Здравствуйте уважаемые читатели. Большинству владельцев мобильных телефонов приходится беспокоиться только об одной технологии под названием глобальная система для мобильных коммуникаций или GSM . Как следует из названия, этот стандарт был принят повсеместно и используется для общения при помощи сотовой связи.

Но не все запрыгнули на GSM поезд. Альтернативный стандарт, известный как множественный доступ с кодовым разделением или CDMA, так же используется множеством операторов по всему миру. Этот стандарт наиболее популярен в США и России, но так же применяется в некоторых африканских и азиатских странах, где конкурирует с GSM.

Вот что владельцам мобильных телефонов следует знать, прежде чем покупать устройство, поддерживающее одну из этих технологий.

Это первый вопрос, который зададут потенциальные владельцы, и он вполне оправдан. Но в этом случае простого ответа на него нет.

GSM и CDMA — это разные способы достижения одной и той же цели. А тот факт, что на основе каждой их них построены популярные сети доказывает, что важен не стандарт, а качество сети. К примеру, в США два из четырёх крупнейших операторов (Verizon и Sprint) используют CDMA, тогда как другие два (AT&T и T-Mobile) выбрали GSM.

С технической точки зрения ни один стандарт не имеет преимущества в плане качества. Но кое-что вы должны принять во внимание. GSM телефоны можно разблокировать и переносить к другим операторам , а CDMA телефоны чаще всего заблокированы на одного оператора и с этим ничего нельзя поделать.

В дополнение, большинство телефонов поддерживают либо GSM, либо CDMA, так что выбор телефона может определить, какой стандарт вы в конечном итоге будете использовать. Кроме этого, всё зависит от того, какие операторы доступны на вашей территории. Некоторые зоны лучше покрываются провайдерами GSM, тогда как в других преимущество может быть на стороне провайдеров CDMA.

Многие телефоны совместимы с GSM или CDMA, но не с обоими вместе. В случае CDMA телефонов, вам придётся приобрести устройство, сделанное специально для вашего оператора. Проще всего купить его напрямую у этого оператора. Например, если вы хотите использовать iPhone в сети Verizon, вам необходимо приобрести фирменный iPhone именно от Verizon, а не Sprint или AT&T. Однако, если вы решите перейти на другого оператора, то не сможете забрать телефон с собой, так как он заблокирован.

Если вы не хотите ограничивать себя одним оператором, можете поискать разблокированные GSM телефоны от сторонних ритейлеров. Такие телефоны будут работать с любым GSM оператором, вам достаточно лишь сменить SIM-карту. К примеру, Amazon продаёт множество разблокированных GSM телефонов. Модель Nexus 5 от Google и некоторые устройства в версиях так же разблокированы. Любой розничный или интернет-магазин, занимающийся продажей сотовых телефонов, должен предоставлять информацию о том, с какими сетями может работать каждое конкретное устройство.

Будьте внимательны с совместимостью телефонов. Устройства, продаваемые на рынках, где работают оба стандарта, чаще всего поддерживают либо GSM, либо CDMA. Лишь некоторые телефоны совместимы с обоими стандартами. Если вы купили CDMA телефон у стороннего ритейлера, вам придётся позвонить своему оператору, чтобы активировать его. В случае приобретения GSM телефона, вам потребуется купить SIM-карту и вставить её в устройство, чтобы активировать его сетевые возможности.

Владельцам CDMA телефонов не нужно беспокоиться о SIM-картах, но это скорее проклятие, а не благословение. CDMA устройства погрязли в ограничениях совместимости, которые сложно обойти, а владельцы GSM телефонов могут просто вынуть SIM-карту и заменить её на другую. Большинство CDMA сетей не позволяют использовать телефон, купленный у другого оператора, даже если он совместим с технической точки зрения. Очень важно помнить об этом ограничении, выбирая CDMA сеть. Если позже вы решите сменить оператора, вам, скорее всего, придётся купить новый телефон, даже если сеть, на которую вы переходите, тоже использует CDMA.

Несмотря на то, что GSM более открыт, доступ всё равно может быть ограничен диапазоном частот, поддерживаемым телефоном. Частоты варьируются от 380 до 1900 МГц и зависят от местных операторов. Вам стоит проверить, на каких частотах работает ваш оператор и убедится в том, что телефон, который вы собираетесь купить, их поддерживает. Впрочем, GSM сконцентрирован вокруг четырёх основных полос: 850, 900, 1800 и 1900 МГц. Телефон, поддерживающий все четыре, будет работать в большинстве стран. Именно поэтому GSM телефоны, совместимые со всеми основными полосами частот называют «всемирными телефонами».

Если вы поняли важности GSM и CDMA , отлично! Теперь давайте полностью разрушим вашу самонадеянность, поговорив о новичке, LTE (долговременное развитие).

LTE — это новый стандарт , вошедший в моду за последние несколько лет. Хотя он и основан на принципах GSM, но всё же является отдельным стандартом, работающим вне сетей GSM и CDMA. Это настоящее четвёртое поколение передачи сотовых данных.

Шире всего LTE распространён в Южной Корее, где этот стандарт используется большей частью рынка, но он так же популярен в Японии, Австралии, Швеции и США. Пока что он в основном применяется для передачи данных, но LTE может послужить и в качестве замены традиционным сотовым сетям. Американская компания Verizon Wireless, например, сообщила о своих планах по выпуску LTE телефонов в конце 2014 года.

В этом стандарте используются SIM-карты, так что пользователи смогут переключаться на другие сети, если конечно устройство их поддерживает, просто сменив SIM-карту. Впрочем, сейчас LTE используется в основном для передачи данных, а не голоса. Это означает, что владельцы CDMA/LTE телефонов всё равно не смогут использовать другие сети. Ситуация изменится, когда операторы вроде Verizon полностью перейдут на LTE сети. Но на это может потребоваться несколько лет.

Хотя у этого стандарта есть большой потенциал, на пути его распространения есть препятствия. За границами Южной Кореи, ни на одном из рынков LTE не занимает более четверти. Южная Корея, в общем, и Verizon Wireless в США фактически являются исключением из правила. На большинстве рынков, даже операторы, работающие с LTE, предлагают его только в ограниченных зонах.

Ещё существует проблема со спектром. Помните, что GSM/CDMA оперируют на множестве различных частот? То же самое справедливо для LTE. Вам придётся проверять, совместимость своего телефона с полосами частот, поддерживаемыми оператором, и вы не сможете использовать LTE телефон в другой сети с тем же стандартом, но отличными частотами. Пока не ясно, станет ли этот стандарт «всемирным», в том же смысле что и GSM, который остановился на четырёх основных частотах, поддерживаемых большинством GSM телефонов.

Подведение итогов

Сделайте глубокий вдох. Пора подвести итоги всего сказанного.

Во-первых, ни GSM , ни CDMA не имеют преимущества друг перед другом с технической точки зрения. Они предназначены для одной цели, а качество сети зависит от оператора, а не используемого им стандарта.

Во-вторых, GSM телефоны можно разблокировать и использовать с другим оператором , тогда как CDMA привязаны к одному оператору. Обычно дешевле приобретать разблокированные GSM телефоны, чем CDMA устройства, связанные контрактами.

В-третьих, вам нужно внимательно проверять частоты, поддерживаемые телефоном. Большинство совместимы либо с GSM, либо с CDMA, и оба стандарта могут работать на различных полосах частот, зависящих от региона.

И наконец, LTE может стать глобальным стандартом, но становится жертвой ещё большего деления частот, чем GSM и CDMA. Эта технология сравнительно новая и пока внедрена недостаточно широко.

Надеюсь, что всё прояснил. Сотовые сети постоянно развиваются и стандарты, поддерживаемые телефонами, могут меняться из года в год. Не стесняйтесь задавать интересующие вас вопросы в комментариях.

Десерт Iphone 6

Приятного просмотра!

https://www.youtube.com/watch?v=jKjXbwPIiHM

Несмотря на подавляюще большинство абонентов сетей GSM, будущее за технологиями с применением CDMA (Code Division Multiple Access - многостанционный доступ на основе кодового разделения) в радиоканале. На сети GSM существует возможность предоставления отдельных услуг сетей сотовой связи третьего поколения (ССС) 3G. Однако весь их набор, а также услуги последующих поколений могут быть реализованы в полном объеме только при наличии радиоинтерфейса с методом многостанционного доступа на основе кодового разделения. Доля рынка, занимаемая системами CDMA, неуклонно растет, в том числе и за счет перехода абонентов систем GSM.

Общие технические характеристики стандарта CDMA

Стандарт на системы с кодовым разделением каналов для сетей сотовой связи появился в 1990 г. - это TIA IS-95, разработанный компанией Qalcomm.

Принцип CDMA

В ССС используются три основных принципа многостанционного доступа: FDMA (метод многостанционного доступа с частотным разделением), TDMA (метод многостанционного доступа с временным разделением) и CDMA. В CDMA осуществляется модуляция несущей двоичной последовательностью, которая расширяет спектр сигнала и меняет его форму. Все сигналы излучаются в одном частотном радиоканале.

В приемнике полезный сигнал накапливается с помощью «коррелятора», который позволяет выбрать сигнал, имеющий форму в соответствии с определенной двоичной последовательностью. Все остальные сигналы воспринимаются приемником, как шум. Частотный спектр у такого сигнала значительно шире, чем у узкополосного. Данный тип сигналов называют сигналами с расширенным спектром или шумоподобными сигналами.

Отношение сигнал/шум может быть увеличено за счет расширения полосы частот при той же информационной скорости. Это называется увеличением базы шумоподобного сигнала. Первая широко распространенная ССС с CDMA была стандартизована в США - это стандарт TIA IS - 95.

В ССС с CDMA более эффективное повторное использование частот, чем в ССС с FDMA. В CDMA, по сути, нет межканальной интерференции.

Повторное использование частот в узкополосных CCC c частотным или частотно-временным многостанционным доступом ограничивается отношением сигнал/шум в канале 18 дБ. Это ограничение не позволяет использовать одинаковые частотные каналы в соседних сотах/секторах. В широкополосных ССС с CDMA повторное использование частот осуществляется в каждой соте/секторе, поскольку все они используют одну и туже полосу частот.

Эффективность повторного использования частот CDMA зависит от отношения сигнал/шум и, соответствен, от числа абонентов в соседних сотах. В ССС с FDMA и TDMA каждая из сот (секторов) обслуживается своим передатчиком с невысокой выходной мощностью и ограниченным числом радиоканалов. Это позволяет без помех использовать повторно частоты радиоканалов этого передатчика в другой, удаленной на значительное расстояние соте. В соседних сотах (секторах) используются различные частоты. В ССС с CDMA такие передатчики можно использовать и в соседних сотах. Коэффициент повторного использования частот для CDMA относительно узкополосных FDMA составляет от 2/3 до 1/7.

Для уменьшения интерференции со стороны соседних сот и увеличения длительности сохранения заряда аккумулятора мобильного телефона применяется управление мощностью излучаемых радиосигналов. Это позволяет корректировать уровень передатчика МС и базовой станции (БС) для улучшения работы.

Определение емкости сети CDMA

Основные параметры, определяющие емкость сети СПС с CDMA это:

• · база используемых шумоподобных сигналов;
• · отношение сигнал/шум на информационный бит псевдослучайной последовательности (ПСП);
• · скорость цифровой передачи сигналов речи;
• · эффективность повторного использования частот;
• · количество секторов в соте.

Понижение сигнал/шум на 1 бит (Ев/No)

Ев/No - отношение мощности сигнала, приходящийся на бит двоичной последовательности, к спектральной мощности шума. Эффективность технологии модуляции позволяет обеспечивать разделение сигналов при отношении Ев/No =7,5 дБ.

Этот параметр полностью аналогичен отношению сигнал/шум для сигнала с частотной модуляцией, которое должно составлять в аналогичных условиях приема 18 дБ.

Управление мощностью позволяет поддерживать показатель Ев/No на входе приемника мобильного терминала не уровне не более минимально допустимого для обеспечения требуемого качества работы (7,5 дБ).

Детектирование пауз в речи

Обычно в полнодуплексной системе с двухсторонней передачи речи коэффициент активности говорящего не превышает значения 35% (отношение продолжительности речи к длительности разговора в процентах). В системе CDMA используются детекторы пауз, которые позволяют передать только активную речь, не передавая пауз.

Без учета взаимных помех от интерференции сигналов разных абонентов емкость системы увеличивается в 2-2,5 раза.

Эффективность повторного использования частот

Общая интерференция в системе складывается из интерференции сигналов абонентов внутри одной соты, сигналов абонентов от соседних сот и уровня фонового шума.

В полностью загруженной системе мощность интерференционных сигналов абонентов соседней соты составляет половину мощности интерференционных сигналов рассматриваемой соты. Коэффициент повторного использования частот в системе, имеющей всенаправленную антенну, определяется как отношение мощности интерференционных сигналов других абонентов в рассматриваемой соте, к суммарной мощности интерференционных сигналов от всех других сот. Емкость соты, имеющей соседние соты, составляет порядка 2/3 от емкости изолированной соты.

Использование нескольких секторов в соте

При использовании направленных антенн интерференция уменьшается почти в трое, поскольку в секторе антенны оказывается более трети абонентов из числа находящихся в данной соте. Емкость ССС соответственно увеличивается почти в три раза.

Мягкая передача

В ССС CDMA имеются три типа передачи управления вызовом в БС:

• · жесткая - передача управления вызовом от БС одним частотным радиоканалами к БС с другим частотным радиоканалом;
• · мягкая - передача управлением вызовом от БС к другой, при условии, что они работают с одними и теми же частотными радиоканалами;
• · сверхмягкая - передача управления вызовом между секторами внутри соты одной БС.

Если БС работают в одном частотном радиоканале, то можно осуществить так называемую «мягкую передачу» Мс от одной базовой станции к другой. На границе зоны обслуживания БС для перехода используются радиоканалы двух соседних станций одновременно, пока МС переходит из одной соты в другую (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 - Мягкая передача в CDMA

МС одновременно принимает и обрабатывает сигналы двух БС. Это позволяет не только существенно увеличить зону покрытия, но и обеспечить более высокое качество связи в «проблемных» местах, где затухание радиосигнала больше, чем на остальной территории покрытия, например, в подвальных помещениях.

Управление мощностью

В CDMA емкость сети зависит от уровня Ев/No для каждой одновременно работающей МС. Поэтому уровень Ев/No необходимо минимизировать при условии сохранения требуемого уровня качества радиоканала.

Для эффективной обработки ШПС необходимо иметь одинаковую среднюю плотность мощности сигналов на входе приемника. Сигнал каждого абонента является составляющей помехи для остальных абонентов.

Достижение одинаковой средней плотности мощности сигналов обеспечивается динамическим управлением мощностью передатчика МС и БС по системе обратной связи.

В отличии от прямого канала, сигналы поступающие на базовую станцию, не плавно затухают, а могут варьироваться по отношению друг к другу в динамическом диапазоне около 80 дБ. Таким образом, процесс управления мощностью в обратном канале существенно отличается от алгоритма, используемого для прямого канала. Он состоит из двух этапов: измерение мощности МС и коррекции мощности МС и БС.

Стандартом CDMA обеспечивается высокая степень защиты от активных и пассивных помех, что позволяет работать при низких значениях отношения сигнал-шум (3 - 5 дБ) со значительно меньшей мощностью передаваемого сигнала. Таким образом, в одном и том же радиочастотном канале одновременно передаются информационные сигналы большой группы пользователей.

Использование метода расширенного спектра позволило решить две основные технические проблемы, стоящие перед наземными сотовыми сетями - взаимных помех от многочисленных пользователей и многолучевого распространения радиосигналов. Решение первой проблемы осуществляется преобразованием посторонних сигналов в шум, легко устраняемый с помощью цифровой демодуляции и декодирования с коррекцией ошибок. Решение второй - отраженные сигналы, принимаемые как копии исходного сигнала, но с различной временной задержкой, суммируются, улучшая качество приема.

Уже говорилось также, что в системе CDMA не требуется никакого частотного планирования, поскольку соседние ячейки могут использовать одни и те же радиочастоты. Тот же фактор позволяет осуществлять незаметную для абонента плавную передачу («мягкое переключение») вызова от ячейки к ячейке, обеспечивая одновременную связь с двумя и даже тремя базовыми станциями.

В сотовой системе CDMA используется весьма сложный алгоритм управления мощностью передачи, который позволяет не только поддерживать на одном уровне качество приема вне зависимости от расстояния абонентского терминала до базовой станции, но и дополнительно увеличить время работы терминала без подзарядки аккумуляторов. То есть, технология CDMA использует ровно такой минимальный уровень сигнала, который необходим для обеспечения качественного приема.

Радиооборудование CDMA работает на уровнях излучаемой мощности в 100-1000 раз меньше тех, на которых работает радиооборудование других технологий.

Зона обслуживания базовой станции CDMA может иметь значительные размеры, они и определяются дальностью действия именно абонентских терминалов. Для технологии TDMA предпочтительны расстояния до 20 км, тогда как обычное оборудование CDMA таких ограничений не имеет.

Еще одним важным преимуществом системы CDMA является наибольшая эффективность использования радиоспектра. Это означает, что в одном и том же частотном диапазоне можно разместить наибольшее число информационных каналов. В IS-95 в полосе 1,23 МГц в условиях одиночной базовой станции может передаваться до 61 информационных канала (плюс 3 канала служебных). Реально, для мобильной связи реализуется - 20 - 25 разговорных каналов в одном радиоканале. Если сравнить эти показатели с любой реальной сетью какого-нибудь другого стандарта, где нельзя использовать одинаковые частоты в соседних ячейках сети и надо заниматься частотным планированием, то при всех прочих равных условиях абонентская емкость сети CDMA получается выше. И самая большая она при условии обслуживания неподвижных абонентов (когда не надо резервировать каналы в соседних ячейках).

Все вышеупомянутые свойства определяют основные экономические выгоды от использования CDMA - увеличение перекрытия, обеспечиваемого ячейками при начале обслуживания и увеличение емкости сети и ячеек при запланированном уровне проникновения на рынок. Так, например, «мягкое переключение» по меньшей мере вдвое уменьшает количество базовых станций, которые необходимо развернуть в момент на начало обслуживания, а емкость сети при технологии CDMA (IS-95) увеличивается в 3-5 раз по сравнению с TDMA (D-AMPS, GSM, DCS) и в 10-20 раз по сравнению с аналоговым FDMA (AMPS, NMT).

Сети CDMA гарантируют высоком качестве передачи речи - чистый звук и непривычное для радиотелефонов отсутствие посторонних шумов. Сеть CDMA предоставляет различные дополнительные услуги, которые предоставляются абонентам цифровых сотовых сетей (переадресации вызовов, голосовая почта, определение номеров, услуги IN и т.п., включая роуминг).

Еще одной особенностью стандарта CDMA является низкая мощность электромагнитного излучения базовых станций и телефонных аппаратов. Этот показатель для телефонных аппаратов стандарта

С развитием мобильных технологий в обиход входят новые термины.

GSM, GPRS, EDGE, 3G, — эти аббревиатуры вам уже давно знакомы. А что вы скажете насчёт CDMA? Это словечко не очень-то и знакомо, ведь в России CDMA не имеет широкого распространения. ?

Обратившись за ответом к Википедии, вы прочитаете следующее:

CDMA — технология связи, обычно радиосвязи, при которой каналы передачи имеют общую полосу частот, но разную кодовую модуляцию.

Что-нибудь поняли? Подозреваю, что не совсем… Если вы найдёте в Интернете статьи на тему CDMA, то наткнётесь на заумные определения с графиками и формулами, запутаетесь ещё больше и бросите эту затею.

В этой статье я максимально понятным языком постараюсь объяснить вам, что такое CDMA.

Чтобы сразу прояснить, о чём будет идти речь, скажу, что CDMA — это стандарт мобильной связи.

Все мобильные радиосистемы имеют 2 основные характеристики — частоту и время. Соединение двух абонентов в сотовой сети может осуществляться следующими способами:

— Когда канал связи делится на частотные интервалы, и им выделяется определённый спектр частот на всё время соединения (стандарт FDMA — Frequency Division Multiple Access).

— Когда канал связи делится на временные интервалы, и абонентам выделяется большая часть спектра на выделенный отрезок времени (стандарт TDMA — Time Division Multiple Access)/

— Когда выделяется весь спектр частот и всё время, а для идентификации соединений используются специальные коды (это и есть стандарт CDMA — Code Division Multiple Access).

Как же множество абонентов, осуществляющих соединение в одном спектре, не создают помехи друг другу? Вот для этого и нужно кодовое разделение. Стандарт CDMA позволяет кодировать информацию, превращая её в шумоподобный широкополосный сигнал, не мешающий другим подобным сигналам.

Кстати, стандарт GSM, который широко используется в нашей стране, относится к TDMA, поскольку использует временное разделение каналов.

мы разобрали. Перейдём к преимуществам этого стандарта связи.

Преимущества CDMA

— Качественное звучание речи, отсутствие посторонних помех, минимизация .

— Высокая защищённость информации.

— Высокая скорость передачи данных, позволяющая задействовать все возможности мобильного интернета.

— Повышенная ёмкость сотовой сети.

— Мобильные телефоны стандарта CDMA гораздо безопаснее, поскольку мощность их излучения ниже (советую статью про телефонов).

Немного истории

История CDMA уходит корнями в далёкие 30-е годы 20 века, когда советский академик Агеев Дмитрий Васильевич опубликовал свою работу под названием «Кодовое разделение каналов». В то время существовало лишь метод частотного разделения.

В 40-е годы в СССР и США ведутся исследования на эту тему и делаются первые шаги на пути к новейшим технологиям связи.

В 50-е годы в США появляется первое оборудование, использующее кодовое разделение каналов. Первоначально оно использовалось только в военных системах, и лишь в 80-е годы военное ведомство США рассекретило технологию.

Именно после этого получила своё рождение современная CDMA. Своим появлением она обязана американскому инженеру Ирвину Марку Джейкобсу, который в 1985 году основал компанию «QUALCOMM». В 1991 году эта компания провела первые испытания сетей нового поколения, а в 1992 году стандарт CDMA был признан официально.

В последующие годы сети CDMA были развёрнуты более чем в 30 странах мира.

В 2000 году появляется новая разновидность стандарта CDMA, работающая на частоте 450 МГц. Этот стандарт получил имя CDMA-450 или CDMA-2000.

Стандарт CDMA-450 получил своё развитие и в России, где используется в некоторых регионах такими компаниями как СКАЙЛИНК, «Удмуртские сотовые сети — 450», Кузбасская сотовая связь, Московская сотовая связь, Уралвестком, ВолгаТелеком, ДельтаТелеком, «Сотел-Нижний Новгород» и некоторыми другими. Вполне возможно, что CDMA-450 постепенно будет охватывать всё большие территории.

Уважаемые читатели, вы получили исчерпывающий ответ на вопрос «что такое CDMA»? Если нет, задавайте свои вопросы в комментариях к статье.

В ближайшее время — обзор мобильных телефонов стандарта CDMA. Не пропустите!

Мобильный телефон предназначен для автономной работы в сети сотовой связи, которая востребована и динамично развивается. Для пользователей он стал необходимым средством коммуникации. Это высокотехнологическое устройство, которое идентифицирует абонента с помощью Sim-карты. Существует множество разновидностей телефонов.

В сравнении друг с другом они отличаются техническими характеристиками, функциональностью, дизайном. От возможностей аппарата, его фирмы-производителя, качества и форм-фактора напрямую зависит стоимость. Есть основные виды мобильных устройств:

• моноблок с клавиатурой;
• слайдер;
• раскладушка;
• мобильник с сенсорным экраном.

Современные технологии

Прогресс не стоит на месте, и сейчас стал максимально востребован смартфон. Это “интеллектуальный” мобильник, который функционирует на уровне с персональным компьютером. Он имеет операционную систему, а также работает с разнообразными программами, приложениями, в нем есть модули WIFI, GPS. Этим он кардинально отличается от простого телефона.

В каталоге телефонов представлены последние модели устройств. Основные характеристики современных смартфонов:

• операционная система;
• объем оперативной, встроенной памяти;
• разрешение;
• фотокамера;
• тип моноблока.

Чем выше у смартфона эти показатели, тем его цена будет выше.

Где купить

В интернет-магазинах представлен широкий выбор моделей устройств от наиболее популярных, проверенных мировых брендов: Samsung, Alcatel, Fly, Lenovo, HTC, Nokia, IPhone и другие. Появляются новые, усовершенствованные модели. Цены на телефоны, дополнительные аксессуары, комплектующие, запасные части можно сравнить с помощью сайта Апорт. Кроме того, сайт поможет оценить предложения рынка и выбрать оптимального продавца.

С. Орлов

Технология CDMA - особенности и преимущества

В выборе технологии сотовой телефонии на рубеже третьего тысячелетия по-видимому появилась определённость. К концу 1999 года в мире, по данным CDG (CDMA development group), технологию CDMA (Code Division Multiple Access) выбрали 50 млн. абонентов (рис. 1). В том числе, 28 млн. в Азии, 16,5 млн. в Северной Америке и 5 млн. в Латинской Америке. В Европе, Ближнем Востоке и Африке насчитывается полмиллиона абонентов.

Рис. 1. Рост числа абонентов CDMA в мире

Такое стремительное развитие технологии доступа с кодовым разделением объясняется ожидаемым увеличением плотности абонентов, устойчивостью к помехам, высокой степенью защищённости передаваемых данных от несанкционированного доступа и лучшими энерго-экономическими показателями. Упрощённое моделирование показывает, что ёмкость базовых станций с технологией CDMA в несколько раз больше по сравнению с существующими стандартами сотовой телефонии, в которых используется частотное разделение каналов (NMT, AMPS, TACS). Реальность, конечно, значительно сложнее, чем идеализированные модели.

Коротко, преимущества CDMA перед другими системами следующие:

• ёмкость базовых станций увеличивается в 8–10 раз по сравнению с AMPS и в 4–5 раз - по сравнению с GSM;
• улучшенное качество звука по сравнению с AMPS;
• отсутствие частотного планирования благодаря использованию тех же самых частот в смежных секторах каждой соты;
• улучшенная защищённость передаваемых данных;
• улучшенные характеристики покрытия, позволяющие использовать меньшее количество сот;
• большее время работы батарей до разрядки;
• возможность выделения требуемой полосы частот - по потребности.

Технические особенности технологии CDMA

Чтобы сопоставить возможности технологии CDMA, надо привести описание существующих стандартов.

Advanced Mobile Phone Service (AMPS). В этом стандарте предусмотрено частотное разделение доступа абонентов к базовой станции (FDMA - frequency division multiple access). Каждому каналу выделяется узкая полоса частот (30 кГц), и этот канал назначается одному абоненту. Существует также узкополосный AMPS (NAMPS), в этом стандарте на один канал выделяется только 10 кГц. В системе TACS (Total Access Communi-cations System) полоса частот, отводимых под один канал, составляет 25 кГц.

В Северной Америке один оператор владеет в среднем 416 каналами AMPS и занимает полосу 30 кГц Ч 416 » 12,5 МГц. Очевидно, что те же самые частоты не могут использоваться в прилегающих сотах, поэтому семь сот, образующих “ромашку” используют один частотный план. Таким образом, для AMPS количество абонентов на одну соту составляет примерно 416/7 = 59. На рис. 2 повторное использование тех же частот показано одинаковыми оттенками.

Рис. 2. "Ромашка" частотного плана AMPS

Следует отметить, что коэффициент повторного использования частот K = 7 выбран скорее из практических натурных измерений, чем из закона затухания радиоволн в вакууме на свободной поверхности, и учитывает реальное окружение: дома, рельеф и др. На свободной поверхности этот коэффициент был бы несколько больше.

В Европе широкое распространение получили технологии с временным разделением каналов. В GSM (IS-54) используется 10 частотных каналов и 8 временных слотов, занимающих частотный ствол шириной 200 кГц. Таким образом, в системе GSM в той же полосе частот 12,5 МГц могут быть размещены 12,5/0,2 = 62 ствола по 200 кГц каждый. Учитывая, что каждый частотный канал делится на 8 временных слотов, ёмкость соты составляет 80 абонентов, против 59 в AMPS.

Технология с кодовым разделением каналов предлагает дальнейшие пути увеличения ёмкости базовых станций. Ключевой момент - использование шумоподобных сигналов. Вместо разделения спектра или временных слотов каждому пользователю назначается фрагмент шумоподобной несущей. Поскольку её фрагменты являются квазиортогональными, возникает возможность отвести всю ширину выделенного канала для каждого пользователя. Благодаря решению проблемы ближней-дальней зоны и динамическому управлению мощностью, распределение частот выглядит, как показано на рис. 3, то есть вся полоса частот 1,25 МГц используется каждым пользователем и она же вновь используется в смежной соте. Емкость на одну соту определяется балансом между требуемым отношением сигнал/шум для каждого пользователя и фактором сжатия кодовой последовательности.

Рис. 3. Частотный план CDMA

Количественным показателем качества цифрового приёмника является безразмерное отношение сигнал/шум (SNR - Signal Noise Ratio)

Под спектральной плотностью мощности шума в выражении подразумевается последняя для тепловых шумов, а интерференция - это взаимное влияние от других абонентов. Значение отношения сигнал/шум определяет отношение количества ошибочно переданных бит к их общему числу. Это отношение зависит также и от других дополнительных факторов, таких как кодирование и коррекция ошибок в канале, многолучевое распространение и замирания. Для приёмников, используемых обычно в коммерческом CDMA, отношение сигнал/шум должно составлять от 3 до 9 дБ. Энергия, приходящаяся на один бит, и скорость передачи данных связаны следующим соотношением:

где P s - мощность сигнала.

Шум плюс интерференционная составляющая - это спектральная плотность мощности. Если спектр сигнала имеет равномерное распределение с полосой W, тогда шум плюс интерференционная составляющая спектральной плотности мощности есть:

где первое слагаемое представляет собой уровень теплового шума приёмника (FN = фактор шума приёмника). Переписав выражение для отношения сигнал/шум в терминах скорости передачи данных и ширины занимаемого спектра, получим формулу, связывающую отношение энергии на один бит к мощности шума с мощностью, приходящейся на конкретного пользователя, а также со скоростью передачи данных, суммарной мощно-стью, приходящейся на других пользователей, и шириной занимаемого спектра:

Эта формула поясняет, что системы с кодовым разделением доступа дают наибольшее преимущество в сетях с высокой плотностью абонентов и высоким трафиком.

Проблема ближней-дальней зоны

Технология CDMA (и другие системы с расширением спектра) долгие годы не принимались во внимание в подвижных системах беспроводной связи по причине наличия так называемой проблемы ближней-дальней зоны. Поскольку результатом работы приёмника в таких системах является свёртка принимаемого и опорного сигналов, возникала неоднозначность в идентификации сигнала свёртки. Так, например, боковые лепестки сигнала свёртки от близкорасположенного мобильного терминала могут оказаться сравнимыми по амплитуде с основным откликом сигнала свёртки от наиболее удалённого терминала. Поэтому другой наиболее важный момент в технологии CDMA: все подвижные терминалы должны создавать вблизи антенны базовой станции примерно одинаковую напряжённость поля.

Управление мощностью

Ключевой момент коммерческого CDMA предельно прост: если испольовать управление мощностью таким образом, чтобы принимаемая мощность от всех удалённых объектов была эквивалентной, то все преимущества расширения спектра становятся реализуемыми. В предположении, что мощность контролируется, шум и взаимное влияние можно выразить соотношением:

N 0 + I 0 = N 0 + (N - 1)P,
N 0 = F N k B T O , (5)

где N - это общее число пользователей. Соотношение сигнал/шум приобретает вид:

Максимальное число абонентов на базу достигается в том случае, если мощность добавляется ровно настолько, насколько необходимо для обеспечения требуемого отношения сигнал/шум, в точном соответствии с принятым значением вероятности ошибки. Если мы установим значение левой части выражения (6) равным заданному отношению сигнал/шум и решим это выражение относительно N, то получим соотношение для определения ёмкости базовой станции для CDMA:

Учитывая, что скорость передачи данных в CDMA 9,6 кбод, получим:

Или, учитывая, что 15,1 дБ - это 5,688, и возводя в квадрат, получим, что число пользователей, приходящихся на одну базовую станцию при соотношении сигнал/шум = 6 дБ, равно 32. Когда в системе предусмотрен контроль мощности, дизайнер системы или оператор имеет возможность выбрать компромисс между соотношением сигнал/шум и максимальным числом одновременных разговоров. Отметим ещё раз, что соотношение сигнал/шум и количество абонентов взаимосвязаны: если увеличить соотношение сигнал/шум на 3 дБ, то допустимое количество абонентов уменьшится вдвое, то есть до 16. В выражении (8) мы пренебрегли разницей между N и N–1. Есть ещё некоторые факторы, которые мы не учли.

Емкость соты

Дискуссия вокруг выражения (8) предполагала только одну ячейку, не учитывая интерференции с соседними. Можно задать вопрос, в чём же мы выигрываем? Емкость изолированной AMPS-ячейки даже больше. На самом деле, ничто не мешает использовать все частотные стволы (по 1,25 МГц) внутри одной соты (сопоставим рис. 2 и рис. 3). Таким образом, если мы проведём приближенное сопоставление, то для AMPS ёмкость “ромашки” из семи сот равна произведению числа абонентов на соту (59) на 7, то есть 413. Аналогичная ёмкость для CDMA равна произведению числа абонентов на соту (32) на число частотных стволов (10) и на число сот (7), то есть 2240. Отношение ёмкости CDMA к AMPS составляет 5,4. Однако, если учесть интерференцию с соседними сотами в выражении (3), то это отношение уменьшится до 4,4. Помимо возможности одновременного использования всех десяти частотных стволов, в CDMA применяется секторизация сот. Это усовершенствование позволяет увеличить сравнительное отношение ёмкости CDMA и AMPS до 13 раз.

Кодирование речи

Важным моментом для уменьшения взаимной интерференции каналов от различных абонентов является кодирование речи. Кодирование позволяет существенно уменьшить среднюю мощность передатчика.

Известно, что человеческая речь - это прерывистый источник сигнала. Из измерений фирмы Bell Laboratories следует, что активность речи составляет 35–40% от общего ресурса времени. Если использовать этот фактор, то можно ещё в два или более раз увеличить ёмкость сети. На практике этот коэффициент активности составляет 50% благодаря тому, что в период молчания подвижные и базовая станции должны поддерживать физический канал связи, и мощность не может быть сведена до нуля. Таким образом, преимущество CDMA перед AMPS может достигать 26 раз.

Особенности построения сети CDMA

Одним из основоположников технологии CDMA является американская фирма QUALCOMM. В США цифровая сотовая система CDMA была стандартизована TIA (Telecom-munication Industry Association) и описана в стандарте IS-95. Наподобие IS-54, стандарт IS-95 предусматривает совместимость с существующей системой сотовой телефонии AMPS. Для систем, работающих по стандарту IS-95, выделена та же самая полоса частот, что и для AMPS. Другими словами, CDMA работает “поверх” существующей AMPS.

Система CDMA даёт возможность каждому пользователю внутри соты использовать тот же самый радиоканал и всю выделенную полосу частот. Пользователь в смежной соте использует эту же полосу частот. Система абсолютно не нуждается в частотном планировании. Для уменьшения за-трат операторов подвижной связи и облегчения перехода от AMPS к CDMA в системе CDMA предусмотрена ширина канала 1,25 МГц, такая же, как и у AMPS. В отличие от других сотовых систем, трафик одного канала не является постоянной величиной и зависит от голосовой активности и требований, предъявляемых к сети.

В IS-95 используются различные типы модуляции для прямого и обратного каналов. В прямом канале базовая станция передаёт одновременно данные для всех пользователей, находящихся в соте, используя для разделения каналов различные разворачивающие коды для каждого пользователя. Пилотный код также передаётся и имеет больший уровень мощности, обеспечивая пользователям возможность синхронизировать частоты. В обратном направлении подвижные трубки отвечают асинхронно, при этом уровень мощности, приходящий к базовой станции от каждой подвижной, одинаков. Такой режим возможен благодаря контролю мощности и управлению мощностью подвижных трубок по служебному каналу. В IS-95 используется предиктивное линейное кодирование QCELP (Excited Linear Predictive) речи. Она кодируется и сжимается, а скорость потока данных на один канал составляет 9,6 кбод. Речевой кодек определяет голосовую активность и в паузах (во время молчания) уменьшает скорость в канале до 1200 бод. Промежуточные значения 2400, 4800 также возможны.

Спецификация частот и каналов

Для обратного канала IS-95 определяет полосу частот от 824 до 849 МГц. Для прямого канала - 869–894 МГц. Прямой и обратный каналы разделены интервалом в 45 МГц. Пользовательские данные упакованы в канале с пропускной способностью 1,2288 Мбит/с. Нагрузочная способность канала - 128 телефонных соединений со скоростью трафика 9,6 кбод. Алгоритм расширения спектра для прямого и обратного каналов различаются. В прямом канале пользовательский поток данных кодируется и сжимается в 2 раза. Далее используется алгоритм перестановки битов (в отечественной литературе существует термин - перемежение). После этого данные сворачиваются с одной из 64-бит псевдослучайных последовательностей ПСП (функций Уолша). Каждому мобильному абоненту назначается фрагмент ПСП, с помощью которого его данные будут отделены от данных других абонентов. Ортогональность фрагментов ПСП обеспечивается синхронной кодировкой всех каналов в соте одновременно (а сами по себе фрагменты являются ортогональными). В системе обеспечен пилотный сигнал (код) для того, чтобы мобильный терминал мог управлять характеристиками канала и выполнять синхронное детектирование. Для глобальной синхронизации сети CDMA в системе используются ещё радиометки от GPS-спутников. В обратном канале использован другой алгоритм формирования спектра, поскольку сигналы от удалённых терминалов достигают базовой станции по различным путям. После предварительного кодирования и сжатия 1/3 и перестановки бит блоки из 6 кодированных символов упаковываются в одну из 64 ортогональных функций Уолша. Таким образом формируется 64-значный сигнал. Четырёхкратное расширение спектра на выходе создаёт поток 1,2288 Мбит/c. Исходная последовательность 307,2 Кбит/с формируется в соответствии с кодами, определёнными для пользователя 242 и базовой станции 215. Сжатие 1/3 и упаковка в функции Уолша приводит к исключительной устойчивости к интерференции. Улучшенная устойчивость к ошибкам совершенно необходима для обратного канала, так как в нём используется некогерентное детектирование и присутствует интерференция с другими мобильными терминалами внутри соты. Другой важный элемент обратного канала - это контроль мощности подвижного терминала. В системе предусмотрено медленное (статическое) управление мощностью и быстрое. Команды быстрого управления посылаются со скоростью 800 бод и встроены в разговорные фреймы. Без быстрого управления мощностью замирания, связанные с распространением радиоволн в структурах с отражающими объектами (стены домов, металлические конструкции и так далее), привели бы к значительному ухудшению характеристик системы. Медленное управление мощностью обеспечивает эквивалентное выравнивание расстояний от мобильных терминалов до базовой станции. Для борьбы с многолучевым распространением и подвижный терминал, и базовая станция используют RAKE-приёмник, использующий корреляционный приём сигналов. На входе приёмника использованы несколько корреляторов, которые сворачивают входную последовательность. При этом опорный сигнал на разные корреляторы подаётся с небольшим сдвигом во времени, соизмеримым с разницей по времени при прохождении радиоволн по различным траекториям. Выходные сигналы корреляторов суммируются. Таким образом, если уровень сигнала свёртки от одного из многолучевых сигналов в текущий момент времени оказывается равным нулю (в результате интерференционной картины распределения поля), то свёртка от задержанного сигнала будет отличной от нуля. Стандартом IS-95 предусмотрены три коррелятора на входе приёмника. Архитектура CDMA предусматривает мягкий ”handower”. Связь при переходе мобильного терминала из одной соты в другую не разрушается и не прерывается. Мобильный терминал объединяет два сигнала от двух базовых станций наподобие того, как он объединяет два сигнала от одной базовой станции, приходящих по различным траекториям.

Прямой CDMA-канал

Прямой канал CDMA состоит из пилотного сигнала, канала синхронизации, до семи пейджинговых каналов и до 63 каналов трафика. Пилотный сигнал даёт возможность мобильному терминалу принимать временные метки, обеспечивая фазовую синхронизацию для когерентного детектирования. По пилотному сигналу мобильные терминалы получают возможность определять относительные уровни сигналов от каждой базовой станции и принимают решение, когда и к какой базовой станции лоцироваться. Канал синхронизации передаёт синхросигналы мобильным терминалам со скоростью 1200 бод. Пейджинговые каналы используются для передачи контрольной информации и других сообщений и работают со скоростью 9600, 4800, 2400 бод. Прямой канал трафика передаёт любые пользовательские данные со скоростью 9600, 4800, 2400, 1200 бод.

Данные в прямом канале трафика группируются в фрейм длительностью 20 мс. Пользовательские данные по-сле предварительного кодирования и форматирования перемежаются с целью регулирования текущей скорости передачи данных, которая может изменяться. Затем спектр сигнала расширяется путём свёртки с функцией Уолша и псевдослучайной последовательностью до значения 1,2288 Мбит/с.

Подканал контроля мощности

Для минимизации количества ошибок IS-95 предусматривает контроль выходной мощности каждой трубки. Базовая станция по обратному каналу принимает и оценивает напряжённость поля от каждой трубки и информирует мобильный терминал о необходимости уменьшить/увеличить мощность.

Поскольку мощность, принимаемая базовой станцией определяется и расстоянием до мобильной, и интерференцией в канале связи (а нули и пучности располагаются на близком расстоянии в интерференционной картине), то базовая станция посылает сигналы контроля мощности через каждые 1,25 мс. Сигнал управления мощностью посылается мобильному терминалу в прямом подканале контроля. Этим сигналом предписывается увеличить или уменьшить мощность на 1 дБ. Если уровень сигнала мал, то в прямом подканале контроля передаётся “0”, предписывая тем самым увеличить мощность, и наоборот. Биты контроля мощности вставляются после скремблированых данных.

В интервале 1,25 мс передаются 24 символа данных, и IS-95 позволяет использовать 16 возможных позиций для передачи бита контроля мощности. Эти позиции расположены в начале, и любой из первых 16 бит может быть битом контроля мощности. 24 бит для дециматора длинного кода используются для скремблирования данных в интервале 1,25 мс. И по-следние 4 бита из 24 определяют позицию бита контроля мощности.

Обратный CDMA-канал

Пользовательские данные в обратном канале сгруппированы в фреймы длительностью 20 мс. Все данные в обратном канале кодируются сворачивающим кодеком, перемежаются и кодируются 64-значной ортогональной последовательностью. До передачи происходит расширение спектра. Процедуры перемежения, ортогональной модуляции, расширения спектра похожи на аналогичные для прямого канала, поэтому их описание опущено.

Заключение

Системы с прямым расширением спектра, или ещё говорят, шумоподобными сигналами, придуманы не сегодня и даже не вчера. Такие системы связи давно применяются в военной и специальной технике. И тот факт, что сегодня эта техника постепенно переходит в разряд public production, во многом обусловлен огромными успехами в микроэлектронике: цифровой и аналоговой, пассивных устройствах обработки информации. Ряд важных и полезных разработок выполнен Российскими учеными: Воронежским НИИ Радиосвязи, Московским НИИ Радиосвязи, НПО “Алмаз” и др. Для украшения материала стоит привести результаты разработок, имеющие коммерческое применение в CDMA.

На рис. 4 приведена частотная характеристика фильтра на поверхностных акустических волнах, предназначенного для мобильного терминала в стандарте IS-95, а на рис. 5 - частотная характеристика фильтра для Wideband CDMA - коммуникационной технологии, которая позволяет передавать в том числе движущееся изображение.

Литература

1. Vijay K. Gard. IS-95 CDMA and cdma2000: Cellular/PCS systems implementation. 446 p.
2. Kyoung Il Kim. Handbook of CDMA system design, engineering and optimization. 274 p.
3. Joseph C. Liberti, Jr., Theodore S. Rappaport. Smart Antennas for wireless communication IS-95 and third generation CDMA application.
4. Poor/Wornel. Wireless Communication: Signal Processing perspectives. 432 p.
5. Theodore S. Rappaport. Wireless Communication: Principles and Practice. 656 p.
6. Gard/Smolik/Wilkes. Application of CDMA in Wireless/Personal Communication. 416 p.
7. Man Young Rhee. CDMA Cellular Mobile Communication and Network security. 544 p.