переходу до системи зв'язку третього покоління.

Використання методу розширення спектра дозволило вирішити дві основні технічні проблеми, які стоять перед наземними стільниковими мережами - залежність взаємних завад від численних користувачів і багатопроменевого поширення радіохвиль. Рішення першої проблеми здійснюється завдяки перетворенню сторонніх сигналів у шум, а його вплив усувається легко за допомогою цифрової демодуляції і декодування з корекцією помилок. Друга проблема також вирішена і відбиті сигнали, прийняті як копії вихідного сигналу, але з різною часовою затримкою, додаються, поліпшуючи якість прийому.

У системі зв'язку CDMA не потрібно ніякого частотного планування, оскільки сусідні чарунки можуть використовувати ті самі радіочастоти. Цей самий фактор дозволяє здійснювати непомітну для абонента плавну передачу ("м'яке переключення") виклику від чарунки до чарунки, забезпечуючи одночасний зв'язок абонентського радіотелефону із двома і навіть трьома базовими станціями.

Для пристосування такої методики до мереж зі значною кількістю передавачів необхідно забезпечити оперативне і точне керування потужністю всіх абонентських радіотелефонів, щоб найбільш віддалені від базової станції радіотелефони не "забивалися" радіотелефонами, що знаходяться близько. У стільниковій системі зв'язку CDMA використовується досить складний алгоритм керування потужністю передачі, що дозволяє не тільки підтримувати на одному рівні якість прийому незалежно від відстані абонентського радіотелефону до базової станції, але і додатково збільшити час роботи радіотелефону без підзарядки акумуляторів. А це досить приємно для користувачів. Тобто, технологія CDMA використовує саме такий мінімальний рівень сигналу, що необхідний для забезпечення якісного прийому. І не більш того.

Реально виходить, що радіообладнання CDMA працює на рівнях випромінюваної потужності в 100-1000 разів менше тих, на яких працює радіообладнання інших технологій.

Зрозуміло, що зона обслуговування базової станції CDMA може мати значні розміри і визначається вона відстанню дії саме абонентських радіотелефонів. Слід згадати, що, наприклад, технологія TDMA на значних відстанях може підвести, оскільки за таких умов через відбиття сусідні кадри сигналу можуть накластися один на одного, що порушить зв'язок. Тому тут кращі відстані до 20 км, тоді як звичайне обладнання CDMA таких обмежень не має. Наприклад, у GSM цей ефект усувають застосуванням спеціальних алгоритмів обробки сигналу, що дозволяє збільшити відстань зв'язку до 35 км.

Раніше вже зазначалося про високі завадостійкі властивості сигналу CDMA. Зрозуміло, що чим ширше база сигналу, тим краще показники цього параметру. Наприклад, вузькосмугова завада, що може зіпсувати роботу радіоканалу FDMA і TDMA (зв'язку не буде), лише руйнує вузьку смугу частот у широкосмуговому спектрі CDMA, що приводить до часткової втрати корисної інформації, яка може бути цілком відновлена цифровим декодером на приймальній стороні.

Ще однією важливою перевагою системи CDMA є більша ефективність використання радіоспектра. Це означає, що в тому самому частотному діапазоні можна розмістити більшу кількість інформаційних каналів. Нагадаємо, що в IS-95 у смузі 1,23 МГц в умовах одиночної базової станції може передаватися до 61 інформаційних каналів (плюс 3 канали службових). Реально для фіксованого зв'язку реалізується до 40-45 (у трисекційній базовій станції відповідно 135) розмовних каналів в одному радіоканалі, а для мобільної - 20…25. Якщо порівняти ці показники з будь-якою реальною мережею будь - якого іншого стандарту, де не можна використовувати однакові частоти в сусідніх чарунках мережі і треба займатися частотним плануванням, то за всіх інших рівних умов абонентська ємність мережі CDMA виходить вище. І найбільша вона за умови обслуговування нерухомих абонентів (коли не треба резервувати канали в сусідніх чарунках).

Усі вищезгадані властивості визначають основні економічні вигоди від використання CDMA - збільшення перекриття і збільшення ємності мережі й стільників при запланованому рівні проникнення на ринок. Так, наприклад, "м'яке переключення" щонайменше вдвічі зменшує кількість базових станцій, які необхідно розгорнути, а ємність мережі технології CDMA (IS-95) при цьому більше в 3 - 5 разів порівняно з FTDMA (DAMPS, GSM, DCS) і в 10-20 разів порівняно з аналоговим FDMA (AMPS, NMT).

Але тут слід сказати, що не можна однозначно говорити про те, що в технології CDMA вище абонентська ємність і завадостійкість. Інакше кажучи, це взаємовиключні характеристики. Вище одне - нижче інше. І навпаки. Проте експерименти показали, що за всіх інших рівних умов (розмір зони обслуговування, кількість чарунок, популяція і розподіл абонентів) зазначені характеристики системи стандарту IS-95 усетаки перевершують аналогічні існуючих стандартів технології FTDMA.

9.1.2 Підвищена екологічна безпека абонентських радіотелефонів CDMA

Екологічність абонентського радіотелефону - це те, чим нарешті серйозно затурбувалося в останні роки людство. Реальні результати масового "знайомства" людства зі стільниковим зв'язком будуть відомі ще нескоро. Тому найменший ступінь опромінення завжди більш приємний, ніж той, що більше, хоча й у межах існуючих норм. Як відомо, проведені впродовж останніх років медичні дослідження виявили факт значного збільшення ризику небезпечних захворювань мозку при використанні стільникового телефону з підвищеною потужністю випромінювання. Американський Інститут електро - і радіоінженерів розробив стандарт 802.11, що встановлює норми на характеристики мереж глобального рухомого зв'язку. Відповідно до цього стандарту потужність випромінювання портативного абонентського радіотелефону з точки зору охорони здоров'я не повинна перевищувати 10 мВт. Як відомо, паспортна максимальна потужність абонентських радіотелефонів, які використовуються у стільникових мережах стандартів NMT, GSM, AMPS/DAMPS і cdmaOne складає відповідно 3 Вт, до 2 Вт, 0,6 Вт і 0,2 Вт.

Наведений ряд максимальних потужностей потенційно відбиває найвищу чутливість приймачів. У стандарті CDMA за рахунок використання найефективніших методів обробки сигналів (когерентний прийом багатопроменевих сигналів) потужність випромінювання найменша. Що правда, для випадку стандарту GSM, потрібно ввести поправку на більш високу швидкість передавання інформації у радіоінтерфейсі.

Однак зазначене вище максимальне значення потужності випромінювання абонентського радіотелефону cdmaOne в 200 мВт може мати місце (за рахунок дії автоматичного регулювання потужності абонентського радіотелефону щодо підтримки енергетичного балансу між прямим і зворотним каналами базової станції) тільки у випадку максимальної дозволеної потужності передавача базової станції (20 Вт), за відсутності рознесеного прийому на базовій станції і без урахування енергетичного виграшу за рахунок механізму handoff для абонентів на краю зони обслуговування. Разом з тим, відповідно до нормативних документів Укрчастотнагляду (УЧН), припустима потужність випромінювання базових станцій технології CDMA знижена відносно максимально можливої в 2,5-10 разів за різними регіонами.

Реально, з урахуванням застосування на всіх базових станціях мережі технології CDMA рознесеного прийому (що в "релеївському" каналі дає виграш у 3-5 разів по потужності), а також, приймаючи до уваги додатковий енергетичний виграш у 4 дБ (2,5 рази) для абонентів на краю зони обслуговування (в нихто саме потужність передавача максимальна) за рахунок дії механізму handoff, маємо, що навіть максимально необхідна потужність випромінювання абонентського радіотелефону технології CDMA при будь - якій зоні обслуговування не перевищує припустимої медичної норми 10 мВт, а саме: 200 мВт: 2,5: 4: 2,5 = 8 мВт. Як відомо, найбільше опромінення абонента буде спостерігатися на краю зони обслуговування, оскільки при наближенні до базової станції потужність випромінювання абонентських радіотелефонів автоматично знижується (правда, у різних межах і з різним кроком).

Разом з тим, відомо, що необхідне для якісної роботи системи типове відношення сигнал/шум на прийомі базової станції складає 6 дБ, 9 дБ і 16 дБ відповідно для стандартів cdmaOne, GSM, DAMPS. Оскільки стандарти GSM і DAMPS не підтримують режим soft handoff і отже не мають виграшу в 4 дБ для абонентів, що знаходяться на краю зони обслуговування, а на їхніх базових станціях застосовується рознесений прийом, максимальні потужності абонентських радіотелефонів для цих стандартів будуть відповідно в 5 і 25 разів більше, ніж в абонентських радіотелефонах cdmaOne. Відзначимо, що при цьому ще не враховане зростання максимальної потужності абонентських радіотелефонів цих стандартів через роботу базових станцій з максимальною штатною потужністю, а не зниженою в 2,5 рази, як це має місце в cdmaOne. В порівнянні з абонентськими радіотелефонами стандарту NMT виграш ще більш вражаючий.

Таким чином, виходить, що тільки абонентські радіотелефони технології CDMA (у нашому випадку це cdmaOne) забезпечують виконання необхідних медичних норм по максимально допустимій потужності випромінювання незалежно від радіуса зони обслуговування базових станцій стільникової мережі зв'язку.

9.1.3 Конфіденційність зв'язку

Конфіденційність зв'язку і скритність зв'язку у технології CDMA найбільша з усіх технологій рухомого зв'язку. Це обумовлено типом використовуваного радіосигналу з широкою базою D = BT = 100, де D - база або коефіцієнт стиснення сигналу, В (МГц) - смуга сигналу сdмаОnе в ефірі, а Т (мксек) - тривалість інформаційної посилки. Знайти сам факт наявності такого сигналу спеціальними засобами в ефірі набагато складніше, ніж "простих" вузькосмугових сигналів, які використовуються у стандартах GSM, DAMPS, NMT, оскільки спектральна щільність потужності сигналу сdмаОnе в ефірі на виході на 20 дБ нижче при рівних швидкостях передачі інформації і потужностях передавачів. Слід за одним заходом зазначити, що саме завдяки використанню такого "широкобазового" сигналу в радіоінтерфейсі технології CDMA забезпечується максимальна надійність зв'язку в умовах багатопроменевих завмирань порівняно з технологіями стандартів GSM, DAMPS, NMT.

Найвища конфіденційність зв'язку обумовлена багатоступеневими кодуванням, розшифровка якого потребує декількох років наполегливої праці. Так, якщо сигнали аналогових стандартів можна прослухати найпростішими вимірювальними приймачами, які вільно продаються в магазинах, то для прослуховування з ефіру сигналів стандартів GSM і DAMPS поставляється вже більш сучасна апаратура радіоконтролю.

Що стосується виділення з ефіру сигналів технології CDMA, то через їх підвищену криптостійкість і скритність під шумами ця задача є дуже складною. Цікаво, що сукупність таких властивостей, як криптостійкість, завадостійкість і завадозахищеність у поєднанні зі зниженою витратою ємності акумуляторної батареї пояснює зацікавленість у застосовуванні технології CDMA для потреб силових структур і відомств.

9.1.4 Ефективність використання спектра

Технологія CDMA має цілий ряд фундаментальних переваг, що і обумовили стійкий інтерес до неї, у першу чергу, з боку військових фахівців, перших хто почав її застосування як у СРСР, так і в США. Зокрема, деякі системи CDMA здатні працювати під рівнем шумів, заважаючи не тільки можливості перехоплення інформації, але, навіть, визначенню самого факту наявності її передавання. Повертаючись до комерційних радіотелефонних систем CDMA, слід зазначити, що з моменту прийняття в США у 1993 р. першого стандарту IS-95 багато фундаментальних властивостей технології CDMA, цікавих при масовому обслуговуванні абонентів, перейшли з чисто теоретичної площини в практичну.

Отже, у першу чергу, до унікальних властивостей технології CDMA, що цікавить операторів, відноситься максимальна з усіх існуючих технологій рухомого зв'язку 2G ефективність використання радіоспектра (Ерл/МГц кв.км). По цьому досить важливому показнику системи стандарту cdmaOne перевершують цифрові системи на базі технології FTDMA: GSM - у 3 рази, DAMPS - у 5 разів, не кажучи вже про аналогові системи на базі технології FDMA: AMPS - у 15 разів. Чи слід говорити, що в умовах обмеженого частотного ресурсу, що спостерігається не тільки в Росії (де історично пріоритет мають засоби зв'язку спеціального і військового призначення, а цивільні системи зв'язку часто працюють на вторинній основі), економія радіочастотного природного ресурсу сприяє зниженню витрат на розгортання мереж і створенню передумов для зниження тарифів.

9.1.5 Мережне планування

Мережа CDMA, де всі базові станції працюють на тих самих радіоканалах, не схожа на мережі інших технологій і функціонує як єдиний організм. На практиці три основних параметри стільникової мережі, а саме покриття, якість і ємність, у системі CDMA взаємозалежні і впливають один на одного. Таким чином, оператори мають можливість забезпечення оптимальним обслуговуванням заданої території, варіюючи параметри мережі.

9.1.6 Розподіл радіочастот

Для великої території України і малої густоти населення найбільш ефективним діапазоном побудови стільникових мереж зв'язку є діапазони 800 МГц і 900 МГц (DAMPS, cdmaOne, GSM), а частотні діапазони 1,8 ГГц (GSM) і 2,1 ГГц (3G) менш вигідні, і можуть використовуватися лише у великих населених пунктах, забезпечуючи підтримку по навантаженню вже існуючим мережам діапазонів 800 МГц і 900 МГц.

Можливе використання діапазону 800 МГц і подальший розвиток у цьому діапазоні найбільш ефективної технології стільникового зв'язку CDMA, наприклад, шляхом еволюційного розвитку до стандарту третього покоління cdma2000 через поетапні модифікації 1ХRTT і 3XRTT, що припускають підвищення швидкості передавання даних з 144 кбіт/с до 2 Мбіт/с відповідно на одному з трьох каналів CDMA шириною 1,23 МГц. Тим більше, що такий розвиток відповідає останнім рішенням МСЕ.

Технічні досягнення в області оптимальних методів оброблення інформації і підвищення ефективності використання спектра вже сьогодні дозволяють передавати 2,5 Мбіт/с і навіть 5 Мбіт/с у смузі одного частотного каналу шириною 1,23 МГц (наприклад, технічні пропозиції Qualcomm за технологією HDR і Motorola/Nokia за технологією 1XTREME).

Як відомо, з офіційно виділеного відповідними рішеннями ДКРЧ для будівництва мереж технології CDMA у Росії частотного діапазону 828-831МГц / 873-876 МГц, операторами використовується (а точніше виділений їм державною службою нагляду) лише один частотний канал шириною 1,23 МГц, а другий частотний канал у дозволеному діапазоні пустує. Для порівняння зазначимо, що, наприклад, у Московському регіоні стандарт технології AMPSDAMPS займає смугу від 7 до 10 МГц, а стандарт технології GSM - у цілому не менш 12 МГц і при цьому більше немає жодної вільної ділянки спектра. Тим часом сьогодні практично всі мережі технології cdmaOne у світі використовують кілька частотних каналів шириною 1,23 МГц (звичайно не менше трьох). Ця обставина зв'язана не з тим, що стандарт технології CDMA не може розвиватися, використовуючи лише один частотний канал шириною 1,23 МГц, а з майбутнім наданням нових послуг передавання інформації з високою швидкістю (у даний час до 144 кбіт/с, в перспективі до 2 Мбіт/с). Крім того, використання декількох частотних каналів дозволяє знизити тарифи на послуги зв'язку за рахунок зниження витрат на обслуговування меншої кількості місць установки багато-частотних базових станцій (це загальна проблема стільникових мереж зв'язку).

При цьому, незалежно від технології мережі стільникового зв'язку, заснованої на механізмах розсіювання і дифракції електромагнітних хвиль, існує мінімальна відстань між базовими станціями - мікрочарунка (приблизно 500 - 700 м), за якої електромагнітні хвилі між абонентським радіотелефоном і базовою станцією поширюються, переважно, в умовах прямої видимості (показник ступеня m експоненти у функції загасання електромагнітних хвиль дорівнює 2). У результаті різко підвищується рівень внутрішньо-системних завад і знижується якість зв'язку. Для випадку технології CDMA, крім того, знижується пропускна здатність каналу зв'язку. Так, наприклад, для мікрочарунки з m = 2 збільшення рівня внутрішньо-системних завад приводить до зниження пропускної здатності більше ніж у 2 рази порівняно з m = 4, що відповідає, у середньому, макрочарункам з відстанню більше 2 км між базовими станціями.

Крім зазначених негативних наслідків "невикористання" вільного частотного каналу в дозволеному діапазоні CDMA можна було б сказати про збитки, що несе держава, не одержуючи плати за вільний частотний канал і податків з тієї розширеної соціальної групи населення, що могла б бути абонентами мережі в результаті зниження цін на послуги і тим самим сприяти підвищенню економічної активності регіону.

9.1.7 Підвищення пропускної здатності мережі

Дійсно, є в технології CDMA такі корисні споживчі властивості, як можливість підвищення пропускної здатності мережі у години найбільшого навантаження (ГНН). На відміну від усіх інших технологій стільникового зв'язку 1G і 2G з жорстко фіксованою кількістю каналів "n " трафіка на кожній базовій станції, у технології CDMA кількість наданих каналів трафіка може збільшуватися (> n) за незначного і короткочасного зниження якості обслуговування. Так, наприклад, пропускна здатність базової станції технології CDMA може зрости не менше ніж на 15% при збільшенні кількості помилок за прийнятими кадрами з 1 до 3 %. Однак відомо, що за такого зростання кількості помилок за прийнятими кадрами якість переданої мови практично не погіршується. Тільки при зростанні кількості помилок понад 5% відзначається незначне зниження якості зв'язку. Зазначимо, що при цьому виходить збільшення пропускної здатності більше ніж на 20%.

9.1.8 Можливість інтегрування стільникових мереж різних стандартів

Одним з основних напрямків розвитку й удосконалювання техніки рухомого зв'язку є пошук нових технічних рішень щодо підвищення ефективності використання радіоспектра. Це пов'язано як з високою вартістю використовуваних смуг частот у ряді держав, так і загальною нестачею смуг частот у найбільш "вигідних" діапазонах радіочастот (у першу чергу, 800 МГц і 900 МГц).

Одним з ефективних шляхів вкладання інвестицій у розвиток рухомих мереж стільникового зв'язку 2G і 3G може стати будівництво так званих "накладених" мереж. При цьому, на тій же території (на тих же будинках і з використанням тих же антен) і в тій же робочій смузі частот можна розгорнути одночасно мережі стандартів GSM (DAMPS) і CDMA. Так, наприклад, при будівництві накладеної мережі стандарту CDMA на мережу стандарту GSM (займана смуга частот близько 5 Мгц, кількість носійних на базовій станції - 3, коефіцієнт повторення частот - 9) можливий виграш у пропускній здатності не менше, ніж у 2-3 рази. Ефект досягається, у першу чергу, за рахунок вже згадуваної "широкобазовості" (D >> 1) використовуваних складних сигналів CDMA, що забезпечують знижену спектральну щільність потужності випромінюваних сигналів і можливість режекції ділянок спектра, зайнятих сигналами GSM, на передавачах і приймачах радіозасобів мережі CDMA. Крім того, вже закладені в обладнання технології CDMA 3G нові методи обробки сигналів (наприклад, оптимальний прийом з компенсацією інтерференції і вінерівська фільтрація) є додатковими засобами підвищення ефективності роботи накладених мереж.

З огляду на загальну зацікавленість і економічну вигоду при використанні накладених мереж і готовність техніки для їхньої реалізації, представляється можливим побудова таких мереж на базі нових версій обладнання технологій GSM (2G) і CDMA (3G) з опціями для накладених мереж. При цьому, наприклад, використовуване раніше устаткування стандарту GSM оператор може перенести в інше місце мережі, де навантаження менше. Втім, такий шлях розвитку найбільш доцільний для тих виробників обладнання, що випускають техніку відразу декількох стандартів і поколінь рухомого зв'язку.

Історично склалося так, що європейці найбільш докладно розробили різні додатки (у сфері додаткових послуг) для стандарту GSM (але це відноситься більше до функцій комутатора, а не радіоінтерфейса). І ось 20 лютого 1998 року компанія Qualcomm оголосила про успішне закінчення іспитів з британським оператором Vodafon базової станції CDMA (IS-95), включеної в центр комутації рухомого зв'язку мережі GSM. Це означає, що тепер немає нічого неможливого й існує реальна можливість поєднати численні послуги, розроблені в рамках проекту GSM і адаптовані до європейських телефонних мереж, з перевагами радіоінтерфейса IS-95.

9.2 Недоліки стандарту CDMA

9.2.1 Завада цифровому ТБ

Що стосується перспективи використання діапазону 800 МГц для потреб цифрового телебачення, для чого намічено поступово звести нанівець мережі cdmaOne і AMPS/DAMPS, то слід зазначити наступне:

В Україні практично весь діапазон, на первинній основі, зайнятий у даний час радіоелектронними засобами (РЕЗ) військового і спеціального призначення, що відзначено, до речі, в документах МСЕ. При цьому електромагнітна сумісність (ЕМС) між РЕЗ військового і спеціального призначення і РЕЗ цифрового телебачення не забезпечується практично в усьому діапазоні 800 МГц. У той же час, переведення РЕЗ військового і спеціального призначення за межі діапазону 800 проблематично через неминучі величезні матеріальні витрати.

Один канал цифрового ТБ займає смугу 8 МГц. Весь виділений діапазон для розміщення основних і резервних каналів цифрового ТБ простирається від 470 до 862 МГц. Таким чином, смуга, займана в цьому діапазоні мережами стандарту cdmaOne, складає всього 1,23 МГц. Максимальна смуга, що може знадобитися стандарту cdmaOne для забезпечення, наприклад, у повному обсязі послуг зв'язку 3G за еволюційного шляху розвитку складає не більше 3 1,23 МГц, тобто один телевізійний канал.

Отож очевидно, що чи є в діапазоні 800 МГц один або навіть цілих 3 радіоканали cdmaOne або їх немає зовсім - цифровому ТБ від цього не легше. Навіть на один ТВ канал частот не вистачить. Такими чином, збереження і розвиток у наведених обмежених рамках у діапазоні 800 МГц стандарту cdmaOne практично не може стримувати розвиток в Україні цифрового ТБ. Скоріше, воно саме себе стримує, тому що має на увазі заміну обладнання як телевізійних радіопередавачів, так і в усіх абонентів. Адже власникам дециметрових ТВ каналів з технічної точки зору і зараз нічого не заважає перейти на "цифру" і передавати у смузі 8 МГц замість однієї відразу 4 або більше високоякісних ТВ програм.

9.2.2 Завади мережі cdmaOne мережам GSM

Якщо такі факти і є, то проблеми як такої немає. У процесі комерційної експлуатації стільникових мереж технології cdmaOne дійсно були виявлені випадки впливу позасмугових випромінювань окремих передавачів базових станцій cdmaOne "Сонет" на прийомні тракти базових станцій технології GSM у діапазоні вище 890 МГц за близького територіального розташування антен обох систем. У результаті проведених досліджень була з'ясована причина впливу обладнання CDMA і оператори мереж cdmaOne установили на виходах передавачів базових станцій додаткові смугові фільтри для зниження рівня позасмугових випромінювань на 45 дБ. Після установки таких фільтрів (це не занадто дорогий захід) впливи завад з боку мереж технології CDMA на приймачі технології GSM цілком зникли, про що, зокрема, свідчить протокол, підписаний керівництвом ЗАТ "МТС" і ВАТ "Персональные коммуникации” (Росія).

Для усунення подібних явищ у майбутньому, в нових постачаннях базових станцій cdmaOne установлений спеціальний дуплексер, що забезпечує необхідне придушення позасмугових випромінювань спектра на частотах роботи стандарту GSM (понад 890 МГц). Таким чином, сьогодні не існує ніяких технічних перешкод для забезпечення ЕМС РЕЗ cdmaOne з РЕЗ силових структур і цивільних засобів.

10. Послуги в мережах зв'язку стандарту cdma та перспективи розвитку мереж