Система сотовой связи стандарта CDMA

Сотовая система подвижной радиосвязи общего пользования с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access, CDMA) впервые была разработана фирмой Qualcomm (США). Основная цель разработки состояла в том, чтобы увеличить емкость системы сотовой связи по сравнению с аналоговой не менее чем на порядок и, соответственно, увеличить эффективность использования выделенного спектра частот.

Технические требования к системе CDMA сформированы в ряде стандартов Ассоциации промышленности связи (TIA):

• IS-95 - CDMA-радиоинтерфейс;
• IS-96 - CDMA-речевые службы;
• IS-97 - CDMA-подвижная станция;
• IS-98 - CDMA-базовая станция;
• IS-99 - CDMA-службы передачи данных.

Система CDMA фирмы Qualcomm рассчитана на работу в диапазоне частот 800 МГц, выделенном для сотовых систем стандартов AMPS, N-AMPS и D-AMPS.

Безопасность или конфиденциальность является свойством технологии CDMA, поэтому во многих случаях операторам сотовых сетей не потребуется специального оборудования шифрования сообщений.

Основные характеристики стандарта CDMA Qualcomm приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Основные характеристики стандарта CDMA

 

Диапазон частот передачи MS	824,040 - 848,860 МГц
Диапазон частот передачи BTS	869,040 - 893,970 МГц
Максимальная эффективная излучаемая мощность BTS	до 50 Вт

На рисунке 8 приведена обобщенная структурная схема сети сотовой подвижной радиосвязи CDMA, основные элементы которой (BTS, BSC, MSC, ОМС) аналогичны используемым в сотовых сетях с частотным (NMT-450/900, AMPS, TACS) и временным разделением каналов (GSM, DCS-1800, PCS-1900, D-AMPS, JDC).

Рисунок 8 - Обобщенная структурная схема сети сотовой подвижной радиосвязи CDMA

Основное отличие заключается в том, что в состав сети CDMA включены устройства оценки качества и выбора кадров (SU). Кроме того, для реализации процедуры мягкого переключения между базовыми станциями, управляемыми разными контроллерами (BSC), вводятся линии передачи между SU и BSC (Inter BSC Soft handoff).

В CDMA каналы для передачи с базовой станции называются прямыми (Forward), для приема базовой станцией - обратными (Reverse). Структура каналов в CDMA в стандарте IS-95 показана на рисунке 9.

 

Рисунок 9 - Структура каналов в CDMA в стандарте IS-95

Прямые каналы в CDMA:

• ведущий канал - используется подвижной станцией для начальной синхронизации с сетью и контроля за сигналами базовой станции по времени, частоте и фазе;
• канал синхронизации - обеспечивает идентификацию базовой станции, уровень излучения пилотного сигнала, а также фазу псевдослучайной последовательности базовой станции. После завершения указанных этапов синхронизации начинаются процессы установления соединения;
• канал вызова - используется для вызова подвижной станции. После приема сигнала вызова подвижная станция передает сигнал подтверждения на базовую станцию, после чего по каналу вызова на подвижную станцию передается информация об установлении соединения и назначении канала связи. Канал персонального вызова начинает работать после того, как подвижная станция получит всю системную информацию (частота несущей, тактовая частота, задержка сигнала по каналу синхронизации);
• канал прямого доступа - предназначен для передачи речевых сообщений и данных, а также управляющей информации с базовой станции на подвижную.

Обратные каналы в CDMA:

• канал доступа - обеспечивает связь подвижной станции с базовой станцией, когда подвижная станция еще не использует канал трафика. Канал доступа используется для установления вызовов и ответов на сообщения, передаваемые по каналу вызова, команды и запросы на регистрацию в сети. Каналы доступа совмещаются (объединяются) с каналами вызова;
• канал обратного трафика - обеспечивает передачу речевых сообщений и управляющей информации с подвижной станции на базовую станцию [9].

Недостатки стандарта CDMA:

1. Высокие требования к регулировке уровня мощности подвижной станции.
2. Необходимость использования одинаковых по размерам сот на всей сети, в противном случае возникают взаимные помехи от сигналов подвижных станций, которые находятся в соседних сотах разного размера.

К преимуществу стандарта CDMA следует отнести обеспечение большей емкость сети по сравнению с традиционными аналоговыми сотовыми сетями. Увеличение емкости может быть достигнуто двумя способами:

 увеличением количества каналов на МГц выделенной полосы частот;

 увеличением повторного использования каналов связи на данной территории.

Стандарт CDMA позволяет использовать одну и ту же частоту по всей сети, во всех сотах.

Ниже перечислены основные характеристики CDMA и их краткое описание, определяющие достоинства:

1. Высокая пропускная способность. Полевые испытания, проводившиеся в различных условиях, подтвердили, что при высокой нагрузке пропускная способность систем CDMA в среднем в 15 раз превышает пропускную способность аналоговых систем,
2. Высококачественная связь. Вокодер, работающий на переменной скорости передачи, обеспечивает преобразование речевых сигналов в цифровую форму и высококачественное воспроизведение речи. Фоновые сигналы заглушаются даже при большой нагрузке
3. Возможность дальнейшей эволюции системы. В существующей системе предусмотрены поисковые службы и цифровая передача данных. Существующая структура управления обеспечивает протоколы факсимильной связи. Могут быть предусмотрены и более высокие скорости передачи (в настоящее время используется скорость 9,6 кбит/с). Портативные абонентские станции, основанные только на методе CDMA и совместимые с сотовыми системами и УАТС, могут отвечать перспективным требованиям.
4. Возможность введения новых функций. При желании с одного и того же аппарата можно получить выход к беспроводной УАТС, домашнему беспроводному телефону, общественным беспроводным цифровым телефонным аппаратам, к сети персональной связи и к сотовым сетям. Обеспечиваются интерфейсы с УАТС, сетью ISDN и коммутируемой телефонной сетью общего пользования.
5. Секретность связи. Цифровая форма сигналов, передача в широкой полосе частот, защита информации для каждого адресата - все это обеспечивает значительно более высокую, чем в других системах, секретность связи.
6. Простота перехода (и совместимость с аналоговыми системами). CDMA позволяет почти устроить существующую в аналоговых сетях пропускную способность и обеспечивает более высокое качество обслуживания.
7. Цена и наличие оборудования. Существующие оценки стоимости системы CDMA в отношении сетевого и абонентского оборудования показывают, что по стоимости эта система эквивалентна существующим аналоговым системам.
8. Аспекты безопасности в стандарте IS-95. Стандарт IS-95 обеспечивает высокую степень безопасности передаваемых сообщений и данных об абонентах.