Московский Государственный Университет Связи и Информатики лекции

Вид материала

Лекции

Содержание CDMA в России Качество связи Cdma2000 1x ev-do Ultra fdd ( Рис. 7. Структура сети CDMA 20001X Рис. 8. В данном случае структура сети приобретает вид

Подобный материал:

• 16-19 марта 2011 г в Минске состоялся Европейский семинар по устойчивому развитию, 13.55kb.
• Методология формирования и реализации аппарата анализа и планирования рыночного потенциала, 598.83kb.
• Министерство Образования Российской Федерации Московский Государственный Университете, 1997.23kb.
• Федеральное агентство связи Сибирский государственный университет телекоммуникаций, 622.46kb.
• Московский государственный университет имени, 111.06kb.
• Министерство образования и науки, 38.9kb.
• Примерная программа 10. 00-11. 00 Регистрация, 36.7kb.
• II. Логика и язык, 5497.75kb.
• Курса, 405.14kb.
• Управление компетенциями в самообучающейся организации, 72.07kb.

^

CDMA в России

В России у CDMA сложная судьба.

Есть несколько причин, по которым CDMA "не охотно пускают" на отечественный "рынок" сетей сотовой связи.

Первая - вытекает из основной особенности CDMA - у каждого абонента свой код, который не может быть использован другими, независимо от того, разговаривает он или его мобильная станция MS находится в режиме ожидания, или выключена. Поэтому повременная оплата не имеет смысла.

Абонентской плата может быть очень низкой. В российских условиях - это прямая конкуренция фиксированной связи, а также сотовым сетям связи других стандартов. Это одна из основных причин, по которым стандарт CDMA нежелателен для монополий России.

Вторая - высокий уровень конфиденциальности CDMA. Прослушать разговор можно, но стоимость и сложность оборудования способного на это значительно выше чем для других стандартов.

Проблема прослушивания усугубляется тем, что при незначительном удалении от базовых станций BTS мощность, излучаемая мобильной станцией, крайне низка, поэтому "прослушивающий" должен находиться в непосредственной близости от объекта, а при значительном удалении от базовой станции BTS невозможно прослушивание, т.к. неизвестно какая BTS обслуживает мобильную станцию MS.

BTS могут не пользоваться проводными каналами связи для передачи сигнала от одной BTS к другой, а передавать трафик по эфиру (например, спутниковым каналам связи). Всё это тоже препятствие со стороны государственных и других структур.

Третья - для синхронизации BTS используются сигналы спутниковой системы навигации США - GPS. А без GPS возникают проблемы с мобильностью, т.к. для обеспечения "soft handoff" ("мягкое переключение" из одной ячейки или зоны местонахождения LA в другую) нужна очень четкая синхронность BTS.

Заявление Минсвязи РФ о том, что частотный диапазон 800,0мГц, используемый стандартом CDMA, подлежит изъятию под нужды цифрового телевидения - не выдерживает критики - централизованного цифрового телевещания ещё нет и вряд ли оно появится в этом диапазоне, так как спутниковые системы уже давно доказали преимущества "тарелок" перед телебашнями.

В последние годы прогресс в телекоммуникационных технологиях достигнут, благодаря переходу на цифровые виды связи, которые, в свою очередь, базируются на стремительном развитии нанотехнологий в микропроцессорной индустрии. Один из ярких примеров этого: появление и быстрое внедрение технологии связи с цифровыми шумоподобными сигналами на основе метода множественного доступа с кодовым разделением каналов -CDMA - Code Division Multiple Access, в ближайшие годы затмит собой все остальные технологии сотовых сетей связи, вытесняя аналоговые NMT, AMPS и другие и, составляя серьезную конкуренцию другим цифровым технологиям, например, GSM.

Принцип функционирования систем сотовой связи (ССС) с кодовым разделением каналов CDMA можно пояснить на следующем примере:

В ресторане за каждым столиком находится по два человека. Одна пара разговаривает между собой на английском языке, другая - на русском, третья - на немецком и т.д. Все разговаривают в одно и то же время в одном диапазоне речевых частот (речь: 0,3кГц - 3,4кГц), при этом, разговаривая два собеседника, понимают только друг друга, но слышат в виде шума всех остальных.

Так же и в стандарте CDMA: передаваемая в эфире информация от базовой станции BTS к мобильной станции MS или наоборот попадает ко всем абонентам сети, но каждый абонент, благодаря декодированию, понимает только ту информацию, которая предназначена конкретно для него, а остальная информация отсеивается в виде шумов. В системах CDMA такая избирательность организована за счет применения кодирования передаваемых данных.

В отличие от стандарта GSM, который использует технологию TDMA - Time Division Multiple Access - множественный доступ с временным разделением (каналов), т.е. несколько пользователей могут разговаривать на одной и той же частоте, как и в системах CDMA, но в отличие от CDMA, в разное время.

Систему CDMA называют широкополосной, а другие сигналы в эфире - шумоподобными.

Широкополосная система CDMA 2000 - занимает полосу частот 1,5мбит/с и более.

Шумоподобные сигналы - работа в эфире в одно и то же время, общаются несколько пользователей, их сообщения накладываются друг на друга (можно представить шум в вмноголюдном месте, когда все одновременно говорят).

Помехоустойчивая система CDMA - потому, что при возникновении в широкой полосе частот полезного сигнала - сигнал помехи имеет узкий диапазон частот.

В стандарте D-AMPS каналы, организованные в семи соседствующих между собой ячейках, должны различаться по частотам, а в CDMA во всех ячейках можно использовать один и тот же диапазон частот.


Емкость систем CDMA в три раза выше, чем в системах AMPS. В CDMA, и в

D-AMPS ячейку сети обычно делят на три сектора по 120° в каждом, что позволяет увеличить радиус ячейки сети, используя направленные антенны, и, таким образом, уменьшить число базовых станций BTS, необходимых для покрытия определенной зоны.

При работе в стандарте D-AMPS в разных секторах одной и той же ячейки приходится использовать разные частотные каналы (иначе неизбежны взаимные помехи, поскольку секторы ограничены не линиями связи, а областями постепенного спадания мощности сигнала), а в сетях CDMA можно применять одни и те же частоты. В итоге оказывается, что при использовании одного и того же частотного диапазона шириной, например 1,25мГц, емкость сети CDMA в девять раз выше, чем емкость D-AMPS.

^

Качество связи

Общеизвестно, что мобильный телефон обеспечивает не слишком высокое качество связи. Причин тому много. В городах, где обычно развертываются сети мобильной связи, имеется много индустриальных помех. Распространяясь между базовой станцией и мобильной станцией, радиоволна многократно отражается от препятствий. В результате интерференции сигналов, прошедших разными путями, интенсивность принимаемого сигнала может внезапно упасть.

Такие явления, называются в радиотехнике федингами - fading.

Качество связи заметно снижается при переходах мобильной станции MS пользователя от одной местонахождения LA или ячейки сети к другой: в обычных стандартах мобильной связи осуществляется так называемое "жесткое переключение" (hard handoff), при котором сначала разрывается связь с покидаемой ячейкой и только после этого устанавливается связь с другой ячейкой.

Сравнивать качество связи, устанавливаемой в фиксированных телефонных сетях, с качеством мобильной связи не вполне корректно: в последнем случае действует значительно больше факторов, обуславливающих ухудшение связи.

Технология CDMA позволяет получить значительно более высокое качество связи, чем стандарты, основанные на FDMA и TDMA. Причины этого следующие:

• во-первых, CDMA - чисто цифровая связь (кроме "последней мили", т.к. аналоговый сигнал невозможно передавать тем способом, какой принят в CDMA),
  
• во-вторых, в CDMA использутся широкополосные сигналы (от 1,5мбит/с).
  

Цифровой сигнал значительно меньше уязвим для помех, чем аналоговый.

Кроме того, в сетях CDMA применяются новейшие алгоритмы коррекции ошибок передачи, а в аппаратуре обычно используются самые современные методы сжатия (компрессирования) речевого сигнала. Это позволяет достигнуть большой степени сжатия речевого сигнала при достаточно высоком качестве связи.

Широкополосный сигнал значительно меньше "страдает" от помех, особенно узкополосных.

Узкополосная помеха способна исказить широкополосный сигнал только в каком-то относительно узком частотном диапазоне, и полезная информация может быть восстановлена (регенерированна) по неповрежденным участкам диапазона частот. Это относится и к федингам (пропаданию сигнала в следствие интерференции и помех): интерференция пришедших в конечный пункт разными путями сигналов приводит к снижению суммарной интенсивности лишь в достаточно узком частотном диапазоне.

Полезную информацию можно восстановить по неповрежденной части сигнала. Сигнал несколько ухудшается, однако это несопоставимо с потерями качества связи при использовании обычных методов передачи сигналов.

Помимо повышения качества связи, устойчивость схем CDMA к федингам приводит к значительной экономии ресурса источников питания и улучшению экологических параметров мобильных станций MS, т.к. нет переключения каналов.

В других сетях мобильные станции MS обычно работают на более высокой мощности, чем это нужно для устойчивой связи с базовой станцией BTS, что позволяет при внезапном возникновении фединга не потерять связь (происходит лишь значительное снижение ее качества).

В CDMA этот резерв не нужен, поэтому мобильные станции MS могут работать с меньшей мощностью передаваемого сигнала.

Вместо "жесткого переключения" (hard handoff или break before make) от ячейки к ячейке, принятого в других сотовых сетях, в CDMA можно использовать "мягкое переключение" (soft handoff или make before break): мобильная станция MS сначала устанавливает связь с базовой станцией BTS, в зону действия которой она переходит, и только после этого освобождает канал в покидаемой ячейке. Это возможно за счет того, что и в покидаемой, и в новой ячейке используется одна и та же несущая частота.

Данное преимущество заметнее всего сказывается на работе мобильных станций MS, находящихся в пограничной зоне между двумя ячейками, где уровни сигналов от базовых станций BTS примерно одинаковы.

Выбор базовой станции BTS - случайный - мобильная станция MS пользователя подключается то к одной, то к другой BTS. При жестком переключении частые переключения значительно ухудшают качество связи и могут привести к ее разъединению, а при мягком переключении этого не происходит.

Для работы системы CDMA необходимо, чтобы все приходящие в базовую станцию сигналы имели одинаковую интенсивность, - в противном случае возникнут проблемы с декодированием информации. Чем дальше мобильная станция от базовой станции, тем выше должна быть мощность передаваемого им сигнала. Базовая станция следит за тем, чтобы сигналы, приходящие к ней от разных мобильных станций, были строго одинаковой интенсивности, и дает указания мобильным станциям о повышении или понижении мощности передаваемого сигнала. Такая схема управления мощностью реализована во многих стандартах мобильной связи, однако в сетях CDMA удается управлять мощностью передатчиков мобильных станций с очень высокой точностью.

Мощность удерживается на том минимальном уровне, который обеспечивает уверенный прием сигнала базовой станцией. При этом снижается общий уровень взаимных помех в системе, что повышает качество связи.

Кроме того, точное управление мощностью позволяет продлить срок службы аккумуляторов мобильных телефонов и улучшить экологические параметры системы.


Недостатков у стандарта CDMA мало

Главный из них - новизна технологии. Система стандартизирована в 1994 г. (временный стандарт IS-95), поэтому технология CDMA менее популярна, чем другие.

Другими недостатками являются сложность оборудования и, как следствие, довольно высокая стоимость систем и ограниченный круг производителей.

В настоящее время базовые станции для этой технологии выпускают фирмы QUALCOMM, Samsung, Motorola, Lucent Technologies, Nortel и некоторые другие. Намного больше компаний выпускают абонентское оборудование, однако их тоже меньше, чем аналогичных производителей для других технологий.

Определенные проблемы вызывает и использование "мягкого переключения".

В частности, если мобильная станция MS находится в зоне действия нескольких базовых станций BTS, то правило мягкого переключения - make before break может привести к тому, что для работы с ним будут одновременно резервироваться каналы в нескольких ячейках сети, что приведет к снижению эффективной емкости сети.

Сети CDMA обеспечивают и другие функции: прежде всего - приложение "беспроводной последней мили" (Wireless Local Loop - WLL), которое реализуется в "фиксированных" сетях, не поддерживающих мобильных устройств.

Наибольший интерес к сетям CDMA проявляют Операторы фиксированной связи из развивающихся стран, где необходимо быстро и с минимальными затратами обеспечить связь на большой территории.

Помимо недостаточно развитой телекоммуникационной инфраструктуры, существует и еще одна причина интереса к беспроводным технологиям "последней мили" - большие зоны покрытия.

Другим перспективным применением технологии CDMA является внедряемая в США система сотовой связи в диапазоне 1900,0мГц под названием - PCS - Personal Communications Services - персональный сервис коммуникаций.

Идея PCS: превратить сотовую сеть связи во всепроникающую телекоммуникационную технологию. Ячейки системы PCS мельче, мобильные станции легче и дешевле, система позволит устанавливать соединение с абонентами любых сетей в любое время и из любой точки Земли.

Одно из наиболее эффективных решений для организации PCS - применение технологии CDMA, благодаря большей емкости этих сетей, более высокому качеству связи (в частности, малый размер ячеек означает частые переключения, а они в CDMA происходят менее "болезненно", чем при использовании других технологий), малой стоимости в расчете на одного абонента. В настоящее время в США развернуты системы PCS на базе технологий CDMA.

Анализ электромагнитной совместимости ЭМС между двумя базовыми станциями двух стандартов сотовой связи CDMA и D-AMPS с целью их взаимной корректной работы показал, что взаимная без помех работа не возможна.

В системах CDMA передатчик базовой станции имеет мéньшую излучаемую мощность, чем мощность передатчика базовой станции стандарта D-AMPS.

Проблема электромагнитной совместимости ЭМС сотовых систем различных стандартов, действующих на одной территории, может возникнуть, если рабочие полосы частот в предусмотренных для этих систем диапазонах перекрываются, а также, если защитный интервал между ними недостаточен.

Стандарты CDMA краткий обзор

Code Division Multiple Access - множественный доступ с кодовым разделением (каналов).

В CDMA- системах каждый речевой поток отмечен своим уникальным кодом и передается в одном канале одновременно со многими другими кодированными речевыми потоками. Принимающая сторона использует тот же код для выделения сигнала из шума.

Единственное отличие между множественными речевыми потоками - это уникальный код. Канал, как правило, очень широкий и каждый речевой поток занимает целиком всю ширину диапазона. Эта система использует наборы каналов шириной 1,25мГц. Голос кодируется на скорости 8,55кбит/с, но определение голосовой активности и различные скорости кодирования могут урезать поток данных до 1,2кбит/с. В системах CDMA могут устанавливаться очень прочные и защищенные соединения, несмотря на очень низкую величину мощности сигнала MS, теоретически сигнал MS может быть слабее, чем уровень шума.

Стандарт CDMA One

Стандарт CDMA One, существует в IS-95a, IS-95b (cellular - по американской терминологии - 800,0мГц) и PCS (диапазон - 1900,0мГц).

Аббревиатура IS - Interim Standard - временный стандарт, используется для учета в Ассоциации телекоммуникационной промышленности TIA - Telecommunications Industry Association.

Как правило, в сетях CDMA One используется IS-95a, он обеспечивают передачу сигнала со скоростью 9,6кбит/с (с кодированием канала) и 14,4 кбит/с (без кодирования).

Версия IS-95b основана на объединении нескольких каналов системы CDMA, организуемых в прямом направлении (от базовой станции к мобильной станции). Скорость может увеличиваться до 28,8 кбит/с (при объединении двух каналов по 14,4кбит/с) или до 115,2 кбит/с (8 каналов по 14,4кбит/с).

Кроме IS-95 сети CDMA One используют еще целый набор протоколов и стандартов. Коммерческие сети CDMA One появились в 1995 году и пользуются популярностью в Америке и в Азии.

Именно CDMA One подразумевают под терминами "CDMA" и "CDMA-800" (наибольшее распространение получил именно 800-мегагерцовый вариант, IS-95). Прямой и обратный каналы располагаются соответственно в диапазонах 869,040-893,970 и 824,040-848,860мГц.

Используются 64 кода Уолша и несущие частоты с шагом 1,25мГц.

В России стандарт сразу попал в опалу - в отличие от федеральных стандартов NMT и GSM был разрешен только для фиксированного применения. Кроме того, используемый им диапазон частот 800,0мГц по требованиям Минсвязи необходимо освободить для цифрового телевидения. В этом диапазоне работают также сети "американских" стандартов N-AMPS, D-AMPS и CDMA.

Однако, МАП признало это решение незаконным, а члены Ассоциации-800 уже договорились с Минсвязи об "обмене" лицензий x-AMPS на GSM 1800. Операторы связи сети CDMA IS-95 подобного соглашения не заключали, официально они по-прежнему имеют право предоставлять услуги только фиксированной связи.

Стандарт W-CDMA

W-CDMA - Wideband Code Division Multiple Access - широкополосный CDMA - технология радиоинтерфейса избранная большинством операторов сотовой связи Японии и (в январе 1988 года) институтом ETSI (European Telecommunications Standards Institute) для обеспечения широкополосного радиодоступа с целью поддержки услуг третьего поколения.

Технология W-CDMA предоставляет высокоскоростные мультимедийные услуги типа видео, доступа в Интернет и видеоконференций; обеспечивает скорости доступа 2,048мбит/с на коротких расстояниях и 384,0кбит/с - на больших с высокой скоростью передвижения MS. Такие величины скорости передачи данных требуют широкую полосу частот, поэтому ширина полосы W-CDMA составляет до 5,0мГц.

Технология может быть добавлена к существующим сетям GSM и PDC, что делает стандарт W-CDMA наиболее перспективным с точки зрения использования сетевых ресурсов и глобальной совместимости.

W-CDMA - широкополосный множественный доступ с кодовым разделением (каналов) представляет собой технологию, использующую расширенную полосу. Это - технология мобильной радиосвязи третьего поколения 3G, обеспечивающая более высокие скорости передачи данных, чем стандарт GSM. W-CDMA поддерживает передачу речи, изображений, данных и видео в сетях сотовой связи на скорости до 2,048мбит/с (стационарный доступ) или 384,0кбит/с (на скорости передвижения 120,0км/час). W-CDMA используется в основном в Европе при переходе от стандарта GSM к стандарту UMTS.

Стандарт CDMA 2000

Стандарт CDMA 2000 является дальнейшим развитием стандарта 2G поколения CDMA One, дальнейшим развитием которого должен был стать IS-95c, и именно это обозначение очень часто используется производителями.

Официальным обновлением стандарта, разработанным компанией Qualcomm и утвержденным ITU, является CDMA 2000. В документах Lucent Technologies встречается обозначение IS-2000. МСЭ-Т отобрал из десяти предложенных проектов пять радиоинтерфейсов третьего поколения:

• IMT-2000 (International Mobile Telecommunications System - 2000 - Международная система мобильной связи - 2000),
  
• IMT-MC (Multi Carrier)- представляет собой модификацию многочастотной системы CDMA 2000, в которой обеспечивается обратная совместимость с оборудованием стандарта CDMA One (IS-95).
  
• IMT-DS (Direct Spread) - построен на базе проектов W-CDMA и взят за основу европейской системы UMTS.
  

Реализованный этап CDMA 2000 не является полноценным 3G, т.к. не дотягивает до обязательных двух мегабит скорости передачи данных в одном канале. Поэтому ее чаще называют 2.5G.

CDMA2000 (IMT-MC) разделили на две фазы - 1X и 2X. Именно к первой фазе применяется название IS-95с. А вторую позже назвали 1X-EV (evolution), разделив ее на две фазы - ^ CDMA2000 1X EV-DO (data only) и CDMA2000 1X EV-DV (data & voice).

Стандарты семейства CDMA 2000 не требуют организации отдельной полосы частот, и в ходе их эволюционного развития от CDMA могут быть реализованы во всех частотных диапазонах используемых системами сотовой связи (450, 700, 800, 900, 1700, 1800, 1900мГц).


CDMA (Code Division Multiple Access) — множественный доступ с кодовым разделением.

Каналы трафика при таком способе разделения среды создаются присвоением каждому пользователю отдельного числового кода, который распространяется по всей ширине полосы. Нет временного разделения каналов, все абоненты постоянно используют всю ширину канала. Полоса частот одного канала очень широка, вещание абонентов накладываeтся друг на друга но, поскольку их коды отличаются, они могут быть дифференцированы.

После войны в течение долгого времени технология CDMA использовалась в военных системах связи, как в СССР, так и в США. Во второй половине 80-х годов военное ведомство США рассекретило данную технологию и началось её использование в гражданских средствах связи.

Способ применяется в сотовой связи (в России, например, Оператором связи Skylink и в спутниковой навигации (GPS).


Эволюция систем сотовой связи, использующих технологию CDMA

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

CDMA 2000 является стандартом 3G в эволюционном развитии сетей CDMA One, основанных на IS-95. При сохранении основных принципов, заложенных версией IS-95A, технология стандарта CDMA непрерывно развивается и совершенствуется.

Последующее развитие технологии CDMA происходит в рамках технологии CDMA.


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, интернет, базами данных, передачу данных и неподвижных изображений.

Переход к следующей фазе CDMA2000 1ХEV-DO происходит при использовании той же полосы частот 1,23мГц, скорость передачи — до 2.4мбит/с в прямом канале и до 153,0кбит/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 является 1ХEV-DO Rev A, что позволяет увеличить сетевую ёмкость и скорость передачи данных. На данном этапе обеспечивается передача данных со скоростью до 3,1мбит/с по направлению к абоненту и до 1,8мбит/с по направлению 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. Поскольку прогресс не стоит на месте, разработчики оборудования уже работают над реализацией следующей фазы — 1ХEV-DO Rev B, — что позволит достигнуть следующих скоростей на одном частотном канале: 4,9мбит/с к абоненту и 2,4мбит/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 73,5мбит/с к абоненту и 27,0мбит/с от абонента. Применение таких сетей - улучшенная работа чувствительных к временным задержкам приложений типа VoIP, Push to Talk, видеотелефония, параллельное использование голоса и мультимедиа, мультисессионные сетевые игры и др.

Основными компонентами коммерческого успеха системы CDMA 2000 являются более широкая зона обслуживания, высокое качество речи (практически эквивалентное проводным системам), гибкость и дешевизна внедрения новых услуг. Данная технология обеспечивает высокую помехозащищённость, устойчивость канала связи от перехвата и прослушивания, что делает его привлекательным в использовании для всех категорий абонентов.

Также немаловажную роль играет низкая излучаемая мощность радиопередатчиков абонентских устройств. Так, для систем CDMA2000 максимальная излучаемая мощность составляет 250,0мВт, в то время как для систем GSM-900 этот показатель равен 2,0Вт (в импульсе), а для GSM-1800 1,0Вт. Справедливости ради отметим, что мнение о вредном влиянии излучения мобильных телефонов на организм человека учёными так и не доказано, но и не опровергнуто


Этапы эволюционного развития сетей CDMA

Решением Международного совета по электросвязи, сектор телекоммуникаций - МСЭ -Т (International Telecommunications Union — ITU) установлены новые спецификации стандартов наземной и спутниковой радиосвязи 3G - третьего поколения IMT — 2000.

Данные спецификации позволяют без потери совместимости оптимизировать производительность большинства беспроводных сетей и представляют операторам возможность обеспечить совместимость своих сервисов со стандартом 3G.

В мире сложилась как бы двоякая ситуация с созданием сотовых сетей связи 3G. Базовой для них выбрана прогрессивная технология с кодовым разделением каналов (CDMA), но она по-разному реализуется технически. Это связано с двумя основными направлениями перехода существующих систем сотовой связи в поколение 3G - европейским, которое базируется на постепенной модернизации систем сотовой связи с временным разделением каналов (TDMA), известных как GSM, и американским, в основе построения систем связи которого заложена модернизация уже существующих систем One.

Под сетями стандарта One обычно подразумевают сети наиболее раннего стандарта с кодовым разделением каналов - IS-95A. Общепринято также объединять в это понятие сети стандарта IS-95В.

Под сетями стандарта CDMA 2000 подразумевают сети стандарта IMT-2000 c радиоинтерфейсом IMT-MC, который, в свою очередь подразделяется на две фазы —CDMA 2000 1Х и CDMA 2000 3Х.

Стандарт CDMA 2000 1Х называют также IS-95C.





1. Note: The radio interfaces shown in the figure are commonly known by the following names: ^ ULTRA FDD (W-CDMA) for IMT-DS; CDMA 2000 for IMT-MC; ULTRA TDD, and TDS-CDMA for IMT-TC; UWC-136 for IMT-SC; and CECT for IMT-FT.

Эволюция от CDMA One к CDMA 2000



Рис. 2. Эволюция от стандарта IS-95A к стандартам третьего поколения


В CDMA сообществе до последнего времени не было единого мнения по поводу фазы следующей за CDMA 2000 1X.

В качестве альтернативы перехода к CDMA 2000 3X активно рассматривался предложенный группой LMNQS (Lucent, Motorola, Nortel, Qualcomm, Samsung) стандарт HDR или 1X-EV. За последние полгода основные поставщики оборудования CDMA и операторы пришли к единому мнению, что за основу следует взять именно 1X-EV. В ходе последующих дискуссий были выделены две фазы этого стандарта CDMA 2000 1X EV-DO и CDMA 2000 1X EV-DV.

Таким образом, схема эволюции сетей IS-95A к третьему поколению приобретает в настоящее время следующий вид:





На конференции в Стокгольме стандарт CDMA 2000 1X EV-DO был принят ITU-T как стандарт третьего поколения IMT-2000.

Следует также отметить, что стандарты семейства CDMA 2000 не требуют организации отдельной полосы частот и в ходе их эволюционного развития от CDMA One могут быть реализованы во всех частотных диапазонах используемых системами сотовой подвижной связи (450, 700, 800, 900, 1700, 1800, 1900, 2100 мГц) и могут быть наложены как на инфраструктуру сети ANSI-41 так и на GSM-MAP.

Рис. 4

IP-трафик в сетях CDMA One

В отличие от сетей GSM, принципы пакетной передачи закладывались в IS-95A c

самого начала. Все абонентское оборудование этого стандарта поддерживает пакетную передачу данных, а сердцем каждой базовой стации и контроллера базовых станций является IP/ATM коммутатор. Следствием этого является простота реализации пакетной передачи данных в сетях cdmaOne — для этого необходимо лишь приобрести шлюз в IP сеть называемый Inter Working Function (IWF).





Структура сети представлена на Рис.5, 6.





В сетях IS-95A пиковая скорость передачи данных ограничена максимальной шириной полосы одного канала трафика, который может быть выделен либо под голос, либо под данные и составляет 14,4 Кбит/сек. Сети стандарта IS-95B отличаются от сетей IS-95А, в основном, возможностью объединения нескольких каналов трафика для одного пользователя с целью увеличения пиковой скорости передачи данных до 64 Кбит/сек. В этом смысле сети IS-95B являются аналогами широко внедряемых сегодня сетей GPRS. Коммерческий запуск сетей IS-95B состоялся в 1999 г. в Корее (операторы KT Freetel и Hansol) и в 2000 г. в Японии (операторы DDI и IDO).


IP-трафик в сетях CDMA 2000 1X

Большинство Операторов связи сетей IS-95A решило пропустить этап перехода к IS-95B и перейти сразу к первой фазе стандарта третьего поколения — стандарту

CDMA 2000 1X.

Основными отличиями данного стандарта от IS-95A являются:
— наличие пилота в обратном канале, т. е. реализован когерентный прием в обратном канале,
— использование большего количества кодов Уолша и, соответственно, большего числа служебных каналов и каналов трафика на одном частотном канале,
— наличие быстродействующей схемы контроля мощности в прямом и обратном канале,
— организация дополнительных каналов трафика в случае необходимости передачи больших массивов данных.

Все перечисленное выше позволило увеличить пиковую скорость передачи данных до 153,6 кбит/сек и увеличить спектральную эффективность в 1,7 раза, как для голосового, так и для IP трафика.

Использование CDMA 2000 1X позволяет обслуживать одной базовой станцией в 1,7 раза больше абонентов с голосовым трафиком, чем использование IS-95A в той же полосе частот.

Несмотря на то, что применение CDMA 2000 1X по различным оценкам дает также увеличение покрытия для голосового сервиса примерно на 35% с применением той же топологии базовых станций, антенн и антенно-фидерных трактов, при развертывании сети CDMA 20001X все же может понадобиться установка дополнительных базовых станций или репитеров. Это обусловлено тем, что отношение сигнал/шум влияет на скорость передачи данных и для получения хорошего качества услуги по всей сети необходимо улучшение покрытия по сравнению с сетью IS-95A.

Полевые испытания и опыт действующих операторов CDMA 2000 1X (SK Telecom, KT Freetel, LG Tekecom, Verizon Wireless) показывают, что в указанных выше условиях средняя скорость передачи составляет 130,0кбит/сек с симметричным трафиком в прямом и обратном каналах. Ресурс по передаче трафика данных предоставляемый базовой станцией делится между пользователями подобно тому, как офисная локальная сеть ограничивать потребности каждого пользователя. Однако, учитывая "взрывной" характер трафика данных, когда максимальная ширина полосы достаточно редко запрашивается пользователем, величины немного меньшие, чем 130,0кбит/сек, являются вполне достижимыми.

Для перехода к новому стандарту в сети IS-95A необходимо произвести следующую модернизацию:
— Заменить платы канальных элементов на базовых станциях на платы нового

типа или добавить их;
— Произвести модернизацию программного обеспечения;
— Установить новые или модернизировать существующие элементы доступа в IP-сеть: PCF (Packet Control Function), PDSN (Packet Data Service Node), AAA (Accounting, Authentication, Authorization). Функции PCF были определены таким образом, чтобы в максимальной степени сделать подсистемы PDSN и AАА универсальными и стандартно применимыми в сетях передачи данных. Таким образом, удалось добиться того, что PDSN представляет собой стандартный маршрутизатор доступа в IP сеть, а ААА представляет собой стандартный радиус-сервер.



^ Рис. 7. Структура сети CDMA 20001X

Следует также отметить, в стандарты семейства cdma2000 на транспортном уровне заложен протокол Mobile IP, который позволяет пользователям пользоваться роумингом передачи данных без смены IP адреса при переходе из домашней в гостевую систему или другую сетевую среду.



^ Рис. 8. В данном случае структура сети приобретает вид

Стандарт CDMA 2000 1X обладает полной прямой и обратной совместимостью с IS-95A. Это означает, что телефоны стандарта CDMA 2000 1X будут работать в сетях IS-95A. В свою очередь телефоны IS-95A тоже будут работать в сетях cdma2000 1X, только лишь с меньшей скоростью передачи данных - 14,4кбит/сек.

IP-трафик в сетях cdma2000 1Х EV

Поскольку задачи передача голоса и данных предъявляют принципиально разные требования к построению радиоинтерфейса, при разработке стандартов серии CDMA 2000 EV было решено "развести" трафик голоса и данных по разным частотным каналам. Как первая фаза этого стндарта был разработан стандарт CDMA 2000 1Х EV-DO, который описывает исключительно передачу данных в отдельном частотном канале 1,25мГц.

Передачи голоса чувствительна к задержкам в тракте передачи, поэтому в системах радиосвязи с кодовым разделением каналов необходимо постоянно поддерживать стабильный канал передачи, постоянно отслеживая и изменяя мощность сигнала в зависимости от расстояния между передатчиком и приемником. В CDMA 2000 1Х EV-DO реализован другой механизм — приемник каждые 1,67 мс измеряет соотношение сигнал/шум и скорость передачи данных варьируется в зависимости от условий, в которых находится приемник. Передача производится с максимальной скоростью, когда приемник находится в наилучших условиях.

Все вышесказанное позволяет добиться скоростей передачи 2,4мбит/с в прямом, и 307,0кбит/с в обратном каналах, а также увеличить спектральную эффективность при передаче данных примерно в шесть раз по сравнению с CDMA One.

Следующая фаза этого стандарта CDMA 2000 1Х EV-DV разработанная Motorola совместно с Nokia, Philips Semiconductors и Texas Instruments позволяет осуществить передачу и голоса и данных в одном частотном канале 1,25 МГц и достичь пиковых скоростей передачи 4,8 МГц.

Для перехода к стандарту CDMA 2000 1Х EV-DO необходимо:
— Выделить отдельные частотные каналы для передачи данных,
— Заменить платы канальных элементов на базовых станциях на платы нового типа,
— Произвести модернизацию программного обеспечения.

Сети стандарта CDMA 2000 1Х EV могут быть реализованы как в виде централизованной, так и децентрализованной архитектуры Рис. 9,10.

Сценарий перехода CDMA 2000 1X —CDMA 2000 1X EV практически не отличается от перехода CDMA One —CDMA 2000 1X.





Во втором случае фактически организуется наложенная сеть передачи данных в отдельных частотных каналах. В этом смысле децентрализованный вариант реализации сети CDMA 2000 1Х EV является аналогом хорошо известных сетей CDPD.





Так же, как и CDMA 2000 1X cтандарт CDMA 2000 1Х EV обладает полной прямой и обратной совместимостью со стандартом CDMA 2000 1X и, соответственно, с IS-95A.

Российские ученые: GSM медленно убивает горожан




Существующие темпы роста числа абонентов мобильной связи в нашей стране значительно опережают все оптимистические прогнозы. На этом фоне продолжаются исследования и сопровождающие их споры о влиянии мобильных телефонов на здоровье человека. Отечественные эксперты так же проводят подобные изыскания, — результаты одного из них, посвященного телефонам и базовым станциям стандарта СDMA, представлены ниже.

Исследования безопасности для человека мобильных телефонов ведутся уже давно. При этом в настоящее время во всем мире нет однозначного подхода¹ к проблеме нормирования электромагнитного излучения носимого радиотелефона.

Научно-технический прогресс не стоит на месте. Если буквально 3-4 года назад в основном использовали сотовые телефоны мощностью 2-5 Вт, то в настоящее время сотовый телефон мощностью более одного ватта уже является редкостью.

Особую актуальность приобретает вопрос приоритетного развития систем сотовой радиосвязи, у которых при прочих равных потребительских свойствах, меньше уровень ЭМИ абонентской и базовой станции, а создание сети связи требует меньшего количества базовых станций. С этой точки зрения наиболее перспективной является система мобильной радиосвязи на основе стандарта СDMA.

В отечественной и зарубежной литературе имеется много публикаций, подчеркивающих экологичность стандарта CDMА. В то же время практически отсутствуют конкретные результаты исследований сравнительных эколого-технических характеристик абонентских и базовых станций этого стандарта с наиболее распространенным в России стандартом GSM.

Какой 3G-путь выбирает Россия?

До настоящего времени во всем мире с переменным успехом продолжается дискуссия о путях перехода к сетям сотовой связи третьего поколения, которые, кроме всего прочего должны предоставлять услуги высокоскоростного доступа в Интернет.

Все сводится к двум вариантам: европейскому, который поддерживают страны Западной Европы и североамериканскому, который поддерживают США, Канада, Китай, Япония, страны Юго-Восточной Азии. По какому же пути пойдет Россия? Здесь у нас появился реальный шанс ликвидировать допущенное технологическое отставание.

Оба варианта создания сетей сотовой связи третьего поколения предполагают использовать технологию кодового разделения каналов. Еще в 1935 году выдающийся советский ученый Д. Агеев, почти на 10 лет раньше К. Шеннона, в своей работе "Линейные методы селекции и проблема пропускной способности эфира" теоретически обосновал технологию кодового разделения каналов.

Исторически военные связисты США и СССР применяли технологию кодового разделения каналов при создании закрытых систем связи. И в этом не имели себе равных в мире. Разработаны и готовятся к внедрению новые системы сотовой связи с кодовым разделением каналов (CDMA). Максимальная мощность ЭМИ носимого радиотелефона в таких системах не превышает 0,01 Вт (что меньше, чем у "безопасного" с этой точки зрения бесшнурового радиотелефона).

Проведенные исследования также показали, что из всех применяемых технологий сотовой связи самой экологичной является технология CDMA. Однако темпы внедрении этого стандарта в нашей стране достаточно медленны, если не говорить о весьма странном курсе на сворачивание целого ряда этих сетей протокола IS-95 (массово используемого в Северной Америке и Юго-Восточной Азии), основанном не на технико-экономических, а скорее на политических факторах (но, отражающих жесткую конкурентную борьбу; политика, как известно, — это "концентрированная экономика").


CDMA: контроль и экспертиза

Известно, что из всех видов мобильной связи сотовая связь является самой "безопасной". Это обеспечивается достаточным количеством базовых станций и наличием системы регулирования мощности абонентского аппарата. Основным критерием экологичности абонентского аппарата становится эффективность работы системы регулирования мощности.

Для измерения уровня излучаемой мощности и контроля работы системы регулирования мощности абонентского аппарата был изготовлен макет лабораторной установки, функциональная схема которого представлена ниже.


Увеличение пропускной способности ячеек сетей сотовой связи


Преимущества сетей сотовой связи с малыми ячейками:

• Более высокая пропускная способность, т.к. пространственное разделение каналов дает возможность повторного использования одинаковых частот в случае, если две базовые трансиверные станции BTS находятся достаточно далеко друг от друга, и зоны их действия не перекрываются. В большинстве случаев частоты присваиваются отдельным мобильным станциям MS пользователей, поэтому другим MS они не доступны, а так как ресурсы частот небольшие, число пользователей, находящихся в одной ячейке, ограниченно. Поэтому большие ячейки не позволяют увеличивать число пользователей, что и является причиной использования очень маленьких ячеек в городах, где плотность населения (а, следовательно, и пользователей MS) - большая.
  
• Мéньшая мощность передачи, что особенно важно не для базовых трансиверных станций BTS, а для мобильных станций (абонентских устройств) MS (размеры, безопасность от излучения).
  
• Борьба только с местными помехами, т.к. большие расстояния между приемником и передатчиком вносят и большие дополнительные помехи. При использовании небольших ячеек системы мобильной связи имеют дело только
  

с небольшими помехами.

• Устойчивость к повреждениям отдельных систем (антенн, систем электроснабжения и т.д.) не приведет к массовым перерывам связи.
  

Недостатки маленьких ячеек:

• Для сотовых систем требуется развитая инфраструктура, связывающая все базовые станции BTS в единую сеть. Инфраструктура должна иметь много дорогостоящих систем: антенн, центров коммутации для маршрутизации вызовов, а также локальных регистров (регистраторов) для определения местонахождения мобильной станции MS и т.д.
  
• Переключение базовых трансиверных станций BTS. При переходе из одной ячейки в другую мобильная станция MS должна переключаться с одной базовой станции BTS на другую. Частота переключения ("перескок") в этом случае зависит от скорости передвижения мобильной станции MS.
  
• Распределение частот необходимо для исключения взаимных помех передатчиков базовых трансиверных станций BTS, использующих одну и ту же частоту. В этом случае необходимо учитывать, что системе доступно ограниченное число частот.
  

Во избежание помех (взаимного влияния) базовые трансиверные станции BTS используют схему мультиплексирования (объединения потоков данных) с частотным разделением каналов - FDM - Frequency-Division Multiplexing. Идеология FDM - передача данных из нескольких каналов по одной линии связи, но в разных частотных диапазонах. Общая цель этого метода - не использовать одинаковые частоты в перекрывающихся диапазонах в одно и то же время.


Увеличение пропускной способности сети сотовой связи- решения.

Со временем, когда система будет обслуживать все большее число пользователей, возможна ситуация, что какой-нибудь ячейке (соте) не хватит для обслуживания вызовов выделенного ей количества частот (полосы частот).


Несколько решений увеличения пропускной способности систем сотовой связи:

-добавление новых каналов и их стационарное закрепление за ячейками, имеющими большую нагрузку с использованием схемы BCA - Borrowing Channel Allocation - распределение каналов с заимствованием;

-заимствование частот у смежных недозагруженных ячеек

с использованием схемы FCA - Fixed Channel Allocation эта схема применяется в сетях GSM (Global System for Mobile Соmmunication - глобальная система мобильной связи);

-уплотнение каналов с использованием системы CDMA – множественный доступ с кодовым уплотнением каналов, одной из самых перспективных технологии для сетей сотовой связи.

-расщепление ячеек (исходные ячейки, как правило, имеют R = 6,5км - 13,0км), одновременно уменьшая уровень мощности базовых станций BTS таким образом, чтобы сигнал оставался в пределах ячейки. При уменьшении размера ячейки в n раз, размеры покрываемой зоны уменьшаются в n² раз, а необходимое число базовых станций увеличивается в n² раз.

Базовые станции BTS микроячеек ("расщепленных" макроячеек) располагаются на городских улицах (например, на фонарных столбах) в густонаселенных местах, внутри крупных общественных зданий и т.д., т.е. "переезжают" с крыш высоких домов.

Пример №1 - увеличение пропускной способности системы сотовой связи:

Система,например, AMPS состоит из n ячеек (например, 32):

n = 32ячеки


Общее количество каналов, выделенное всей системе - K.

Например, для мобильной телефонной системы AMPS - Advancet Mobile Phone System -усовершенствованной системы мобильной телефонной связи - аналоговая беспроводная сеть первого поколения 1G (850мГц):

K = 336 информационных каналов


Кратность использования частот (количество ячеек, следовательно, частот в подсистеме - минимальном фрагменте системы) - N (например, 7):

N = 7

Возможными значениями N в шестиугольной схеме являются числа: 1, 3. 4, 7, 9, 12, 13, 16, 19, 21 и т.д.

В этом случае в каждой ячейке будет организовано: