Что такое CDMA?
Множественный доступ с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access). Это - цифровая технология, разработанная компанией Qualcomm, которая обеспечивает кристально чистую передачу звука в новом поколении устройств и сервисов беспроводной связи. Используя технику цифрового кодирования широкополосного радиосигнала, CDMA позволяет организовать более качественную и экономически выгодную передачу звука, большую защиту от прослушивания, емкость и гибкость, чем другие беспроводные технологии. Вместе с тем эта технология позволяет организовать дополнительные сервисы, такие как обмен короткими сообщениями (SMS), использование электронной почты и выход в Internet.

Как работает CDMA?
CDMA использует технологию уширения спектра для разделения речевого сигнала в маленькие цифровые сегменты и кодирует их для идентификации каждого звонка. Таким образом, большое количество абонентов могут совместно использовать один и тот же частотный диапазон, что сильно увеличивает емкость сети. Другими словами, CDMA позволяет операторам беспроводной связи пропускать больше цифровых сигналов в определенном радиочастотном диапазоне.

Что такое GSM?
Global System for Mobile communications - Глобальная Система для Мобильной связи. Это - цифровой стандарт связи, разработанный в начале 1980-х годов для введения роуминга по всей Европе.

Какой стандарт обеспечивает лучшее качество звука, CDMA/800 (Cellular) или CDMA/1900 (PCS)?
Высокое качество звука дает сама цифровая технология CDMA, а не радиочастота. Оба стандарта имеют одинаково высокое качество звука.

Почему CDMA лучше?
Некоторые достоинства CDMA - это качество звука такое же или лучшее, чем при проводной передаче, лучший прием с меньшими фоновыми шумами, меньшее количество прерванных соединений, повышенная конфиденциальность и надежность. Также CDMA позволяет обслуживать большее количество абонентов одновременно - большая емкость сети, дающая меньшее количество неудачных попыток сделать звонок абонентами сети CDMA.

Расскажите о конфиденциальности CDMA.
Передача CDMA кодируется цифровым образом. Речевой сигнал разбивается на сегменты, и каждому сегменту сопоставляется код. В принимающем устройстве речевой сигнал восстанавливается с использованием кода.

Где используется технология CDMA?
CDMA покрывает большую часть США. Также CDMA используется и в других странах во всем мире.

Что такое CDMA/800 (Cellular)?
CDMA/800 (Cellular) использует 800 МГц радиочастотный диапазон.

Каков точный частотный диапазон CDMA/800 (Cellular)?
Передатчик 824.01-848.97 МГц Приемник 869.01-893.97 МГц.

Что такое CDMA/1900 (PCS)?
CDMA/1900 (PCS) (Personal Communicatoins Services) использует радиочастотный диапазон, отличающийся от используемого в CDMA/800 (Cellular). В основном, он использует 1900 МГц диапазон.

Каков точный частотный диапазон CDMA/1900 (PCS)?
Передатчик 1850-1920 МГц Приемник 1930-1990 МГц.

Code Division Multiple Access (CDMA) является цифровой технологией, открывающей двери в новое поколение услуг и средств беспроводной передачи данных. Используя цифровое кодирование и "широкий спектр" радиочастотных (RF) технологий, CDMA обеспечивает более высокое качество голосовой связи, лучшую секретность информации, более высокую пропускную способность системы и гибкость, по сравнению с другими технологиями беспроводной связи, а также предоставляет широкий диапазон передовых услуг, таких как обмен оперативными сообщениями, электронная почта и доступ в Интернет.

Разработанный корпорацией QUALCOMM Incorporated для коммерческого использования, IS-95 CDMA получил международное признание и теперь является основой семейства промышленных систем беспроводной передачи данных cdmaOne™ . Сегодня коммерческие сети CDMA обслуживают миллионы абонентов во всем мире.

Выдающееся качество передачи звука и разговора. CDMA обеспечивает такое же высокое качество передачи голоса, как и при использовании обычной кабельной связи. Кроме этого, CDMA устраняет фоновые шумы, разговоры по параллельным каналам и помехи, увеличивая конфиденциальность информации и качество связи. Меньший расход энергии. Телефоны CDMA затрачивают на передачу данных существенно меньше энергии, чем телефоны, использующие другие технологии, в результате увеличивается срок работы батареи, продолжительность разговора и время ожидания. Используя меньшие батареи, производители могут выпускать меньшие по размеру, более легкие телефоны.

Меньшее число прерванных разговоров. CDMA увеличивает пропускную способность системы, виртуально устраняя сигналы о занятой линии, параллельные и прерванные разговоры, являющиеся результатами переполнения системы. Используя запатентованный метод передачи звонков между ячейками, называемый "soft handoff", CDMA значительно сократил вероятность срывов звонков или прерываний разговоров во время работы в режиме громкоговорящей связи.

Расширенная зона действия. Сигнал CDMA, охватывающий более широкий спектр, обеспечивает большую зону действия, чем другие беспроводные технологии, как в помещениях, так и за их пределами. Кроме того, CDMA используют другие типы телекоммуникационных систем, предоставляя единую, широкую зону действия и согласованность. Благодаря улучшенным характеристикам сигнала и более широкому диапазону, в CDMA расширена зона, в которой возможен прием и передача сообщений. Сетям CDMA требуется только часть узлов сети, необходимых для других беспроводных технологий, чтобы охватить данную зону. Благодаря меньшему количеству узлов сети радиодоступа, поставщики услуг могут сократить свои первоначальные капиталовложения, а также расходы по эксплуатации и обслуживанию.

Безопасность и секретность информации. Кроме устранения параллельных разговоров и посторонних шумов, широкого спектра передачи сообщений, закодированных в цифровом виде, технология CDMA защищает от прослушивания. Кодирование голосовых сообщений CDMA также обеспечивает защиту от несанкционированного вмешательства и других видов мошенничества.

Дополнительные услуги. Использование канала с цифровым управлением CDMA позволяет пользователям получать доступ к широкому диапазону новых услуг, включая идентификацию позвонившего абонента, передачу оперативных сообщений (типа сообщений на пейджер) и передачу данных. С помощью CDMA возможна одновременная передача голоса и данных.

Гибкость. CDMA является единственной беспроводной технологией, предоставляющей как стационарные так и мобильные услуги в пределах одной платформы, поддерживая два источника получения доходов, позволяя поставщикам работать со своими клиентами по схеме "один телефон". Кроме того, на разработку и проектирование сетей CDMA затрачивается меньше средств, чем на другие типы беспроводных систем, что упрощает их расширение и изменение конфигурации.

Более высокая пропускная способность. CDMA обеспечивает пропускную способность в 10-20 раз большую, чем аналоговые беспроводные технологии, и в 3 раза большую, чем пропускная способность других цифровых технологий, позволяя поставщикам услуг обслуживать большее число абонентов и больший объем беспроводного трафика в пределах данного диапазона радиочастот. В условиях быстрого увеличения количества беспроводных абонентов и времени использования, пропускная способность является решающим фактором.

Быстрый ввод в эксплуатацию. Системы CDMA могут быть введены в эксплуатацию и расширены более быстро и эффективно по стоимости, чем большинство беспроводных сетей. А поскольку они требуют меньшего числа узлов сети, то сети CDMA могут быть введены в эксплуатацию быстрее других типов беспроводных сетей.

Качество услуг. Высокое качество передачи голоса, достигаемое при использовании CDMA и дополнительные услуги, включающие беспроводную передачу данных, обеспечивает поставщикам услуг значительное преимущество перед конкурентами в привлечении и поддержке клиентов.

Выбор. Благодаря широкой поддержке лидеров в сфере производства телекоммуникационного оборудования и сокращению затрат, поставщики услуг могут выбирать из широкого диапазона передовых, конкурентоспособных по стоимости продуктов CDMA.

В чем разница между GSM и CDMA ?

Как правило, люди не особо задумываются о разнице стандартов связи, выбирая мобильного оператора. Но между ними есть отличия.

Первые стандарты связи относились к поколению 1 G , представляющие собой беспроводные аналоги обычной телефонной связи. Но был ряд недостатков: мощность передатчиков была настолько высока, что могла плохо повлиять на здоровье человека, маленькая емкость базовых станций, плохая защита от помех и т.д.

На смену 1 G пришел 2 G .

Первым цифровым стандартом стал GSM с улучшенной защитой от помех, хорошим качеством передачи речи за счет голосового кодека, защитой от перехвата. Он начал появляться с 1991 года, постепенно заменив все остальные стандарты. Разработал его Европейский институт стандартизации связи ( ETSI ).

В 1993 году компания Qualcomm по технологии CDMA разработала новый стандарт IS-95 (cdmaOne), который появился на рынке в 1995 году.

Ниже попробуем разобраться, в чем основные различия между CDMA и GSM , и в чем же их преимущества.

Различия CDMA и GSM

Самым важным отличием между этими стандартами является способность работать с частотным ресурсом.

GSM использует разделенные каналы по времени и частоте, выделяющий для каждого абонента малую частотную полосу, по которой телефон общается с базовой станцией. Но при этом сеансы обмена данными фиксируются по времени. Сигнал прерывается, но т.к. используется высокая частота, то абонент не замечает этого. А вот в реальной жизни это можно заметить по пищащему звуку в динамиках, который появляется, если рядом лежит телефон, на который звонят или пришло сообщение либо уведомление.

CDMA использует кодовое разделение каналов. Любой абонент, который имеет подключение к базовой станции, может использовать весь имеющийся частотный ресурс, являющимся общим для всех, а базовая станция при этом общается со всеми. Каждому абоненту присваивается определенный код, выделяющий его из общего радиоэфира.

Ниже приведен пример для общего понимания принципа работы стандартов связи.

Допустим, в помещении находится группа абонентов, разбитая на пары. Первая часть говорит по очереди на одном языке, например по 30 секунд - схема работы GSM .

А вторая часть разговаривает одновременно на разных языках - схема работы CDMA .

Преимущества CDMA и GSM

Разница заключается в принципах работы. Полоса частот у CDMA шире, чем у GSM - что выливаются в определенные преимущества:

Лучше качество передачи речи, т.к. чем шире полоса частот, тем она устойчивее к помехам

Безопасность, т.к. если перехватить сигнал CDMA , то он будет выглядеть как шум, из которого сложно выделить определенного абонента.

Меньшее потребление энергии устройства связи, т.к. мощность сигнала CDMA меньше чем GSM и зависит от расстояния до базовой станции. Такой сигнал тяжелей выделить, т.к. он меньшей мощности.

Преимуществом CDMA является большая емкость базовых станций, радиус действия, упрощенность в настройке сети, стойкость к перегрузкам. CDMA - операторы имеют возможность покрывать большую площадь меньшим количеством оборудования, которое легче настраивается.

Так почему же, если CDMA лучше, самым распространенным стандартом является GSM ? На момент создания CDMA GSM уже занял свою нишу на рынке с готовым выбором оборудования для операторов и для потребителей. А вот более совершенный CDMA требовал немалых вычислительных мощностей, создания новых решений для новой технологии, да и устройства связи стоили дороже, чем для GSM , плюс еще не имели совместимости.

Ну, и конечно, немалую роль сыграло удобство пользования.

В сети GSM пользователь мог сохранить информацию на SIM -карту, а при смене телефона просто переставить SIM -ку.

В сети CDMA данные прошивались в сам телефон, в котором не было слота под SIM -карту. Поэтому при смене телефона все данные нужно было прошивать заново.

Для стандарта CDMA аналог SIM -карты появился в 2002 году - R - UIM . Также началось появление двухстандартных телефонов. Поэтому постепенно проблема с выбором решилась. Большую роль сыграли американские операторы, которые дали толчок для развития стандарта. В Украине CDMA занимает заметно меньшую долю, выбор телефонов меньше, но часть оборудования ввозят операторы, а абоненты сами могут купить телефон на международных площадках.

Учитывая плюсы и минусы, получается, что с потребительского взгляда, стандарты выглядят подобными, окончательный выбор сводится к покрытию оператора.

Эволюция связи

Вышеперечисленные данные делались на основании обычного телефонного общения, но в современном мире просто разговоры стали давно одной из услуг оператора.

Рассмотрим же теперь качество связи со стороны интернет-доступа.

Первоначально GSM давал максимально возможную скорость передачи данных - до 9,6 кбит/с. Технологии GPRS и EDGE, относящиеся к поколению 2 G , развили эту скорость до 474 кбит/с. В поколении 3 G для передачи данных используется технология WCDMA , являющаяся производной от CDMA .

CDMA первоначально имел высокий запас прочности и давал максимально возможную скорость передачи - до 153 кбит/с. В 3 G сетях для передачи данных использовали технологию EV-DO. В зависимости от стандарта реализованного поколения - REV - максимальная скорость передачи стала от 2,4/153 Мбит/с (Rev.0, upload/download) до 73,5/27 Мбит/с (Rev.B).

Приведенные для каждого стандарта связи цифры являются приблизительными, т.к. реальная скорость доступа может быть намного меньше.

Теоретически, возможно и дальнейшее развитие 3 G сетей, увеличение скорости передачи данных, но на практике это выглядит сомнительным. Пока что имеющейся скорости хватает на запросы пользователей.

Обычно пользователи не задумываются о разнице в стандартах связи при выборе мобильного оператора. Тем не менее, между ними существуют отличия и с доминирующим на украинском рынке GSM успешно уживается CDMA. В этом материале мы попробуем разобраться, в чем заключается разница, какие преимущества может дать пользователю GSM, а какие CDMA.

С момента своего появления мобильная связь пережила несколько витков эволюции. Первые стандарты связи, относящиеся к поколению 1G, представляли собой беспроводные аналоги обычной телефонной связи. У них было много недостатков: высокая мощность передатчиков, которая могла негативно влиять на здоровье, низкая емкость базовых станций, плохая помехозащищенность. Опуская промежуточные этапы их развития, им на смену быстро пришли сети второго поколения 2G.

Первым цифровым стандартом стал GSM, он обеспечил лучшие помехозащищенность, защиту от перехвата и качество передачи речи за счет использования голосового кодека. Разработанный Европейским институтом стандартизации электросвязи (ETSI), он начал внедряться с 1991 года, постепенно став самым распространенным. Уже в 1993 году компания Qualcomm на базе технологии CDMA разработала альтернативный стандарт IS-95 (cdmaOne), который начал внедряться с 1995 года.

В чем основные отличия?

Ключевое отличие между этими стандартами – способ работы с частотным ресурсом.

В GSM используется разделение каналов по времени и частоте. На каждого абонента выделяется маленькая частотная полоса, на которой телефон общается с базовой станцией. При этом «сеансы» обмена данными фиксированы по времени. С определенным упрощением скажем, что сигнал прерывается, но из-за высокой частоты передачи данных абонент этого не замечает. В реальной жизни прерывания заметны разве что по характерному пищащему звуку динамиков, когда рядом лежит телефон, на который звонят или приходит сообщение.

В свою очередь в CDMA используется кодовое разделение сигналов. Каждый абонент, подключенный к базовой станции использует весь доступный частотный ресурс, общий для всех абонентов, а базовая станция общается со всеми одновременно. Сигнал от конкретного пользователя выделяется с помощью кодовой модуляции – каждому абоненту соответствует специфический «код», что позволяет выделить его из общего радиоэфира.

Разные схемы проще описать одним простым примером. Представим, что в комнате находится несколько человек, разбитых на пары. Первая часть общается на одном языке, они говорят по очереди, например, по 20 секунд – это описание GSM. Вторая часть разговаривает одновременно, но на разных языках – это CDMA. В обоих случаях люди нормально общаются, но непрерывный разговор, очевидно, является более комфортным, тем более что соседи просто не понимают, о чем говорят рядом.

Какие есть преимущества?

Разница в принципах работы, более широкая полоса частот, выделяемая на CDMA-абонента, выливаются в определенные преимущества CDMA над GSM. Для абонента они заключаются в:

• лучшем качестве передачи речи – большая полоса частот устойчива к помехам
• безопасности – со стороны перехваченный CDMA сигнал выглядит как шум, выделить из него отдельного абонента тяжело
• меньшее энергопотребление устройства связи – мощность сигнала в сети CDMA меньше, по сравнению с GSM и линейно зависит от расстояния до базовой станции. Это влияет и на безопасность, так как сигнал меньшей мощности тяжелее зафиксировать

Для операторов преимущества CDMA заключаются в большей емкости базовых станций, их радиусе действия, более простой настройке сети, устойчивости к перегрузкам и возможности адаптации под конкретные задачи. CDMA-операторы могут покрывать большую площадь меньшим количеством оборудования, которое легче конфигурируется.

Возникает закономерный вопрос – если CDMA на столько лучше, почему самым распространенным стандартом является GSM? Причины довольно просты. На момент создания CDMA GSM уже существовал, был выбор готовых решений как операторского оборудования, так и потребительского. Более совершенный CDMA требовал больших вычислительных мощностей, создания новых решений для менее распространенной технологии и, например, обычные телефоны стоили дороже своих GSM-аналогов и были с ними не совместимыми.

Кроме этого, существовала проблема удобства для пользователя. В сети GSM идентификатором абонента является SIM-карта, на ней хранится необходимая оператору информация. Пользователь, желающий сменить старый мобильный телефон на новый, просто переставлял симку. Для работы в сетях CDMA необходимые данные записывались (прошивались) в сам телефон, в нем в принципе не было слота для SIM-карты. Поэтому смена мобильного телефона несла за собой необходимость визита в салон оператора, а имеющийся телефон нельзя было использовать в других странах, например, в роуминге. Аналог SIM для CDMA появился в 2002 году, и получил название R-UIM. Начали появляться и телефоны, работающие как в CDMA, так и в GSM, проблема ограниченного выбора устройств постепенно решилась. Свою роль в этом сыграли американские операторы, которые стали локомотивом развития стандарта. На украинском рынке CDMA операторы занимают заметно меньшею долю, выбор совместимых смартфонов или телефонов меньше, но часть оборудования импортируют операторы, а пользователи при желании могут сами купить подходящий смартфон на международных площадках.

Если учесть плюсы и минусы, получится, что технологии с потребительской точки зрения выглядят сравнимыми, окончательный выбор сводится только к покрытию оператора.

Эволюция

Озвученные выводы применимы в первую очередь с точки обычного телефонного общения, но разговоры давно стали просто одной из услуг операторов на фоне интернет-доступа.

Изначально стандарт GSM обеспечивал максимально возможную скорость передачи данных до 9,6 кбит/с. Технологии GPRS и EDGE, которые относят к поколению 2G, позволили разогнаться до теоретических 474 кбит/с. В третьем поколении GSM-сетей UMTS для передачи данных используется технология WCDMA, которая является производной от CDMA, в ней применяется похожее кодовое разделение каналов. Дальнейшее развитие технологий и внедрение HSPA+ и DC-HSDPA (например, у «Киевстара» и «Лайфа») обеспечивают теоретическую скорость обмена данными в 42,2 Мбит/с («Киевстар», объединение двух «несущих») или даже 63,3 Мбит/с («Лайф», три «несущие»).

Первоначальный CDMA имел больший запас прочности и обеспечивал скорость передачи данных до 153 кбит/с. Последующие фазы развития стандарта уже классифицируются как 3G-сети, для передачи данных используется технология EV-DO. В зависимости от реализованного поколения стандарта (Rev.) максимальная скорость передачи данных в такой сети изменяется от 2,4/0,153 Мбит/с (Rev. 0, upload/download) до 73,5/27 Мбит/с (Rev. B). Естественно, что приведенные для каждого стандарта цифры являются теоретическими, для всех подключенных абонентов таких скоростей добиться невозможно и реальная скорость доступа оказывается в разы меньше. Плюс, все зависит от реализованных технологий. Например, «Интертелеком» в крупных городах работает на стандарте Rev. B и обеспечивает скорость до 14,7 Мбит/с.

Таким образом, в теории возможно и дальнейшие развитие 3G сетей, наращивание скоростей передачи данных, но с практической точки зрение решение выглядит сомнительным. Имеющиеся скорости хорошо покрывают запросы пользователей (если не придумывать сумасшедших сценариев с раздачей торрентов в режиме 24/7), а технологии тянут на себе обратную совместимость с сетями 2G и поддержку работы старых телефонов.

1. Основные принципы CDMA
2. Отличия CDMA от других стандартов
3. Услуги в сетях CDMA
4. Общая характеристика и принципы функционирования
5. Технология мультидоступа
6. 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:

1. Более высокое качество связи по сравнению с другими стандартами связи.
2. Более высокая скорость передачи данных и соответственно более широкие возможности использования CDMA терминалов.
3. Меньшее энерго-потребление терминалов что продляет срок работы без подзарядки.
4. Большая емкость сети (более полное использование частотного ресурса).
5. 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.

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 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).

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 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 .

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.

1. Речевой сигнал поступает на речевой кодек. На этом этапе речевой сигнал оцифровывается и сжимается по алгоритму CELP.
2. Далее сигнал поступает на блок помехоустойчивого кодирования, который может исправлять до 3-х ошибок в пакете данных.
3. 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.
4. 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.
5. 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%.
6. 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.
7. 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.

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.

CDMA (англ. Code Division Multiple Access - множественный доступ с кодовым разделением) - технология связи, обычно радиосвязи, при которой каналы передачи имеют общую полосу частот, но разную кодовую модуляцию. Наибольшую известность на бытовом уровне получила после появления сетей сотовой мобильной связи, ее использующих, из-за чего часто ошибочно исключительно с ней (сотовой мобильной связью) и отождествляется.

Принцип работы

Для радиосистем существует два основных ресурса - частота и время. Разделение пар приёмников и передатчиков по частотам таким образом, что каждой паре выделяется часть спектра на всё время соединения называется FDMA (Frequency Division Multiple Access). Разделение по времени таким образом, что каждой паре приёмник-передатчик выделяется весь (или большая часть) спектра на выделенный отрезок времени называют TDMA (Time Division Multiple Access). В CDMA (Code Division Multiple Access), для каждого узла выделяется весь спектр частот и всё время. CDMA использует специальные коды для идентификации соединений. Каналы трафика при таком способе разделения среды создаются посредством применения широкополосного кодо-модулированного радиосигнала - шумоподобного сигнала, передаваемого в общий для других аналогичных передатчиков канал, в едином широком частотном диапазоне. В результате работы нескольких передатчиков эфир в данном частотном диапазоне становится ещё более шумоподобным. Каждый передатчик модулирует сигнал с применением присвоенного в данный момент каждому пользователю отдельного числового кода , приёмник, настроенный на аналогичный код, может вычленять из общей какофонии радиосигналов ту часть сигнала, которая предназначена данному приёмнику. В явном виде отсутствует временное или частотное разделение каналов, каждый абонент постоянно использует всю ширину канала, передавая сигнал в общий частотный диапазон, и принимая сигнал из общего частотного диапазона. При этом широкополосные каналы приёма и передачи находятся на разных частотных диапазонах и не мешают друг другу. Полоса частот одного канала очень широка, вещание абонентов накладывается друг на друга, но, поскольку их коды модуляции сигнала отличаются, они могут быть дифференцированы аппаратно-программными средствами приёмника.

При кодовой модуляции применяется техника расширения спектра с множественным доступом. Она позволяет увеличить пропускную способность при неизменной мощности сигнала. Передаваемые данные комбинируются с более быстрым шумоподобным псевдослучайным сигналом с использованием операции побитового взаимоисключающего ИЛИ (XOR). На изображении ниже показан пример, демонстрирующий применение метода для генерации сигнала. Сигнал данных с длительностью импульса Tb комбинируется при помощи операции XOR с кодом сигнала, длительность импульса которого равна (зам: ширина полосы пропускания пропорциональна , где = время передачи одного бита), следовательно ширина полосы пропускания сигнала с данными равна и ширина полосы пропускания получаемого сигнала равна . Так как много меньше , ширина полосы частот получаемого сигнала намного больше, чем таковая оригинального сигнала передаваемых данных. Величина называется базой сигнала и, в какой-то мере [какой? ] , определяет верхний предел числа пользователей, поддерживаемых базовой станцией единомоментно.

Преимущества

• Высокая спектральная эффективность. Кодовое разделение позволяет обслуживать больше абонентов на той же полосе частот, чем другие виды разделения (TDMA , FDMA).
• Гибкое распределение ресурсов. При кодовом разделении нет строгого ограничения на число каналов. С увеличением числа абонентов постепенно возрастает вероятность ошибок декодирования, что ведёт к снижению качества канала, но не к отказу обслуживания.
• Более высокая защищённость каналов. Выделить нужный канал без знания его кода весьма трудно. Вся полоса частот равномерно заполнена шумоподобным сигналом.
• Телефоны CDMA имеют меньшую пиковую мощность излучения и потому, возможно, менее вредны.

Эволюция систем сотовой связи, использующих технологию CDMA

Технология множественного доступа с кодовым разделением каналов известна давно. В СССР первая работа, посвящённая этой теме, была опубликована ещё в 1935 году Д. В. Агеевым в работе «Кодовое разделение каналов». В ней было показано, что при использовании линейных методов возможны три вида разделения сигналов: частотное, временное и компенсационное (по форме).

Технология кодового разделения каналов CDMA, благодаря высокой спектральной эффективности, является радикальным решением дальнейшей эволюции сотовых систем связи.

CDMA2000 является стандартом в эволюционном развитии сетей cdmaOne (основанных на IS-95). При сохранении основных принципов, заложенных версией IS-95A, технология стандарта CDMA непрерывно развивается.

Последующее развитие технологии CDMA происходит в рамках технологии CDMA2000. При построении системы мобильной связи на основе технологии CDMA2000 1Х первая фаза обеспечивает передачу данных со скоростью до 153 кбит/с, что позволяет предоставлять услуги голосовой связи, передачу коротких сообщений, работу с электронной почтой, интернетом, базами данных, передачу данных и неподвижных изображений.

Переход к следующей фазе CDMA2000 1X EV-DO происходит при использовании той же полосы частот 1,23 МГц, скорость передачи - до 2,4 Мбит/с в прямом канале и до 153 кбит/с в обратном, что делает эту систему связи отвечающей требованиям 3G и даёт возможность предоставлять самый широкий спектр услуг, вплоть до передачи видео в режиме реального времени.

Следующей фазой развития стандарта в направлении увеличения сетевой ёмкости и передачи данных является 1XEV-DO Rev A : передача данных со скоростью до 3,1 Мбит/с по направлению к абоненту и до 1,8 Мбит/с - от абонента. Операторы смогут предоставлять те же услуги, что и на базе Rev. 0, а, кроме того, передавать голос, данные и осуществлять широковещание по IP сетям. В мире уже есть несколько таких действующих сетей.

Разработчики оборудования CDMA связи запустили новую фазу - 1XEV-DO Rev B , - с целью достигнуть следующих скоростей на одном частотном канале: 4,9 Мбит/с к абоненту и 2,4 Мбит/с от абонента. К тому же будет обеспечиваться возможность объединения нескольких частотных каналов для увеличения скорости. Например, объединение 15-ти частотных каналов (максимально возможное количество) позволит достигать скоростей 73,5 Мбит/с к абоненту и 27 Мбит/с от абонента. Применение таких сетей - улучшенная работа чувствительных к временным задержкам приложений типа VoIP , Push to Talk, видеотелефония, сетевые игры и т. п.

Основными компонентами коммерческого успеха системы CDMA2000 являются более широкая зона обслуживания, высокое качество речи (практически эквивалентное проводным системам), гибкость и дешевизна внедрения новых услуг, высокая помехозащищённость, устойчивость канала связи от перехвата и прослушивания.

Также немаловажную роль играет низкая излучаемая мощность радиопередатчиков абонентских устройств. Так, для систем CDMA2000 максимальная излучаемая мощность составляет 250 мВт. Для сравнения: в системах GSM-900 этот показатель равен 2 Вт (в импульсе, при использовании GPRS+EDGE с максимальным заполнением; максимум при усреднении по времени при обычном разговоре - около 200мВт). В системах GSM-1800 - 1 Вт (в импульсе, средняя чуть меньше 100мВт). Справедливости ради отметим, что мнение о вредном влиянии излучения мобильных телефонов на организм человека учёными не опровергнуто. (опыты на крысах выявлено, что появляется риск развития онкологических заболеваний).

Примечания

Ссылки

• CDMA Code Division Multiplie Access (Множественный доступ с кодовым разделением)
• Приказ Минсвязи РФ № 157 от 30.12.2002 «О федеральной сети сотовой подвижной связи стандарта IMT-MC-450 в диапазоне частот 450 МГц»

См. также

Сотовая связь в России
Операторы
...виртуальные
Сети продаж
Стандарты

Стандарты сотовых сетей 0G (радиотелефоны) 1G 2G GSM/3GPP HSCSD GPRS EDGE/EGPRS (UWC-136) Семейство 3GPP2 CDMA2000 1X (TIA/EIA/IS-2000) 1X Advanced Другой WiDEN
3G (IMT-2000)
Промежуточный после 3G (3.5G , 3.75G, 3.9G)
(IMT-Advanced)
См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .