Все абонентские телефонные аппараты, работающие в зоне действия одной базовой станции, используют одну и ту же несущую частоту. Для передачи информации отводятся частотный диапазон шириной 1,25 МГц и фрагменты общей "большой" псевдослучайной последовательности, по-разному смещенные от условно выбранного начала этой последовательности. Емкость ячейки сети CDMA определяется тем, насколько независимы друг от друга коды, используемые абонентскими аппаратами. При работе по этой технологии размер ячейки, качество звука и емкость оказываются тесно взаимосвязанными, поэтому при проектировании сети следует выбирать некое оптимальное решение; улучшить одну из этих характеристик можно только за счет ухудшения другой. Дело тут в следующем. Чем больше CDMA-каналов в данной ячейке сети, тем выше уровень взаимных помех из-за неполной независимости кодовых последовательностей. Отсюда ясно, что чем более низкое качество передачи звука считается приемлемым, тем больше каналов можно разместить в ячейке сети. Взаимная зависимость между размерами ячейки и емкостью сети обусловлена тем, что можно обеспечить заданное качество передачи речи, только если соотношение сигнал/шум оказывается выше определенного значения. Чем слабее сигнал (а при заданной мощности оборудования с увеличением размера ячейки сигнал становится слабее), тем меньшим должен быть уровень помех - а он, как мы знаем, зависит от числа используемых каналов. (Строго говоря, в последнем случае все несколько сложнее, однако сейчас мы не станем в это углубляться.)
По данным компании Motorola, одного из ведущих производителей аппаратуры для CDMA в одном несущем диапазоне шириной 1.25 МГц можно разместить до 18 каналов для сетей мобильной связи и около 30 - для фиксированных сетей (где абонентские терминалы не перемещаются в пространстве в процессе вызова). Много это или мало? Попробуем сравнить емкость сети CDMA с емкостью сети на базе AMPS. На первый взгляд, кажется, что для такого сравнения надо ширину несущего диапазона CDMA (1,25 МГц) поделить на ширину одного частотного канала AMPS (30 кГц) и выяснить, не больше ли получившееся число, чем 18.
(1,25 : 0,03=42 > 18).
Выходит, что сравнение не в пользу CDMA? Однако это неверный вывод, поскольку, как уже говорилось выше, при работе в стандарте AMPS каналы, организованные в семи соседствующих между собой ячейках (см. рис. 17), должны различаться по частотам, а в CDMA во всех ячейках можно использовать один и тот же несущий диапазон. Поэтому полученный результат надо разделить на семь (42 : 7 = 6). Получаем, что емкость CDMA втрое выше, чем AMPS. Но и этот результат нельзя считать окончательным, поскольку и в CDMA, и в AMPS ячейку сети обычно делят на три сектора по 120° в каждом - это позволяет увеличить радиус ячейки сети, используя направленные антенны, и, таким образом, снизить число базовых станций, необходимых для покрытия определенной площади. Так вот, при работе по стандарту AMPS в разных секторах одной и той же ячейки приходится использовать разные частотные каналы (иначе неизбежны взаимные помехи, поскольку секторы ограничены не линиями, а, скорее, областями постепенного спадания мощности сигнала), а в CDMA можно применять одни и те же. Соответственно, полученную выше цифру 6 надо поделить на три - получим двойку. В итоге оказывается, что при использовании одного и того же частотного диапазона шириной 1,25 МГц емкость сети CDMA в девять раз выше, чем емкость AMPS. При сравнении CDMA с другими стандартами выигрыш в емкости получается меньшим; конкретное число можно узнать путем аналогичных расчетов.
Возможность использования в двух соседних ячейках сети одной и той же несущей частоты значительно упрощает так называемое частотное планирование, которое является весьма сложной операцией при развертывании сети. Если же применяется частотное разделение каналов, необходимо расписать все используемые в ячейках сети частоты так, чтобы ни в одной паре соседних ячеек не оказалось двух одинаковых частотных каналов. Это совсем не просто и часто связано со значительными материальными затратами.
Качество связи
Общеизвестно, что мобильный телефон обеспечивает не слишком высокое качество связи. Причин тому много. В городах, где обычно и развертываются сети мобильной связи, имеется много индустриальных помех. Распространяясь между базовой станцией и мобильным аппаратом, радиоволна многократно отражается от препятствий; в результате интерференции сигналов, прошедших разными путями, интенсивность принимаемого сигнала может внезапно упасть. Такие явления, называемые в радиотехнике федингами (fading), обычно наблюдаются в ограниченных пространственных областях, чьи форма и расположение определяются расположением зданий и длиной волны, на которой ведется передача. Наконец, качество связи заметно снижается при переходах мобильного абонента от одной ячейки сети к другой: в обычных стандартах осуществляется так называемое "жесткое переключение" (hard handoff), при котором сначала разрывается связь с покидаемой ячейкой и только после этого устанавливается связь с новой.
Конечно, сравнивать качество связи, устанавливаемой с фиксированных телефонов, с качеством мобильной связи не вполне корректно: в последнем случае действует значительно больше факторов, обуславливающих ухудшение связи. Тем не менее факт остается фактом - CDMA позволяет получить значительно более высокое качество связи, чем стандарты, основанные на FDMA и TDMA. Причины этого следующие: во-первых, CDMA - чисто цифровая связь (аналоговый сигнал попросту невозможно передавать тем способом, какой принят в CDMA), а во-вторых, в CDMA используется широкополосная модуляция сигнала.
Цифровой сигнал значительно меньше уязвим для помех, чем аналоговый. Кроме того, в CDMA применяются новейшие алгоритмы коррекции ошибок передачи, а в аппаратуре обычно используются самые современные методы сжатия голосового сигнала. Это позволяет достигнуть большой степени сжатия голоса при достаточно высоком качестве связи.
Очень большие преимущества с точки зрения качества связи дает применение широкополосной модуляции сигнала (рис. 18). Широкополосный сигнал значительно меньше страдает от помех, особенно узкополосных. Узкополосная помеха способна "испортить" широкополосный сигнал только в каком-то относительно узком частотном диапазоне, и полезная информация может быть восстановлена по неповрежденным участкам несущего диапазона. Это относится и к федингам, о которых говорилось выше: интерференция прошедших разными путями сигналов приводит к снижению суммарной интенсивности лишь в достаточно узком частотном диапазоне, и снова полезную информацию можно восстановить по неповрежденной части сигнала. Конечно, сигнал несколько ухудшается, однако это несопоставимо с потерями качества связи при использовании обычных методов модуляции.
Рис. 18. Воздействие узкополосных помех (а) и федингов (б) на широкополосный сигнал.
Помимо повышения качества связи, устойчивость CDMA к федингам приводит к значительной экономии ресурса источников питания и улучшению экологических параметров мобильных телефонов. В других сетях мобильные телефоны обычно работают на более высокой мощности, чем это нужно для устойчивой связи с базовой станцией, что позволяет при внезапном возникновении фединга не потерять связь (происходит лишь значительное снижение ее качества). В CDMA же такой резерв не нужен, поэтому телефон может работать с меньшей мощностью передаваемого сигнала.
Этим не ограничиваются преимущества технологии CDMA, связанные с использованием широкополосной модуляции сигнала. Вместо жесткого переключения (hard handoff или break before make) от ячейки к ячейке, принятого во всех прочих сотовых сетях, в CDMA можно использовать мягкий переход (soft handoff или make before break): мобильный аппарат сначала устанавливает связь с базовой станцией, в зону действия которой он переходит, и только после этого освобождает канал в покидаемой ячейке. Это возможно за счет того, что и в покидаемой, и в новой ячейке используется одна и та же несущая частота. Данное преимущество заметнее всего сказывается на работе телефонов, находящихся в пограничной зоне между двумя ячейками, где уровни сигналов от базовых станций примерно одинаковы. Тогда выбор базовой станции в значительной степени определяется случайными причинами, и абонент подключается то к одной, то к другой станции. При жестком переходе частые переключения значительно ухудшают качество связи и даже могут привести к ее обрыву, а при мягком переходе ничего подобного не происходит.
Далее, для работы системы CDMA необходимо, чтобы все приходящие на базовую станцию сигналы имели одинаковую интенсивность, - в противном случае возникнут проблемы с декодировкой информации. Ясно, что чем дальше телефон от базовой станции, тем выше должна быть мощность передаваемого им сигнала. Базовая станция следит за тем, чтобы сигналы, приходящие к ней от разных телефонов, были строго одинаковой интенсивности, и дает указания индивидуальным телефонам о повышении или понижении мощности передаваемого сигнала. Такая схема управления мощностью реализована во многих стандартах мобильной связи, однако в CDMA удается управлять мощностью передатчиков мобильных телефонов с очень высокой точностью. Мощность удерживается на том минимальном уровне, который обеспечивает уверенный прием сигнала базовой станцией. При этом снижается общий уровень взаимных помех в системе, что повышает качество связи. Кроме того, точное управление мощностью позволяет продлить срок службы аккумуляторов мобильных телефонов и улучшить экологические параметры технологии.
Недостатков у CDMA относительно немного. Главный из них - новизна технологии. Стандартизирована она была лишь в 1994 г. (соответствующий документ называется IS-95), поэтому значительно менее устоялась, чем другие технологии мобильной связи.
Другими недостатками являются большая сложность оборудования и, как следствие, довольно ограниченный круг производителей. В настоящее время базовые станции для этой технологии выпускают фирмы QUALCOMM, Samsung, Motorola, Lucent Technologies, Nortel и некоторые другие. Намного больше компаний выпускают абонентское оборудование, однако их тоже меньше, чем аналогичных производителей для других технологий.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17
