Мобільний зв'язок третього покоління
Мобільний зв'язок третього покоління.
Причини розробки систем мобільного зв'язку третього покоління
Одним з найбільш грандіозних проектів кінця XX століття є програма ІМТ-2000. У її основі лежить ідея створення нового сімейства систем рухомого зв'язку третього покоління (3G), що охоплює технології безпроводного доступу, наземної стільникового і супутникового зв'язку. Після ряду безуспішних спроб виробити і погодити однакові вимоги до систем 3-го покоління МСЭ вирішив підійти до цієї проблеми з інших позицій. Суть нової концепції складається в збереженні ідеї глобального роумінгу, але лише як ідеологічну основу для об'єднання існуючих аналогових і цифрових мереж із системами, що базується на новому сімействі стандартів 3-го покоління, що одержало позначення IFS (ІМТ-2000 Family of Systems). Прийнявши як даність не один, а сімейство стандартів і відмовивши тим самим від принципу глобального міжнародного стандарту, МСЭ активізував свої зусилля на їхнє гармонізації.
Концепція систем 3-го покоління націлена на створення умов для надання послуг мультимедіа, включаючи високошвидкісну передачу інформації, відео і мови, факсимільних повідомлень і даних будь-якому абоненту за допомогою мобільного термінала, що має єдиний номер. Вартість послуги повинна бути мінімальна при прийнятній якості і рівні безпеки. Головна мета розробки систем 3-го покоління – – задоволення потреби масового ринку в персональному зв'язку, і її досягнення буде залежати як від тарифів для мереж загального користування, так і від вартості абонентського термінала. Програма ІМТ-2000 базується на ряді ознак, що визначають принципи побудови систем 3-го покоління і їхню архітектуру. Уже на першому етапі розгортання вони повинні забезпечувати визначені значення швидкості передачі для різних ступенів мобільності абонента (тобто різних швидкостей його руху) у залежності від величини зони покриття:
• до 2,048 Мбіт/с при низькій мобільності (швидкість менше 3 км/год) і локальній зоні покриття;
• до 144 Кбіт/с при високій мобільності (до 120 км/год) і широкій зоні покриття;
• до 64 (144) Кбіт/с при глобальному покритті (супутниковий зв'язок).
|
Вид послуги |
Швидкість передачі, Кбіт/с |
Середня тривалість повідомлення, с |
Режим роботи |
Послуги |
|
Голосовий зв'язок |
4 – 32 |
60 |
Комутація каналів |
Мова, голосова пошта |
|
Низько швидкісний обмін даними |
9,6 – 14,4 |
30 |
Комутація пакетів |
SMS, визначення місця розташування |
|
Передача до комутируваних даних (ISDN) |
До 64 |
156 |
Комутація каналів |
Послуги мережі ISDN |
|
Інтерактивний обмін мультимедіа-даними |
128 – 384 |
144 |
Комутація каналів |
Відеотелефонний зв'язок, передача зображень і великих обсягів інформації |
|
Асиметрична передача мультимедіа-даних |
384 – 2048 |
14 – 53 |
Комутація пакетів |
Робота з мережами Internet і інтрамережами |
Таблиця 1. Послуги систем 3-го покоління
Що ж стосується набору послуг, то він фактично наближається до наданого в мережах фіксованого зв'язку. Це і високошвидкісний доступ у Internet, і мультимедіа (табл. 1). Очевидно, що досягнення таких високих швидкостей при обмеженому частотному ресурсі і роботі в каналах із завмираннями зажадає розробки принципово нових підходів до побудови радіоінтерфейса. Архітектура систем майбутнього включає два основних елементи: мережну інфраструктуру (Access Network) і магістральні базові мережі (Core Network). Така структура забезпечує можливість нарощування інфраструктури шляхом послідовної модифікації її складених елементів, але щоб гарантувати роботу мереж у довгостроковій перспективі, необхідно пам'ятати про абонентську частину архітектури – термінали, що за рахунок змінюваної конфігурації повинні задовольняти вимогам багатьох стандартів.
Наземний рухомий зв'язок
У червні 1998 р. у МСЭ надійшло 10 пропозицій по проектах стандартів наземного зв'язку, вісім з який розроблені на базі технології CDMA і два – на основі TDMA (табл. 2). Проекти були заявлені від трьох великих регіонів світу – Північної Америки, Європи й Азіатсько-Тихоокеанського – і відбивають «національні» розходження в технологіях і шляхах переходу до систем рухомого зв'язку 3-го покоління.
|
Район |
Проект |
Коротка характеристика проекту |
|
Європа (Район 1) |
UTRA (ETSI) |
Поєднує дві технології: широкосмуговий доступ WCDMA і комбінований доступ TDMA/CDMA. Спочатку в якості чиповой швидкості була обрана 4,096 Мчип/с, у процесі гармонізації значення зменшене до 3,84 Мчип/с |
|
DECT ЕР (ETSI) |
Розширює спектр послуг і пропускну здатність системи мікростільникового зв'язку DECT |
|
|
Північна Америка (Район 2) |
UWC- 136 (ТІА TR45.3) |
Базується на технології TDMA і висуває мінімальні вимоги до частотних ресурсів |
|
cdma200 О (ТІА TR45.5) |
Заснований на еволюції стандарту cdmaOne (IS-95) і несумісний по чиповой швидкості з пропозиціями WCDMA (ARIB) і UTRA (ETSI) |
|
|
WIMS (ТІА Т46.1) |
Компромісне рішення, що поєднує стандарти UTRA (Європа) і WCDMA (Японія) |
|
|
WCDMA NA (ТІР1 ATIS) |
Багато в чому ідентичний пропозиціям UTRA і WCDMA, але зі своїми особливостями застосування режиму TDD (Ericsson) |
|
|
Азіатсько-Тихоокеанський регіон (Район 3) |
WCDMA (ARIB) |
Заснований на широкосмугов технології DS-CDMA і містить базові технічні рішення для систем 3-го покоління з частотним дуплексним розносом. (Японія) Спочатку в якості базової чипової швидкості була обрана 4,096 Мчип/с, згодом змінена на 3,84 Мчип/с |
|
CDMA I (ТТА) |
Базується на синхронній технології DS-CDMA і технічних рішеннях стандарту cdma2000 (Південна Корея) |
|
|
CDMA II (ТТА) |
Заснований на широкосмугов асинхронній технології DS-CDMA і технічних рішеннях стандартів WCDMA і UTRA (Південна Корея) |
|
|
TD- SCDMA (САТТ) |
Комбінований варіант синхронної системи TDMA/CDMA (Китай) |
Таблиця 2. Проекти стандартів сухопутного рухомого зв'язку
У Європі зуміли виробити єдину політику переходу до 3-му покоління, скоординувавши діяльність усіх європейських країн, у результаті чого кількість її проектів обмежилося двома: UTRA і DECT ЕР. Однак слід зазначити, що представлені в МСЭ проекти не вичерпують усіх можливих шляхів створення нових технологій. Так, у число заявлених стандартів не потрапили пропозиції по удосконалюванню GSM, що будуть розвиватися ETSI на базі нових технологій GSM-400, HSCSD, GPRS і EDGE. Але, на думку заявників, технології GPRS і EDGE являють собою усього лише платформу, зручну для впровадження послуг UMTS/IMT-2000. У США, на відміну від Європи, відмовилися від єдиної національної пропозиції і представили цілих чотири проекти, два з який підготовлені не інститутами по стандартизації типу ANSI чи ТІА, а промисловими фірмами Qualcomm і Ericsson (Північно-Американським відділенням) і можуть «по суті» вважатися корпоративними.
Фактично, пропозиції США означають три шляхи розвитку для 3G-систем. Перший з них заснований на подальшому удосконалюванні технології TDMA*/AMPS, що одержала широкий розвиток не тільки в США, але й у світі. Цей стандарт припускає використання мобільних терміналів з мовним кодеком VSELP (8 кбіт/с), пакетну передачу даних CDPD (19,2 кбіт/с), передачу коротких повідомлень (SMS), факсимільну передачу (група G3) і т.п. Концепція побудови системи 3-го покоління на базі стандарту IS-136 викладена в проекті стандарту UWC-136 RTT, запропонованому технічним підкомітетом TR-45.3 (США). Даний проект припускає удосконалювання стандарту TDMA у три етапи, причому на кожнім будуть використовуватися три різних типи радіочастотних каналів: IS-136+ (без розширення смуги каналу 30 кГц), IS-136 HS (Outdoor/Vehicular) із шириною смуги каналу 200 кГц і IS-136 HS (Indoor Office) із шириною смуги каналу 1,6 Мгц. Другий проект пропонує поступово нарощувати пропускну здатність системи cdmaOne**, переходячи від існуючої інфраструктури до технології cdma2000.
Що ж стосується двох інших пропозицій США – WCDMA NA (T1P1, США) і WIMS (TR-46.1), – то вони практично цілком збігаються з пропозиціями від Європи (UTRA) і Японії (WCDMA) і в процесі подальшого розгляду злилися в єдиний проект.
Інша особливість національного підходу США до проблеми 3-го покоління – зовсім відмінний від інших країн принцип розподілу частотного ресурсу. Частотне регулювання в США здійснюється за рахунок закріплення за операторами смуг частот, розпроданих з аукціону. Той, хто заплатив гроші, має повну волю у виборі типу використовуваного стандарту і термінів реалізації проекту.
Величезний ринковий потенціал Азіатсько-Тихоокеанського регіону з урахуванням великої чисельності населення став вирішальним фактором у визначенні стратегії розвитку мобільного зв'язку 3-го покоління. На цій території, віднесеної Регламентом радіозв'язку до Району 3, активну позицію займають кілька країн, у числі яких Японія, Корея, Китай і Малайзія, їхньої пропозиції по програмі ІМТ-2000 переконливо свідчать про прагнення цих країн до світового лідерства в масовому застосуванні новітніх технологій зв'язку. Незважаючи на те що кожна з них має свої національні особливості переходу до систем 3-го покоління, загальною рисою проектів є зсув акцентів убік власних виробників устаткування.
Південна Корея з 1991 р. активно бере участь у розробках і впровадженні мереж CDMA. Для неї міжнародні стандарти мобільного зв'язку, і насамперед майбутні стандарти ІМТ-2000, особливо важливі, тому що південнокорейські гіганти Samsung і Hyundai давно і послідовно реалізують свої плани скорення світового ринку. Виходячи з цього в її проектах головний упор був зроблений на виробництво устаткування CDMA. Усі ці фактори визначили загальну основу двох радикально розрізняються проектів стандартів для ІМТ-2000, що надійшли від цієї країни.
У Китаї орієнтуються на технологію GSM. Тому його проект заснований на використанні комбінованого методу доступу і сполученні технологій TDMA і CDMA.
Стратегії переходу до 3G-систем
У рамках концепції ІМТ-2000 припустимі дві стратегії переходу до 3G-системам: поступове (еволюційне) і «одномоментное» (революційне). Розглянемо ті переваги і недоліки, що таїть кожна з них (табл. 3).
|
Визначальний фактор |
Еволюційний підхід |
Революційний підхід |
|
Метод використання частотного ресурсу |
Робота в старих діапазонах |
Освоєння нових діапазонів |
|
Принцип надання послуг |
Поступово розширюваний асортимент послуг |
Нові послуги з початку розгортання |
|
Пропускна здатність |
Поступово нарощувана |
Споконвічно висока |
|
Стратегія створення мережної інфраструктури |
Повільний і поступовий перехід від 2G до 3G у міру появи попиту на послуги |
Створення досвідчених районів («острівців») з повним набором послуг |
|
Технологічний рівень |
Нові технології в окремих елементах |
Усі технології – новітні |
|
Архітектура мережі |
Максимальне використання існуючої інфраструктури |
Нова |
|
Комерційний ризик |
Низький |
Високий |
|
Склад операторів |
В основному ті ж, що и у 2G |
Оператори, що купили ліцензії на послуги 3G |
|
Глобальний роумінг |
З обмеженнями |
Без обмежень |
|
Капітальні витрати |
Незначні |
Значні |
Таблиця 3. Дві стратегії впровадження послуг 3-го покоління мобільного зв'язку
Революція припускає упровадження всіх новітніх технологій і нових інтерфейсів, однак передбачає повну заміну існуючого устаткування і ПО, що сполучено з великими капітальними витратами і визначеним комерційним ризиком. Для відпрацьовування даної стратегії в різних районах світу вже створюються експериментальні мережі.
Один з найважливіших ознак, що принципово розділяють два підходи, – спосіб освоєння частотного ресурсу. При революційному сценарії потрібно новий частотний ресурс. Японія і Європа мають намір піти цим шляхом і виділити для систем 3-го покоління «індивідуальні» смуги радіочастот . Підхід у США абсолютно інший – там спектр, виділений для ІМТ-2000, уже зайнятий службою PCS і 3G-системи будуть працювати в старих смугах частот разом з існуючими мережами стандартів TDMA/AMPS. Еволюційне упровадження вимагає менших капітальних витрат і припускає плавну заміну устаткування в залежності від попиту на конкретні види послуг. Такий підхід дозволяє максимально використовувати існуючу інфраструктуру мережі зв'язку, упроваджуючи нові мережні елементи в процесі послідовної модернізації.
Прихильники двох найбільш масових технологій 2-го покоління -TDMA/AMPS і GSM – стали прихильниками еволюційного шляху розвитку. Сьогодні ці системи мають обмежені можливості по нарощуванню пропускної здатності і видам послуг у рамках виділеного частотного діапазону. Ріст їхньої ємності без додаткового розширення радіочастотного спектра можливий лише за рахунок переходу на напівшвидкісні канали (GSM), уведення багатосекторних антен чи використання спектрально-ефективних методів модуляції (8PSK і ін.).
Єдність і боротьба протилежностей
У боротьбі за лідерство при прийнятті світових стандартів 3-го покоління утворилися два табори, що оформилися у виді двох партнерських об'єднань: 3GPP і 3GPP2.
У перше об'єднання – 3GPP – входять ETSI (Європа), ARIB (Японія), Комітет ТІ (США), а також три регіональних органи стандартизації від Азіатсько-Тихоокеанського регіону – CWTS (Китай), ТТА (Корея) і ТТС (Японія). Важливо відзначити, що спільні позиції ETSI і ARIB повинні усталитися з впровадженням експериментальних мереж на базі WCDMA, активно розроблювальних за участю компаній DoCoMo, Ericsson і Nokia. Основний внесок партнерства 3GPP у програму ІМТ-2000 – гармонізація п'яти проектів: UTRA FDD (ETSI), WCDMA (ARIB), WCDMA NA (T1P1, США), WIMS (TR-46.1, США) і CDMA II (ТТА). Його учасники мають намір запропонувати два варіанти радіоінтерфейса. Перший – IMT-DS (ІМТ-2000 Direct Spread) – побудований на базі проектів WCDMA (UTRA FDD) із прямим розширенням спектра (DS-CDMA) і частотним дуплексним розносом (FDD), орієнтованим на використання в парних смугах частот. Інший тип радіоінтерфейса – – ІМТ-ТС (ІМТ-2000 Time-Code), представлений цим об'єднанням у МСЭ, заснований на кодово-тимчасовому поділі каналів TDMA/CDMA з тимчасовим дуплексним розносом (TDD) і призначений для організації зв'язку в непарних смугах частот. ІМТ-ТС фактично являє собою чисто формальне об'єднання двох різних технічних рішень – європейської пропозиції UTRA TDD і китайського TD-SCDMA.
З технічної точки зору основна відмінність варіантів IMT-DS і ІМТ-ТС від раніше надійшли в МСЭ пропозицій – у базової чипової швидкості. У цих проектах вона змінена з 4,096 Мчип/с на 3,84 Мчип/с (табл. 4).
|
Показник |
Технологія |
||||
|
IMT-DS |
ІМТ-МС |
ІМТ-ТС |
IMT-SC |
IMT-FT |
|
|
Автори технічних специфікацій |
3GPP, ARIB, ETSI WCDM |
3GPP2, TIA TR- 45,3 |
3GPP, ETSI |
3GPP2, UWCC, CWTS |
ETSI TIA TR – 45,3 |
|
Базова технологія |
А, UTRA FDD |
cdma2000 |
UTRA TDD TD-SCDMA |
UWC-136 |
DECT EP |
|
Метод доступу |
DS- CDMA |
MC-CDMA |
TDMA/CDMA |
TDMA |
MC-TDMA |
|
Дуплексний рознос |
FDD |
FDD |
TDD |
FDD |
FDD/TDD |
|
Чипова швидкість, Мчіп/с |
3,84 |
3,6884 |
3,84 (UTRA) 1,28 (SCDMA) |
Н/д |
Н/д |
|
Швидкість передачі, кбіт/с |
Н/д |
Н/д |
Н/д |
384; 2048 |
1152; 2304; 3456 |
|
Вид модуляції |
QPSK/B PSK HPSK* |
QPSK/B PSK |
QPSK/BPSK HPSK* |
BOQA M QOQA M |
GFSK; p/2-DPSK p/4-DQPSK p/8-D8PSK |
|
Довжина кадру, мс |
10 |
5 і 20 |
10 |
4,6 |
10 |
Примітка. Н/д – немає даних. * HPSK (Hybrid Phase-Shift Keying) – гібридна фазова маніпуляція (відома також як OCQPSK).
Таблиця 4. Характеристики радіоінтерфейсів для ІМТ-2000
Абревіатура IMT-FT (ІМТ-2000 Frequency Time) привласнена проекту DECT ЕР, що надійшов від ETSI. Новий стандарт на мікростільникову систему DECT припускає застосування комбінованого частотно-тимчасового дуплексного розносу і призначений для роботи як у парних, так і в непарних смугах частот. У IMT-FT визначені три значення швидкостей передачі: 1,152; 2,304 і 3,456 Мбіт/с, реалізувати які можна за рахунок уведення нових методів модуляції p/2-DPSK, p/4-DQPSK і p/8-D8PSK відповідно. В друге партнерське об'єднання – 3GPP2 – входять Асоціація промисловості зв'язку ТІА (представлена підкомітетами ТІА TR-45.3 і ТІА
У рамках ETSI було розглянуто п'ять базових концепцій радиодоступа для систем 3-го покоління: -концепція (WB-CDMA), що базується на FMA2 і пропозиціях ряду японських фірм, -концепція (OFDMA), -концепція (WB-CDMA), заснована на FMA1 без розширення спектра, d-концепція (WB-TD-CDMA) на основі FMA1 з використанням спектра розширення і j-концепція (ODMA), див. таблицю.
Основні характеристики радіодоступу систем на базі UMTS
|
Показник |
WB-CDMA (концепція а) |
OFDMA (концепція b) |
WB-CDMA (концепція g) |
WB-TD- CDMA (концепція d) |
ODMA (концепція е) |
|
Метод доступу |
DS-CDMA |
SFH-TDMA, OFDM |
TDMA |
TDMA/CDMA |
CDMA/TDMA |
|
Рознос несучих |
4,4 – 5,2 МГц (крок 200 кГц) |
100 кГц (24 несучі) |
1,6 МГц |
1,6 МГц |
1 і 4 МГц |
|
Швидкість у радіоканалі |
4,096 Мчип/с |
4,17 кбіт/с |
2,6 Мбіт/с на несучу |
2,1667 Мбіт/с |
0,8125 і 3,25 Мчіп/с |
Проведене ETSI на початку 1998 р. голосування на вибір проекту серед країн Європи не дозволило виявити абсолютного переможця. Установлений при голосуванні поріг прийняття рішень у 71 % голосів жодним із претендентів перевищений не був. Але дві технології з п'яти одержали найбільше визнання: WB-CDMA для парних частотних смуг і TD-CDMA для непарних смуг. Вони і лягли в основу специфікації UTRA, представленої в МСЭ.
Послуги систем 3G
Принципова відмінність технології 3-го покоління від попередніх – можливість забезпечити весь спектр сучасних послуг (передачу мови, роботу в режимі комутації каналів і комутації пакетів взаємодія з додатками Internet, симетричну й асиметричну передачу інформації з високою якістю зв'язку) і в той же час гарантувати сумісність з існуючими системами. Говорячи про системи 3-го покоління, послуги прийнято поділяти на двох груп: немультимедійні (вузькополосная передача мови, низькошвидкісна передача даних, трафік мереж з комутацією) і мультимедійні (асиметричні й інтерактивні). Новою якістю цих систем є також те, що вони дозволяють компаніям-операторам самостійно розробляти додатка, функції і послуги, орієнтуючись на вимоги конкретного регіону і ріст попиту на визначені послуги.
Вивчення тенденцій розвитку мультимедійної рухомого зв'язку дозволяє прогнозувати значне збільшення числа її користувачів. За даними UMTS-форуму, з 200 млн абонентів Європи частка споживачів послуг зв'язку 3-го покоління в 2005 р. складе 16% (32 млн). Що ж стосується обсягу мультимедійного трафіка, те він вже в 2005 р. перевищить 60%, за умови, що тарифи будуть рости істотно повільніше, ніж трафік. Останні досягнення в області відеоконференц-зв’язку дозволяють затверджувати, що вона одержить широке поширення в системах 3-го покоління. Донедавна цей вид послуг був характерний в основному для мереж ISDN, що забезпечують швидкість передачі 144 кбіт/з (BRI) чи (з використанням трьох базових каналів BRI) до 384 кбіт/с. Стрімке зростання популярності Internet і бурхливий розвиток мобільного зв'язку дозволяє говорити про злиття в перспективі цих двох технологій. Сьогодні попит на відеконференц-зв’язку починає домінувати. Незважаючи на ряд проблем, зв'язаних з реалізацією високошвидкісного доступу до Internet з мобільного термінала, можна прогнозувати, що згодом дана послуга стане однієї з основних.
Аналіз тенденцій розподілу трафіка по регіонах, пророблений МСЭ, показує, що найбільший ріст обсягу послуг супутникових систем 3-го покоління очікується в Північній і Південній Америці, Японії й Азії. Що ж стосується Європи, те тут збільшення обсягу послуг супутникового зв'язку невелике через досягнення гарного покриття наземними мережами стільникового зв'язку, що уже «обплутали» практично всю Європу.
Послуги 3-го покоління включають сервіс, наданий технологією віртуального домашнього середовища VHE (Virtual Home Environment), її основна ідея складається в переносі індивідуального набору послуг через границі мереж з одного мережного термінала на іншій. Зовсім недавно ці послуги могли забезпечити тільки технології фіксованого зв'язку. Користувач одержує ті ж самі можливості, інтерфейс і послуги незалежно від того, якою мережею він користається в даний момент. Завдяки ІМТ-2000 стане можливої передача відеозображень і мультимедійних даних у режимі реального часу, що дозволить створити ефект присутності для абонента, що знаходиться на великому видаленні від місця подій.
Однак мобільним абонентам рано радуватися: будучи зв'язана зі значними технологічними труднощами, така послуга обійдеться недешево. Прогнози показують, що визначальною тенденцією процесу конвергенції, що почався, послуг фіксованого і мобільного зв'язку стане злиття мобільного зв'язку з іншими технологіями. Стільникові телефони з «електронним компасом» для визначення місця розташування незабаром стануть незамінними помічниками автомобілістів. Але найбільших успіхів варто очікувати в області електронної комерції. Буде значно розширений обсяг банківських послуг, одержуваних безпосередньо за допомогою мобільного телефону. У їхнє число ввійдуть платні інформаційно-довідкові послуги, різні види електронних платежів (оплата авіаквитків, паркувань) і банківських операцій з портативних чи мобільних стільникових телефонів, що перетворить їхній фактично в «кишенькові банкомати».
2. Особливості радіоканалів мобільної системи радіозв’язку.
Принципи кодового розділу каналів
Принципи кодового розділу каналів зв'язку (CDMA – Code Division Multiple Access) засновані на використанні широкосмугових сигналів (ШПС), смуга яких значно перевищує смугу частот, необхідну для звичайної передачі повідомлень, наприклад, в вузькосмугових системах з частотним поділом каналів (FDMA). Основною характеристикою ШПС є база сигналу, обумовлена як добуток ширини його спектра F на його тривалість Т:
В = F * Т.
У цифрових системах зв'язку, що передають інформацію у виді двійкових символів, тривалість ШПС Т и швидкість передачі повідомлень С зв'язані співвідношенням Т = 1/С. Тому база сигналу В = Р/С характеризує розширення спектра ШПС щодо спектра повідомлення. Розширення спектра частот переданих цифрових повідомлень може здійснюватися двома методами чи їхньою комбінацією:
1. Прямим розширенням спектра частот;
2. Стрибкоподібною зміною частоти несущої;
В існуючих і розроблювальних системах стільникового зв'язку переважно використовуються ШПС, формування яких здійснюється по методу прямого розширення спектра (DS-CDMA-Direct Sequence-CDMA).
Створення систем стільникового рухомого радіозв'язку з кодовим поділом абонентів стримувалося відсутністю технічних і технологічних можливостей по реалізації малогабаритних, малоспоживаємих і багатофункціональних пристроїв "стиску" ШПС. В даний час ці проблеми успішно вирішені американськими фірмами Qualcomm, InterDigital, Motorola. На основі пропозицій фірми Qualcomm у США прийнятий стандарт IS-95 на систему стільникового рухомого радіозв'язку з кодовим поділом каналів.
Стільникова система рухомого радіозв'язку з кодовим поділом каналів стандарту IS-95.
Стільникова система рухомого радіозв'язку загального користування з кодовим розширенням каналів (CDMA) уперше була розроблена фірмою Qualcomm (США). Основна мета розробки полягала в тому, щоб збільшити ємність системи стільникового зв'язку в порівнянні з аналогової не менш чим на порядок і відповідно збільшити ефективність використання виділеного спектра частот.
Технічні вимоги до системи CDMA сформовані в ряді стандартів.
Система CDMA фірми Qualcomm розрахована на роботу в діапазоні частот 800 Мгц.
Безпека чи конфіденційність є властивістю технології CDMA, тому в багатьох випадках операторам стільникових мереж не буде потрібно спеціального устаткування шифрування повідомлень.
Система CDMA Qualcomm побудована по методу прямого розширення спектра частот на основі використання 64 видів послідовностей, сформованих за законом функцій Уолша. Для передачі мовних повідомлень обраний мовоперетворюючий пристрій з алгоритмом CELP зі швидкістю перетворення 8000 біт/с (9600 біт/с у каналі). Можливі режими роботи на швидкостях 4800, 2400 і 1200 біт/с.
Протоколи встановлення зв'язку в CDMA, також як у стандартах AMPS і N-AMPS, засновані на використанні логічних каналів.
У CDMA канали для передачі з базової станції називаються прямими (Forward), для прийому базовою станцією – зворотніми (Reverse). Структура каналів у CDMA у стандарті IS-95 показана на малюнку:
Структура каналів зв'язку в стандарті CDMA IS-95
Прямі канали в CDMA:
ведучий канал – використовується рухливою станцією для початкової синхронізації з мережею і контролю за сигналами базової станції за часом, чистоті і фазі;
канал синхронізації – забезпечує ідентифікацію базової станції, рівень випромінювання пілотного сигналу, а також фазу псевдовипадкової послідовності базової станції. Після завершення зазначених етапів синхронізації починаються процеси встановлення з'єднання;
канал виклику – використовується для виклику рухомої станції. Після прийому сигналу виклику рухома станція передає сигнал підтвердження на базову станцію, Після чого по каналі виклику на рухому станцію передається інформація про встановлення з'єднання і призначенні каналу зв'язку. Канал персонального виклику починає працювати після того, як рухома станція одержить усю системну інформацію (частота несущої, тактова частота, затримка сигналу по каналі синхронізації);
канал прямого доступу – призначений для передачі мовних повідомлень і даних, а також керуючої інформації з базової станції на рухому.
Зворотні канали в CDMA:
канал доступу – забезпечує зв'язок рухомої станції до базової станції, коли рухома станція не використовує канал трафіку. Канал доступу використовується для установлення викликів і відповідей на повідомлення, передані по каналі виклику, команди і запити на реєстрацію в мережі. Канали доступу сполучаються (поєднуються) з каналами виклику;
канал зворотного трафіку – забезпечує передачу мовних повідомлень і керуючої інформації з рухомої станції на базову станцію.
На наступному малюнку буде показана процедура встановлення звичайного з'єднання (вхідний виклик до рухомої станції).
|
Мобільна станція |
Базова станція |
|
|
Приймає Пошукове повідомлення |
0100090000037800000002001c00000000000400000003010800050000000b0200000000050000000c02bd000701040000002e0118001c000000fb021000070000000000bc02000000cc0102022253797374656d000007010000a89b0000e85d110004ee8339e8ffad080c020000040000002d01000004000000020101001c000000fb02ceff0000000000009001000000cc0440001254696d6573204e657720526f6d616e0000000000000000000000000000000000040000002d010100050000000902000000020d000000320a2d00000001000400000000000701bc00206b1600040000002d010000030000000000 канал виклику |
Передає Пошукове повідомлення чи Розділене пошукове повідомлення (МІN) |
|
Передає Відповідь на пошукове повідомлення (MIN, ESN) |
канал доступу |
Приймає Відповідь на пошукове повідомлення Набудовується на призначений інформаційний канал, використовуючи загальний довгий код. Починає передавати незначні дані по каналі прямого трафіку. |
|
Приймає Повідомлення про призначення каналу Набудовується на призначений канал виклику зв'язку, використовуючи загальний довгий код Приймає N послідовних кадрів від базової станції. |
0100090000037800000002001c00000000000400000003010800050000000b0200000000050000000c02bd000701040000002e0118001c000000fb021000070000000000bc02000000cc0102022253797374656d000007010000a89b0000e85d110004ee8339e8ffad080c020000040000002d01000004000000020101001c000000fb02ceff0000000000009001000000cc0440001254696d6573204e657720526f6d616e0000000000000000000000000000000000040000002d010100050000000902000000020d000000320a2d00000001000400000000000701bc00206b1600040000002d010000030000000000 канал виклику |
Передає Повідомлення про призначення каналу (ESN, канал CDMA, код каналу). |
|
Починає передавати преамбулу каналу зв'язку каналу зворотного трафіку |
Приймає преамбулу каналу зв'язку від мобільної станції |
|
|
Приймає команду про підтвердження базової станції Починає відкидати прийняті пакети з запитами на обслуговування і передавати дані по каналу зворотного трафіку |
0100090000037800000002001c00000000000400000003010800050000000b0200000000050000000c02bd000701040000002e0118001c000000fb021000070000000000bc02000000cc0102022253797374656d000007010000a89b0000e85d110004ee8339e8ffad080c020000040000002d01000004000000020101001c000000fb02ceff0000000000009001000000cc0440001254696d6573204e657720526f6d616e0000000000000000000000000000000000040000002d010100050000000902000000020d000000320a2d00000001000400000000000701bc00206b1600040000002d010000030000000000 канал прямого трафіку |
Передає команду про підтвердження базової станції |
|
Приймає Сигнал готовності з інформаційним повідомленням |
0100090000037800000002001c00000000000400000003010800050000000b0200000000050000000c02bd000701040000002e0118001c000000fb021000070000000000bc02000000cc0102022253797374656d000007010000a89b0000e85d110004ee8339e8ffad080c020000040000002d01000004000000020101001c000000fb02ceff0000000000009001000000cc0440001254696d6573204e657720526f6d616e0000000000000000000000000000000000040000002d010100050000000902000000020d000000320a2d00000001000400000000000701bc00206b1600040000002d010000030000000000 канал прямого трафіку |
Передає Сигнал готовності з інформаційним повідомленням (сигнал посилки виклику, CNI – номер зухвалого абонента) |
|
Передає підтвердження Подає викличний сигнал до мобільного радіотелефону. Виводить інформацію CNI на табло мобільного радіотелефону. (Абонент відповідає на виклик) Знімає подачу сигналу посилки виклику до мобільному радіотелефону. |
канал зворотного трафіку |
Приймає підтвердження |
|
Передає Команду про з'єднання Починає передавати інформаційні пакети з підтвердженням про обслуговування. |
канал зворотного трафіку |
Приймає Команду про з’єднання |
|
Приймає підтвердження |
0100090000037800000002001c00000000000400000003010800050000000b0200000000050000000c02bd000701040000002e0118001c000000fb021000070000000000bc02000000cc0102022253797374656d000007010000a89b0000e85d110004ee8339e8ffad080c020000040000002d01000004000000020101001c000000fb02ceff0000000000009001000000cc0440001254696d6573204e657720526f6d616e0000000000000000000000000000000000040000002d010100050000000902000000020d000000320a2d00000001000400000000000701bc00206b1600040000002d010000030000000000 канал прямого трафіку |
Передає підтвердження |
|
(розмова абонентів) |
(розмова абонентів) |
Процедура встановлення звичайного з'єднання (випадок вхідного виклику в рухомої станції). Виклик до абонентського апарата може включати фазу, коли встановлюється конкретна необхідна опція (варіант) служби.
На малюнку показана процедура проходження звичайного виклику (вихідний виклик від рухомої станції)
|
Мобільна станція |
Базова станція |
|
|
Виявляє виклик, що посилається користувачем мобільної станції. Передає початкове повідомлення зворотному (ESN, MIN, набрані знаки номера) |
канал доступу |
Приймає початкове повідомлення. Набудовується на призначений канал трафіку, використовуючи загальний довгий код по початку трафіку. Починає передавати незначні дані каналу трафіку по прямому каналу. |
|
Приймає Повідомлення про призначення каналу Набудовується на канал трафіку, використовуючи загальний довгий код. Приймає N послідовних дійсних кадрів від базової станції. Починає передавати преамбулу каналу трафіку |
0100090000037800000002001c00000000000400000003010800050000000b0200000000050000000c02bd000701040000002e0118001c000000fb021000070000000000bc02000000cc0102022253797374656d000007010000a89b0000e85d110004ee8339e8ffad080c020000040000002d01000004000000020101001c000000fb02ceff0000000000009001000000cc0440001254696d6573204e657720526f6d616e0000000000000000000000000000000000040000002d010100050000000902000000020d000000320a2d00000001000400000000000701bc00206b1600040000002d010000030000000000 канал виклику |
Передає Повідомлення про призначення каналу (ESN, канал CDMA, кодовий канал). Засвідчує MIN і ESN мобільної станції. Приймає преамбулу каналу трафіку від мобільної станції. |
|
Приймає Команду про підтвердження базової станції. Починає передавати пакети трафіку до Опції послуг 1 і від опції послуг 1. |
0100090000037800000002001c00000000000400000003010800050000000b0200000000050000000c02bd000701040000002e0118001c000000fb021000070000000000bc02000000cc0102022253797374656d000007010000a89b0000e85d110004ee8339e8ffad080c020000040000002d01000004000000020101001c000000fb02ceff0000000000009001000000cc0440001254696d6573204e657720526f6d616e0000000000000000000000000000000000040000002d010100050000000902000000020d000000320a2d00000001000400000000000701bc00206b1600040000002d010000030000000000 канал прямого трафіку |
Передає Команду про підтвердження базової станції. |
|
Можлива процедура (на вибір) Передає Продовження початкового повідомлення. |
зворотний канал трафіку |
Приймає Продовження початкового повідомлення. |
|
Приймає підтвердження. |
0100090000037800000002001c00000000000400000003010800050000000b0200000000050000000c02bd000701040000002e0118001c000000fb021000070000000000bc02000000cc0102022253797374656d000007010000a89b0000e85d110004ee8339e8ffad080c020000040000002d01000004000000020101001c000000fb02ceff0000000000009001000000cc0440001254696d6573204e657720526f6d616e0000000000000000000000000000000000040000002d010100050000000902000000020d000000320a2d00000001000400000000000701bc00206b1600040000002d010000030000000000 канал прямого трафіку |
Передає підтвердження. |
|
Можлива процедура (на вибір) Приймає команду Запит переходу на приватний довгий код. |
0100090000037800000002001c00000000000400000003010800050000000b0200000000050000000c02bd000701040000002e0118001c000000fb021000070000000000bc02000000cc0102022253797374656d000007010000a89b0000e85d110004ee8339e8ffad080c020000040000002d01000004000000020101001c000000fb02ceff0000000000009001000000cc0440001254696d6573204e657720526f6d616e0000000000000000000000000000000000040000002d010100050000000902000000020d000000320a2d00000001000400000000000701bc00206b1600040000002d010000030000000000 канал прямого трафіку |
Передає команду Запит переходу на приватний довгий код. |
|
Передає підтвердження разом із повідомленням Прийнята команда про перехід на приватний довгий код. |
зворотний канал трафіку |
Приймає повідомлення Прийнята команда про перехід на приватний довгий код |
|
Починає передавати і приймати інформацію, використовуючи приватний довгий код. |
Починає передавати і приймати інформацію, використовуючи приватний довгий код. |
|
|
Можлива процедура (на вибір) Приймає Сигнал готовності разом з інформаційним повідомленням. |
0100090000037800000002001c00000000000400000003010800050000000b0200000000050000000c02bd000701040000002e0118001c000000fb021000070000000000bc02000000cc0102022253797374656d000007010000a89b0000e85d110004ee8339e8ffad080c020000040000002d01000004000000020101001c000000fb02ceff0000000000009001000000cc0440001254696d6573204e657720526f6d616e0000000000000000000000000000000000040000002d010100050000000902000000020d000000320a2d00000001000400000000000701bc00206b1600040000002d010000030000000000 канал прямого трафіку |
Передає Сигнал готовності разом з інформаційним повідомленням (сигнал контролю посилки виклику). |
|
Передає підтвердження. Подає сигнал контролю посилки виклику по розмовному тракту. |
канал зворотного трафіку |
Приймає підтвердження. |
|
Можлива процедура (на вибір) Приймає Сигнал готовності разом з інформаційним повідомленням. |
0100090000037800000002001c00000000000400000003010800050000000b0200000000050000000c02bd000701040000002e0118001c000000fb021000070000000000bc02000000cc0102022253797374656d000007010000a89b0000e85d110004ee8339e8ffad080c020000040000002d01000004000000020101001c000000fb02ceff0000000000009001000000cc0440001254696d6573204e657720526f6d616e0000000000000000000000000000000000040000002d010100050000000902000000020d000000320a2d00000001000400000000000701bc00206b1600040000002d010000030000000000 канал прямого трафіку |
(викликуваний абонент відповідає на виклик) Передає Сигнал готовності разом з інформаційним повідомленням. (мовчання) |
|
Передає підтвердження. Відключає сигнал посилки виклику у тракті трафіку. |
зворотний канал трафіку |
Приймає підтвердження. |
|
(розмова абонентів) |
(розмова абонентів) |
У стандарті IS-95 регулювання рівня потужності сигналу, випромінюваного рухливою станцією, здійснюється в динамічному діапазоні 84 дб із кроком 1 дб. Це забезпечує можливість прийому сигналів рухомих станцій базовою станцією з практично однаковим рівнем потужності незалежно від відстані до базової станції. Чим ближче рівень потужності сигналів від рухомих станцій на вході базової станції до мінімальної, відповідної необхідної якості зв'язку, тим менше рівень взаємних перешкод у системі і, отже, тим вище її ємність.
Високі вимоги до регулювання рівня потужності рухомої станції можна віднести до недоліку системи Qualcomm. Другим недоліком CDMA Qualcomm є необхідність використання однакових по розмірах стільник на всій мережі, у противному випадку виникають взаємні перешкоди від сигналів рухомих станцій, що знаходяться в сусідніх стільниках різного розміру.
Стандарт CDMA забезпечує велику ємність мережі в порівнянні з традиційними аналоговими стільниковими мережами. Збільшення ємності може бути досягнуто двома способами:
1) збільшенням кількості каналів на Мгц виділеної смуги частот;
2) збільшенням повторного використання каналів зв'язку на даній
території.
Фактором, що сприяє зниженню взаємних перешкод у системі CDMA і, отже, збільшенню її ємності, є застосування, аналогічно GSM, системи переривчастої передачі мови.
На інтервалі сеансу зв'язку активна частина розмови складає близько 35%, 65% приходиться на прослуховування повідомлень із протилежної сторони і паузи. Випромінювання сигналу рухливою станцією тільки на інтервалах активності мови приводить до додаткового зниження системних перешкод і загальному збільшенню ємності системи CDMA.
Список литературы
Для подготовки данной применялись материалы сети Интернет из общего доступа