в отведённом для сети диапазоне. Это приводит к уменьшению ёмкости сети и необходимости увеличивать плотность установки БС в густонаселённых районах. Для CDMA такой проблемы вообще нет. Все БС работают на одном и том же канале. Таким образом, частотный ресурс используется более полно. Ёмкость CDMA сети обычно в несколько раз выше, чем TDMA, и на порядок выше чем FDMA сетей.

Для того, чтобы телефоны находящиеся близко к БС не забивали своим сигналом более отдалённых абонентов, в CDMA предусмотрена плавная регулировка мощности, что приводит к значительному сокращению энергопотребления телефона вблизи БС и, соответственно, увеличению времени работы телефона без подзарядки.

Одной из приятных особенностей CDMA сетей является возможность “мягкого” перехода от одной БС к другой (soft handoff ). При этом, возможна ситуация когда одного абонента “ведут” сразу несколько БС. Абонент просто не заметит, что его “передали”; другой БС. Естественно, чтобы такое стало возможным, необходима прецизионная синхронизация БС. В коммерческих системах это достигается использованием сигналов времени от GPS (Global Positioning System ) американской спутниковой системы определения координат.

CDMA это практически полностью цифровой стандарт. Обычно все преобразования информационного сигнала происходят в цифровой форме, и только радиочасть аппарата является аналоговой, причём гораздо более простой, чем для других групп стандартов. Это позволяет практически весь телефон выполнить в виде одной микросхемы с большой степенью интеграции, тем самым значительно снизив стоимость телефона.

Цифровая сущность CDMA весьма располагает к использованию этой технологии для безпроводной передачи данных. В рассмотренном выше примере мы задали не очень высокую скорость, однако существующие реализации CDMA позволяют многократно увеличивать скорость передачи данных, правда за счет сокращения ёмкости сети.

Стандарты CDMA используют более современный кодек для оцифровки речи, что субъективно повышает качество передачи аналогового сигнала по сравнению с действующими TDMA стандартами.

Из минусов CDMA можно отметить необходимость использования достаточно широкой и неразрывной полосы, что не всегда возможно в современной обстановке дефицита частотного ресурса и большую сложность реализации данной технологии в “железе”.

ИТОГИ:

Более высокое качество связи по сравнению с другими стандартами связи.
Более высокая скорость передачи данных и соответственно более широкие возможности использования CDMA терминалов.
Меньшее энерго-потребление терминалов что продляет срок работы без подзарядки.
Большая емкость сети (более полное использование частотного ресурса).
Стандарт CDMA (IS-95) более приспособлен к переходу к третьему поколению.

3. Услуги в сетях CDMA

Можно долго говорить о преимуществах той или иной техники, но для коммерческого телекоммуникационного оператора архиважным является набор услуг, за которые абонент будет платить деньги. Главным достоинством сетей CDMA является очень высокое качество передачи речи, а это, согласитесь, главная услуга всех телефонных сетей.

Речь в системе CDMA преобразуется в цифровой поток посредством специального вокодера с переменной в зависимости от интенсивности речи скоростью. Это позволяет экономно использовать пропускную способность радиотракта . То есть, пока вы молчите, ресурс радиоканала может использовать другой абонент, тоже разговаривающий в настоящий момент.

В системах стандарта IS-95 используются вокодеры с максимальными скоростями передачи 8 кбит/с и 13 кбит/с. Соответственно может осуществляться и передача данных со скоростями соответственно 9,6 кбит/с и 14,4 кбит/с. Заметим, что последняя цифра недоступна в сетях других стандартов.

Качество передачи речи с вокодером на 13 кбит/с близко к качеству, которое обеспечивается в кабельных цифровых линиях связи. Но, конечно, такие вокодеры несколько уменьшают емкость сети. Поэтому для абонентов, которых интересует только голосовая связь, разработаны так называемые улучшенные вокодеры на 8 кбит/с с таким же высоким качеством речи. Следует отметить, что тема вокодеров продолжает оставаться актуальной в смысле дальнейшего улучшения качества при дальнейшем уменьшении скорости передачи. Цена вопроса - дальнейшее увеличение емкости сети. И это заставляет продолжать такие работы многих специалистов.

Что, собственно, имеется в виду, когда говорится о высоком качестве передачи речи в сетях CDMA? Это, прежде всего, чистый звук и непривычное для радиотелефонов отсутствие посторонних шумов. Но тут, как говорится, лучше один раз услышать, чем десять раз увидеть в различной литературе. Ну что же, теперь для этого не обязательно ехать куда-нибудь, например, в США или Корею. Сети CDMA (IS-95) уже работают в ряде регионов России. Можно было поговорить по радиотелефонам CDMA и на московских форумах СВЯЗЬ-ЭКСПОКОММ-97 и -98, где работали такие демонстрационные системы, смонтированные компаниями Qualcomm и “Персональные коммуникации”. А ныне это вообще не такая уж и экзотика, потому что в России понастроено сетей IS-95 уже немало.

И, конечно, законный интерес вызывают способы доступа в сеть ИНТЕРНЕТ через сотовые сети IS-95. Разумеется, абонент сети CDMA может одновременно разговаривать по сотовому телефону и работать на подключенном к нему компьютере в ИНТЕРНЕТ. Среди существующих сегодня стандартов для мобильной связи наилучшие позиции здесь именно у IS-95 вследствие обеспечения самой большой скорости доступа (14,4 кбит/с). И компании-производители обещаю в скором времени увеличить и эту скорость (благо в “общей трубе” радиоканала CDMA можно перераспределять ресурс, выделенный каждому абоненту). Кстати, презентация системы передачи данных по сети CDMA была организована компанией Qualcomm во время проведения московской выставки СВЯЗЬ-ЭКСПОКОММ-98 на базе сети московского оператора “Персональные коммуникации”.

Конечно, абоненты смогут обмениваться факсимильными сообщениями и общаться по электронной почте. А в обозримом будущем ожидается появление скоростей передачи 64 кбит/с и даже 144 кбит/с.

Что же касается различных дополнительных услуг, которые предоставляются абонентам цифровых сотовых сетей (переадресации вызовов, голосовая почта, определение номеров, услуги IN и т.п., включая роуминг ), то все они определяются сетевым коммутационным оборудованием (контроллером или центром коммутации) и не зависят от типа используемого радиоинтерфейса . Что заложено разработчиками в коммутатор, то и получится (главное, чтобы можно было установить на него дополнительный soft ). В общем, что оператор посчитал необходимым закупить для своей сети (на основе, например, маркетинговых исследований), тем абоненты и смогут воспользоваться. И если чего-то сейчас нет, то это вполне можно докупить и позже.

Исторически сложилось так, что европейцы наиболее подробно разработали различные приложения (в части дополнительных услуг) для стандарта GSM (но это относится больше к функциям коммутатора, а не радиоинтерфейса ). А вот 20 февраля 1998 года компания Qualcomm объявила об успешном окончании испытаний с британским оператором Vodafon базовой станции CDMA (IS-95), включенной в центр коммутации подвижной связи сети GSM. Это означает, что теперь нет ничего невозможного и существует реальная возможность совместить многочисленные услуги, разработанные в рамках проекта GSM и адаптированные к европейским телефонным сетям, с преимуществами радиоинтерфейса IS-95.

4. Общая характеристика и принципы функционирования

Принцип работы систем сотовой связи (ССС) с кодовым разделением каналов можно пояснить на следующем примере.

В отличие от стандарта GSM, который использует TDMA (Time Division Multiple Access - многостанционный доступ с кодовым разделением канала, т. е. несколько абонентом могут разговаривать на одной и той же частоте, как и в CDMA, но в отличие от CDMA, в разное время), стандарт IS-95 диапазон частот использует более экономично.

CDMA называют широкополосной системой и сигналы идущие в эфире шумоподобными . Широкополосная - потому, что занимает широкую полосу частот. Шумоподобные сигналы - потому, что когда в эфире на одной частоте, в одно и то же время работают несколько абонентов, сигналы накладываются друг на друга (можно представить шум в ресторане, когда все одновременно говорят). Помехоустойчивая - потому, что при возникновении в широкой полосе частот(1,23 Мгц ) сигнала-помехи, узкого диапазона (<150кГц), сигнал примется почти неискаженный. За счет помехоустойчивого кодирования потерянные данные система восстановит, см. рис 1, где показан полезный сигнал и помеха (СЗС - селективная помеха).

Система CDMA фирмы Qualcom рассчитана на работу в диапазоне частот 800 Мгц . Система CDMA построена по методу прямого расширения спектра частот на основе использования 64 видов последовательностей, сформированных по закону функций Уолша . Для передачи речевых сообщений выбрано речепреобразующее устройство с алгоритмом CELP со скоростью преобразования 8000 бит/с (9600 бит/с в канале). Возможны режимы работы на скоростях 4800, 2400, 1200 бит/с.

Основные характеристики стандарта
Диапазон частот передачи MS	824,040–848,860 МГц
Диапазон частот передачи BTS	869,040–893,970 МГц
Относительная нестабильность несущей частоты BTS	± 5*10 -8
Относительная нестабильность несущей частоты MS	± 2,5*10 -6
Вид модуляции несущей частоты	QPSK(BTS), O-QPSK(MS)
Ширина спектра излучаемого cигнала : – по уровню минус 3 дБ – по уровню минус 40 дБ	1,25 МГц 1,50 МГц
Тактовая частота ПСП М-функции
Количество каналов BTS на 1 несущей частоте	1 пилот-канал 1 канал синхронизации 7 каналов персонального вызова 55 каналов связи
Количество каналов MS	1 канал доступа 1 канал связи
Скорость передачи данных: – в канале синхронизации – в канале перс. вызова и доступа – в каналах связи	1200 бит/с 9600, 4800 бит/с 9600, 4800, 2400, 1200 бит/с
Кодирование в каналах передачи BTS	Сверточный код R=1/2 , К=9
Кодирование в каналах передачи MS	Сверточный код R=1/3 , K=9
Требуемое для приема отношение энергии бита информации
Максимальная эффективная излучаемая мощность BTS
Максимально эффективная излучаемая мощность MS

В стандарте используется раздельная обработка отраженных сигналов, приходящих с разными задержками, и последующее их весовое сложение, что значительно снижает отрицательное влияние эффекта многолучевости . При раздельной обработке лучей в каждом канале приема на базовой используется 4 параллельно работающих коррелятора, а на подвижной станции 3 коррелятора. Наличие параллельно работающих корреляторов позволяет осуществить мягкий режим “эстафетной передачи” при переходе из соты в соту .

Мягкий режим “эстафетной передачи” происходит за счет управления подвижной станцией двумя или более базовыми станциями. Транскодер, входящий в состав основного оборудования, проводит оценку качества приема сигналов от двух базовых станций последовательно кадр за кадром. Процесс выбора лучшего кадра приводит к тому, что результирующий сигнал может быть сформирован в процессе непрерывной коммутации и последующего “склеивания” кадров, принимаемых разными базовыми станциями, участвующими в “эстафетной передаче”.

Протоколы установления связи в CDMA, так же как в стандартах AMPS основаны на использовании логических каналов.

В CDMA каналы для передачи с базовой станции называются прямыми (Forward ), для приема базовой станцией - обратными (Reverse ). Структура каналов в CDMA в стандарте IS-95 показана на рис:

Прямые каналы в CDMA:

Пилотный канал

Используется подвижной станцией для начальной синхронизации с сетью и контроля за сигналами базовой станции по времени, частоте и фазе.

Канал синхронизации

Обеспечивает идентификацию базовой станции, уровень излучения пилотного сигнала, а так же фазу псевдослучайной последовательности базовой станции. После завершения указанных этапов синхронизации начинаются процессы установления соединения.

Канал вызова

Используется для вызова подвижной станции. После приема сигнала вызова подвижная станция передает сигнал подтверждения на базовую станцию, после чего по каналу вызова на подвижную станцию передается информация об установлении соединения и назначения канала связи. Канал персонального вызова начинает работать после того, как подвижная станция получит всю системную информацию (частота несущей, тактовая частота, задержка сигнала по каналу синхронизации).

Канал прямого доступа

Предназначен для передачи речевых сообщений и данных, а так же управляющей информации с базовой станции на подвижную.

Обратные каналы в CDMA:

Канал доступа

Обеспечивает связь подвижной станции с базовой станций, когда подвижная станция еще не использует канал трафика. Канал доступа используется для установления вызовов и ответов на сообщения, передаваемые по каналу вызова, команды и запросы на регистрацию в сети. Каналы доступа совмещаются (объединяются) каналами вызова.

Канал обратного трафика

Обеспечивает передачу речевых сообщений и управляющей информации с подвижной станции на базовую станцию.

Структура каналов передачи базовой станции показана на рис:

Каждому логическому каналу назначается свой код Уолша . Всего в одном физическом канале логических каналов может быть 64, т.к. последовательностей Уолша , которым в соответствие ставятся логические каналы, всего 64, каждая из которых имеет длину по 64 бита. Из всех 64 каналов на 1-й канал назначается первый код Уолша (W0) которому соответствует Пилотный канал , на следующий канал назначается тридцать второй код Уолша (W32), следующим 7-ми каналам так же назначаются свои коды Уолша (W1,W2,W3,W4,W5,W6,W7) которым соответствуют каналы вызова, и оставшиеся 55 каналов предназначены для передачи данных по Каналу прямого трафика .

Порядок прохождения речевых данных в мобильной станции до момента отправки в эфир.

Речевой сигнал поступает на речевой кодек. На этом этапе речевой сигнал оцифровывается и сжимается по алгоритму CELP.
Далее сигнал поступает на блок помехоустойчивого кодирования, который может исправлять до 3-х ошибок в пакете данных.
Далее сигнал поступает в блок перемежения сигнала.
Блок предназначен для борьбы с пачками ошибок в эфире. Пачки ошибок - искажение нескольких бит информации подряд.
Принцип . Поток данных записывается в матрицу по строкам. Как только матрица заполнена, начинаем с нее передавать информацию по столбцам. Следовательно, когда в эфире искажаются подряд несколько бит информации, при приеме пачка ошибок, пройдя через обратную матрицу, преобразуется в одиночные ошибки.
Далее сигнал поступает в блок кодирования (от подслушивания).
На информацию накладывается маска (последовательность) длиной 42 бита. Эта маска является секретной. При несанкционированном перехвате данных в эфире невозможно декодировать сигнал, не зная маски. Метод перебора всевозможных значений не эффективен т. к. при генерации этой маски, перебирая всевозможные значения, придется генерировать 8.7 триллиона масок длиной 42 бита. Хакер, пользуясь персональным компьютером, пропуская через каждую маску сигнал и преобразовывая его в файл звукового формата, потом, распознавая его на наличие речи, потратит уйму времени.
Блок перемежения на код Уолша .
Цифровой поток данных перемножается на последовательность бит, сгенерированных по функции Уолша .
На этом этапе кодирования сигнала происходит расширение спектра частот, т. е. каждый бит информации кодируется последовательностью, построенной по функции Уолша , длиной 64 бита. Т. о. скорость потока данных в канале увеличивается в 64 раза.
Следовательно, в блоке модуляции сигнала скорость манипуляции сигнала возрастает, отсюда и расширение спектра частот. Так же функция Уолша отвечает за отсев ненужной информации от других абонентов.
В момент начала сеанса связи абоненту назначается частота, на которой он будет работать и один (из 64 возможных) логический канал, который определяет функция Уолша . В момент принятия сигнал по схеме проходит в обратную сторону.
Принятый сигнал умножается на кодовую последовательность Уолша . По результату умножения вычисляется корреляционный интеграл. Если Z пороговая удовлетворяет предельному значению, значит, сигнал наш.
Последовательность функции Уолша ортогональны и обладают хорошими корреляционными и автокорреляционными свойствами, поэтому вероятность спутать свой сигнал с чужим равна 0,01%.
Блок перемножения сигнала на две М-функции (М1 - длиной 15 бит, М2 - длиной 42 бита) или еще их называют ПСП - псевдослучайными последовательностями.
Блок предназначен для перемешивания сигнала для блока модуляции. Каждой назначенной частоте назначаются разные М -функции.
Блок модуляции сигнала.
В стандарте CDMA используется фазовая модуляция ФМ4, ОФМ4.

5. Технология мультидоступа

Цифровая радиосвязь характеризуется возможностью многостанционного доступа или мультидоступа, что подразумевает одновременную передачу информации через одно устройство многими пользователями в общем канале. При этом разделение общего канала может производиться по частоте (FDMA), времени (TDMA) и коду (CDMA), что можно проиллюстрировать так, как это приведено на рис.:

При частотном разделении спектр передачи разделяется на участки, выделяемые для различных пользователей. Только этот метод может быть использован при аналоговой связи. На этом методе основаны все аналоговые стандарты сотовой связи: NMT, AMPS, TACS и др. Недостатки таких систем сейчас очевидны: плохая помехозащищенность и связанное с ней невысокое качество передачи речи, неэффективное использование дефицитного радиоспектра , отсутствие защиты от прослушивания и т.д. Следует также сказать, что пик своего развития аналоговые системы прошли в 1993 году, после которого наблюдается устойчивое снижение числа их абонентов. Самым же распространенным аналоговым стандартом в мире был и пока остается AMPS. Два других метода используются при цифровой технологии и, как правило, в комбинации с частотным разделением. В случае мультидоступа с временным разделением каналов многочисленные абоненты передают свои сообщения на одной и той же радиочастоте, но в разное время, что позволяет увеличить объем речевого трафика и получить ряд других преимуществ, характерных для цифровых систем связи. На этом методе основаны такие узкополосные цифровые стандарты сотовой связи, как GSM и его разновидность DCS, а также D-AMPS, который стал логическим продолжением стандарта AMPS.

6. Развитие и перспективы стандарта CDMA

Реально доказанные преимущества технологии CDMA привели к ориентации всех поставщиков, разрабатывающих системы радиотелефонной связи III поколения (в том числе и для подвижной связи), исключительно на нее, а точнее на различные варианты широкополосной CDMA.

Ранее международными регулирующими органами были разработаны рекомендации к системам III поколения (Third Generation или 3G), называемые условно IMT-2000. В США существует также организация CDMA Development Group (или CDG), координирующая деятельность разработчиков. Занимается этим, разумеется, и ITU-R - международный орган, занимающийся радиосвязью.

Концепция IMT-2000 предусматривает возможность взаимодействия с другими существующими наземными и спутниковыми сетями связи (в частности GSM), передачу голоса, данных и видео. Там будут скорости передачи 64 кбит/с, 144 кбит/с, 2 Мбит/с: что-то будет для абонентов с ограниченной мобильностью, что-то - для высокомобильных абонентов. Основные направления работы здесь следующие: высокоскоростная передача данных, мультимедиа-приложения, взаимодействие со спутниковыми сетями, глобальный роуминг , совместимость с сетями II поколения. Для систем III поколения отводятся радиочастоты вокруг 2 ГГц.

А аналоговые системы должны тихо уйти с мировой сцены в 2006–2008 гг., о чем мировое сообщество уже договорилось в первой половине 90-х годов.

Многие разработчики взялись за решение задач, сформулированных в концепции IMT-2000, но если бы они не были так похожи на рака, лебедя и щуку. Выбор большинства из них, как уже говорилось, пал на технологию широкополосной CDMA. И в выборе технологии европейцы, американцы, японцы, корейцы и много кто еще стали вдруг едины. Но!

Европейцы имели два перспективных но несовместимых стандарта TD/CDMA и W-CDMA (которые они все-таки технически совместят под общим названием W-CDMA или UMTS), а североамериканцы - WB-CDMA (который ныне называется cdma2000), как дальнейшее развитие сегодняшнего cdmaOne . Пока все это - еще весьма сырые разработки, требующие обкатки и доводки. Но испытания идут, инвестиции осваиваются, а должной координации, к сожалению, нет.

В европейских разработках участвуют в проектах еще и японцы, и корейцы. Но есть еще и американский вариант, в котором участвуют почти все тамошние производители. Понятно, что американский вариант будет жить, потому что он создается на базе опыта, накопленного при реальной эксплуатации множества сетей cdmaOne . Но и европейцы известны своим всесторонним и педантичным отношением к созданию сотовых систем связи, которое они уже продемонстрировали при разработке GSM. Экспериментальная система W-CDMA была недавно поставлена компанией Ericsson японскому оператору NTT DoCoMo , достигнута договоренность об испытаниях похожей системы в Швеции местным оператором Telia

Теперь поднимемся на мгновение над земной суетой в околоземное космическое пространство. Там сейчас развертываются системы глобальной спутниковой связи на низкоорбитальных спутниках. Одна из них, Iridium , использует технологию TDMA, другая, Globalstar , - CDMA (близкую к рассмотренной выше). Эти системы имеют свои особенности в части оснащения космических аппаратов, числа земных станций и т.п., однако, они должны предоставлять связь в “белых пятнах”, где нет наземной сотовой связи. Первая система уже начала функционировать, вторая начнет работу в будущем году. Несмотря на то, что недавняя авария украинского ракетоносителя, похоронившего несколько спутников Globalstar , несколько отодвинет сроки реализации одноименной сети, пожелаем им успехов и отметим, что предварительная информация о тарифах говорила о том, что стоимость услуг Globalstar ниже почти на порядок (есть, по-видимому, тут заслуга и самой технологии CDMA). И отметим, что это не единственное ее применение, поскольку большинство перспективных спутниковых проектов также опирается на использование технологии CDMA.

Опускаемся обратно. На российском рынке существует и активно внедряется благодаря своим высоким техническим и потребительским характеристикам система WLL, называемая MGW, производства компании Tadiran , использующая метод FH-CDMA и способная работать в диапазонах радиочастот от 800 МГц до 3,5 ГГц. Но это хоть и родственник, но дальний.

Ну а что с системами беспроводной связи будущего? Их ростки уже пробиваются на действующем рынке. То есть CDMA - теперь понятие широкое и вовсе не ограничивающееся стандартом IS-95. Поэтому все, что выполнено на базе указанного стандарта, называется теперь “cdmaOne ” (то есть, “они были первыми”), и именно это название фигурирует теперь в различной литературе и на телекоммуникационных форумах.

Потребителям уже сейчас предлагаются системы фиксированной связи, основанные на технологии широкополосной CDMA (B-CDMA), которая использует радиоканалы шириной 5, 10 и даже 20 МГц и работчие радиочастоты в диапазонах 2, 3, 4 ГГц. Надвсемэтимтрудились Lucent Technologies, Samsung, Interdigital , Siemens идр . Что они предлагают потребителю? Конечно еще более высокую помехоустойчивость, еще большую конфиденциальность связи и, разумеется, высокую пропускную способность. Теперь абоненты могут получать услуги ISDN и даже передавать видеоинформацию.

Конечно, это весьма разнотипные системы, не имеющие какого-либо общего стандарта, хотя ряд компаний сотрудничал друг с другом на этапе разработки оборудования. И не стоит делать ошибку, принимая их (что бы не говорили поставщики) за системы радиотелефонной связи III поколения. Идеология у них, конечно, похожа, но техническая реализация интерфейсов, набор услуг и т.д. отличаются.

Упомянем, что практически все производители и разработчики оборудования CDMA поддерживают контакты с компанией Qualcomm , которая является не только держателем целого ряда патентов на эту технологию, но и имеет штат квалифицированных специалистов в данной области. Хотя сейчас последними обладают и Bell Labs , и Samsung , и Nortel , и Motorola и многие североамериканские компании-операторы, но часто они не считают зазорным посоветоваться друг с другом.

Такое наступление новой технологии, о которой еще совсем недавно ничего не было известно, пришлось не пришлось по душе для тех, кто ранее инвестировал разработку систем технологии TDMA. В результате в течение нескольких лет в прессе шла горячая полемика о «мнимых» преимуществах CDMA. Оппонентами выступали европейцы, делавшие ставку на системы GSM (и D-AMPS, которыми они торговали в других странах). Достаточно вспомнить, как совсем недавно шведский Ericsson убеждал всех в практической нереализуемости теоретических преимуществ CDMA/IS-95 и одновременно судился с Qualcomm по поводу патентов на эту технологию (лучшей подоплеки отношения к IS-95 в разных странах не приведешь). По иронии судьбы сегодня именно Ericsson вынужден решать проблемы cdmaOne и выпускать соответствующее сетевое оборудование, потому что Qualcomm продал ему свои соответствующие подразделения. Неисповедимы пути господни…

С вводом в эксплуатацию множества коммерческих сетей cdmaOne по всему миру эта тема стала перемещаться в сторону систем связи следующего поколения. И уже там, похоже, соревноваться будут уже не системы CDMA и TDMA, а уже системы CDMA различных модификаций.