Подробнее о технологии (продолжение)
Рис. 6 Рис. 11, 12 и 13 Рис. 14
Добро пожаловать в мир CDMA

6. Каналы в CDMA.

В CDMA каналы также как и в TDMA (GSM, DECT) являются логическими, т.е. формируются внутри физического частотного канала (ствола).
В CDMA каналы для передачи от базовой станции называются прямыми (Forward), для приема базовой станцией – обратными (Reverse).

Структура каналов в CDMA стандарта IS-95 показана на рис. Ю. Громакова (см. Рис. 6).

ПРЯМЫЕ КАНАЛЫ:

· Пилотный канал – используется мобильной станцией (MS) для начальной синхронизации с сетью и контроля за сигналами базовой станции (BTS) по времени, частоте и фазе.

· Канал синхронизации – обеспечивает идентификацию базовой станции, уровень излучения пилотного сигнала, а также фазу ПСП базовой станции (BTS).
После завершения синхронизации начинается процесс установления соединения.

· Канал вызова – используется для вызова подвижной станции. После приёма сигнала вызова мобильная станция передаёт сигнал подтверждения на базовую станцию, после чего по каналу вызова на подвижную станцию передаётся информация об установлении соединения и назначении канала связи. Канал персонального вызова начинает работать после того, как мобильная станция (MS) получит всю системную информацию (частота fНЕС , тактовая частота, задержка сигнала по каналу синхронизации).

· Канал прямого трафика – предназначен для передачи речевых сообщений и данных, а также управляющей информации с базовой станции (BTS) на мобильную станцию (MS).

ОБРАТНЫЕ КАНАЛЫ:

· Канал доступа – обеспечивает связь мобильной станции (MS) с базовой, когда мобильная 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 с каналами вызова.

· Канал обратного трафика - предназначен для передачи речевых сообщений и данных, а также управляющей информации с мобильной станции (MS) на базовую (BTS).

7. Передача управления (хэндовер).

При перемещении мобильной станции абонента из зоны действия одной БС в зону действия другой, чтобы не прерывать установленное соединение, осуществляется функция называемая «хэндовер» (автоматическая передача управления мобильной станцией). Для этого на интервале активного радиообмена (разговора) между мобильной и базовой станциями проводится измерение пилот-сигналов, принимаемых мобильной станцией от двух соседних базовых станций. Та базовая станция, чей пилот-сигнал мощнее, и управляет работой мобильной станции. Но как только этот пилот-сигнал ослабевает в сравнении с другим, происходит автоматическая передача управления мобильной станцией соседней базовой станции.
В стандарте IS-95 хэндовер подразделяется на следующие виды:

· Мягкий хэндовер (межсотовый). Он возникает в ситуациях, когда осуществляется дополнительное подключение мобильной станции к соте назначения, в то время, когда она всё ещё подключена к соте, в которой состоялось соединение. Мягкий хэндовер происходит только между каналами одной несущей. На рис.11 показана структура мягкого хэндовера.

· Жесткий хэндовер (межсотовый). Он возникает в ситуациях, когда мобильная станция, обслуживаемая БС 1 на несущей 1, движется в зону обслуживания БС 2 до тех пор, пока её пилот-сигнал не станет самым сильным. Однако, это пилот-сигнал несущей 2. Хэндовер от БС 1 к БС 2 (с несущей 1 на несущую 2) и есть жёсткий хэндовер. Жёсткий хэндовер возможен между несущими с пилотным маяком. На рис.12 показана структура смешанного межсотового хэндовера. Между БС 1 и БС 2–жесткий хэндовер, между БС 2 и БС 3–мягкий хэндовер.

· Наимягчайший (особо мягкий) хэндовер (межсекторный). Он возникает в ситуациях, когда мобильная станция перемещается из одного сектора в другой в пределах одной секторизованной соты. Наимягчайший хэндовер реализуется на одной несущей и не требует дополнительных канальных ресурсов. На рис.13 показана структура этого вида хэндовера.

Хэндовер в стандарте IS-95 обеспечивает высокое качество приёма речевых сообщений и устраняет перерывы в сеансах связи.

8. Коррекция ошибок и выбор кадров.

Как уже было сказано выше, передача сообщений в IS-95 осуществляется кадрами. Принципы приёма позволяют осуществлять анализ и коррекцию ошибок в принимаемых информационных кадрах. Когда количество ошибок превышает допустимый алгоритмом коррекции уровень, кадр стирается.

Процесс выбора лучшего кадра в принимаемом сигнале заключается в следующем. Транскодер, входящий в состав основного оборудования контроллера базовых станций (КБС), проводит оценку качества принятых от двух БС сигналов последовательно кадр за кадром по заданному алгоритму. Выбор лучшего кадра приводит к тому, что результирующий сигнал получается в процессе коммутации и «склейки» лучших кадров, принятых разными БС, ведущими мобильную станцию (см. Рис. 14).

Принципиальное отличие CDMA-сети от сетей GSM, AMPS, NMT-450/900 заключается в том, что в её состав обязательно входят устройства оценки качества и выбора кадров.

При реализации различных вариантов архитектуры CDMA-сети устройство оценки качества и выбора кадра всегда входит в состав транскодера Контроллера Базовых Станций (КБС), хотя в отдельных вариантах некоторые шкафы транскодера могут размещаться прямо на Базовой Станции.

9. Причины возникновения системных помех.

При кодовом разделении каналов взаимные помехи между каналами одной базовой станции (на одной несущей частоте) практически отсутствуют, так как псевдослучайные последовательности, кодирующие каждый канал трафика взаимно ортогональны. Помехи создаются лишь каналами соседних базовых станций и абонентских терминалов, работающих в той же полосе частот и использующих ту же групповую псевдослучайную последовательность (ПСП), но с другим циклическим сдвигом.

Эти помехи, в конечном итоге, определяют верхний порог пропускной способности CDMA-сети и называются системными.

При разработке сети с кодовым разделением каналов необходимо свести к минимуму общий уровень системных помех. Это привело к тому, что стало невозможно использовать все 55 (пятьдесят пять) логических канала трафика одной несущей, так как взаимные помехи между соседними сотами в этом случае превышают предельно допустимые уровни. И хотя соотношение энергии бита (Е0) информационного сигнала к спектральной плотности шума (N0) для CDMA допускается равным 7 – 8 дБ, при полном использовании каналов трафика эта величина недопустимо уменьшается.

Фактически, системные помехи являются «ахиллесовой пятой» стандарта IS-95, не позволяющей в полной мере использовать преимущества кодового разделения каналов перед другими методами доступа.

10. Борьба с системными помехами.

Для снижения величины системных помех в CDMA-сети в стандарте IS-95 реализуются следующие меры:

1. Динамическое управление мощностью передачи абонентского терминала (АС/MS) со стороны базовой станции (BTS) (применяется также в GSM и NMT) с шагом 1 дБ в диапазоне 84 дБ. Это позволяет базовой станции (BTS) принимать сигналы абонентских терминалов, практически, с одинаковыми уровнями, независимо от удаления. Кроме того, в ходе сеанса связи базовая станция постепенно снижает уровень своей передачи по данному каналу до минимально возможного для поддержания качественного соединения. Таким образом, работа в сети осуществляется минимальными уровнями, обеспечивающими требуемое качество связи и позволяющими существенно снизить системные помехи.

2. Ограничение числа реально используемых каналов трафика одной несущей. Чтобы сохранить высокую пропускную способность в пределах соты используют её секторизацию (используется также в GSM, AMPS, D-AMPS, NMT).

3. Использование в абонентских терминалах системы прерывистой передачи речи (аналогично GSM и NMT) на основе детектора активности речи и вокодера с алгоритмом CELP и переменной скоростью преобразования аналогового речевого сигнала в цифровой. Определено, что на интервале сеанса связи активная часть разговора составляет около 35%, а около 65% приходится на приём сообщения с противоположной стороны и паузы. Излучение сигнала абонентского терминала только на интервалах активности речи приводит к дополнительному снижению уровня системных помех и увеличению ёмкости сети.

4. Уменьшение размеров сот при увеличении ёмкости сети, а также использование, желательно, одинаковых по размерам сот.

11. Синхронизация CDMA - сети.

Система CDMA требует значительно более точной синхронизации между Базовыми Станциями (BTS), нежели в аналоговых системах сотовой связи. Высокоточная синхронизация обеспечивает привязку по времени для сигналов сети, критичных к временным сдвигам (пилот-сигналы, функции Уолша, информационные кадры), а также синхронизацию по частоте. В качестве источников синхросигнала могут быть использованы:

- Система Глобального Позиционирования (Координат) GPS;
- Системы Низкочастотного Радиодиапазона LFR (или приёмник LORAN-C – разновидность радионавигационной системы);
- Высокостабильный Резонатор HSO (рубидиевый генератор).

Причём первый рекомендован зарубежными производителями оборудования CDMA в качестве основного, а два других в качестве вспомогательных. Однако, на территории России Главное Управление Госсвязьнадзора Российской Федерации (ГУ ГСН РФ) приостановило действие разрешения на использование сигналов системы GPS в качестве основных синхросигналов в CDMA-сети. Спутники системы GPS подконтрольны Министерству обороны США. Кроме того, приёмники GPS – сигналов очень восприимчивы к помехам, например, от радиотехнических систем ближней навигации (авиа и морских). В качестве основных источников синхросигналов предполагается использовать опорные сигналы спутниковой системы Российской Федерации.

12. Конфиденциальность в стандарте IS - 95.

В стандарте IS-95 обеспечивается достаточно высокая степень конфиденциальности передаваемых сообщений. Это достигается выполнением перечисленных ниже процедур:

1. Более сложный, чем в GSM, радиоинтерфейс (передача кадрами с использованием канального кодирования и перемежение с последующим «расширением» передаваемых сигналов).

2. Использование процедур аутентификации при каждом обращении абонентского терминала (MS) к базовой станции (BTS) (аналогично D-AMPS).

3. Шифрование сообщений передаваемых в канале связи (аналогично D-AMPS).

4. Использование режима «частный характер связи», обеспечивающегося секретной маской в виде длинного кода (аналогично D-AMPS).

13. CDMA – РЕКЛАМА И РЕАЛЬНОСТЬ.

Так чем же отличается использование CDMA от применения других технологий? В чём реальные преимущества, а что оказалось рекламными обещаниями?

1. В 1989 г. фирма Qualcomm заявила, что использование технологии CDMA позволит увеличить более чем в 20 раз ёмкость существующих аналоговых сотовых сетей и в 3 5 раз – цифровых сотовых сетей. На сегодняшний день увеличение ёмкости (пропускной способности) CDMA-сети, по сравнению с AMPS, составляет 10 15 раз, а данных по сравнению с цифровыми сетями нет.

2. Эта технология более экономно расходует спектр частот. И хотя эффективность использования спектра в CDMA и GSM почти одинакова (примерно 40 каналов на 1 МГц полосы), эта технология за счёт повторного использования одних и тех же полос частот во всех сотах сети позволяет сберегать частотный ресурс.

3. Не требуется сложного частотного планирования. Однако существует процедура распределения (планирования) нагрузки на сети.

4. Радиосигнал в CDMA-сети практически не подвержен влиянию глубоких селективных замираний, так как его энергия распределена в достаточно широкой полосе частот.

5. Динамичное управление мощностью передачи мобильной станции (МС) позволяет работать на минимальной мощности, необходимой для обеспечения качественной связи. Это, вместе с системой прерывистой передачи речи, позволяет экономить ресурс аккумуляторной батареи (в 2 3 раза) и является показателем экологической безопасности (в сравнении с другими системами).
Высокие требования к регулировке уровня мощности передачи мобильной станции (шаг 1 0,5 дБ) можно отнести к недостатку технологии CDMA.

6. Одновременная передача голоса и факса по каналу связи (без прерывания голоса), пейджинг, а также передача видеоизображений в реальном масштабе времени.

7. Как заявляла Qualcomm, CDMA потребуется меньшее число сот для покрытия одной и той же территории, чем GSM или AMPS. Однако практика показывает, что с увеличением ёмкости сети размеры сот необходимо уменьшать (борьба с системными помехами), а значит увеличивать их число. Поэтому не всегда и не на всех сетях удаётся реализовать это преимущество (только на небольших сетях). А необходимость использования одинаковых по размерам сот (борьба с системными помехами) можно отнести к недостатку технологии.

8. Улучшенное качество передаваемой речи, хотя и в GSM применяются аналогичные речепреобразующие устройства (вокодеры) - отсутствие выпадений полезного сигнала.



Hosted by uCoz
Яндекс.Метрика