Выполнил студент группы 10-ОЗИ
Аниканов В.В.

Введение

CDMA (англ. Code Division Multiple Access — множественный доступ с кодовым разделением). 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.

Множественный доступ с кодовым разделением CDMA

Понятие множественного доступа связано с организацией совместного использования ограниченного участка спектра многими пользователями. В системах сотовой связи существует три варианта множественного доступа: с частотным, с временным и с кодовым разделением каналов.
FDMA (множественный доступ с частотным разделением) - метод в котором каждому вызову назначается отдельная частота, и для других вызовов в это время она использоваться не может. На этой базе работают стандарты NMT и AMPS.
TDMA (множественный доступ с временным разделением) - метод, в котором несколько абонентов используют одну частоту в разные промежутки времени. По этому принципу работает сотовая связь GSM.
CDMA (множественный доступ с кодовым разделением) - метод, при котором абоненты используют широкий спектр частот, а разделение каналов связи происходит по уникальному коду.
В методе CDMA большая группа пользователей одновременно использует общую относительно широкую полосу частот (не менее 1 МГц). 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. Вещание абонентов накладывается друг на друга, но поскольку их коды отличаются, они могут быть легко дифференцированы.
Основные принципы метода - расширение спектра за счет модуляции в сочетании с кодовым разделением физических каналов - определяют и общие достоинства методе CDMA: высокую помехоустойчивость, хорошую приспособленность к условиям многолучевого распространения, высокую емкость системы.
В CDMA регулировка уровней сигналов, применение секторных антенн на базовых станциях и использование принципа «речевой активности» (станция излучает лишь тогда, когда абонент говорит, и не излучает в паузах речи), оперативное изменение числа задействованных каналов связи в пределах имеющегося ресурса позволяет практически реализовать предельно малое допустимое отношение сигнал/помеха, т.е. получить предельно большие пропускную способность и емкость системы. Это технические особенности CDMA обеспечивают высокие характеристики метода. С другой стороны, их реализация достаточно сложна.
В методе нет частотного планирования, во всех ячейках используется одна и та же полоса частот. Если, в терминах разработки Qualcomm, под CDMA отведена полоса более широкая чем минимально необходимые 1,23 МГц, то каждый из поддиапазонов в 1,23 МГц используется во всех ячейках с однотипной организацией работы во всех поддиапазонах. При этом в качестве коэффициента эффективности повторного использования частот указывается величина порядка 2/3, т.е. вследствие помех от других ячеек число используемых в каждой ячейке каналов снижается в 1,5 раза по сравнению с одной изолированной.
Метод CDMA требует точной синхронизации БС системы. Это может быть реализовано, например, при помощи спутниковой геодезической системы GPS, но в результате система сотовой связи оказывается не автономной.
В методе CDMA нет защитных интервалов (бланков), как в методе TDMA, а большое число знаков в используемых кодовых последовательностях облегчает сохранение конфиденциальности передаваемой информации. Высокая помехоустойчивость CDMA и распределение энергии по широкой полосе частот допускают совместную с CDMA работу некоторого числа узкополосных каналов связи в пределах той же широкой полосы при относительно небольшом уровне взаимных помех.
Метод CDMA обладает сравнительно высокой помехоустойчивостью и хорошо работает в условиях многолучевого распространения. Кроме того, он отличается высокой скрытностью, не использует частотного планирования, допускает «мягкую передачу обслуживания», но все это требует обязательного использования достаточно сложных технических решений: аккуратной регулировки уровня сигналов, применения секторных антенн и отработки «речевой активности», точной синхронизации БС, причем последнее может быть связано с потерей автономности системы.
В качестве оценки емкости системы, в терминах эквивалентного числа физических каналов на ячейку, иногда приводят коэффициент увеличения порядка 20 в сравнении с методом FDMA стандарта AMPS. Если учесть, что переход от FDMA к TDMA увеличивает число физических каналов в три раза, а при полу скоростном кодировании в шесть раз, получается, что переход от TDMA к CDMA может обеспечить примерно трехкратное увеличение числа каналов.
Однако фактически возможно более сильное влияние помех в CDMA, чем принималось в расчетах, а также в некоторых ситуациях может возникнуть необходимость более плотного расположения БС. Эти факторы ведут к снижению емкости системы. Кроме того, метод TDMA имеет дополнительные возможности: скачки по частоте (предусмотренные, в частности, стандартом GSM), которые, в сочетании с прерывистым излучением (отработкой «речевой активности») и оперативной регулировкой мощности излучения, смягчают влияние релеевских замираний и снижают средний уровень помех, т.е. позволяют реализовать большие значения коэффициента повторного использования частот. К той же цели ведет и использование адаптивного распределения каналов, в том числе в сотовых сетях иерархической структуры; в отношении построения последних TDMA имеет преимущества по сравнению с CDMA. В результате методы CDMA и TDMA оказываются примерно сопоставимыми по обеспечиваемой ими емкости .
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. 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 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.
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 аппаратной части.1

Принципы кодового разделения каналов

Принципы кодового разделения каналов связи CDMA как уже отмечалось, основаны на использовании широкополосных сигналов (ШПС), полоса которых значительно превышает полосу частот, необходимую для обычной передачи сообщений. Основной характеристикой ШПС является база сигнала, определяемая как произведение ширины его спектра F на его длительность Т:
В= F*T
В результате перемножения сигнала источника псевдослучайного шума с информационным сигналом энергия последнего распределяется в широкой полосе частот, т. е. его спектр расширяется. В радиоустройствах, построенные по технологии Spread Spectrum (распределенный спектр), расширение спектра передаваемого сигнала осуществляется при помощи псевдослучайной последовательности (Pseudorandom Number, PN), задающей алгоритм распределения. Каждое приемное устройство для декодирования сообщения должно знать кодирующую последовательность. Устройства, имеющие различные последовательности, фактически не "слышат" друг друга. Так как мощность сигнала распределяется по широкой полосе, сам сигнал оказывается "спрятанным" в шумах и по своим спектральным характеристикам также напоминает шум в радиоканале.
Метод широкополосной передачи был подробно описан К.Е. Шенноном, который первым ввел понятие пропускной способности канала и установил связь между возможностью осуществления безошибочной передачи информации по каналу с заданным отношением сигнал/шум и полосой частот, отведенной для передачи информации. Для любого заданного отношения сигнал/шум малая частота ошибок при передаче достигается при увеличении полосы частот, отводимой для передачи информации.
В цифровых системах связи, передающих информацию в виде двоичных символов, длительность ШПС Т и скорость передачи сообщений С связаны соотношением Т = 1/С. Поэтому база сигнала В = F/C характеризует расширение спектра ШПС) относительно спектра сообщения. Расширение спектра частот передаваемых цифровых сообщений может осуществляться разными методами и/или их комбинацией . 2

Организация каналов в стандарте CDMA

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 представлена ниже.

Прямые каналы в CDMA

Пилотный 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 так же 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 назначения 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 так же управляющей информации с базовой станции на подвижную.

Обратные каналы в CDMA

Канал доступа – обеспечивает связь подвижной станции с базовой станций, 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) каналами вызова.
Канал обратного трафика - обеспечивает передачу речевых сообщений и управляющей информации с подвижной станции на базовую станцию .

Преимущества CDMA

Возможности, предоставляемые пользователю

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. Безопасность и секретность информации. Кроме устранения параллельных разговоров и посторонних шумов, широкого спектра передачи сообщений, закодированных в цифровом виде, технология CDMA защищает от прослушивания. Кодирование голосовых сообщений CDMA также обеспечивает защиту от несанкционированного вмешательства и других видов мошенничества.
6. 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

1. 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.
2. 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.
3. Гибкость. CDMA является единственной беспроводной технологично доставляющей 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.
4. Быстрый ввод в эксплуатацию. Системы CDMA могут быть введены в эксплуатацию и расширены более быстро и эффективно, чем 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.
5. 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.
6. 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 .3

Проблемы функционирования CDMA

Проблемы, на которые следует обратить внимание, хорошо знакомы абсолютному большинству операторов, однако пути решения этих задач мы ищем в одиночку и находит зачастую не самые лучшие и дешевые. Эти проблемы не дают возможности оператору в полной мере использовать CDMA для решения технологических и экономических задач. Такие задачи можно решить только коллективно, при этом все участники должны осознавать, что от объединения не только можно и нужно получать выгоду, но и придется жертвовать частью своих интересов.

Работы по оформлению документов в государственных организациях

Работы по проектированию, монтажу и наладке радиотелефонных систем показали, что оформительские работы в государственных органах РФ занимают в 5-6 раз больше времени, чем поставка, монтаж и наладка вместе взятые.

Частотный ресурс

Сегодня эта проблема особенно насущна и не только потому, что российское распределение частот сильно отличается от мировых принципов. Сегодня CDMA работает в спектре 800 МГц, занимает полосу частот 1.23 МГц. Наука говорит, что смена поколений оборудования и переход к широкополосным и скоростным технологиям 3-го поколения потребует расширения спектра в 10-15 раз. Оператор уже сегодня должен знать, что в какие сроки ему необходимо сделать, чтобы ему необходимо сделать, чтобы его бизнес не перехватили другие.

GPS - необходимый инструмент функционирования системы

Наладка, синхронизация и поддержание сети CDMA в оптимальном состоянии выполняется по стандартной схеме с помощью спутниковых систем типа GPS. Весь мир пользуется только этими системами. Однако о сложностях применения их в России операторы узнают постфактум, когда оборудование уже приобретено. При переходе к 3-му поколению добавляются новые проблемы, когда место в пространстве, скорости и направления движения терминала будут фиксироваться до метра. Наука, ассоциация, холдинг должны предвидеть такие явления, подсказывать оператору, над чем ему работать юридически и экономически. Госкомитет по телекоммуникациям должен заранее формировать юридическую базу.

Государство и проблемы

Решение ряда проблем невозможно без участия Госкомитета по телекоммуникациям и других государственных органов. Необходимо решать ряд прямых запретов и проблем, которые наносят экономический ущерб операторам и государству, не дают потребителю использовать все возможности систем CDMA.
Разрешение хотя бы ограниченной мобильности и внутриобластной межконтроллерной связи при двух и более контроллерах в значительной мере повысит привлекательность системы.
Координация перехода к системам 3-го поколения, когда операторы, работающие в стандартах GSM, AMPS и CDMA, будут вынуждены объединиться на единой технологической платформе, должна проводиться под патронажем Госкомитета по телекоммуникациям.
Таковы проблемы, которые стоят перед нами на сегодняшнем этапе внедрения этой технологии. 4

Заключение

CDMA является цифровой технологией, открывающей двери в новое поколение услуг и средств беспроводной передачи данных. Используя цифровое кодирование и "широкий спектр" радиочастотных технологий, CDMA обеспечивает более высокое качество голосовой связи, лучшую секретность информации, более высокую пропускную способность системы и гибкость, по сравнению с другими технологиями беспроводной связи, а также предоставляет широкий диапазон передовых услуг, таких как обмен оперативными сообщениями, электронная почта и доступ в Интернет.

Список используемой литературы

1. Авдеева Л.В. Внедрение в России систем радиотелефонной связи CDMA: история и проблемы// Мобильные системы. Спецвыпуск по стандарту CDMA. - М., 1998. - 30-34с.
2. Громаков Ю.А. Цифровые сотовые системы подвижной радиосвязи с кодовым разделением каналов. - М., 1996. - 49с.
Интернет-источники
3. CDMA-общие сведения // http://www.cdma.kz/script_site.html?id=13.3
4. Технологии CDMA // http://www.pbxlib.com.ua/mobile/article_38.html.
5. Система сотовой подвижной связи CDMA // http://www.ixbt.com/mobile/sys-cdma.html. 1
6. Общее описание и преимущества CDMA // http://www.pbxlib.com.ua/mobile/article_124.html.2
7. Стандарт сотовой связи CDMA, проблема внедрения и эксплуатации в России // http://works.tarefer.ru/96/100012/index.html.4