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!

Нельзя сказать, чтобы сравнение сетей GSM и CDMA на сегодняшний день было актуальным для России: стандарт GSM рынок завоевал давно и прочно, и тесниться пока не собирается. Однако ряд преимуществ уже не новой, но развивающейся CDMA заставляет задуматься о выборе в ряде случаев: к примеру, когда принципиально важна высокая скорость передачи данных или качество голосовой связи. Обычный потребитель сталкивается с дилеммой, случайно заметив тарифную сетку немногих операторов CDMA или же прочитав в характеристиках понравившегося телефона о поддержке последним именно этого стандарта связи. Что мы получим, поменяв привычный GSM-смартфон на CDMA? Оценим преимущества и недостатки обеих сетей с точки зрения плательщика в кассу операторов.

Определение

Стандарт сотовой связи CDMA использует единую широкую полосу частот с кодовым разделением сигнала. В общем виде схему работы можно представить так: несколько абонентов передают пакет данных одновременно на одной частоте, пакет данных от каждого кодируется уникальным образом.

Стандарт сотовой связи GSM использует принцип частотно-временного разделения канала. Общий вид схемы работы: каждый абонент для передачи пакета данных использует свой (к которому подключился) временной слот и узкую полосу частот.

Сравнение

В чем же разница между GSM и CDMA, если определения выдают практически набор слов? Узкие полосы, широкие полосы, частоты… А конечному пользователю в каком виде? В первую очередь отличия для нас, звонящих и выходящих в интернет, заключаются в качестве связи. Как раз широкая полоса обеспечивает передачу данных практически без потерь качества. Если пользовались проводным стационарным телефоном, то разницу между GSM и CDMA почувствуете сразу: последний дает примерно такой же звук без помех и прерываний.

Скорость передачи данных в сетях CDMA довольно высока, до 2 Мбит в секунду. Впрочем, многие удивятся, узнав, что с CDMA они хорошо знакомы. Всем известная технология 3G, или UMTS — как раз одна из разновидностей CDMA. Пользуемся мы ею для передачи данных посредством обычных наших смартфонов, планшетов и других устройств. Однако голосовые вызовы и отправка смс-сообщений (равно как и другие услуги оператора) — в сети GSM.

Операторов CDMA в России мало, зона покрытия их включает мало территорий, потому говорить о переходе на этот стандарт связи преждевременно. Однако там, где работает, к примеру, Скайлинк, клиенты этого оператора отмечают надежность соединения в первую очередь. Несомненным достоинством можно считать и повышенную безопасность передачи данных за счет сложных систем шифровок сигнала. Главное, что перехватить информацию в сетях CDMA гораздо сложнее, нежели в привычных GSM.

Сеть GSM распространена на территории России практически повсеместно и почти не оставляет “белых пятен”. Смартфоны и телефоны, созданные для работы в сетях CDMA, составляют ничтожно малое количество от их общего числа, так что выбрать себе подходящую модель непросто. В аппараты CDMA устанавливается R-UIM карта, которая позволяет сменить оператора и номер.

Существенной может оказаться разница между GSM и CDMA для тех, кто заботится о здоровье. Эксперты полагают, что негативное воздействие на организм человека излучения модулей CDMA в разы ниже, чем модулей GSM. Связано это с низкой мощностью излучателя: 0,2 Вт против 2 Вт соответственно.

Выводы сайт

1. Сети мобильной связи CDMA обеспечивают более высокое качество голосовой связи и безопасность соединений.
2. Сети CDMA обеспечивают высокую скорость передачи данных.
3. Покрытие сетей GSM в России на сегодняшний день шире.
4. Выбор устройств, работающих в сетях GSM, в десятки раз больше, чем устройств CDMA.
5. При подключении к CDMA устройству присваивается короткий (прямой) номер.

Что такое CDMA?
Множественный доступ с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access). Это - цифровая технология, разработанная компанией Qualcomm, которая обеспечивает кристально чистую передачу звука в новом поколении устройств и сервисов беспроводной связи. Используя технику цифрового кодирования широкополосного радиосигнала, CDMA позволяет организовать более качественную и экономически выгодную передачу звука, большую защиту от прослушивания, емкость и гибкость, чем другие беспроводные технологии. Вместе с тем эта технология позволяет организовать дополнительные сервисы, такие как обмен короткими сообщениями (SMS), использование электронной почты и выход в Internet.

Как работает CDMA?
CDMA использует технологию уширения спектра для разделения речевого сигнала в маленькие цифровые сегменты и кодирует их для идентификации каждого звонка. Таким образом, большое количество абонентов могут совместно использовать один и тот же частотный диапазон, что сильно увеличивает емкость сети. Другими словами, CDMA позволяет операторам беспроводной связи пропускать больше цифровых сигналов в определенном радиочастотном диапазоне.

Что такое GSM?
Global System for Mobile communications - Глобальная Система для Мобильной связи. Это - цифровой стандарт связи, разработанный в начале 1980-х годов для введения роуминга по всей Европе.

Какой стандарт обеспечивает лучшее качество звука, CDMA/800 (Cellular) или CDMA/1900 (PCS)?
Высокое качество звука дает сама цифровая технология CDMA, а не радиочастота. Оба стандарта имеют одинаково высокое качество звука.

Почему CDMA лучше?
Некоторые достоинства CDMA - это качество звука такое же или лучшее, чем при проводной передаче, лучший прием с меньшими фоновыми шумами, меньшее количество прерванных соединений, повышенная конфиденциальность и надежность. Также CDMA позволяет обслуживать большее количество абонентов одновременно - большая емкость сети, дающая меньшее количество неудачных попыток сделать звонок абонентами сети CDMA.

Расскажите о конфиденциальности CDMA.
Передача CDMA кодируется цифровым образом. Речевой сигнал разбивается на сегменты, и каждому сегменту сопоставляется код. В принимающем устройстве речевой сигнал восстанавливается с использованием кода.

Где используется технология CDMA?
CDMA покрывает большую часть США. Также CDMA используется и в других странах во всем мире.

Что такое CDMA/800 (Cellular)?
CDMA/800 (Cellular) использует 800 МГц радиочастотный диапазон.

Каков точный частотный диапазон CDMA/800 (Cellular)?
Передатчик 824.01-848.97 МГц Приемник 869.01-893.97 МГц.

Что такое CDMA/1900 (PCS)?
CDMA/1900 (PCS) (Personal Communicatoins Services) использует радиочастотный диапазон, отличающийся от используемого в CDMA/800 (Cellular). В основном, он использует 1900 МГц диапазон.

Каков точный частотный диапазон CDMA/1900 (PCS)?
Передатчик 1850-1920 МГц Приемник 1930-1990 МГц.

Code Division Multiple Access (CDMA) является цифровой технологией, открывающей двери в новое поколение услуг и средств беспроводной передачи данных. Используя цифровое кодирование и "широкий спектр" радиочастотных (RF) технологий, CDMA обеспечивает более высокое качество голосовой связи, лучшую секретность информации, более высокую пропускную способность системы и гибкость, по сравнению с другими технологиями беспроводной связи, а также предоставляет широкий диапазон передовых услуг, таких как обмен оперативными сообщениями, электронная почта и доступ в Интернет.

Разработанный корпорацией QUALCOMM Incorporated для коммерческого использования, IS-95 CDMA получил международное признание и теперь является основой семейства промышленных систем беспроводной передачи данных cdmaOne™ . Сегодня коммерческие сети CDMA обслуживают миллионы абонентов во всем мире.

Выдающееся качество передачи звука и разговора. CDMA обеспечивает такое же высокое качество передачи голоса, как и при использовании обычной кабельной связи. Кроме этого, CDMA устраняет фоновые шумы, разговоры по параллельным каналам и помехи, увеличивая конфиденциальность информации и качество связи. Меньший расход энергии. Телефоны CDMA затрачивают на передачу данных существенно меньше энергии, чем телефоны, использующие другие технологии, в результате увеличивается срок работы батареи, продолжительность разговора и время ожидания. Используя меньшие батареи, производители могут выпускать меньшие по размеру, более легкие телефоны.

Меньшее число прерванных разговоров. CDMA увеличивает пропускную способность системы, виртуально устраняя сигналы о занятой линии, параллельные и прерванные разговоры, являющиеся результатами переполнения системы. Используя запатентованный метод передачи звонков между ячейками, называемый "soft handoff", CDMA значительно сократил вероятность срывов звонков или прерываний разговоров во время работы в режиме громкоговорящей связи.

Расширенная зона действия. Сигнал CDMA, охватывающий более широкий спектр, обеспечивает большую зону действия, чем другие беспроводные технологии, как в помещениях, так и за их пределами. Кроме того, CDMA используют другие типы телекоммуникационных систем, предоставляя единую, широкую зону действия и согласованность. Благодаря улучшенным характеристикам сигнала и более широкому диапазону, в CDMA расширена зона, в которой возможен прием и передача сообщений. Сетям CDMA требуется только часть узлов сети, необходимых для других беспроводных технологий, чтобы охватить данную зону. Благодаря меньшему количеству узлов сети радиодоступа, поставщики услуг могут сократить свои первоначальные капиталовложения, а также расходы по эксплуатации и обслуживанию.

Безопасность и секретность информации. Кроме устранения параллельных разговоров и посторонних шумов, широкого спектра передачи сообщений, закодированных в цифровом виде, технология CDMA защищает от прослушивания. Кодирование голосовых сообщений CDMA также обеспечивает защиту от несанкционированного вмешательства и других видов мошенничества.

Дополнительные услуги. Использование канала с цифровым управлением CDMA позволяет пользователям получать доступ к широкому диапазону новых услуг, включая идентификацию позвонившего абонента, передачу оперативных сообщений (типа сообщений на пейджер) и передачу данных. С помощью CDMA возможна одновременная передача голоса и данных.

Гибкость. CDMA является единственной беспроводной технологией, предоставляющей как стационарные так и мобильные услуги в пределах одной платформы, поддерживая два источника получения доходов, позволяя поставщикам работать со своими клиентами по схеме "один телефон". Кроме того, на разработку и проектирование сетей CDMA затрачивается меньше средств, чем на другие типы беспроводных систем, что упрощает их расширение и изменение конфигурации.

Более высокая пропускная способность. CDMA обеспечивает пропускную способность в 10-20 раз большую, чем аналоговые беспроводные технологии, и в 3 раза большую, чем пропускная способность других цифровых технологий, позволяя поставщикам услуг обслуживать большее число абонентов и больший объем беспроводного трафика в пределах данного диапазона радиочастот. В условиях быстрого увеличения количества беспроводных абонентов и времени использования, пропускная способность является решающим фактором.

Быстрый ввод в эксплуатацию. Системы CDMA могут быть введены в эксплуатацию и расширены более быстро и эффективно по стоимости, чем большинство беспроводных сетей. А поскольку они требуют меньшего числа узлов сети, то сети CDMA могут быть введены в эксплуатацию быстрее других типов беспроводных сетей.

Качество услуг. Высокое качество передачи голоса, достигаемое при использовании CDMA и дополнительные услуги, включающие беспроводную передачу данных, обеспечивает поставщикам услуг значительное преимущество перед конкурентами в привлечении и поддержке клиентов.

Выбор. Благодаря широкой поддержке лидеров в сфере производства телекоммуникационного оборудования и сокращению затрат, поставщики услуг могут выбирать из широкого диапазона передовых, конкурентоспособных по стоимости продуктов CDMA.

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

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.