Поскольку задачи передача голоса и данных предъявляют принципиально разные требования к построению радиоинтерфейса, при разработке стандартов серии cdma2000 EV было решено "развести" трафик голоса и данных по разным частотным каналам. Как первая фаза этого стандарта был разработан стандарт cdma2000 1Х EV-DO, который описывает исключительно передачу данных в отдельном частотном канале 1,25 МГц.

Передачи голоса чувствительна к задержкам в тракте передачи, поэтому в системах радиосвязи с кодовым разделением каналов необходимо постоянно поддерживать стабильный канал передачи, постоянно отслеживая и изменяя мощность сигнала в зависимости от расстояния между передатчиком и приемником. В cdma2000 1Х EV-DO реализован другой механизм -- приемник каждые 1,67 мс измеряет соотношение сигнал/шум и скорость передачи данных варьируется в зависимости от условий, в которых находится приемник. Передача производится с максимальной скоростью, когда приемник находится в наилучших условиях.

Все вышесказанное позволяет добиться скоростей передачи 2,4 Мбит/с в прямом, и 307 Кбит/с в обратном каналах, а также увеличить спектральную эффективность при передаче данных примерно в шесть раз по сравнению с cdmaOne.

Следующая фаза этого стандарта cdma2000 1Х EV-DV разработанная Motorola совместно с Nokia, Philips Semiconductors и Texas Instruments позволяет осуществить передачу и голоса и данных в одном частотном канале 1,25 МГц и достичь пиковых скоростей передачи 4,8 МГц.

Для перехода к стандарту cdma2000 1Х EV-DO необходимо:

· Выделить отдельные частотные каналы для передачи данных;

· Заменить платы канальных элементов на базовых станциях на платы нового типа;

· Произвести модернизацию программного обеспечения.

Рисунок 9

Сети стандарта cdma2000 1Х EV могут быть реализованы как в виде централизованной, так и децентрализованной архитектуры Рис. 9,10.

В первом случае (Рис. 9) сценарий перехода cdma 2000 1X -- cdma 2000 1X EV практически не отличается от перехода cdmaOne -- cdma 2000 1X.

Во втором случае (Рис. 10) фактически организуется наложенная сеть передачи данных на отдельных частотных каналах. В этом смысле децентрализованный вариант реализации сети cdma2000 1Х EV является аналогом хорошо известных сетей CDPD.

Рисунок 10

Так же, как и cdma 2000 1X стандарт cdma2000 1Х EV обладает полной прямой и обратной совместимостью со стандартом cdma2000 1X и, соответственно, с IS-95A.

1.1.5 Скорости передачи, пиковая и пропускная способность

· Возможность повышения пропускной способности сети в час наибольшей нагрузки (ЧНН).

· Наивысшую экологичность абонентского терминала - наименьшую излучаемую мощность.

· Максимальную надежность связи в условиях многолучевых замираний и индустриальных помех.

· Максимальный срок использования батарей абонентского терминала до следующей зарядки (вдвое больше, чем для других технологий).

· Максимальную из всех технологий мобильной связи скрытность и конфиденциальность связи.

Остановимся подробнее на характеристике некоторых из перечисленных преимуществ технологии CDMA.

В отличие от всех других технологий сотовой связи с жестко фиксированным количеством каналов n трафика на базовой станции, в технологии CDMA количество предоставляемых каналов трафика может увеличиваться (>n) при незначительном и кратковременном снижении качества обслуживания в ЧНН. Так, например, пропускная способность базовой станции технологии CDMA , может возрасти не менее чем на 15% при увеличении количества ошибок по принятым кадрам с 1% до 3%.

Однако, известно, что при таком возрастании количества ошибок по принятым кадрам качество передаваемой речи практически не ухудшается. Только при возрастании количества ошибок свыше 5% отмечается незначительное снижение качества связи (при увеличении пропускной способности более чем на 20%).

Проводимые в течение 6 лет медицинские исследования выявили факт тройного увеличения риска онкологических заболеваний мозга при использовании сотового телефона с повышенной мощностью излучения. Американский Институт электро- и радиоинженеров разработал стандарт 802.11, устанавливающий нормы на характеристики сетей глобальной мобильной связи. Согласно этому стандарту мощность излучения портативного абонентского терминала из соображений охраны здоровья не должна превышать 10 мВт. Как известно, максимальная мощность абонентских терминалов, используемых в сотовых сетях стандартов NMT, GSM, AMPS/DAMPS, CDMA составляет соответственно 3 Вт; до 2 Вт; 0,6 Вт и более; 0,2 Вт [9]. Приведенный ряд максимальных мощностей потенциально отражает наивысшую чувствительность приемников CDMA за счет использования самых эффективных методов обработки сигналов (когерентный прием многолучевых сигналов. Однако, указанная максимальная величина мощности излучения абонентского терминала технологии CDMA в 0,2 Вт (200 мВт) могла бы иметь место (за счет действии автоматической регулировки мощности абонентского терминала по поддержанию энергетического баланса между прямым и обратным каналами базовой станции) только в случае максимальной разрешенной мощности на передатчике базовой станции (20 Вт) и при отсутствии разнесенного приема на базовой станции. Вместе с тем, согласно разрешительным документам Главгоссвязьнадзора (ГСН) России, допустимая мощность излучения базовых станций технологии CDMA снижена относительно максимально-возможной в 4-10 раз по разным регионам России. Поэтому минимальная мощность излучения абонентского терминала технологии CDMA в 9-30 раз меньше, чем у самого "лучшего" в этом смысле абонентского терминала стандарта DAMPS.

В результате, с учетом применения в России на всех базовых станциях технологии CDMA разнесенного приема и получения за счет этого дополнительного снижения мощности излучения абонентского терминала в рэлеевском канале еще в 5-10 раз, получаем, что даже максимально возможная мощность излучения абонентского терминала технологии CDMA не превышает допустимой медицинской нормы 10 мВт. При прочих равных условиях это на (1-1,5) порядка меньше, чем у ближайшего по этому параметру конкурента -- абонентского терминала стандарта DAMPS. По сравнению с абонентскими терминалами стандартов GSM и NMT выигрыш еще более впечатляющий. Таким образом, только абонентские терминалы технологии CDMA обеспечивают выполнение требуемых медицинских норм по максимально-допустимой мощности излучения.

Наивысшая скрытность во время сеанса связи в сетях технологии CDMA обусловлена типом используемого радиосигнала с широкой базой D=BT=100, где D -- база или коэффициент сжатия сигнала, В -- полоса сигнала CDMA в эфире в МГц, Т -- длительность информационной посылки в мкс. Обнаружить сам факт наличия такого сигнала специальными средствами в эфире гораздо сложнее, чем "простых" сигналов, используемых в стандартах GSM, DAMPS, NMT, поскольку спектральная плотность мощности сигнала CDMA в эфире на 20 дБ ниже, чем у "простых" сигналов при равных скоростях передачи информации и мощности передатчика.

Наивысшая конфиденциальность обусловлена многоступенчатым кодированием, расшифровка которого потребует несколько лет. Так, если сигналы аналоговых стандартов можно прослушать самыми простыми измерительными приемниками, которые свободно продаются, то для прослушивания с эфира сигналов стандартов GSM и DAMPS поставляется уже более совершенная аппаратура радиоконтроля. Например, аппаратура SIMCPI-900 осуществляет перехват входящих и исходящих разговоров в сетях сотовой связи. В конце 1998 г таких систем насчитывалось около100 в различных странах мира. Аппаратура представляет из себя чемодан-дипломат и работает от постоянного источника 12 в или, в течение 2 часов, от аккумуляторной батареи. В России негосударственными организациями разработан и выпускается московской фирмой "Ново" комплекс контроля сотовых систем связи стандартов AMPS, NAMPS, DAMPS, NMT-450 серии "Стрела". Комплекс позволяет вести сквозное прослушивание и запись телефонных разговоров в контролируемых каналах, контролировать входящие и исходящие звонки по интересующим номерам.

Несанкционированное использование этой аппаратуры контроля для прослушивания телефонных разговоров преследуется законом.

Что касается обнаружения из эфира сигналов технологии CDMA, то из-за их повышенной криптостойкости и скрытности под шумами эта задача является сверхсложной и дорогостоящей. Например, стоимость спецаппаратуры для прослушивания сигналов технологии CDMA может превосходить стоимость самой базовой станции.

С учетом таких уникальных свойств технологии CDMA как повышенные криптостойкость, помехоустойчивость и сложность обнаружения в сочетании с пониженным расходом емкости аккумуляторной батареи, следует признать целесообразность применения технологии CDMA также для нужд силовых структур и ведомств.

В процессе коммерческой эксплуатации в России сотовых сетей технологии CDMA были выявлены случаи влияния внеполосных излучений передатчиков базовых станций технологии CDMA на приемные тракты базовых станций технологии GSM (в диапазоне выше 890 МГц) при близком расположении антенн обеих систем. С целью исследования этих явлений и выработки мер их устранения в Московском Управлении ГСН (УГСН) было проведено техническое совещание с участием заинтересованных сторон (УГСН, ЗАО «МобильныеТелеСистемы» (МТС), ОАО «Персональные коммуникации»). В результате проведенных исследований УГСН и ГСН обязали операторов технологии CDMA за свой счет в согласованные с МТС сроки установить на выходах передатчиков базовых станций дополнительные полосовые фильтры для снижения уровня внеполосных излучений на 45 дБ. После установки таких фильтров помеховые влияния со стороны сетей технологии CDMA на приемники технологии GSM полностью исчезли, о чем свидетельствует протокол, подписанный руководством ЗАО МТС и ОАО «Персональные коммуникации».

Для устранения подобных явлений в будущем, в новых поставках базовых станций технологии CDMA установлен специальный дуплексер, обеспечивающий требуемое подавление внеполосных излучений спектра на частотах работы стандарта GSM (более 890 МГц).

2.1 Вопросы частотного развития сетей технологии CDMA в России

2.3 Вопросы интеграции технологий сотовых сетей мобильной связи

Практика коммерческой эксплуатации сотовых сетей связи почти всех без исключения операторов России, вне зависимости от видов стандартов, особенно в крупных городах, показывает осложнение электромагнитной обстановки в эфире за счет непреднамеренных индустриальных помех различного класса (широкополосных, импульсных, узкополосных). В результате мощными помехами могут быть временно поражены не только отдельные базовые станции, но и целые кластеры базовых станций различных операторов (МТС, БиЛайн, Сонет и др). Так, например, грубое нарушение норм ЭМС службами связи одного из крупных московских банков нерегулярно, но на продолжительное время, приводило к помеховому поражению нескольких базовых станций сетей Билайн и Сонет даже в центре Москвы. Только тесная и оперативная координация действий технических специалистов сотовых сетей БиЛайн и Сонет, во взаимодействии со специальной службой УГСН по Москве и Московской области по обнаружению и поиску помех, позволили решить проблему. Однако, из-за нерегулярности появления помех их поиск, как правило, затягивается, что приводит к временному ухудшению качества связи на пораженных секторах базовых станций.

Учитывая реальную тенденцию осложнения электромагнитной обстановки с каждым годом, а также принимая во внимание неизбежность эволюционного перехода к более широкополосным системам 3-го поколения -- вопрос защиты аппаратуры базовых станций от мощных индустриальных помех различных классов становится актуальным для всех операторов сотовых систем связи. Поскольку радиоинтерфейс сотовых мобильных систем связи 3-го поколения использует технологию CDMA, то специалисты ОАО «Персональные коммуникации» в составе научно-технической группы Ассоциации операторов CDMA, совместно с отраслевыми институтами и конструкторскими бюро (КБ) проводят научно-исследовательские работы по разработке устройств защиты от помех различных классов в различных частотных диапазонах. Проводя такую работу в области высоких технологий в интересах практически всех операторов сотовых сетей России, операторы CDMA привлекают к процессам проектирования и производства отечественные науку и производственную базу.

Следует отметить, что уже сегодня компании- операторы сетей технологии CDMA России осуществляют реальную поддержку отечественных производителей, используя их продукцию и инициируя новые разработки и совершенствование параметров. Операторы технологии CDMA закупают у отечественных производителей репитеры CDMA, секторные антенны со специальными характеристиками, устройства СВЧ-трактов (малошумящие усилители (МШУ), усилители мощности, фильтры, дуплексеры, делители мощности и т. д.), источники мощного питания для базовых станций, радиочастотные кабели и проводят НИР и опытно-конструкторские работы (ОКР) с отраслевыми институтами и КБ по разработке специальных устройств инфраструктуры технологии CDMA.

Ввиду использования в технологии CDMA адаптивных алгоритмов регулирования мощности, пропускной способности и качества обслуживания- процессы частотно-территориального планирования и оптимизации сети имеют специфические особенности и принципиально отличаются от аналогичных процессов проектирования и оптимизации других технологий. Для подготовки собственных специалистов в этой области, прошедших школу практической деятельности, требуются годы, а стоимость работ по оптимизации и проектированию крупной сети иностранными специалистами составляет значительную часть контракта. Поэтому подготовка отечественных кадров для развертывания систем связи 3-го поколения, имеющих опыт строительства и эксплуатации сетей технологии CDMA-one и эволюционного перехода от них к системам связи 3-го поколения, позволит открыть новые рабочие места и экономить значительные средства, минимизируя использование иностранных специалистов.

3. Разработка предложений по повышению защищенности стандарта CDMA

В CDMA системах каждый голосовой поток отмечен своим уникальным кодом и передается на одном канале одновременно со многими другими кодированными голосовыми потоками. Принимающая сторона использует тот же код для выделения сигнала из шума. Единственное отличие между множественными голосовыми потоками это уникальный код. Канал, как правило, очень широк и каждый голосовой поток занимает целиком всю ширину диапазона. Эта система использует наборы каналов шириной 1.23 МГц. Голос кодируется на скорости 8.55 кбит/с, но определение голосовой активности и различные скорости кодирования могут урезать поток данных до 1200 бит/с. В системах CDMA могут устанавливаться очень прочные и защищенные соединения, несмотря на экстремально низкую величину мощности сигнала, теоретически - сигнал может быть слабее, чем уровень шума. В системах с частотным разделением каналов (как в FDMA, так и в TDMA) существует проблема так называемого "многократного использования" (reuse) частотных каналов. Чтобы не мешать друг другу, соседние базовые станции должны использовать разные каналы. Таким образом, если у БС 6 соседей (наиболее часто рассматриваемый случай, при этом зону каждой БС можно представить как шестиугольник, а всё вместе выглядит как пчелиные соты: то количество каналов, которые может использовать эта БС в семь раз меньше чем общее количество каналов в отведённом для сети диапазоне. Это приводит к уменьшению ёмкости сети и необходимости увеличивать плотность установки БС в густонаселённых районах. Для CDMA такой проблемы вообще нет. Все БС работают на одном и том же канале. Таким образом, частотный ресурс используется более полно. Ёмкость CDMA сети обычно в несколько раз выше, чем TDMA, и на порядок выше, чем FDMA сетей. Для того, чтобы телефоны находящиеся близко к БС не забивали своим сигналом более отдалённых абонентов, в технологии CDMA предусмотрена плавная регулировка мощности, что приводит к значительному сокращению энергопотребления телефона вблизи БС и, соответственно, увеличению времени работы телефона без подзарядки. Одной из приятных особенностей CDMA сетей является возможность "мягкого" перехода от одной БС к другой (soft handoff). При этом, возможна ситуация когда одного абонента "ведут" сразу несколько БС. Абонент просто не заметит, что его "передали" другой БС. Естественно, чтобы такое стало возможным, необходима прецизионная синхронизация БС. В коммерческих системах это достигается использованием сигналов времени от GPS (Global Positioning System) американской спутниковой системы определения координат. CDMA это практически полностью цифровой стандарт. Обычно все преобразования информационного сигнала происходят в цифровой форме, и только радиочасть аппарата является аналоговой, причём гораздо более простой, чем для других групп стандартов. Это позволяет практически весь телефон выполнить в виде одной микросхемы с большой степенью интеграции, тем самым значительно снизив стоимость телефона. Цифровая сущность CDMA весьма располагает к использованию этой технологии для безпроводной передачи данных. В рассмотренном выше примере мы задали не очень высокую скорость, однако существующие реализации CDMA позволяют многократно увеличивать скорость передачи данных, правда за счет сокращения ёмкости сети. Стандарты CDMA используют более современный кодек для оцифровки речи, что субъективно повышает качество передачи аналогового сигнала по сравнению с действующими TDMA стандартами. Из минусов CDMA можно отметить необходимость использования достаточно широкой и неразрывной полосы, что не всегда возможно в современной обстановке дефицита частотного ресурса и большую сложность реализации данной технологии в "железе".

3.1 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.