Сотовая система подвижной связи стандарта CDMA

В настоящее время метод многостанционного доступа с кодовым разделением каналов реализован в нескольких стандартах: стандарт CDMA предложен и внедряется компанией Qualcomm, стандарт B-CDMA – компанией Inter Digital, FH/CDMA – компанией Tadiran Telecommunications. Эти стандарты значительно отличаются друг от друга по способу кодирования в каналах и методу расширения спектра. Построенные на их основе системы различаются как функциональными возможностями, так и областью применения. Ниже приводится описание стандарта CDMA IS-95 (cdmaOne) как наиболее широко используемого в настоящее время. Его первая версия была разработана компанией Qualcomm в 1994 г.

Изначально система связи cdmaOne была предназначена для работы в диапазонах частот 824-849 МГц (обратный канал) и 869-894 МГц (прямой канал) с дуплексным разносом 45 МГц. Общая полоса частот, занимаемая в эфире, – 1,25 МГц.

Передача речи и данных осуществляется кадрами длительностью 20 мс. При этом скорость передачи в пределах сеанса связи может измениться от 1,2 до 9,6 кбит/с, но в течение одного кадра она остается неизменной. Если количество ошибок в кадре превышает допустимую норму, то искаженный кадр удаляется.

В стандарте CDMA передаваемую информацию кодируют и код превращают в шумоподобный широкополосный сигнал (ШШС) так, что его можно выделить снова, только располагая кодом на приемной стороне. При этом одновременно в широкой полосе частот можно передавать и принимать множество сигналов, которые не мешают друг другу.

Система CDMA рассчитана на работу в диапазоне 800 МГц. Система построена по методу прямого расширения спектра частот на основе 64 видов последовательностей, сформированных по закону функций Уолша. Для преобразования аналогового речевого сигнала в цифровой используется алгоритм CELP со скоростью преобразования 8 кбит/с (9,6 кбит/с в канале). Возможны режимы работы на скоростях 4,8, 2,4 и 1,2 кбит/с. В каналах системы CDMA применяется сверточное кодирование. Общая полоса частот канала связи составляет 1,25 МГц.

Состав оборудования сетей стандарта CDMA во многом сходен с составом оборудования сетей стандарта GSM и включает в себя подвижные станции (МS), базовые станции (BS), цифровые коммутаторы, центр управления и обслуживания, различные дополнительные системы и устройства, функциональное сопряжение элементов системы осуществляется с помощью ряда интерфейсов.

Характеристики некоторых стандартов сотовой связи приведены в таблице 7.

Таблица 7 – Характеристики цифровых стандартов сотовой связи.

Бесшнуровая телефония

Бесшнуровая телефония - это общее название группы радиотелефонных систем, объединяющих такие виды радиотелефонной связи, как комнатные радиоудлинители, удлинители дольнего радиуса действий и офисные радио-АТС (микросотовые системы).

Бесшнуровые телефоны не требуют операторской деятельности; они устанавливаются и эксплуатируются силами самих пользователей. В настоящее время бесшнуровая телефония в основном представлена бытовыми радиоудлинителями, которые дополнительно к основной функции телефона обеспечивают очень ограниченную мобильность (в пределах десятков, реже - сотен метров). Еще менее распространены сегодня беспроводные АТС, или микросотовые системы.

Системы бесшнурового доступа

В современных системах связи широко стали применяться решения, основанные на технологиях радиодоступа.

Мобильная ведомственная связь полностью удовлетворяет основным требованиям к качеству современной телекоммуникационной системы: мобильность в пределах всей компании; интегрированная поддержка услуг голосовой связи и передачи данных; возможность быстрого и экономичного расширения поддерживаемых услуг; легкость и экономичность технического обслуживания и эксплуатации.

Внедрение в беспроводной доступ цифровой технологии позволило повысить пропускную способность и коэффициент использования спектра частот, а также предоставить новые услуги. В результате, сегодня цифровой беспроводный абонентский шлейф в состоянии конкурировать с медным кабелем в отношении надежности, габаритов оборудования, качества речи и темпов реализации.

СТАНДАРТЫ СИСТЕМЫ БЕСПРОВОДНОЙ ТЕЛЕФОНИИ

В первом поколении бесшнуровые телефонные системы используют аналоговый метод передачи речевых сообщений по радиотракту. Такие системы достаточно дешевы, но применимы в условиях сравнительно небольшой плотности нагрузки. Кроме этого, следует учитывать, что в таких системах сложно обеспечивать конфиденциальность переговоров.

Второе поколение бесшнуровых телефонных систем базируется на цифровом методе передачи речевых сообщений, что дает принципиальную возможность эффективного засекречивания сообщений в радиоканале. Ввиду малых геометрических размеров сот (микро и пикосоты), применяемых при распределении ресурсов бесшнуровой телефонной системы, разброс задержки сигнала в радиоканале невелик. Это позволяет организовать цифровые каналы с высокими скоростями передачи.

В системах беспроводной телефонии используются следующие стандарты:

СТ-1. Создан в 1985 г. Системы СТ-1 (Cordless Telephony) работают в диапазоне частот 825-837 МГц, в котором размещается 10 каналов. В стандарте реализован метод частотного разделения каналов FDMA. Количество дуплексных каналов – 40. Связь между абонентским терминалом (АТ) и базовой станцией (БС) осуществляется по специальному идентификационному коду. Число каналов невелико для использования в сфере бизнеса. Поэтому был принят стандарт СT-1+, имеющий удвоенное количество каналов-80. Основным недостатком этих двух стандартов является отсутствие системы защиты (секретности) передаваемой информации и невозможность ее создания.

СТ-2 (общеевропейский стандарт). Системы этого стандарта работают в диапазоне частот 864,1-868,1 МГц, имеют 40 радиоканалов (РК), каждый из которых имеет полосу 100 кГц. В СT-2 используется метод FDMA, дуплекс с временным разделением приема и передачи (TDD). Скорость передачи цифрового потока в канале – 72 кбит/с. По стандарту в системе используется кодек АДИКМ со скоростью передачи 32 кбит/с, что обеспечивает высокое качество передаваемой речевой информации. Средняя излучаемая мощность составляет около 5 мВт (пиковая достигает 10 мВт). В системах предусматривается двухуровневое управление мощностью передатчика, что защищает приемник бесперебойной системы от попадания в режим насыщения и косвенно уменьшает уровень интерференции в сети. В стандарте обеспечивается секретность переговоров и лучшее, чем в СТ-1, качество приема речевых сообщений.

DEСT(стандарт фирмы Ericsson). Оборудование стандарта DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications) работает в диапазоне частот 1880-1900 МГц, в котором размещается 10 РК, имеющих каждый полосу в 1728 кГц.

В стандарте реализован метод многостанционного доступа с временным разделением каналов (TDMA) и дуплекс TDD . Скорость передачи цифрового потока в РК достигает 1152 кбит/с. Используется кодек АДИКМ со скоростью передачи 32 кбит/с. Средняя излучаемая мощность достигает 10 мВт (пиковая достигает 250 мВт).

Стандарт DECT регламентирует метод доступа подвижных абонентов к стационарной сети в условиях очень высоких плотностей трафика (до 10 000 Эрл/кв. км).

Помимо высокой пропускной способности, другими отличительными особенностями стандарта DECT (в сравнении с СТ2) являются:

- динамическое распределение каналов и комбинированный метод многостанционного доступа TDMA/FDMA, что обеспечивает эффективное использование частотного диапазона;

- ориентация на принципы, используемые в модели взаимодействия открытых систем (рекомендация МККТТ Х.200);

- возможность предоставления подвижному абоненту услуг цифровых сетей с интегральным обслуживанием;

- возможность поддержки процедур эстафетной передачи канала при перемещении абонента между базовыми блоками одной системы (handover) и обслуживания абонента при переезде его в другую зону другой системы этого же стандарта (roaming).

Наиболее привлекательной перспективой развития DECT-систем является возможность взаимодействия стандартов DECT и GSM. Оба эти стандарта основаны на цифровой радиопередаче по TDMA технологии. Но между этими стандартами существует и существенная разница в обеспечении мобильности абонента и емкости систем.

Стандарт DECT оптимизирован, прежде всего, для использования при напряженном трафике, характерным для условий, где много абонентов на небольшой площади. Скорость передвижения абонента DECT - системы ограничена пешеходной скоростью человека. Это является существенным требованием к абоненту DECT -систем. Напротив, в стандарте GSN заложены возможность абонента передвигаться на автомобиле или поезде и возможность роуминга в других странах. Но, как уже отмечалось, емкость GSM-стандарта меньше, чем DECT, поэтому невозможно обеспечить напряженный бизнес-трафик без установки дополнительного микросотового GSM-оборудования. Поэтому очень перспективным является совмещение двух стандартов в одном радиотелефоне. Это позволит использовать DEСT-стандарт в офисе и GSM вне его.

DEСT системы наиболее эффективны при использовании в офисах и на небольших промышленных предприятиях (с количеством абонентов до 4-5 тыс. на одну установку).

PHS. Системы стандарта PHS (Personal Handyphone System) используют диапазон частот 1895-1918, 1МГц, в котором размещается 40 РК; разнос между несущими составляет 300 кГц. Диапазон 1895-1906 МГц выделен для офисного применения, а полоса 1906-1918, 1МГц является резервом для работы в СОП. В стандарте используются методы TDMA и TDD. Один кадр TDMA образует 4 речевых канала. Скорость передачи в РК цифрового потока достигает 384 кбит/с. Используется кодек АДИКМ со скоростью передачи 32 кбит/с. Максимальная выходная мощность абонентской станции до 10 мВт.

PACS, PWT, WDCT. Данные стандарты используются в США в беспроводных офисных системах: PACS -Personal Access Communications System, PWT- Personal Wireless Telecommunications, WDCT – Worldwide Digital Cordless Telephone. В Европе данные системы практически не используются.