Стандарты CDMA
Несмотря на то что данную технологию объединяет принцип действия, у нее есть несколько направлений. Собственно, система CDMA использует определенные наборы каналов шириной 1,23МГц. При этом сам голос кодируется со скоростью 8,55 кбит/с. Иногда этот поток данных урезается до 1,2 кбит/с. Такой стандарт используют простейшие телефоны CDMA Nokia. Их плюс – в надежности и качестве.
Стандарт CDMAOne существует во временных моделях IS-95a, IS-95b и J-STD-008. Заявленная скорость сигнала здесь составляет от 9,6 кбит/с до 115,2 кбит/с. Появились данные сети еще в 1995 г. в Америке. Сейчас стандарт довольно распространен в Азии. В России разрешено предоставлять по такой системе только услуги определенной фиксированной связи.
Стандарт CDMA2000 – преемник CDMAOne. Он практически полностью соответствует поколению 3G. Еще одна его особенность и ценность заключается в том, что именно на основе этого стандарта разрабатываются новые системы сотовых операторов.
Преимущества связи данного вида
CDMA-телефоны на сегодняшний день вошли в эксплуатацию довольно широко и пользуются необыкновенной популярностью. Из этого мы можем понять, что преимуществ в данном виде действительно много. Стационарный CDMA-телефон включает в себя широкий спектр услуг именно с помощью данной связи, рассмотрим это более детально.
Информация о том, что это такое CDMA-телефоны, полностью раскрыта. Теперь вы владеете полной информацией о данном устройстве и его непосредственных особенностях. Так, CDMA-телефон позволяет самостоятельно выбирать подходящего оператора, а также приглянувшиеся тарифы на звонки, а также доступ в интернет. Поэтому можно смело и, не задумываясь, переходить к операторам данного вида связи.
Что собой представляет телефон типа CDMA
Для того чтобы понять всю суть данной технологии, которая является совершенно не простой, можно провести определенную аналогию. Именно с помощью нее мы в общих чертах поймем, что собой представляет данная вещь. Всем будет гораздо удобнее и разборчивее, если провести аналогию с данным стандартом телефона. Как все мы знаем, существует несколько мобильных связей, самые распространенные из них – это GSM и NMT.
История технологии
Несмотря на перспективность и безопасность, данный стандарт используется не так часто. И многие задаются следующим вопросом: «Телефон CDMA – что это?». Его история началась еще в 30-е годы прошлого века.
В СССР соответствующими исследованиями занимался прославленный академик Агеев Д. В. В 1935 г. он издал собственный труд «Кодовое разделение каналов». Брошюра не стала бестселлером, т.к. больше относилась к будущим разработкам. Но вскоре эту тему подхватили и другие известные ученые. Так была создана начальная база для дальнейшей разработки технологии CDMA.
Уже в конце 50-х в США использовали данный стандарт в военных целях. И только в 80-х технология была рассекречена и представлена миру. Адаптировать ее смог доктор Ирвин Марк Джейкобс. Позже он даже создал собственную фирму Qualcomm, занимающуюся спутниковой связью, телефонией и сотовыми системами.
Благодаря этому американцу с 1992 г. новый стандарт стал активно внедряться по всему миру. А с 1996 года стали одинаково использоваться CDMA-GSM-телефоны. При этом на тот момент в проекте участвовало около 24 стран мира.
NMT-связь
Итак, разберем, что это такое, CDMA-телефоны. Во многих странах именно с помощью NMT-связи мобильного телефона начали свою работу множество операторов. Тогда они использовали так называемое частное разделение определенных каналов. Исходя из этого, мы можем понять, что каждому непосредственному абоненту выдавался свой довольно узкий аспект частот. Именно за счет этого он мог проводить свои общения. В негодность данный вид пришел совсем недавно. И вот по какой причине. Представим себе, что на одном квадратном метре стоят 3 человека, и каждый из них активно общается по телефону. Уюта совершенно никакого. А теперь они отошли на достаточное расстояние, чтобы не слышать друг друга.
Этим мы объясняем частотное разделение каналов. Именно это и используют CDMA-телефоны. Именно за счет такого сравнения в общих чертах становятся понятны некоторые детали.
CDMA в Беларуси
Начало коммерческой эксплуатации сотовой сети стандарта cdma2000 – 6 февраля 2003 года. Следует ожидать значительный интерес к данному стандарту, т.к. в ближайшее время сеть должна покрыть значительную часть страны. Большая часть достоинств стандарта cdma2000 – это достоинства применения ШПС (а они имеют огромное значение) и к ним еще присоединяется возможность высокоскоростной работы в Интернет. Единственный минус – это не самый лучший частотный диапазон работы (450 МГц). Как бы ни старался оператор, предоставляющий эту услугу, занизить значимость такого факта, всем образованным потребителям понятно, что фоновый шум в этом диапазоне намного выше, чем, скажем, в диапазоне 900 МГц или тем более 1800 МГц. Данная технология, будет справляться с такой проблемой, но до тех пор, пока трафик будет не сильно загружен. Если количество абонентов возрастет значительно, то шансов получить качественную связь будет меньше. Выбор такого диапазона понятен – в наших условия он экономически более оправдан – поэтому лучше иметь что-то, чем ничего. В целом cdma2000 в Беларуси – вещь исключительно хорошая.
Уже сейчас все абоненты сети могут воспользоваться высокоскоростным доступом в Интернет со скоростью до 153,6 Кбит/с, что открывает новые возможности для деловых людей: быстрый и своевременный доступ к деловой переписке и необходимой информации из любой точки в зоне действия сети, используя ноутбук или карманный компьютер. Несомненный плюс – использование сразу двух телефонных номеров на одном терминале – международный, то есть (029) 4хх-хх-хх и короткий минский 2хх-хх-хх.
Сложилось неверное убеждение, что мобильных телефонов стандарта CDMA 2000, работающих на частоте 450Мгц очень мало, однако это не так. Сейчас компания Белсел предлагает всем Hyundai Curitel H-100/150, который имеет размеры 125х47,3х18 мм и вес 118,6 г со стандартной батареей, что вполне сопоставимо даже с современными телефонами GSM, не говоря уже о терминалах двухгодичной давности.
Hyandai H-100 и Nokia 5110
И это при том, что технология CDMA2000 только начинает свое развитие и коммерческую эксплуатацию.
Так, например, корейский производитель Synertek уже сейчас предлагает модель S200 и S200+, а во втором квартале 2003 года выйдет сразу 5 новинок этой компании, включая модные раскладущки с двумя цветными дисплеями, полифонией и встроенной цифровой камерой.
Всемирно известные NEC, Panasonic и Huawei создали совместное предприятие Cosmobic, которые будет разрабатывать и производить мобильные телефоны, работающие на частоте 450Мгц.
- Прокис Дж. Цифровая связь. – М.: Радио и связь, 2000.
- Варакин Л. Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. – М.: Радио и связь, 1985.
- Радиотехнические цепи и сигналы. // Под ред. Самойло К. А. – М.: Радио и связь, 1982.
Двухстандартные телефоны
Как видно из статьи, и у CDMA и у GSM есть свои сильные и слабые стороны. А нашему человеку ну просто жизненно необходимо пользоваться всем и сразу. Именно поэтому был придуман двухстандартный телефон CDMA-GSM. Он объединяет в себе все преимущества обеих систем.
Что он собой представляет? Это вполне обыкновенный мобильный телефон с улучшенной батареей, которая способна выдержать большее число звонков и разговоров. По дизайну и функциональности он практически ничем не отличается от стандартных сородичей.
Такие сотовые в последнее время стали все более популярны. Поэтому постепенно все мировые мобильные бренды стали выпускать отдельные линейки двухстандартных гаджетов.
Например, CDMA-450-телефоны активно продвигаются компанией Skylink. Также в различных магазинах можно найти модели Nokia, Huawei, Pantech, HTC и многие другие.
Теоретические сведения о системах с ШПС
Достоинства и недостатки ШПС как переносчиков информации
Подытожив и дополнив сказанное выше, можно определить основные достоинства и недостатки ШПС как носителей информации в системах связи.
Следует отметить, что недостатки ШПС относятся скорее к технической реализации систем связи как таковых и с улучшением элементной базы (применение СБИС, устройств на ПАВ) они не столь существенны. В свою очередь, достоинства ШПС – это неотъемлимые их свойства, заложенные в самой природе данного класса сигналов.
Сигналом называется изменяющаяся во времени физическая величина, отображающая передаваемое сообщение. Чаще всего сигналом является напряжение на некотором участке цепи, поэтому аналитически его можно записать следующим образом: u=u(t), где t – время, u(t) – некоторая однозначно определенная функция.
Сигнал может описываться не только во временной области, но и в частотной – в виде его спектра. Это особенно важно, если сигнал имеет сложную форму. Спектры сигналов определяются по следующей формуле:
где ω=2πf – круговая частота в рад/с; u(t) – исследуемый сигнал; g(ω) – функция напряжения от частоты (спектр); j – мнимая единица.
Периодические сигналы имеют дискретный спектр, непериодические – сплошной. Конечные во времени сигналы имеют бесконечный спектр. Периодические бесконечные во времени сигналы имеют ограниченный спектр.
Энергетические параметры сигналов
или через спектр
где fн и fв – соответственно нижняя и верхняя частоты спектра сигнала (ограниченный спектр).
Физически энергия сигнала показывает суммарную энергию, выделившуюся на резисторе в 1 Ом, по окончании отрезка наблюдения. Если сигнал наблюдается на всей временной оси, то квадрат сигнала интегрируется по времени в пределах от -∞ до +∞ бесконечности.
Энергия сигнала является определяющим параметром для его помехоустойчивости, т.е. чем больше эта величина, тем при меньших отношениях сигнал/помеха возможен приемлемый по количеству ошибок прием. Из сказанного можно сделать вывод, что помехоустойчивый прием возможен при условии обеспечения необходимой энергии полезного сигнала в оптимальном приемнике, а ее величина, в свою очередь, растет при:
Первый способ хорош, но он приводит к уменьшению результирующей скорости передачи данных и поэтому он мало подходит для систем подвижной связи – он приемлем для приемопередающих систем, где скорость передачи не является решающим фактором (радиоастрономия и др.).
Второй способ улучшения энергетики систем связи – это банальное увеличение мощностей передатчиков, что тем более не подходит для сотовой связи, т.к. очевидно, что в этом случае источники питания абонентской станции (трубки) в режиме разговора будут разряжаться мгновенно.
Третий путь – это применение сигналов с широкими полосами занимаемых частот, намного превышающих полосу информационного сигнала. Такими свойствами обладают ШПС. Этим объясняется высокая помехоустойчивость и скрытность систем связи стандарта CDMA по сравнению с другими стандартами (FDMA, TDMA, FDMA/TDMA и т.д.). Энергия сигнала в CDMA-приемнике доводится до необходимого уровня не за счет увеличения мощностей передатчиков базовых станций и трубок, а за счет суммирования в согласованном с ШПС фильтре гигантского количества маломощных спектральных компонент принимаемого сигнала. Т.е. при тех же качественных показателях, скажем, стандарта GSM и CDMA мощность передатчика последнего во много раз меньше первого и, как следствие, плотность потока мощности ШПС в пространстве во втором случае также меньше, а это, в свою очередь, приводит к тому, что такой сигнал не только сложно раскодировать, но и просто обнаружить: он есть и его как бы нет.
Мощность сигнала – это его энергия приходящаяся на единицу времени (1 с). Определяется эта величина по формуле:
где T – длительность отрезка наблюдения сигнала.
Усредненная по полосе частот спектральная плотность сигнала:
где – ΔF=fв-fн ширина полосы частот занимаемой сигналом.
Спектральная плотность показывает среднюю мощность компонент спектра сигнала в элементарной полосе частот равной 1 Гц. При использовании ШПС очевидно, что величина v очень мала – это определяет хорошую ЭМС с другими радиоэлектронными средствами и возможность работы системы “под шумом”.
Авто- и взаимокорреляционные функции сигналов.
Аналитические описания сигналов и их спектры являются важнейшими и исчерпывающими характеристиками, но в системах передачи информации необходимо иметь некоторые другие, более удобные их характеристики, а именно: автокорреляционную функцию (АКФ) и взаимокорреляционную функцию (ВКФ). Именно они определяют важнейшую особенность систем связи стандарта CDMA – возможность одновременной безпомеховой работы всех абонентов соты в одной полосе частот.
Взаимокорреляционная функция – функция времени, позволяющая судить о степени подобия двух сигналов и имеющая размерность энергии или мощности. В КФ определяется выражением:
где u1(t), u2(t) – некие сигналы; τ – временной сдвиг между сигналами; r12(τ) – ВКФ двух процессов u1(t) и u2(t).
Если u1(t)=u2(t), то выражение для r12(τ) превращается в выражение для АКФ сигнала u(t)=u1(t)=u2(t):
Как видим, АКФ позволяет судить о степени связи (корреляции) сигнала с его сдвинутой во времени копией. При временном сдвиге равном нулю АКФ дает энергию сигнала E.
Т.о. если цифровой поток передавать ставя в соответствие битам информации какой-либо шумовой процесс, то его (поток) во-первых можно будет легко восстанавливать на приемной стороне и работать при этом “под шумом” в силу большой энергии сигнала, а во-вторых, если присвоить каждому абоненту в пределах соты свой собственный вид шумового сигнала, то приемник-коррелятор на базовой станции будет легко различать абонентов, несмотря на работу в одной полосе частот. Это справедливо исходя из того, что ВКФ двух различных случайных процессов близка к нулю при любых временных сдвигах, зато если приемник настроен на прием некоторого сигнала s1(t), то на выходе он будет выдавать ярко выраженный пик только в одном случае – в случае прихода точно такого же сигнала. Правда, полоса излучаемых частот возрастет значительно (для нашего примера приблизительно в 500 раз).
Не следует путать шум-сигнал и шум-помеху: первый формируется специально на передающей стороне – для модуляции цифровым потоком, на приемной стороне – для выделения полезной информации; вторая вредна и создается собственными шумами приемника, атмосферными помехами и т.д. Собственно одной из задач шумового сигнала и является борьба с шумовыми помехами.
Приведенный пример показал суть уплотнения каналов по форме сигнала, однако применение таких сигналов-шумов, как в примере, на данном этапе развития техники приема весьма затруднительно, т.к. такой сигнал сложно “повторить” на приемной стороне, а как в передатчике, так и в приемнике идентичность сигналов должна быть высокой иначе упадет помехоустойчивость системы. В CDMA сигналы с подобными свойствами формируются с помощью регистров сдвига с обратными связями. Чтобы быть точными, приблизительно в 1993 г. появились первые публикации о новых типах сигналов – хаос-сигналах, еще более лучшим образом подходящие для переноса информации в системах связи.
Определение ШПС, их разновидности и параметры.
Шумоподобными сигналами называют такие сигналы, у которых произведение ширины спектра F на длительность T много больше единицы. Это произведение является фундаментальным для ШПС и называется базой B:
Шумоподобные сигналы названы так по причине того, что их спектр, как правило очень широк, как у белого шума, и закон изменения огибающей спектра приближен к равномерному, а спектральные компоненты расположены хаотическим образом. Это значит, что и АКФ таких сигналов близки к АКФ шума. Ш ПС могут формироваться как в цифровых, так и в аналоговых устройствах.
Для техники цифровой передачи наилучшим образом подходят ФМ сигналы, так как наиболее просто формируются (например, регистрами сдвига с обратными связями). Ф М сигнал представляет собой последовательность радиоимпульсов, начальные фазы которых меняются по определенному закону. Как правило фаза меняется на 0, π рад. Закон изменения фаз представляется импульсной последовательностью со средним значением равным нулю и амплитудой ±1.
Пример ФМ ШПС длиной N=13:
Его АКФ, т.е. сигнал на выходе корреляционного приемника:
ШПС позволяют посмотреть на эту проблему в другой плоскости, а точнее полностью исключить ее из списка проблем. Т.к. на вход коррелятора (согласованного фильтра) поступает основной и несколько задержанных во времени идентичных сигналов, то на его выходе образуется несколько пиков мощности – по одному от каждого сигнала и в принципе уже на этом этапе влияние отраженных сигналов можно исключить, заперев канал приема на некоторое время после того, как на выход прошел первый импульс.
Однако есть одно условие: задержка отраженных сигналов должна быть большей, чем время корреляции. В примере время корреляции – 1 мкс и пики АКФ хорошо различимы и разделимы.
Разработчики стандарта CDMA – инженеры фирмы Qualcomm – пошли еще дальше: они ввели в приемник ШПС раздельную обработку нескольких лучей. В этом случае в каждом канале приема на базовой станции используется 4 параллельно работающих коррелятора, а на подвижной – 3 коррелятора. Это позволяет снизить требования к уровню сигнала в точке приема, кроме того появляется возможность осуществлять мягкий режим “эстафетной передачи” при переходе из соты в соту.
В настоящее время наиболее трудно решаемая задача, с которой сталкиваются разработчики систем подвижной связи, это задача создания больших систем ШПС (несколько миллионов и больше) при базе равной несколько тысяч, десятков тысяч с АКФ, подобной АКФ сигнала в примере и ВКФ стремящейся к нулю. Поэтому стоит сказать что стандарт cdma2000 (как и все другие стандарты, базирующиеся на технологии IS-95) далек от совершенства в этом плане.
Полоса частот ФМ сигнала определяется по формуле:
где τ0 – длительность элементарного временного интервала ШПС.
В примере τ0=1 с, а Т=13 с, значит база этого сигнала B=FT=13 и равна количеству элементарных составляющих ШПС. Отметим, что это утверждение относится ко всем видам ШПС, тогда упрощается расчет базы сигнала.
Цифровой стандарт в виде GSM
Данный стандарт цифровой связи мы используем в повседневной жизни. В различных странах он все еще осуществляет свою непосредственную функцию. Данная система в свою очередь по-иному использует настроенный частотный диапазон. Связь данного типа не делит определенный диапазон на конкретные части абсолютно под каждого пользователя. Но программа делает это в определенный момент времени. Это и представляет собой временное разделение необходимых нам каналов. То есть, определенная пара людей говорят в определенное время, которое необходимо им, а другая пара говорит в свое время, и при этом, не создавая дискомфорт для других людей. Примерно по такой системе также осуществляют свою непосредственную работу телефоны стандарта CDMA. Но об этом более подробно расскажем в следующем разделе.
Принципы функционирования сети CDMA
Благодаря достаточно обстоятельному анализу качеств ШПС, нетрудно понять основные принципы работы сети сотовой связи стандарта CDMA (cdma2000, WB-CDMA и др.). В данной статье будем придерживаться уже близкому нам cdma2000.
Оборудование для этого стандарта выпускают компании: Huawei Technologies, Hughes Network Systems, Lucent, Motorola, Nortel, Qualcomm и Samsung. По данным консорциума CDMA Development Group (CDG), выбор оборудования значительно расширится, поскольку производить его начнут многие новые фирмы.
Общая характеристика системы.
Cеть cdma2000 является усовершенствованной в смысле скорости передачи данных сетью стандарта IS-95. Центральными понятиями стандарта cdma2000 в реализации компании Qualcomm являются расширение спектра методом прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum), кодирование по Уолшу (Walsh Coding) и управление мощностью. cdma2000 предоставляет широкий спектр традиционных услуг:
АОН блокировка;фильтрация и переадресация вызовов;SMS;трехсторонняя конференц-связь;цифровая голосовая почта,
а также новые возможности:
высокоскоростная беспроводная передача данных;мобильная электронная коммерция и онлайновое банковское обслуживание;полноценный доступ в Интернет через мобильный телефон;одновременная передача данных и голоса.
Структура и формирование сигналов.
Схема кодирования в прямом канале (от базовой станции к абоненту).
Базовая скорость передачи данных в канале составляет 9,6 кбит/с, что достигается добавлением дополнительных корректирующих двоичных символов к цифровому потоку вокодера 8,55 кбит/с.
Для реализации на приемной стороне прямой коррекции ошибок (без повторной передачи сообщения) в канале используется избыточное кодирование. Для этого базовый цифровой поток разбивается на пакеты длительностью по 20 мс и подается на сверточный кодер с половинной скоростью. На его выходе число битов удваивается. Затем данные перемежаются, т. е. перемешиваются во временном интервале 20 мс. Это делается для того, чтобы равномерно распределить в потоке данных (после обратного перемежения) потерянные во время передачи биты. Известно, что ошибочно принятые символы обычно формируют группы. В то же время, схема прямой коррекции ошибок работает наилучшим образом, когда ошибки распределены равномерно во времени. Это происходит после осуществления на приемной стороне процедуры, обратной перемежению при передаче. После перемежения цифровой поток преобразуется с помощью длинного кода и логической операции “исключающее ИЛИ” (сложение по модулю два). По определению, длинными кодами (кодами максимальной длины – М-последовательностями) являются коды, которые могут быть получены с помощью регистра сдвига или элемента задержки заданной длины. Максимальная длина двоичной последовательности, которая может быть получена с помощью генератора, построенного на основе регистра сдвига, равна 2n-1 двоичных символов, где n – число разрядов регистра сдвига. В аппаратуре стандарта CDMA длинный код формируется в результате нескольких последовательных логических операций с псевдослучайной двоичной последовательностью, генерируемой в 42-разрядном регистре сдвига, и двоичной 32-битовой маской, которая определяется индивидуально для каждого абонента. Такой регистр сдвига применяется во всех базовых станциях этого стандарта для обеспечения режима синхронизации всей сети. Длина М-последовательности при этом составляет 4 398 046 511 103 бит и если ее элементы формируются с тактовой частотой, например, 450 МГц, то период повторения будет составлять 9773,44 с= 2 ч 43 мин. Это значит, что если даже удастся засинхронизировать приемник в случае несанкционированного перехвата, то чтобы определить структуру сигнала-носителя необходимо вести наблюдение в течение почти 3-х часов, а с применением индивидуальной 32-битовой маски “подслушивание” практически исключено. Так как информационный поток имеет скорость 19,2 Кбит/с, то в прямом канале используется только каждый 64-й символ длинного кода. Следующий этап преобразования сообщения – кодирование с помощью кодов Уолша. Любая строка матрицы Уолша ортогональна другой строке. Матрица Уолша размером 2 имеет вид:
Матрицы больших размеров образуются следующим образом:
Можно показать, что строки матрицы Уолша ортогональны. Ортогональность строк x и y длиной N определяется следующим условием:
По сути в этом случае вычисляется значение ВКФ двух различных строк при временном сдвиге равном нулю.
Один ряд матрицы Уолша ставится в соответствие каналу связи между абонентом и базовой станцией. Если на входе кодера “0”, то посылается соответствующий ряд матрицы (код Уолша), если “1” – посылается последовательность, сформированная путем логического отрицания соответствующего ряда матрицы (кода Уолша). При точном совпадении начала пришедшей последовательноcти и имеющейся (строка матрицы W64) наблюдаются пики корреляционной функции положительной и отрицательной полярностей – в зависимости от передаваемого бита. В случае обработки “чужого” сигнала на выходе в момент окончания сигнала не будет ничего, т.е. происходит разделение каналов при приеме абонентской станцией. Кодирование по Уолшу повышает скорость информационного потока с 19,2 Кбит/с до 1,2288 Мбит/с. Соответственно расширяется и спектр сигнала. На заключительном этапе двоичный поток разделяется между синфазным и квадратурным каналами (I- и Q-каналами) для последующей передачи с использованием квадратурной фазовой манипуляции (QPSK). До подачи на смесители цифровой поток в каждом из каналов преобразуется с помощью короткого кода и операции сложения по модулю два.
Короткий код представляет собой псевдослучайную двоичную последовательность длиной 32768 двоичных символов, генерируемую со скоростью 1,3288 Мбит/с. Эта последовательность является общей для всех базовых и подвижных станций в сети. Короткий код формируется в 15-разрядном регистре сдвига с линейной обратной связью. Результирующий двоичный поток в каждом канале проходит через цифровой фильтр с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтр), что позволяет ограничить полосу излучаемого сигнала. Частота среза фильтра составляет около 615 кГц. Полученные аналоговые сигналы поступают на соответствующие входы I/Q-модулятора. Ряд информационных сигналов образуется путем слияния I- и Q-каналов.
Поскольку все пользователи получают объединенный сигнал, то для выделения информации необходимо передавать опорный сигнал по каналу, получившему название пилотного. В пилотном канале передается нулевой информационный сигнал, код Уолша для этого канала формируется из нулевого ряда матрицы Уолша (все единицы). Другими словами, в пилотном канале передается только короткий код. Обычно на нем излучается около 20% общей мощности. Опорный сигнал необходим для последующей фазовой демодуляции. Короткий код позволяет многократно использовать в каждой ячейке один и тот же набор кодов Уолша. Каждая базовая станция имеет свой временной сдвиг при формировании кода и поэтому может быть однозначно определена в сети. Основано это на уже описанном свойстве псевдослучайных двоичных последовательностей: значение АКФ близко к нулю для всех временных смещений более одной длины бита.
Кодирование в обратном канале.
В обратном канале (от абонента к базовой станции) применяется другая схема кодирования. Подвижная станция не может использовать преимуществ трансляции опорного сигнала. В этом случае необходимо было бы передавать два сигнала, что значительно усложнило бы демодуляцию в приемнике базовой станции. В обратном канале применяется такой же, как и в прямом, вокодер и сверточное кодирование со скоростью 1/3, что повышает скорость передачи данных с базовой 9,6 до 28,8 кбит/с, и перемежение в пакете длительностью 20 мс. После перемежения выходной поток разбивается на слова по шесть битов в каждом. Шестибитовому слову можно поставить в соответствие один из 64 кодов Уолша. Таким образом, каждый абонентский терминал использует весь их набор. После этой операции скорость потока данных повышается до 307,2 Кбит/с. Далее поток преобразуется с помощью длинного кода, аналогичного используемому базовой станцией. На этом этапе происходит разделение пользователей. Абонентская емкость системы определяется обратным каналом. Для ее увеличения применяется регулирование мощности в обратном канале, методы пространственного разнесения приема на базовой станции и др. Окончательное формирование потоков данных происходит таким же образом, как и в базовой станции, за исключением дополнительного элемента задержки на 1/2 длительности символа в Q-канале для реализации смещенной QPSK.
Сеть CDMA полноценно работает в случае точной синхронизации базовой станции и всех абонентских, иначе связь “сыплется”. Под синхронизацией понимается:
Поэтому на всех базовых станциях установлены приемники GPS (Global Positioning System), на выходе которых формируются временные интервалы с точностью 10-10 с.
Управление мощностью абонентских станций.
Абонентская емкость ячейки системы CDMA оптимизируется использованием сложного алгоритма регулировки, который ограничивает мощность, излучаемую каждым абонентским терминалом, до необходимого уровня для получения приемлемой вероятности ошибки. В системе предусматривается три механизма регулировки мощности:
в прямом канале – разомкнутая петля;в прямом канале – замкнутая петля;в обратном канале.
Рассмотрим процесс регулирования мощности передающих устройств в обратном канале. Каждая подвижная станция непрерывно передает информацию об уровне ошибок в принимаемом сигнале. На основании этой информации базовая станция распределяет излучаемую мощность между абонентами таким образом, чтобы в каждом случае обеспечить приемлемое качество речи. Абоненты, на пути к которым радиосигнал испытывает большее затухание, получают возможность излучать сигнал большей мощности. Основная цель регулировки мощности в обратном канале – оптимизация площади соты. Регулирование мощности как в прямом, так и в обратном канале влияет и на срок службы аккумуляторов подвижных станций. Проведенные испытания показывали, что средняя излучаемая мощность подвижной станции в CDMA меньше, чем в системах, использующих другие методы доступа. Это непосредственно связано с такими параметрами радиотелефона, как длительность непрерывного занятия канала и время нахождения в режиме ожидания.
Процесс регулирования мощности в прямом канале происходит несколько иначе. В нем возможны два варианта регулирования: по открытому циклу (разомкнутая петля) и по замкнутому циклу (замкнутая петля). Рассмотрим открытый цикл регулирования мощности (менее точный). Подвижная станция после включения ищет сигнал базовой станции. После синхронизации подвижной станции по этому сигналу производится замер его мощности и вычисляется мощность передаваемого сигнала, необходимая для обеспечения соединения с базовой станцией. Вычисления основываются на том, что сумма уровней предполагаемой мощности излучаемого сигнала и мощности принятого сигнала должна быть постоянна и равна -73 дБ. Если уровень принятого сигнала, например, равен -85 дБ, то уровень излученной мощности должен быть равен + 12 дБ. Этот процесс повторяется каждые 20 мс, но он все же не обеспечивает желаемой точности регулировки мощности, так как прямой и обратный каналы работают в разных частотных диапазонах (разнос частот 45 МГц) и, следовательно, имеют различные уровни затухания при распространении и по-разному подвержены воздействию помех.
Рассмотрим процесс регулирования мощности при замкнутом цикле. Механизм регулирования мощности при этом позволяет точно отрегулировать мощность передаваемого сигнала. Базовая станция постоянно оценивает вероятность ошибки в каждом принимаемом сигнале. Если она превышает программно заданный порог, то базовая станция дает команду соответствующей подвижной станции увеличить мощность излучения. Регулировка осуществляется с шагом 1 дБ. Этот процесс повторяется каждые 1,25 мс. Цель такого процесса регулирования заключается в том, чтобы каждая подвижная станция излучала сигнал минимальной мощности, которая достаточна для обеспечения приемлемого качества речи. За счет того, что все подвижные станции излучают сигналы необходимой для нормальной работы мощности, и не более, их взаимное влияние минимизируется, и абонентская емкость системы возрастает. Подвижные станции должны обеспечивать регулирование выходной мощности в широком динамическом диапазоне – до 85 дБ.
Такие факторы, как число пользователей и расстояние до них от базовой станции влияют на значение максимальной излучаемой мощности. Принимая это во внимание, можно сказать, что требования к линейности передаточной функции усилителя мощности, работающего при изменении уровня входного сигнала в пределах 20 дБ, чрезвычайно высоки. Линейность передаточной функции усилителя – фактор, критичный при обеспечении желаемых характеристик системы. Требуемую линейность обеспечивают сложные и дорогостоящие методы линеаризации (усилители с предварительными искажениями или усилители со связью вперед). Спектр излучаемого ШПС, который получается в результате объединения множества кодированных по Уолшу базовых сигналов, близок к спектру шумового сигнала с отношением пикового значения к среднему около 11 дБ. Это означает, что для достижения одинакового качества связи в базовой станции GSM необходим усилитель с выходной мощностью 44 Вт; в стандарте D-AMPS (АDС) это значение снижается до 31 Вт, а в CDMA – до 10 Вт. Поэтому значительный теоретический запас энергопотенциала в радиоканале, который получается за счет использования метода расширения спектра, при сопоставимой практической реализации базового оборудования оказывается значительно меньше. Поэтому системы с кодовым разделением каналов не обеспечивают ожидаемого увеличения площади радиопокрытия базовой станции.
В системе CDMA применяются квадратурная фазовая манипуляция (QPSK) в базовой и смещенная QPSK в подвижных станциях. При этом информация извлекается путем анализа изменения фазы сигнала, поэтому фазовая стабильность системы – критичный фактор при обеспечении минимальной вероятности появления ошибки в сообщениях. Применение смещенной QPSK позволяет снизить требования к линейности усилителя мощности подвижной станции, так как амплитуда выходного сигнала при этом виде модуляции изменяется значительно меньше. До того, как интерференционные помехи будут подавлены методами цифровой обработки сигналов, они должны пройти через высокочастотный тракт приемника и не вызвать насыщения малошумящего широкополосного усилителя (МШУ) и смесителя. Это заставляет разработчиков системы искать баланс между динамическими и шумовыми характеристиками приемника.
Особенности двухстандартных телефонов
Помимо функциональной книги контактов, где одному абоненту можно присвоить сразу 4 и более номеров, а также несколько электронных адресов, у CDMA-GSM-сотовых есть еще несколько существенных отличий:
В целом же эти модели стандартизируются под привычные смартфоны и телефоны. Производители стараются создавать их в привычном дизайне и с тем же набором функций. В некоторых городах все чаще используются CDMA-телефоны. Одесса, например, как портовый центр предоставляет возможность пользоваться всеми моделями. Внутри страны выбора, конечно, меньше.
CDMA-450
Внедрение данной системы стало толчком к развитию сотовых сетей нового поколения. Плюс этого стандарта состоит в том, что здесь могут полноценно использоваться все частотные диапазоны систем подвижной сотовой связи. Его уже начинают активно использовать CDMA-телефоны (Украина тоже находится в зоне охвата).
Подобные сети обеспечивают большую дальность связи. Именно поэтому операторам не нужно строить множество станций. В области предоставления мобильного Интернета здесь также есть ряд преимуществ перед привычными GSM-операторами. Технология EV-DO обеспечивает широкополосный доступ со скоростью до 2,4 Мбит/с.
Передавать данные этой системой гораздо безопаснее, т.к. здесь используется специальный алгоритм шифрования и криптографическая аутентификация всех мобильных терминалов. Полезной рассматриваемая технология будет и для обычных граждан. Это объясняется тем, что при работе станций мощность излучения в 11 раз меньше, чем от GSM-сетей.
Из всего вышеперечисленного следует вполне закономерный вопрос о том, почему в России и СНГ CDMA-450-телефоны непопулярны? Причин, как оказалось, несколько:
История наилучшей связи на сегодняшний день
Услуги различных довольно серьезных операторов, ведь на ряду с CDMA стоял также и “Интертелеком”, начали предоставляться еще в далеком 2000 году. Все понимают, что тогда стоимость телефонов была большая, а найти терминал также было нелегко. Но все же данная связь имела свой спрос, хоть и небольшой. У каждого оператора на тот момент был свой ряд услуг, которыми он привлекал клиентов. Данный оператор развивался постепенно, и на протяжении всех этих лет его стоимость подключения существенно снизилась, а качество услуг не переставало расти. Это и привлекало клиентов с каждым годом все больше и больше. На сегодняшний день мы имеем довольно небольшую цену, при этом большое количество преимуществ.
Также стоит отметить и ассортимент данного вида связи, ведь можно подобрать для себя тот тариф, который больше всего вам подходит.
А как определить тип связи на iPhone?
Отличить GSM или CDMA iPhone можно по номеру на задней крышке.
iPhone 5s и более поздние модели используют LTE. Как узнать тип связи на предыдущих устройствах?
iPhone использует только формат 2g.
В iPhone какая между CDMA и GSM разница? В России нет поддержки E-Sim, и поэтому iPhone, выпущенный на российский рынок, не поддерживает это технологию. Во всем остальном мире при покупке можно выбрать тип связи, CDMA или GSM.
Преимущества стандарта CDMA
Эта технология достаточно новая. И она во многом уступает используемой сотовыми операторами GSM. У нее есть неоспоримые плюсы:
Именно поэтому все большее число пользователей выбирает телефон CDMA. Что это такое? Возможность получить все плюсы сразу!
Как отличить CDMA от GSM?
Как мы уже выяснили, между CDMA и GSM разница заключается в отсутствии физического слота для SIM.
GSM-телефоны используют SIM-карту, CDMA – E-Sim.
Недостатки CDMA
Несмотря на явные преимущества перед стандартом GSM, активно используют эти сети только в Америке. Европа только начинает знакомиться с данной технологией. Среди недостатков, которые мешают быстрому и уверенному продвижению CDMA в массы, можно выделить следующие:
Стандарт WCDMA
Он широко распространен в Японии. Данная технология используется в высокоскоростной передаче различных мультимедиа, видеоконференций и доступа в Интернет. Китай также является лидером по использованию подобных сетей, однако наряду с WCDMA здесь продвигаются сети TD-SCDMA и CDMA-2000.
Если говорить о принципе действия, то можно сказать, что это также система множественного доступа с кодовым разделением существующих каналов и прямым расширением спектра действия. При этом скорость потока достигает 384 кбит/с, а ширина полосы – до 5 МГц. Это достигается за счет мультикодовых комбинаций и использования переменного коэффициента расширения.
Основное преимущество данного стандарта связи в том, что у него нет глобальной привязки ко времени и GPS. Поэтому он может работать независимо от города или страны, в которой находится. Этим же отличаются телефоны CDMA GSM (Одесса в том числе покрыта данной сетью).
Еще одним значительным фактором, говорящим в пользу данного стандарта, является его воздушный интерфейс. Он работает так, что можно легко использовать не только многопользовательский прием, но и интеллектуальную настройку необходимых адаптивных антенн. Это способствует значительному повышению зоны действия и пропускной способности.
CDMA-стандарты связи
Итак, мы плавно подобрались к необходимому для нас стандарту. Он в свою очередь использует как предыдущий вид связи определенный диапазон, но делает это несколько иначе. Например, за счет определенного кодового разделения. Что же представляет собой кодовое разделение в данном случае, представить довольно сложно, поэтому вернемся к аналогии. Если люди разговаривают поблизости и мешают другу – это плохо, а если каждая пара людей говорит на своем языке, то есть, одни – на русском, другие – на английском, и так далее. Именно это и представляет собой данная связь с кодовым общением. Теперь нам в общих чертах известно, что это такое, CDMA-телефоны. Но все же данная информация доступна нам не так детально, как хотелось бы.
У кого больше преимуществ
Разница заключается в более широкой полосе частот. Для абонента преимущества заключаются в:
Преимущество CDMA для операторов заключается в бо́льшем количестве станций, а значит и их более большем радиусе, а также более простой настройке сети и защите от перегрузок. Операторы CDMA могут покрывать гораздо более значительную территорию с минимальными затратами на оборудование, в отличие от GSM.
Тогда появляется вопрос: “Почему же формат GSM более распространен, если CDMA во всем лучше?”. Причин не так уж много, и они простые. Когда создали CDMA, GSM уже существовала. В случае перехода возникала проблема с потребительским оборудованием и оборудованием для операторов. C DMA из-за своих особенностей требовала более мощную вычислительную силу, так как разделение было кодовым и нужно было обрабатывать каждого абонента. На разработку менее распространенной сети тоже нужны были средства, да и телефоны с поддержкой CDMA стоят дороже.
Помимо этого, существовала и проблема в удобстве пользователя. В GSM-сети идентифицировать абонента можно по физической SIM-карте (на ней хранится информация, которая нужна оператору). Если пользователь хотел сменить телефон на новый, ему нужно было просто переставить SIM-карту, и об этом не нужно было уведомлять оператора.
В CDMA-телефонах нет слотов для SIM-карты, информация, необходимая оператору, прошивается в сам телефон. Из-за этого, чтобы поменять телефон, надо нести его в салон связи. Также CDMA-телефон нельзя использовать в роуминге. Сегодня уже есть телефоны, которые могут поддерживать одновременно два формата сети, проблема в ограниченном выборе устройств решилась. Американские операторы стали двигателем этого прогресса, они внесли самый большой вклад в эту технологию. В пределах российского рынка CDMA-операторы занимают намного меньшую долю, выбор совместимых смартфонов или телефонов меньше, но при желании пользователь может купить устройство на международном рынке.
Учитывая плюсы и минусы, выбор типа сети зависит только от покрытия той или иной территории вашим оператором. Основная разница CDMA и GSM – наличие физической карты.
