Основы CDMA

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основы CDMA

CDMA - Многоканальный Доступ с Кодовым Разделением Каналов. В отличие от других технологий радиосвязи, в которых имеющийся частотный спектр разбивается на узкополосные каналы и временные интервалы, в системе CDMA сигналы распределяются в широкой полосе частот. Таким способом система CDMA обеспечивает более эффективное использование имеющегося частотного спектра, обеспечивая значительное увеличение пропускной способности.

Пропускная способность системы CDMA в 10-20 раз выше, чем у аналоговых систем AMPS, и по меньшей мере втрое по сравнению с другими технологиями цифровой связи, такими как TDMA и GSM. В существующих сотовых системах эта пропускная способность может быть увеличена поэтапно. Путем перевода лишь 10% спектра с технологии AMPS на CDMA общая пропускная способность системы может быть удвоена. Обладая повышенной пропускной способностью, система CDMA предотвращает блокировку вызовов, позволяет удовлетворить растущий спрос на обслуживание и поддерживает новые виды цифровых услуг, такие как опознавание вызывающего абонента, передача данных и мобильная факсимильная связь.

Уникальная для каждого отдельного соединения схема кодирования в системе CDMA практически полностью устраняет перекрестные помехи и значительно снижает влияние помех от других источников. Этот подход также устраняет необходимость сдвига несущих частот между соседними сотами, обеспечивая надежную "мягкую" эстафетную передачу абонента, которая предотвращает прерывание вызова. Путем использования интегральных приемников типа Рейк системы Qualcomm в значительно степени снижает эффект многолучевости, характерный для зон вблизи многоэтажных зданий и на пересеченной местности.

Благодаря защищенной патентами технологии управления мощностью, система также снижает затухание сигналов у границ сот. А применение в системе CDMA вокодеров на 13 кбит/с переменной скоростью передачи данных обеспечивает качество передачи речи, сопоставимое с качеством связи по проводным линиям.

Типичная выходная мощность переносного аппарата CDMA составляет всего два милливатта - значительно меньше, чем средняя выходная мощность в 125 мВт у аппаратов системы GSM. За счет сокращения потребляемой энергии батареи переносные аппараты CDMA обеспечивают существенное увеличение продолжительности работы в режиме соединения (до пяти часов) и в режиме ожидания (до двух дней). Снижение требований по расходу энергии также позволило уменьшить габариты и массу переносных телефонов, а также время вынужденного простоя, связанного с необходимостью перезарядки батарей. Кроме того, снижение выходной мощности уменьшает озабоченность потребителей в отношении риска для здоровья и снижает взаимное влияние с другими устройствами радиосвязи. Сигналы с расширенным спектром, применяемые в системе CDMA, обеспечивают зону покрытия значительно большей площади в сравнении с сигналами, используемыми в системах AMPS, TDMA или GSP. В результате, количество базовых станций, необходимых для системы CDMA, сокращается в 2-5 раз. Такое расширение зоны покрытия обеспечивается практически во всех системах и при всех условиях развертывания (в городах, пригородах, сельской местности). Радиоинтерфейс системы CDMA соответствует требованиям как стандарта цифровой сотовой связи IS-95A, так и стандарта PCS J-STD-008. Система также отвечает требованиям интерфейсных протоколов Подсистемы Подвижной Связи (MAP) IS-41, обеспечивая тем самым полную совместимость с проводными и беспроводными системами связи, применяемыми в США.

Сравнение технологий множественного доступа

радиосвязь множественный доступ

FDMA - множественный доступ с частотным разделением. Стандарт FDMA широко используется как в традицинных аналоговых системах сотовой связи, так и в современных цифровых системах (как правило, в сочетании с другими методами). Из всего доступного диапазона каждому абоненту выделяется своя полоса частот, которую он может использовать все 100% времени. Таким образом, не временной фактор, а только лишь различия в частоте используются для разделения (дифференциации) абонентов. Подобный подход имеет заметное преимущество: вся информация передается в "реальном времени", и абонент получает возможность использовать всю полосу пропускания, выделенного ему сегмента. Ширина полосы сегмента может варьироваться в зависимости от используемой системы связи.

CDMA - множественный доступ с кодовым разделением. Каналы трафика при таком способе разделения среды создаются присвоением каждому пользователю отдельного кода, который распространяется по всей ширине полосы. В данном случае не существует временного разделения, и все абоненты постоянно используют всю ширину канала. Нужно заметить, что полоса частот, выделяемая для организации одного канала, очень широка. Вещание абонентов накладываются друг на друга, но поскольку их коды отличаются, они могут быть легко дифференцированы.

В качестве иллюстрации этого метода можно представить комнату, в которой находятся несколько пар людей. Эти пары хотят общаться только друг с другом и не интересуются другими. Если каждая пара знает только один язык и его использует, а все языки различны, тогда воздух комнаты может быть "несущей частотой" для их голосов.

Аналогия заключается в том, что воздух в комнате является широкополосным каналом, а языки представляются в виде кодов. Если мы включим языковые "фильтры", то люди, говорящие на немецком, не услышат тех, кто говорит на испанском и т.д. Мы будем увеличивать количество абонентов до тех пор, пока общий "фоновый шум" (помехи от других абонентов) не будет нас ограничивать. Регулируя мощность сигнала всех абонентов, которая не должна быть выше необходимой при сохранении высокого качества речи, мы обеспечиваем связью большое количество абонентов. Максимальное количество пользователей, или каналов трафика зависит от интенсивности использования каждого канала трафика, и поэтому не является определенным. Это отражается в концепции "мягкой перегрузки" (soft overload), согласно которой дополнительный абонент (или пара по нашей аналогии) может получить доступ, если необходимо, за счет несколько возрастающих помех для других абонентов.

Большинство операторов используют в каждой ячейке три независимых секторных антенны (трехсекторная модель, N=7). Или, другими словами, обычно одна седьмая всех частот, выделенных оператору сотовой связи, может использоваться в любой соте. Соты должны быть разнесены достаточно далеко друг от друга с тем, чтобы помехи были устранены или сведены к минимуму, и, соответственно, достигнуто приемлемое качество речи.

В случае использования стандатра CDMA сигнал может быть принят при наличии высокого уровня помех, но при этом сохраняется то же самое или более высокое качество передачи. Все абоненты совместно используют один и тот же частотный ресурс. В стандарте CDMA одна и та же полоса частот используется в каждой соте и в каждом секторе секторизованной соты. В данном случае модель повторного использования частот выглядит как N=1. Эта модель N=1 является тем условием, которое обеспечивает для стандарта CDMA более высокую пропускную способность (емкость) по сравнению с AMPS и другими технологиями. Помехи, создаваемые другими абонентами и другими базовыми станциями, представляют собой фактор, в конечном итоге определяющий верхний порог пропускной способности сети стандарта CDMA. При разработке первичной сети целью является сведение к минимуму общего уровня помех. В стандарте CDMA существует множество способов снизить уровень помех и довести до максимума емкость сети.

TDMA - множественный доступ с временным разделением. Стандарт TDMA активно используется современными цифровыми системами подвижной свзи. В отличие от систем частоного разделения, все абоненты системы TDMA работают в одном и том же диапазоне частот, но при этом каждый имеет временные ограничения доступа. Каждому абоненту выделяется временной промежуток (кадр), в течении которого ему разрешается "вещание". После того, как один абонент завершает вещание, разрешение прередается другому, затем третьему и т.д. После того, как обслужены все абоненты, процесс начинается сначала. С точки зрения абонента его активность носит пульсирующий характер. Чем больше абонентов, тем реже каждому из них предоставляется возможность передать свои данные, тем, соответственно, меньше данных он сможет передать. Если ограничить потребности (возможности) абонента известной величиной, можно оценить количество пользователей, которых реально сможет обслужить система с таким способом разделения среды. Временное разделение, как правило, накладывается на частотное разделение и вещание ведется в выделенной полосе частот.

По словам президента UWCC Майка Бермана (Mike Buhrmann), среди трех соревнующихся стандартов сотовой связи TDMA занимает второе место после стандарта GSM, занимающего господствующее положение в Европе. Хотя этому стандарту в технологических дискуссиях зачастую уделяется недостаточно внимания, сети TDMA продолжают развиваться. Сейчас они используются в 70 странах мира и почти полностью покрывают Северную и Южную Америку. Успех TDMA связывают с чистотой воспроизведения голоса, которая обеспечивается новым голосовым кодером ACELP, двухдиапазонными и двухстандартными телефонами, возросшей емкостью, глобальным распространением и переходом к стандарту третьего поколения UWC-136. По мнению специалистов, увеличение рынка TDMA (IS-136) отражает ускоренный переход к цифровым методам и зрелость этой технологии. Важно, что все три ведущие цифровые технологии смогут стать основой для услуг беспроводной связи третьего поколения

CDMA-общие сведения

СDMA - система множественного доступа с кодовым разделением - стала, возможно, самой многообещающей системой, появившейся на мировом рынке. Десятилетия назад эта технология использовалась в военной связи (США), а сегодня известна всем как глобальный цифровой стандарт для коммерческих систем коммуникаций.

За последние годы технология использования CDMA была протестирована, стандартизирована, лицензирована и запущена в производство большинством поставщиков беспроводного оборудования и уже применяется во всем мире.

В отличие от других методов доступа абонентов к сети, где энергия сигнала концентрируется на выбранных частотах или временных интервалах, сигналы CDMA распределены в непрерывном частотно-временном пространстве. Фактически метод манипулирует и частотой, и временем, и энергией.Что выгодно отличает CDMA от других цифровых технологий? В технологии CDMA возможно обеспечение высокого качества речи при одновременном снижении излучаемой мощности и уровне шумов. Результатом является постоянное высокое качество передачи речи и данных с минимальной средней выходной мощностью. В сотни раз меньшее значение выходной мощности в отличие от других, используемых в настоящее время стандартов - отличительное качество технологии CDMA при рассмотрении двух немаловажных факторов: воздействия на организм человека; продолжительности работы без подзарядки аккумулятора. Емкость CDMA от десяти до двадцати раз выше, чем у аналоговых систем, и в три- шесть раз превышает емкость других цифровых систем. Сети, построенные на ее основе, эффективно используют радиочастотный ресурс, благодаря возможности многократного использования одних тех же частот в сети.

Группа стандартов CDMA коренным образом отличается от своих собратьев по сотовой телефонии и эти стандарты по праву считаются стандартами 2.5 поколения. Если FDMA (NMT, AMPS, NAMPS) и его продолжение - TDMA (GSM, DAMPS) используют набор частотных диапазонов с разделением каждого канала на временные интервалы (для TDMA) для множественного доступа абонетов к услугам сотовой сети, то в CDMA всё по-другому.

CDMA использует технологию Direct Sequence (Pseudo Noise) Spread Spectrum (прямая последовательность (псевдошум) с широким спектром). Основа DSSS - использование шумоподобной несущей, и гораздо более широкой полосы, чем необходимо для обычных способов модуляции. Хотя DSSS была изобретена ещё в 1940-е, коммерческое применение началось только в 1995 году. Причиной тому - отсутствие технологий позволяющих создавать малогабаритные приёмопередатчики использующие DSSS.

Представьте себе узкополосный сигнал промодулированный неким потоком данных со скоростью, например 9600 bps. Пусть есть уникальная, повторяющаяся, псевдослучайная цифровая последовательность со значительно большей скоростью, скажем 1.25 Mbps. Если менять фазу узкополосного сигнала в соответствии с псевдослучайной последовательностью, то мы получим шумоподобный сигнал с широким спектром, содержащий в себе информацию. Если рассмотреть, что происходит с точки зрения частоты - то получится что информационный сигнал "расплылся" (spread) по спектру шумоподобного сигнала (pseudonoise). Теперь осталось выдать этот широкополосный сигнал в эфир.

На пути от передатчика к приёмнику к сигналу добавятся помехи и сигналы других передатчиков. Принятый и демодулированный сигнал перемножим с точной копией шумоподобного сигнала, который использовался для модуляции (здесь необходима очень высокая степень синхронизации приёмника и передатчика) и получим узкополосную составляющую с высокой энергией на единицу частоты - переданный поток данных. Так как помехи и сигналы от других передатчиков не совпадают с использованным шумоподобным сигналом, то после перемножения они ещё больше расползутся по спектру и их энергия на единицу частоты уменьшится.

Таким образом, используя разные псевдослучайные последовательности (коды) можно организовать несколько независимых каналов передачи данных в одной и той же полосе частот.

Ведя по телефону конфиденциальные переговоры, или осуществляя передачу данных, Вам бы хотелось максимально обезопасить их от доступа и прослушивания со стороны третьих лиц. Учитывая тот факт, что технология CDMA изначально разрабатывалась для применения в армии США, нетрудно сделать вывод, что вопросам надежности работы системы и защиты передаваемой информации уделялось первоочередное внимание, поэтому технология CDMA гарантирует конфиденциальность Ваших переговоров.

Возможности, предоставляемые пользователю

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 ров 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.

Безопасность и секретность информации. Кроме устранения параллельных разговоров и посторонних шумов, широкого спектра передачи сообщени,зкдрвнных 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 и передачу данных.

Возможности, предоставляемые поставщиками услуг

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 графика в пределах данного диапазона радиочастот. В условиях быстрого увеличения количества беспроводных абонентов и времени использования, пропускная способность является решающим фактором.

Большая зона действия. 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 сотовой сети, необходимых для других беспроводных технологий, чтобы охватить данную зону. Благодаря меньшему количеству узлов сотовой сети, поставщики услуг могут сократить свои первоначальные капиталовложения, а также расходы по эксплуатации и обслуживанию.

Гибкость. CDMA является единственной беспроводной технологедоставляющей 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.

Быстрый ввод в эксплуатацию. Системы CDMA могут быть введены в эксплуатацию и расширены более быстро и эффективно по тиот,чм большинство беспроводных сетей. А поскольку они требуют меньшего числа узлов сотовой сети, то сети CDMA могут быть введены в эксплуатацию быстрее других типов беспроводных сетей. Возможность взаимодействия сетей. CDMA взаимодействует с AMPS (Advanced Mobile Phone System - Расширенной Системой Мобильных Телефонов, основой большинства аналоговых сотовых сетей), с телефонными сетями IS-41 и с сетями QSM/MAP, обеспечивающими большую зону действия и лучшее взаимодействие, обеспечивая операторам большую отдачу вложений в существующее оборудование.

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.

CDMA (Code Division Multiple Access) -- система множественного доступа с кодовым разделением. Беспроводной абонентский доступ WLL (Wireless Local Loop), реализованный на базе новейшей цифровой технологии с кодовым разделением каналов CDMA.

Для данного стандарта характерны отличное качество звука и низкий уровень фоновых шумов. Повышенная емкость системы, которая в 10 раз выше чем у AMPS и в 3-5 раз больше чем у GSM, определяется максимально возможным количеством активных пользователей системы на территории зоны ее обслуживания. CDMA улучшает качество связи в перенаселенных районах, и местностях с холмистым рельефом, где возникают помехи от отраженных сигналов. CDMA увеличивает емкость системы, «виртуально» отсеивая занятые, перекрестные и повисшие вызовы. Это становится возможным благодаря многократному использованию одного частотного канала во всех сотах. Повышению емкости системы способствует применение механизма контроля мощности и речевой активности, что уменьшает взаимные помехи, влияющие на емкость системы и другие факторы. В результате абоненты не страдают от блокировки вызовов в часы наибольшей нагрузки на сеть.

Существенным отличием абонентских аппаратов CDMA является малая излучаемая мощность, которая составляет менее 10мВт, что на порядок меньше, чем в сетях DAMPS и GSM. Столь низкие требования к мощности позволяют использовать портативные аппараты с более длительным временем работы без подзарядки. CDMA использует более 4,4 триллиона кодов для разделения индивидуальных вызовов, обеспечивая полную защиту и предотвращая несанкционированные подключения. CDMA использует уникальный код для каждого вызова, что позволяет надежно защитить частную информацию. Провайдеры могут использовать одну из трех систем множественного доступа, и разделить абонентов так, чтобы они не мешали друг другу.

Технология cdma2000

Cdma2000 -- это беспроводный радиодоступ, который, как определил ITU IMT-2000, поддерживает третье поколение услуг связи 3G.

Изначально, при разработке cdma2000 закладывались следующие условия:

-полное соответствие объема и качества услуг связи требованиям ITU к 3G

-уменьшение риска и защита капиталовложений операторских компаний

-облегчение работы операторским компаниям по развертыванию сетей

Сети cdma2000 полностью совместимы с сетями cdmaOne (IS-95), что и обеспечивает простой и недорогой переход к новому поколению беспроводной связи и, тем самым, обеспечивает защиту капиталовложений операторских компаний.

Сети cdma2000 предлагают значительное улучшение качества звука и увеличение емкости звуковых каналов при высокой скорости и мультимедийности передачи данных. Эволюционный переход к cdma2000 подразделяется на две фазы, известные как 1X и 3X. Чтобы реализовать эволюционный переход к IMT-2000 в полосе частот 1,25 МГц рассматривается еще одна фаза развития стандарта 1XEV, которая позволяет расширить возможности cdma2000 свыше 1X. На Конгрессе CDMA в Гонконге были приняты требования к этому стандарту, ранее собранные операторами всего мира и обобщенные CDG.

Сdma2000 1X

Сети cdma2000 1X функционируют в той же полосе частот, что и сети cdmaOne, но они обладают в 2 раза большей пропускной способностью голосовых каналов и скоростью передачи данных в 144 Кбит/с. Сети cdma2000 1X и cdmaOne полностью совместимы, их следует рассматривать как дальнейшее усовершенствование одной сети другой. TIA опубликовал cdma2000 1Х как стандарт IS-2000. Название 1Х происходит от технического термина 1XRTT, который относится к сетям cdma2000, занимающим в спектре частот полосу 1,25 МГц. 1Х означает технологию радиопередачи в полосе 1,25 МГц. 1Х может занимать полосу 1,25 МГц в различных участках частотного спектра.

Cdma2000 1XEV

Данный стандарт является дальнейшим усовершенствованием стандарта 1Х. С его помощью достигается наиболее эффективное использование частотного спектра, увеличивается пропускная способность передачи данных, достигается наивысшая скорость передачи информации от 2 до 5 Мбит/с все в той же полосе частот 1,25 МГц. При этом снижается риск и защищаются капиталовложения операторских компаний. Определившиеся потребности операторов в 1XEV указывают на два этапа усовершенствования. В ходе первого этапа для более эффективного способа передачи информации потребуется достижение скорости передачи данных более 2,4 Мбит/с. В ходе реализации второго этапа достигаются скорости передачи звука и данных в реальном масштабе времени.

Реализация первого этапа ожидается в октябре 2000 г., второго -- планируется на октябрь 2001 г.

Cdma2000 3X

Это вторая фаза стандарта cdma2000. Усовершенствования в данной фазе обеспечивают увеличение скорости передачи информации свыше того, что достигнуто в 1Х, до 2 Мбит/с с использованием многоканальной системы передачи. Название 3Х происходит от термина 3XRTT, то есть используется три канала по 1,25 МГц для предоставления услуг 3G.

Размещено на Allbest.ru