Развитие и перспективы стандарта

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.

Сdma2000

Cdma2000 - это беспроводный радиодоступ, который, как определил ITU IMT-2000, поддерживает третье поколение услуг связи 3G.

Изначально, при разработке cdma2000 закладывались следующие условия: полное соответствие объема и качества услуг связи требованиям ITU к 3G; уменьшение риска и защита капиталовложений операторских компаний; облегчение работы операторским компаниям по развертыванию сетей.

Сети cdma2000 полностью совместимы с сетями cdmaOne (IS-95), что и обеспечивает простой и недорогой переход к новому поколению беспроводной связи и, тем самым, обеспечивает защиту капиталовложений операторских компаний.

Сети cdma2000 предлагают значительное улучшение качества звука и увеличение емкости звуковых каналов при высокой скорости и мультимедийности передачи данных.

Эволюционный переход к cdma2000 подразделяется на две фазы, известные как 1X и 3X. Чтобы реализовать эволюционный переход к IMT - 2000 в полосе частот 1,25 МГц рассматривается еже одна фаза развития стандарта 1XEV, которая позволяет расширить возможности cdma2000 свыше 1X.

На состоявшемся этим летом в Гонконге Конгрессе CDMA были приняты требования к этому стандарту, ранее собранные операторами всего мира и обобщенные CDG.

Сdma2000 1X

Сети cdma2000 1X функционируют в той же полосе частот, что и сети cdmaOne, но они обладают в 2 раза большей пропускной способностью голосовых каналов и скоростью передачи данных в 144Кбит/с. Сети cdma2000 1X и cdmaOne полностью совместимы, их следует рассматривать как дальнейшее усовершенствование одной сети другой.

TIA опубликовал cdma2000 1Х как стандарт IS-2000. Название 1Х происходит от технического термина 1XRTT, который относится к сетям cdma2000, занимающим в спектре частот полосу 1,25МГц.

1Х означает технологию радиопередачи в полосе 1,25МГц. 1Х может занимать полосу 1,25МГц в различных участках частотного спектра.

Cdma2000 1XEV

Данный стандарт является дальнейшим усовершенствованием стандарта 1Х. С его помощью достигается наиболее эффективное использование частотного спектра, увеличивается пропускная способность передачи данных, достигается наивысшая скорость передачи информации от 2 до 5Мбит/с все в той же полосе частот 1,25МГц. При этом снижается риск и защищаются капиталовложения операторских компаний. Определившиеся потребности операторов в 1XEV указывают на два этапа усовершенствования. В ходе первого этапа для более эффективного способа передачи информации потребуется достижение скорости передачи данных более 2,4Мбит/с. В ходе реализации второго этапа достигаются скорости передачи звука и данных в реальном масштабе времени.

Реализация первого этапа ожидается в октябре 2000г., второго - планируется на октябрь 2001г.

Cdma2000 3X

Это вторая фаза стандарта cdma2000. Усовершенствования в данной фазе обеспечивают увеличение скорости передачи информации свыше того, что достигнуто в 1Х, до 2Мбит/с с использованием многоканальной системы передачи. Название 3Х происходит от термина 3XRTT, то есть используется три канала по 1,25МГц для предоставления услуг 3G.

Кроме того, продолжается развитие 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. 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.

Также, существует и активно внедряется благодаря своим высоким техническим и потребительским характеристикам система WLL (Wilreless Local Loop - "беспроводная последняя миля"), использующая метод FH-CDMA и способная работать в диапазонах радиочастот от 800 МГц до 3,5 ГГц.

Такое приложение реализуется в "фиксированных" сетях, не поддерживающих мобильных абонентов. Следует, впрочем, подчеркнуть, что совершенно неподвижными абоненты таких сетей быть не обязаны, - допускается, например, перемещение с места на место в пределах территории, на которой развернута сеть.

Наибольший интерес к фиксированным сетям проявляют компании-операторы из развивающихся стран, где необходимо быстро обеспечить связь на большой территории и на прокладку разветвленной кабельной сети просто нет времени.

Помимо недостаточно развитой коммуникационной инфраструктуры, существует и еще одна причина интереса к беспроводным технологиям "последней мили" - большие расстояния. Этот фактор не зависит от уровня экономического развития страны - проложить кабель к удаленному ранчо в Соединенных Штатах ничуть не дешевле (а скорее всего, значительно дороже), чем к какой-нибудь глухой российской деревушке на десять домов.

Переход от мобильной связи к фиксированной сопряжен со значительным повышением качества передачи голоса и увеличением емкости сети. По данным корпорации Qualcomm, максимальная емкость ячейки сети в этом случае возрастает до 45 каналов на одну несущую частоту.

В настоящее время испытания систем WLL на базе CDMA проходят в Канаде, Бразилии, Индии, России, Китае, Польше.

Другим весьма перспективным применением технологии CDMA будет, как предполагается, начинающая развиваться в США система сотовой связи в диапазоне 1900 МГц под названием PCS (Personal Communications Services).

Идея PCS состоит в том, чтобы превратить сотовую связь во всепроникающую телекоммуникационную технологию. Ожидается, что ячейки такой сети будут мельче, мобильные аппараты - легче и дешевле и что эта система позволит связываться с абонентами в любое время и из любого места.

Согласно прогнозам, одно из наиболее эффективных решений для организации PCS - применение технологии CDMA, в первую очередь благодаря большей емкости таких сетей, более высокому качеству связи (в частности, малый размер ячеек означает частые переключения, а они, как мы помним, в CDMA происходят менее болезнено, чем при использовании других технологий), а также малой стоимости в расчете на одного абонента. В настоящее время в США уже развернуты первые системы PCS на базе CDMA.

Теоретические основы радиоэлектроники,
телекоммуникаций и измерений.
Новый уровень развития CDMA – стандарт 1xEV-DV.

По мере того, как мобильная связь становится все привычней, мы с возрастающим нетерпением ждем от нее новых видов услуг, таких как полноценный доступ в Интернет и потоковое видео. Операторы надеются заработать на предоставлении информации и новых услуг. В производстве новых видов сетевого оборудования и телефонов промышленность видит возможность выйти из затянувшегося спада. Непрерывное развитие технологий мобильной связи призвано обеспечить эти надежды. Сегодня очередным шагом в процессе развития является стандарт 1xEV-DV.

Две технологии.

Стандарт Cdma2000 1x (1x - с одной несущей) позволил увеличить вдвое емкость голосовых каналов по сравнению со стандартом cdmaOne (IS-95). Необходимость увеличения скорости передачи данных и повышения эффективности использования выделенного диапазона частот привели к дальнейшему развитию стандарта Cdma2000 1x.
В результате появились две новые технологии. Стандарт 1xEV-DO (Single carrier EVolution-Data Only) отличается от cdma2000 только увеличенной скоростью передачи данных (благодаря применению видов модуляции высшего порядка).
Стандарт 1xEV-DV (Single carrier EVolution-Data and Voice) – еще более позднее развитие стандарта cdma2000. В нем появляется возможность одновременной передачи голоса и данных за счет динамического выделения каналов и видов модуляции еще более высокого порядка (до 16-уровневой квадратурной амплитудной модуляции, 16-QAM). Пакеты данных делятся на части и передаются во временных слотах (как в 1xEV-DO), в то время как голосовой трафик непрерывен (как в cdma2000).
Эти две новые технологии развивались параллельно на основе стандарта cdma2000. 1xEV-DV обладает всеми возможностями cdma2000 по передаче голоса и добавляет к ним возможность передачи данных по дополнительным каналам, обеспечивая, таким образом, поддержку передачи голоса и данных в рамках одной технологии. Технология 1xEV-DV была стандартизирована в последних стандартах 3GPP2 для cdma2000 (таком как C.S0002-C, физический уровень). Стандарт 1xEV-DO содержится в отдельном документе (C.S0024).
Оба стандарта, 1xEV-DO и 1xEV-DV, внесли изменения в управление сетью, повышающие эффективность ее работы. В системах 1xEV-DO базовая станция всегда передает сигнал на полной мощности, и скорость передачи данных будет зависеть от уровня мощности в месте приема. Каждый телефон (подвижная станция) посылает базовой станции запрос на скорость передачи данных в пределах каждого временного слота, и базовая станция решает, какой телефон получит очередной пакет. Кроме того, базовая станция следит за средним уровнем запросов на скорость передачи для каждого работающего телефона. Если последний запрос скорости передачи от телефона будет больше, чем его средний уровень, то телефон будет выбран для передачи пакета данных, а если меньше, то он получит меньший приоритет.
Таким образом, данные обычно передаются телефону, работающему также или лучше своего среднего уровня, что максимизирует суммарную передачу данных в сети. Период ожидания обслуживания у каждого телефона получается разный, но, сетевой алгоритм определения предпочтительного телефона принимает во внимание время ожидания и не допускает длительного простоя.
Эффективная работа CDMA-систем возможна только при условии адаптивного регулирования мощности излучения как базовой, так и подвижных станций. Иначе, ближайший к базовой станции телефон создавал бы недопустимо большие помехи для остальных телефонов.
В системах 1xEV-DV управление мощностью в прямом канале (от базовой станции к подвижной станции) при передаче голоса происходит также как в cdma2000, с пошаговым изменением уровня мощности. Однако пакеты данных передают с постоянным уровнем мощности, а при ухудшении условий связи просто снижают скорость передачи. Телефон постоянно передает информацию о качестве канала связи на базовую станцию, которая использует ее и другие показатели для установления скорости передачи данных на телефон. Базовая станция получает больше возможностей по адаптации скорости передачи данных к существующим условиям, чем это допускается в стандарте 1xEV-DO.
Другим улучшением в системах 1xEV является применение более эффективного по сравнению со сверточным кодом кодирования с исправлением ошибок. Также, в случае достаточной мощности в канале связи, для передачи пакетов данных применяются виды модуляции высшего порядка (8-PSK или 16-QAM). Эти виды модуляции требуют больше затрат энергии в расчете на бит (при неизменном уровне шума и помех), но обеспечивают большую скорость передачи данных.

Разные структуры кадров.

Две системы 1xEV имеют разную структуру кадров в прямом канале. В 1xEV-DO кадр длительностью 26,67 мс разделен на 16 слотов (по 1,67 мс каждый), и в каждом слоте применяется мультиплексирование с разделением по времени (time-division multiplexing - TDM). В зависимости от формата пакета, для его передачи могут понадобиться 1, 2, 4, 8, или 16 слотов. Все 16 кодов Уолша (кодовых каналов) предназначены для передачи пакетов данных. Скорость передачи данных может достигать 2,4 Мб/с.
В стандарте 1xEV-DV, также как и в cdma2000, используется кадр длительностью 20 мс, который делится на 16 слотов по 1,25 мс. Субпакеты данных занимают 1, 2, или 4 временных слота. Каналы данных разделяются по времени от слота к слоту, но, в отличие от 1xEV-DO, не имеют внутренней структуры TDM в каждом слоте. Хотя, стандарт 1xEV-DV разрешает выделенные для передачи данных кодовые каналы разделить пополам, что делает возможным обслуживание двух абонентов одновременно в одном слоте. В 1xEV-DV количество выделенных для передачи данных кодов Уолша может меняться от 1 до 28 (из 32-х). Скорость передачи данных может составлять от 81,6 кб/с до 3,1 Мб/с.
В обеих системах структура обратного канала (от подвижной станции к базовой станции) очень похожа по форме на структуру обратного канала cdma2000. Хотя, некоторые функции доработаны для нужд новых систем. Например, в 1xEV-DO отсутствует канал для передачи в сеть информации по управлению мощностью в прямом канале, но применяется выделенный канал для запросов на скорость передачи данных. В обоих стандартах, 1xEV-DO и 1xEV-DV, в канале обратного трафика вместо сверточного кодирования применяется кодирование с исправлением ошибок.

Новые каналы управления данными в стандарте 1xEV-DV.

Чтобы подчеркнуть разницу между 1xEV-DV и предыдущей версией cdma2000, на рисунке 1 показана структура прямого канала 1xEV-DV, на которой добавленные каналы выделены красным цветом. "Конфигурациями на выбор" ("Radio configurations") называют предустановленные форматы передачи для параметров физического уровня, таких как скорость передачи данных, количество Уолш-кодов (ортогональных каналов), число бит в пакете, и вид модуляции. Настройка "Radio Configuration 10" была определена в 1xEV-DV для прямого канала передачи пакетных данных (Forward Packet Data Channels – F-PDCH) и для прямого канала управления пакетными данными (Forward Packet Data Control Channels – F-PDCCH). F-PDCCH обеспечивает телефон сигналами управления, а F-PDCH передает пакеты данных.

В ответ на данные, полученные в прямом канале управления пакетными данными, по обратному каналу подтверждения (Reverse Acknowledgement Channel) с телефона на базовую станцию передаются сигналы подтверждения. Канал индикации качества в составе обратного канала (Reverse Channel Quality Indicator Channel) используется телефоном для информирования базовой станции о качестве принимаемого телефоном сигнала в пилот-канале (Forward Link Pilot Channel), и для индикации переключения между базовыми станциями.

Виды модуляции высшего порядка более чувствительны к ошибкам.
Как было сказано ранее, в обеих системах 1xEV применяются виды модуляции высшего порядка (8-PSK и 16-QAM), в отличие от стандарта cdma2000, в котором единственным применяемым видом модуляции была QPSK. Виды модуляции высшего порядка позволяют увеличить скорость передачи данных, используя более плотное "заселение" пространства сигналов. Для представления группы из n битов с помощью M символов (состояний сигнала) понадобится 2n однозначно определяемых символа. Одним из способов является кодирование каждого символа сигналами с одинаковой амплитудой, но с разной фазой. Такой способ называется фазовой манипуляцией (phase shift keying – PSK). В случае квадратурной фазовой манипуляции (QPSK) каждый из 4-х символов представляет 2 бита, для 8-PSK каждый символ представляет 3 бита. При модуляции 16-QAM для кодирования символов используются изменения, как фазы, так и амплитуды, и каждый символ представляет 4 бита.
Однако, по мере увеличения числа символов в пространстве символов, расстояние между ними уменьшается (при той же мощности сигнала), что делает такие методы модуляции более чувствительными к шуму. В идеальном (но полностью нереальном) мире демодулятор приемника всегда будет детектировать символ в единственной бесконечно малой выборочной точке в центре ограниченной области каждого символа. Конечно, такого никогда не произойдет, потому что шум, искажения и другие виды помех вносят неопределенность в положение символа и детектирование происходит в точке, отличной от идеального местоположения. Ухудшение сигнала вследствие случайного шума, АМ/АМ или АМ/ФМ искажений, межсимвольной интерференции, и взаимных помех приводит к невозможности точного определения символа.
Очевидно, что модуляция 16-QAM больше всего подвержена воздействию шума и требует от приемника наиболее точного соответствия заданным характеристикам.

Можно принять, что, если приемник прошел проверку демодуляции для 16-QAM, то он пройдет тесты и для QPSK или 8-PSK, а вот обратное утверждение – неверно. Устройства, работающие в cdma2000, могут не подключиться к сети стандарта 1xEV на высоких скоростях передачи данных.

Новый стандарт 1xEV-DV требует соответствующего инструментария.
Все эти изменения в формате cdma2000 требуют новых возможностей от оборудования, используемого для тестирования разработанных для 1xEV-DV наборов микросхем. Agilent Technologies представила новое приложение Signal Studio (DV и cdma2000) для своего векторного генератора сигналов ESG E4438C и добавила в качестве опции возможности 1xEV-DV для анализаторов спектра серии PSA. Также доступны опции 1xEV-DO как для генератора сигналов ESG, так и для анализаторов спектра PSA.
Signal Studio – это набор программ, запускаемых на персональном компьютере. Простой и знакомый графический интерфейс ПК предоставляет инженерам высокую степень гибкости при конфигурировании сигналов, необходимых для различных тестов. Программное обеспечение через GPIB или LAN взаимодействует с векторным генератором сигналов ESG, который генерирует и передает сигналы.

Signal Studio для 1xEV-DV и cdma2000 обеспечивает непрерывную передачу сигналов 1xEV-DV и cdma2000, необходимых для тестирования приемников подвижных станций по параметрам чувствительности и частоты появления ошибок в пакетах или кадрах, а также для тестирования микросхем приемника в рабочем диапазоне частот.
В программное обеспечение входят:
- высокая скорость передачи данных (до 3,1 Мб/с) и виды модуляции высшего порядка;
- четыре новых канала в составе прямого канала: два краткосрочных полностью кодированных канала пакетных данных (PDCH) и два канала управления пакетными данными (PDCCH) в реальном масштабе времени;
- полное кодирование канала для измерения коэффициентов ошибок для пакетов или кадров (packet or frame error ratios –PER/FER);
- экономящие время переключатели настроек (RC), включая все настройки cdma2000 (RC1-RC5, трафик, доступ, и общий контроль) и все 128 настроек RC10 для 1xEV-DV;
- графики инверсии разрядов в области кодов;
- возможность добавлять калиброванный аддитивный белый гауссовский шум (AWGN) для мониторинга C/N и Eb/No (при наличии опции 403);
Эти возможности позволяют имитировать одновременное обслуживание абонентов по голосу и данным, и эмулировать множество активных каналов данных и субпакетов.
Используя Signal Studio для 1xEV-DV и cdma2000, инженеры могут оставить в прошлом трудоемкую рутинную работу по кодированию тестовых сигналов для этой новой технологии, значительно уменьшить время и стоимость разработки. Предустановленные настройки и гибкость пользовательского интерфейса позволяют инженерам устанавливать многочисленные сценарии тестирования (которые могут быть сохранены для повторного применения), и легко производить модификации тестов.
Другой важной составляющей тестирования является анализ сигнала, создаваемого испытываемым устройством. Сложной задачей при анализе сигналов 1xEV-DV является автоматическое определение активного кодового канала. Если мощность кодовой составляющей канала данных непрерывна и стабильна, то его легко определить как активный. Однако кодовые каналы с модуляцией 8-PSK или 16-QAM гораздо труднее правильно определить, если сигнал имеет ошибки чередования фаз. Если сигнал содержит адаптивную модуляцию при передаче пакетов данных, то правильно определить кодовый канал становится еще труднее. (При адаптивной модуляции базовая станция может менять метод модуляции в канале F-PDCH с QPSK на 16-QAM при переходе от слота к слоту). Для поддержания автоматического определения активного канала при измерениях, связанных с кодированием, и измерениях точности модуляции предназначена конфигурация с предустановленным каналом.

Добавление возможности 1xEV-DV измерений для анализаторов спектра серии PSA обеспечивает развитые средства анализа модуляции. Измерения параметров точности модуляции, таких как составная Rho, ошибка модуля вектора (error vector magnitude – EVM), ошибка частоты, и сдвиг пилот-сигнала показывают качество сигнала в пределах одного слота. Для более глубокого анализа будет полезен анализ в области кодов с записью более длительных сигналов (до 32-х слотов). Ошибка модуля вектора для символов и другие измерения, такие как ошибка амплитуды, ошибка фазы, и график мощности символа в зависимости от времени помогут определить причины ошибок.
В целом, возможности 1xEV-DV измерений обеспечивают:
- автоматическое определение активного канала F-PDCH при видах модуляции 8-PSK/16-QAM;
- ручную установку схемы модуляции в качестве предопределенной конфигурации для сигналов с адаптивной модуляцией;
- измерение точности модуляции: составной Rho, ошибки модуля вектора (EVM), максимальной ошибки в области кодов, ошибки амплитуды, ошибки фазы, ошибки частоты, начального сдвига I/Q, и временного сдвига сигнала данных в пределах одного слота;
- анализ в кодовой области различных данных и графиков в пределах максимум 32-х слотов (два кадра 1xEV-DV и cdma2000).
Добавление варианта 1xEV-DV к возможностям измерений cdma2000 обеспечивает более развитый анализ разработок при помощи анализатора спектра серии PSA.
Стандарт 1xEV-DV обещает объединить в одной системе скорость передачи пакетов данных и эффективность 1xEV-DO с возможностями cdma2000 по передаче голоса, образуя притягательное решение для операторов и пользователей мобильной связи. Для разработчиков микросхем и устройств мобильной связи, применяющих новую технологию, критически важно вовремя получить необходимые инструменты для тестирования этих устройств, чтобы не проиграть в конкурентной борьбе.

(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