CDMA IS-95

Характерной особенностью стандарта CDMA IS-95 является ширина радиоканала 1,23 МГц. Расстояние между несущими в стандарте - 1,26 МГц, то есть радиоканалы расположены вплотную друг к другу. Диапазон рабочих частот практически совпадает с диапазоном, выделенным под стандарт AMPS (824-849 МГц и 869-894 МГц). То есть разнос частоты передачи и приема составляет, как и в AMPS 45 МГц.

Следует упомянуть, что все сотовые системы, работающие в диапазоне 800 МГц, исторически назывались в США «сellular». Одновременно стали развиваться аналогичные системы CDMA, работающие в диапазоне 1890-1930 МГц и 1950-1990 МГц. Все системы, работающие в этом диапазоне, называются в США «PCS».

Следует сказать, что процесс формирования шумоподобного сигнала в IS-95 гораздо сложнее, чем было освещено выше.

Реально в такой системе на каждой базовой или абонентской станции используются три типа псевдослучайных последовательностей (кода), каждый из которых выполняет свою функцию: для синхронизации работы оконечных устройств радиотракта, для идентификации абонентских терминалов и непосредственно для передачи полезной информации.

Таким образом, псевдослучайные последовательности - это три источника и три составные части технологии CDMA в стандарте IS-95.

В качестве третьего типа кода используются псевдослучайные последовательности, сформированные в соответствии с взаимноортогональными функциями Уолша. Всего существует 64 таких функции, что позволяет реализовать на одной базовой станции одновременную работу 64 абонентов в одном радиоканале. Разумеется, когда в сети появятся другие базовые станции, то появляются и дополнительные помехи, уменьшающие динамический диапазон и соответственно снижающие количество разговорных каналов. Реально для фиксированной связи системы стандарта IS-95 реализуют до 40-45 разговорных каналов в одном радиоканале, а для мобильной - 20 - 25. Последнее обстоятельство связано с необходимостью резервирования каналов в соседних ячейках для обеспечения функции так называемого «мягкого» переключения («soft hand-off»). Что это такое?

Начнем с того, что голос такой системе преобразуется в цифровой поток со скоростью 8 или 13 кбит/с. Этим занимается специальный и очень непростой вокодер. Само по себе это неново, потому что и в GSM речь цифровизируется, но в CDMA скорость работы вокодера меняется в зависимости от интенсивности речи.

Учитывая, что радиоканал в CDMA представляет собой общую трубу, ресурсы которой динамично перераспределяются между заполняющими ее пользователями (абонентскими терминалами), подобно тому, как это происходит, например в сетях Frame Relay, то такая функция позволяет дополнительно увеличить емкость сети.

Вот эта аллегория общей трубы помогает также понять еще одно фундаментальное преимущество CDMA над TDMA, где каждому полезному сигналу выделен жестко зафиксированный тайм-слот, обеспечивающий, разумеется определенную пропускную способность, но не позволяющий так легко манипулировать ресурсами, выделенными абонентам сети CDMA.

Очень серьезный вопрос - это выравнивание уровней мощности, излучаемой мобильными терминалами. Здесь необходимо исключить случаи, когда терминалы, расположенные вблизи базовой станции «заглушают» находящиеся вдали. Для этого используется весьма изощренный алгоритм управления их мощностью излучения с динамическим диапазоном регулировки более 80 дБ с шагом через 1 дБ. При этом через интервалы в 1,25 мс базовая станция регулирует мощность расположенных в зоне ее обслуживания абонентских терминалов. Это позволяет не только поддерживать на одном уровне качество приема на каждом радиоканале вне зависимости от расстояния абонентского терминала до базовой станции, но и в качестве приятного дополнения позволяет увеличить время работы терминала без подзарядки аккумуляторов.

Передача информации в системе осуществляется при помощи потока речевых пакетов, следующих с интервалом 20 мс. Абонентский терминал CDMA имеет не один демодулятор, что позволяет принимать разнесенные сигналы при многолучевом распространении, а также поддерживать связь с несколькими базовыми станциями одновременно.

В первом случае сигналы выравниваются во времени и складываются, что улучшает качество приема. То есть то, что для FDMA или TDMA - плохо (они выбирают сигнал с наибольшим уровнем и довольствуются только им), для CDMA - хорошо.

Во втором случае при переезде из одной ячейки в другую абонентский терминал, используя, например, два демодулятора, работает одновременно с двумя базовыми станциями, сигналы от которых поступают на сетевой коммутатор (контроллер), где из обоих каналов связи каждые 20 мс выбирается наилучший речевой пакет. То есть весь процесс абсолютно незаметен для абонента сети. Вот это и есть «мягкое» переключение.

Разумеется, весь указанный выше процесс передачи полезных сигналов невозможен без надежной системы синхронизации, которая обеспечивается путем приема сигналов радионавигационной Глобальной Системы Позиционирования (GPS), которая покрывает всю поверхность планеты при помощи группы спутников. Приемник GPS находится на каждой базовой станции системы CDMA. Конечно, можно было бы использовать и другие источники синхронизации, но указанный подход обладает очевидной гибкостью, так как сигналы GPS принимаются в любой точке планеты, что снимает с операторов сети часть проблем.

Отличие CDMA IS-95 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 (БС) 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 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 беспроводной 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.

Итак, имеем следующие выгодные отличия стандарта CDMA от других цифровых технологий:

1. Более высокое качество связи - в технологии CDMA возможно обеспечение высокого качества речи при одновременном снижении излучаемой мощности и уровне шумов. Результатом является постоянное высокое качество передачи речи и данных с минимальной средней выходной мощностью.

Поскольку по каналам CDMA передается не только голос, но и любая другая информация, особую ценность имеет отсутствие в ней помех.

Применяемый в CDMA "код" служит не только для идентификации разговора того или иного пользователя, обеспечивая высокую степень конфиденциальности, но и является одновременно своеобразным фильтром, устраняющим искажения и фоновые помехи.

Стандарт CDMA обеспечивает меньшую задержку в передаче голосового сообщения, чем другие системы подвижной связи. При использовании CDMA не приходится применять изощренные средства для подавления эхо-сигнала.

2. Более высокая скорость передачи данных - в технологии CDMA реализованы оригинальные алгоритмы упаковки данных для большей скорости их передачи, что предоставляет более широкие возможности использования CDMA терминалов.

3. Меньшее энергопотребление терминалов - в сотни раз меньшее значение выходной мощности в отличие от других, используемых в настоящее время стандартов - отличительное качество технологии CDMA при рассмотрении двух немаловажных факторов: уменьшение воздействия электромагнитного излучения на организм человека, 1.5 - 2 раза большее время работы радиотелефонов в автономном режиме.

4. Большая емкость сети (более полное использование частотного ресурса) - емкость CDMA от 10 до 20 раз выше, чем у аналоговых систем, и в 3 - 6 раз превышает емкость других цифровых систем. Сети, построенные на ее основе, эффективно используют радиочастотный ресурс, благодаря возможности многократного использования одних тех же частот в сети.

5. Стандарт CDMA (IS-95) более приспособлен для перехода к третьему поколению систем радиотелефонной связи (Third Generation или 3G).

Услуги в сетях CDMA IS-95

Можно долго говорить о преимуществах той или иной техники, но для коммерческого использования важным 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.

И, конечно, законный интерес вызывают способы доступа в сеть Internet через сотовые сети IS-95. Разумеется, абонент сети CDMA может одновременно разговаривать по сотовому телефону и работать на подключенном к нему компьютере в Internet .

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 обещают в скором времени увеличить и эту скорость (благо в «общей трубе» радиоканала CDMA можно перераспределять ресурс, выделенный каждому абоненту). 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 услуг, которые предоставляются абонентам цифровых сотовых сетей, то они, конечно, возможны и в стандарте CDMA.

Cтандарт CDMA предусматривает наличие следующих дополнительных услуг:
Передача коротких сообщений (SMS)
Цифровая голосовая почта
Автоматическое определение номера
Режим ожидания вызова
Трехсторонняя конференц-связь
Переадресация вызова в случае его неуспешного завершения
Сокращенный набор номера
Блокировка и фильтрация вызовов
Пакетная передача данных
Активация радиотелефона через радиоинтерфейс
Изменение профиля услуг через радиоинтерфейс
Одновременная передача голосовых сообщений и данных/пакетов данных
Передача цифровых факсимильных сообщений (цифровой факс)
Видео-услуги с высоким разрешением в дополнение к передаче речи/факса

Все, эти и прочие, дополнительные услуги 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.

(с) http://www.club.belcel.by, Kirilll & BigVOVA

Форумы

CDMA-450 Mobile Files.ru

Diallog club ::В кругу друзей

Мелодии

Мелодии на Huawei ets 6x8