Ж у р н а л   о   к о м п ь ю т е р н ы х   с е т я х   и   т е л е к о м м у н и к а ц и о н н ы х   т е х н о л о г и я х
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК: ПОДПИСКА НА НОВОСТИ: НОМЕР:
    ДОМОЙ • Архив: Новостей | Конференций | НомеровПодписка
 
   
 
   
    
РЕДАКЦИЯ
 
Все о журнале
Подписка
Как проехать
Где купить
Отдел рекламы
График выхода журнала
Адреса в Интернет

РУБРИКАТОР
   
• Инфраструктура
• Информационные
   системы

• Сети связи
• Защита данных
• Кабельные системы
• Бизнес
• Колонка редактора
• Электронная
   коммерция

• Только на сервере
• Системы
   учрежденческой
   связи

• Новые продукты


Rambler's Top100

  

CDMA - тема для отдельного разговора

Дж. О'Рурк

Одной из основополагающих концепций любой сотовой системы связи является концепция "многостанционного доступа". Под этим понимают поддержку системой работы в сети нескольких абонентов одновременно. В различных системах сотовой связи используются разные технологии множественного доступа. Так, например, традиционные аналоговые системы сотовой связи, такие, как AMPS и NMT, используют технологию многостанционного доступа с частотным разделением каналов (Frequency Division Multiple Access -- FDMA), а Северо-Американская цифровая сотовая связь, больше известная как IS-54 (по названию используемого ею стандарта), и GSM -- технологию многостанционного доступа с временным разделением каналов (TDMA). В системах FDMA и TDMA в каждый момент времени радиоканал выделяется только одному абоненту. Другой абонент не получит доступа к этому каналу до тех пор, пока предыдущий не закончит своей разговор или текущему вызову не будет выделен другой канал.

В системах сотовой связи многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA) применяется уникальное цифровое кодирование. Коды передаются от базовой станции на мобильный телефон и обратно. Все абоненты сети делят между собой один общий частотный диапазон.

Стандарт IS-95 является технологией широкополосной шумоподобной связи с частотным диапазоном, который делится на несущие шириной примерно 1,25 МГц. Каналы образуются путем введения частотной избыточности или распределения информационного сигнала по частотному диапазону с помощью псевдослучайной последовательности двоичных кодов, названной прямой последовательностью (Direct Sequence -- DS). DS-код представляет собой сигнал, генерируемый методом линейной модуляции из последовательности псевдошумовых сигналов.

Технологию кодового разделения каналов недавно стали применять в сотовых сетях телефонной связи, однако сама по себе эта технология не нова: на ней основываются многие системы армейской радиосвязи вот уже более 50 лет. Достоинства ее внедрения, которые сегодня привлекли внимание операторов беспроводных сетей связи, остаются прежними:

  • высокая помехоустойчивость;
  • возможность определения расстояния до передающего объекта;
  • обеспечение высокого уровня информационной безопасности.

Оптимизация характеристик

Для получения оптимальных рабочих характеристик системы сотовой связи необходимо сбалансировать три основных параметра: зону покрытия, качество передачи речи и емкость сети. Поскольку они взаимосвязаны, оператору не удастся оптимизировать их одновременно: невозможно добиться трехкратного расширения зоны покрытия, сорокакратного увеличения емкости системы и при этом получить качество передачи речи, сопоставимое с качеством воспроизведения звука на лазерном проигрывателе. Например, вокодер, работающий на скорости 13 Кбит/с, обеспечивает более высокое качество передачи речи, чем вокодер, работающий на скорости 8 Кбит/с, но уменьшает емкость системы.

Улучшение покрытия площадей. Размер соты системы CDMA больше размера типичной ячейки аналоговой системы или системы TDMA, поэтому для покрытия одной и той же площади в системе CDMA требуется меньше сот. В зависимости от загрузки системы и уровня помех их количество может быть снижено в два раза по сравнению с системами GSM.

Увеличение времени разговора. Точное управление уровнем сигнала приводит к тому, что мощность излучения мобильного телефона системы CDMA составляет лишь некоторую часть мощности телефонных аппаратов аналоговых систем и систем TDMA, поэтому такие телефоны имеют большее время разговора и ожидания вызова.

Эффективность использования спектра частот и повышение емкости сети

Внедрение технологии повторного использования частот в сети сотовой связи повышает эффективность использования существующего радиочастотного диапазона и увеличивает емкость сети по сравнению с традиционными решениями, когда покрытие площади осуществляется одним передающим устройством на одной частоте. Однако в системах сотовой связи различных стандартов нельзя использовать все доступные частоты в каждой соте из-за возникновения взаимных помех. В целях сведения к минимуму их величины необходимо планировать доступные частоты для каждой соты. Последнее требование привело к разработке так называемой "модели повторного использования частоты". В системах AMPS часто применяют трехсекторную конфигурацию, а проектируют эти системы на базе модели семисотового повторного использования частоты, т. е. в любой ячейке сети может использоваться 1/7 часть всех доступных оператору частот.

Системы CDMA обеспечивают более эффективный расход спектра частот, чем традиционные аналоговые системы сотовой связи. В сети стандарта CDMA допускается повторное использование частоты в каждом секторе каждой соты (универсальное повторное использование частот). Поэтому в зависимости от изначальных установок и особенностей конструкции конкретной системы сеть подвижной связи CDMA должна обеспечивать в 8--10 раз большую емкость по сравнению с аналоговыми системами, а сеть фиксированной связи CDMA -- в 20 раз. Важно отметить, что расчет емкости системы CDMA основывается на значениях, усредненных для всей системы в целом. Фактическая емкость сети обычно зависит от географических особенностей местности, уровня помех, условий распространения радиоволн и ряда других факторов.

Подчеркнем, что именно универсальное повторное использование частот в технологии CDMA устраняет необходимость частотного планирования. Теперь при добавлении оператором соты или канала нового плана частот больше не потребуется. Однако, если система CDMA является дополнением к уже существующей системе сотовой связи, для очистки спектра необходимо провести частотное планирование сети.

Улучшенное качество передачи речи

Отличительными характеристиками системы CDMA являются усовершенствованные функции обнаружения и коррекции ошибок, поддержка более совершенных вокодеров, пространственное разнесение приемных антенн, "мягкая" передача абонентского терминала (handover) и точное управление мощностью передаваемого сигнала. Все это обеспечивает более высокое качество передачи речи, чем в системах TDMA или FDMA.

Усовершенствованные функции обнаружения и коррекции ошибок. В системе CDMA применяются мощные и совершенные алгоритмы обнаружения и коррекции ошибок. В случае обнаружения искаженных речевых данных последние исправляются либо данные обрабатываются таким образом, что эти искажения становятся минимальными.

Поддержка высококачественных вокодеров. Одним из уникальных достоинств стандарта CDMA стала одновременная поддержка многочисленных высококачественных вокодеров внутри системы. Для сравнения скажем, что в системах TDMA такой поддержки нет.

Новыми вокодерами для систем CDMA являются следующие: вокодер с генерацией кода и линейным предсказанием (Code Excited Linear Predictive -- CELP), работающий на скорости 13 Кбит/с, и усовершенствованный вокодер с переменной скоростью (Enhanced Variable Rate Vocoder -- EVRC), работающий на скорости 8 Кбит/с. Они обеспечивают лучшее качество передачи речи, чем используемый в настоящее время вокодер CDMA на 8 Кбит/с.

При испытаниях по методике учета среднего мнения (MOS) вокодер, работающий на скорости 13 Кбит/с и уже стандартизованный CDG, показал качество передачи речи, сравнимое с тем, которое обеспечивает АДИКМ. Однако использование вокодеров на этой скорости отрицательно влияет как на пропускную способность системы, так и на площадь, которую она обслуживает, -- она уменьшается. Снижение пропускной способности можно свести к минимуму и даже совсем устранить, если в перегруженных сотовых ячейках применять вокодеры, работающие на скорости 8 Кбит/с.

Помехоустойчивость и борьба с замираниями. При использовании радиосигналов сталкиваются с наличием замираний принимаемого сигнала, вызванных его многолучевым распространением. Системы, базирующиеся на технологии TDMA, и аналоговые системы особенно подвержены этому, поскольку они являются узкополосными системами передачи. Главным же преимуществом использования широкополосных шумоподобных сигналов является то, что они дают возможность разделить пришедший радиосигнал на отдельные лучи-сигналы. Реализацию этого преимущества можно увидеть на примере приемной системы Rake (переводится как "грабли"). Название связано с тем, что на выходе коррелятора системы сигнал принимает вид серии узких пиков, которые для обеспечения более эффективного приема сигнала при дальнейшей обработке суммируются, образуя один пик.

Широкополосный сигнал CDMA также подвержен частотно-селективному замиранию. В качестве примера рассмотрим, что произойдет при частотно-селективном замирании глубиной 12 дБ в полосе частот 400 кГц. Для сигнала CDMA с шириной полосы 1,25 МГц действие этого замирания распространяется на 1/3 всей полосы сигнала. Поскольку энергия речевого сигнала, передаваемого по телефону, распределяется по всей ширине его полосы, то воздействие замирания рассматривается как среднее значение, и проявляется оно в общем снижении уровня сигнала приблизительно на 2 дБ. Если то же самое замирание глубиной 12 дБ в полосе частот 400 кГц приходится на пик спектральной плотности узкополосного сигнала шириной 30 кГц (такую ширину имеет радиосигнал некоторых аналоговых систем), тогда это замирание будет воздействовать на весь сигнал в этой полосе. В результате уровень сигнала снизится на 12 дБ. Этот "удар" по сигналу куда серьезнее: он может привести к значительному ухудшению качества передачи речи или даже к срыву вызова.

Благодаря частотной избыточности системы CDMA могут успешно работать при наличии в их полосе обычных узкополосных радиостанций. В этом случае оператор или система вырезают пораженные участки спектра. При таком воздействии помехоустойчивость системы CDMA снижается пропорционально ширине полосы. Отметим, если узкополосное устройство подавления действует на той же частоте, что и полезный сигнал системы TDMA или FDMA, и имеет достаточную мощность, оно может подавить информационный сигнал полностью.

Пространственное разнесение двух приемных антенн. Принцип пространственного разнесения базируется на том, что распределение уровня сигнала при движении абонента состоит из пиковых и нулевых значений. Когда одно из этих нулевых значений приходится на одну антенну, то уровень принятого сигнала снижается. Однако если вторая антенна размещена на некотором расстоянии, то она может оказаться вне зоны нулевого уровня сигнала и будет принимать сигнал допустимого уровня.

"Мягкая" передача трубки. Все аналоговые сотовые системы или сотовые системы TDMA используют "жесткую" передачу абонентского терминала. При такой передаче аппарат абонента теряет канал до того, как будет занят следующий. По технологии CDMA используется "мягкая" передача абонентского терминала. За телефоном абонента непрерывно следят две или три базовые станции. Схема транскодера CDMA такова, что позволяет сравнивать качество сигналов от двух приемников базовых станций и захватывать лучший.

Режим "мягкой" передачи трубки устраняет короткие перерывы в передаче речи, которые часто случаются в сетях сотовой связи технологий FDMA и TDMA при переходе от одной базовой станции к другой. В этих сетях происходит "конкурентная борьба" за сигнал, и, когда Сота В "побеждает" Соту А, абонент последней теряется -- происходит так называемая "жесткая" передача трубки.

Дополнительные службы систем CDMA

Служба коротких сообщений CDMA (SMS). Эта служба обеспечивает обмен буквенно-цифровыми сообщениями (вызов абонента, и т. д.) через инфраструктуру CDMA. Сообщения могут исходить либо от сети, либо с телефона абонента. Последний может быть телефоном для передачи речи, терминалом для передачи данных или специализированной системой для ввода коротких сообщений.

Активация по радиоканалу. Эта функция дает возможность потенциальным абонентам сотовых сетей связи активировать телефон абонента без вмешательства третьей стороны, например авторизованного дилера. Одной из главных целей активации по радиоканалу является предоставление аппарату абонента безопасного ключа, облегчающего процесс аутентификации. Другим возможным применением активации по радиоканалу может быть автоматическое обновление информации о роуминге, обеспечивающее пользователям легкий доступ к системам CDMA по всему миру.

Передача данных и факсимильных сообщений в CDMA

В системе CDMA поддерживается одновременная передача речи и данных. Два цифровых потока информации мультиплексируются на покадровой основе, причем речь имеет приоритет над данными, что позволяет поддерживать надлежащее качество ее передачи.

Достоверность передачи данных, обеспечиваемая технологией CDMA, выше, чем в аналоговых системах или системах TDMA. Одной из отличительных особенностей передачи данных по технологии CDMA является применение двух протоколов для коррекции и передачи сигнала: радиолинии (Radio Linк Protoсol -- RLP) и управления передачей (Transmission Control Protocol -- TCP). Это значительно повышает безошибочность работы системы.

Использование технологии CDMA для передачи данных обеспечивает абоненту значительно более высокую мобильность по сравнению с аналоговыми системами. Испытания с участием поставщиков абонентского оборудования показали, что абонент может позвонить по телефону из того же места, откуда посылает факс, выйти в сеть Интернет и т. д.

В будущем системы CDMA смогут поддерживать синхронные и асинхронные службы передачи данных, которые эмулируют соединение традиционного модема с сетью ТфОП. Модем в этой системе будет находиться не в аппарате абонента, а в сети. Это обеспечивает прямую цифровую связь через радиоканал, устраняя необходимость преобразовывать цифровой сигнал в аналоговый и обратно.

При таком подходе к построению сети сотовой связи любой абонент ее обеспечивается "прозрачной" связью с модемом стационарной линии. При этом модем пользователя этой линии может работать с любой существующей техникой модуляции V-серии. Скорости передачи до 9,6 Кбит/с поддерживаются вокодером на 8 Кбит/с, а до 14,4 Кбит/с -- вокодером на 13 Кбит/с.

Управление потоком информации является составной частью системы CDMA, поэтому скорость передачи по радиоканалу отличается от скорости стационарной линии. Например, для уменьшения задержки скорость передачи данных по радиоканалу может быть выше скорости стационарной линии. И наоборот, чтобы поддерживать больше пользователей, имеющих одновременные запросы для передачи данных, скорость передачи по радиоканалу может быть ниже скорости стационарной линии.

Служба пакетной передачи данных

Пакетная передача данных обеспечивает абонентам возможность непосредственного подключения к сети Интернет и другим сетям. Последнее будет устанавливаться через IP-адреса , которые посылаются как часть сообщения с пакетными данными. Во многих случаях для этого типа соединений не требуется никакого взаимодействия модемов.

Одно из главных достоинств пакетного режима передачи данных -- это возможность аппарата абонента связываться со множеством точек во время одного и того же сеанса. Другое преимущество заключается в том, что радиочастотные ресурсы сети не заняты, когда аппарат абонента не передает никаких пакетов, -- таким образом, они становятся доступными другим пользователям. На больших скоростях, т. е. превышающих 14,4 Кбит/с, пакетная передача данных будет более эффективной, чем коммутация каналов (передача речи одним абонентом). Это возможно за счет разделения спектрального диапазона между большим числом пользователей. Пакетный режим передачи данных и передача данных по коммутируемым линиям дополняют друг друга.

Приложения режима пакетной передачи данных будут поддерживать переключения с передачи речи на передачу данных. Это означает, что во время вызова в таком режиме абонент может отменить поступление входящего речевого вызова и решить, следует ему продолжать пакетную связь или можно принять речевой вызов.

CDMA для сетей PCS и WLL

При внедрении на сетях сотовой связи технологии CDMA операторы сотовых сетей и их абоненты получают многочисленные преимущества. Обладая рядом достоинств, технология CDMA может найти применение и в системах персональной связи (Personal Communications Services -- PCS), поскольку обеспечивает более высокую пропускную способность, высокое качество передачи речи, большую площадь географического покрытия и снижение затрат на развертывание системы.

Технология CDMA также подходит для организации фиксированной связи (WLL). В сетях WLL пропускная способность значительно больше таковой в подвижных сетях CDMA. Напротив, аналоговые или TDMA фиксированные беспроводные системы не обеспечивают никакого увеличения пропускной способности при переходе к системам WLL.

В сетях подвижной связи абоненты перемещаются с некоторой скоростью и часто испытывают случайные падения уровня сигнала -- быстрые замирания. Для компенсации такого замирания и поддержания требуемой величины соотношения пропускной способности к уровню помех в алгоритме регулирования мощности подвижной системы CDMA существует команда по увеличению мощности, передаваемой телефонным аппаратом абонента. Это увеличение мощности приводит к повышению уровня помех в системе, что, в свою очередь снижает пропускную способность сети сотовой связи.

Поскольку в фиксированных системах нет необходимости компенсировать быстрое замирание, алгоритмы управления мощностью в системе CDMA способны поддерживать ее более низкий уровень, передаваемый всеми фиксированными абонентами. Такое снижение уровня мощности аппарата абонента приводит к снижению помех в системе. Поэтому в фиксированной системе CDMA пропускная способность может быть в 18--20 раз выше, чем, например, в 3-секторной аналоговой системе AMPS.

Новые операторы с успехом могут использовать все вышеперечисленные свойства систем CDMA при развертывании сетей, построенных на использовании нетрадиционных решений с применением беспроводных абонентских шлейфов WLL, и таким образом удовлетворять потребности общества в телефонной связи.

Синхронизация

Для обеспечения успешной работы систем сотовой связи на основе CDMA требуется высокий уровень синхронизации базовых станций. Основным источником, обеспечивающим такую синхронизацию, является спутниковая сеть Глобальной системы навигации (Global Positioning System -- GPS), которая покрывает всю территорию земного шара, а потому является доступным в любое время средством для определения времени и местонахождения объекта.

При потере синхронизации базовых станций в системе CDMA предусмотрены альтернативные способы ее восстановления. Например, это можно сделать с помощью системы радионавигации Long Range Navigation_C (LORAN_C), где используются низкочастотные радиоволны, огибающие поверхность Земли и не зависящие от помех в ионосфере, или подключив к системе сотовой связи высокостабильный опорный генератор. Последний хоть и не обеспечивает истинной синхронизации системы в реальном времени, однако его можно использовать как резервный источник синхронизации в случае временного отсутствия доступа к GPS.

Каналы системы CDMA

Канал передачи сообщения необходим для трансляции текущего телефонного разговора. По нему передаются речевой сигнал и служебная информация от аппарата абонента к базовой станции. Пилотный канал используется аппаратом абонента для получения первоначального сигнала системной синхронизации и для различения сотовых ячеек. Каждый сектор сотовой ячейки имеет единственный пилотный канал. Канал синхронизации обеспечивает телефон абонента информацией о сети сотовой связи, касающейся идентификации сотовой ячейки, пилотного сигнала передаваемой мощности и уникального цифрового кода для синхронизации трубки абонента с базовыми станциями (PN-смещение). Пейджинговый канал необходим для передачи сообщений от базовой станции к аппарату абонента. По нему базовая станция может не только передавать пейджинговые сообщения, но и посылать сигнал вызова и передавать информацию о выделении канала для передачи сообщения. Канал доступа служит для передачи сообщений от аппарата абонента к базовой станции, если первый не использует канал передачи сообщения. Его применяют для инициирования вызова, а также для пересылки ответов на пейджинговые сообщения, выполнения команд и регистрационных запросов. Канал доступа образует пару с соответствующим ему пейджинговым каналом.





  
7 '1998
СОДЕРЖАНИЕ

колонка редактора

• Между прошлым и будущим

локальные сети

• Выбираем сетевой цветной принтер

• Сетевые адаптеры на 10/100 Мбит/с

• Sportster MessagePlus на скорости 33,6 Кбит/c и выше

• Кабельные системы для офисных зданий. Часть II. Администрирование

• Настройка NT: стоит ли тратить время?

• Ленточные накопители: богатство выбора

бизнес

• Настраивая каналы

корпоративные сети

• Телекоммуникационная составляющая системной интеграции

• Управление корпоративными СУБД: возвращение на землю

• Маршрутизаторы

• Проблемы резервного копирования промышленных баз данных

системы учрежденческой связи

• Тенденции развития телефонных станций

услуги сетей связи

• Интеллектуальные сети - российским операторам связи

• "Небесные" высокоскоростные сети

• Концентраторы доступа к ATM

• На пути создания интеллектуальных сетей

• CDMA - тема для отдельного разговора

интернет и интрасети

• Очередное вручение премии BOTI

• Гармония будущего

защита данных

• Протокол IPSec для групп по интересам

новые продукты

• Z.E.N.: новая философия управления фирмы Novell; В Интернет - через InBusiness Internet Station; Hicom 300 Е - это больше, чем просто УАТС; Серверы Sun для рабочих групп; CBOSS: биллинг для операторов;



 Copyright © 1997-2007 ООО "Сети и Системы Связи". Тел. (495) 234-53-21. Факс (495) 974-7110. вверх