Стандарт сотовой связи CDMA СИСТЕМЫ СОТОВОЙ СВЯЗИ

Стандарт сотовой связи CDMA

СИСТЕМЫ СОТОВОЙ СВЯЗИ СТАНДАРТА CDMA • CDMA расшифровывается как множественный доступ с кодовым разделением каналов. • Сама по себе технология не нова: первая в СССР работа на эту тему – «Основы теории линейной селекции» Д. В. Агеева была опубликована в сборнике ЛЭИС в 1935 году. Значительно продвинули технологию работы К. Шеннона. • До определенного момента CDMA находил применения только в военной и специальной технике из-за сложности аппаратуры обработки сигналов. Зато такие свойства технологии, как высокая стойкость к помехам и скрытность передачи, в данной области оказались незаменимыми. • С развитием микроэлектроники стало возможным создание недорогих портативных станций CDMA. Лидер в этой области американская компания Qualcomm, разработавшая спецификацию IS-95, на базе этого стандарта развивается одно из направлений сотовой связи третьего поколения.

CDMA (Code Division Multiple Access) - система множественного доступа с кодовым разделением. Беспроводной абонентский доступ WLL (Wireless Local Loop), реализован на базе новейшей цифровой технологии с кодовым разделением каналов CDMA. Для данного стандарта характерны: • отличное качество звука и низкий уровень фоновых шумов • Повышенная емкость системы, которая в 10 раз выше чем у AMPS и в 3 -5 раз больше чем у GSM, определяется максимально возможным количеством активных пользователей системы на территории зоны ее обслуживания • CDMA улучшает качество связи в перенаселенных районах, и местностях с холмистым рельефом, где возникают помехи от отраженных сигналов • CDMA увеличивает емкость системы, "виртуально" отсеивая занятые, перекрестные и повисшие вызовы. Это становится возможным благодаря многократному использованию одного частотного канала во всех сотах. Повышению емкости системы способствует применение механизма контроля мощности и речевой активности, что уменьшает взаимные помехи, влияющие на емкость системы и другие факторы. В результате абоненты не страдают от блокировки вызовов в часы наибольшей нагрузки на сеть.

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

Принцип действия CDMA Различают три вида кодового разделения каналов: • Расширение спектра методом прямой последовательности (DS); • Частотных скачков ( FH); • Временных скачков (TH) Нас интересует метод DS, в отечественной литературе его называют передачей на основе шумоподобных сигналов.

• Система CDMA по сравнению с GSM обеспечивает более высокое качество связи, меньшие энергетические затраты, но сложна в построении.

• Под названием множественный доступ (multipleaccess) понимается рациональная организация одновременной работы нескольких пользователей в ограниченном участке спектра.

В сотовой связи используются три метода множественного доступа: 1) множественный доступ с частотным разделением каналов связи (frequency division multiple access - FDMA); 2) множественный доступ с временным разделением каналов связи (time division multiple access - TDMA); 3) множественный доступ с кодовым разделением каналов связи (code division multiple access - CDMA).

Преимущества CDMA • улучшение покрытия площадей • по характеристикам качества передачи речи параметры CDMA сопоставимы с качеством проводных каналов • обеспечивает меньшую задержку в передаче голосового сообщения, чем другие системы подвижной связи • усовершенствованные функции обнаружения и коррекции ошибок • поддержка более совершенных вокодеров • пространственное разнесение приемных антенн • "мягкая" передача абонентского терминала (handover) • точное управление мощностью передаваемого сигнала • помехоустойчивость и борьба с замираниями • Передача данных и факсимильных сообщений в CDMA

Полезный сигнал и помеха

• Система CDMA фирмы Qualcom рассчитана на работу в диапазоне частот 800 Мгц. • Система CDMA построена по методу прямого расширения спектра частот на основе использования 64 видов последовательностей, сформированных по закону функций Уолша. • Для передачи речевых сообщений выбрано речепреобразующее устройство с алгоритмом CELP со скоростью преобразования 8000 бит/с (9600 бит/с в канале). • Возможны режимы работы на скоростях 4800, 2400, 1200 бит/с.

Каналы передачи, используемые стандартом CDMA

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.

Структура каналов передачи базовой станции

Структурная схема обратного канала трафика

Схема расширения спектра частот цифровых сообщений

Схема обработки сигналов в передающем тракте базовой станции

Схема обработки сигналов в передающем тракте подвижной станции

Принцип работы системы сотовой связи стандарта CDMA

Схема управления мощностью в прямом канале

Основные технические характеристики стандарта CDMA Характеристика • Диапазон частот передачи MS, МГц • Диапазон частот передачи BTS, МГц • Относительная нестабильность несущей частоты BTS • Относительная нестабильность несущей частоты MS • Вид модуляции несущей частоты • • • Ширина спектра излучаемого сигнала, МГц: по уровню -3 д. Б по уровню -40 д. Б Тактовая частота ПСП, МГц Число каналов BTS на одной несущей Число каналов MS Скорость передачи данных, бит/с: в канале синхронизации в канале персонального вызова и доступа в каналах связи Значение 824, 040 -848, 860 869, 040 -893, 970 ± 5 х10 -8 ± 2, 5 х10 -6 QPSK (BTS), O-QPSK (MS) 1. 25 1. 50 1. 2288 1 пилот-канал, 1 канал сигнализации, 7 каналов персонального выз 55 каналов связи 1 канал доступа, 1 канал связ 1200 9600, 4800, 2400, 1200

Конфигурация сети стандарта CDMA

Конфигурация системы стандарта CDMA