Различия между CDMA и GSM стандартами. Основы технологии CDMA

CDMA (Code Division Multiple Access) - технология связи, обычно радиосвязи, при которой каналы передачи имеют общую полосу частот, но разную кодовую модуляцию. Наибольшую известность на бытовом уровне получила после появления сетей сотовой мобильной связи, ее использующих, из-за чего часто ошибочно исключительно с ней (сотовой мобильной связью) и отождествляется. Беспроводной абонентский доступ WLL (Wireless Local Loop), реализованный 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.

Принцип работы

Для радиосистем существует два основных ресурса - частота и время. Разделение пар приёмников и передатчиков по частотам таким образом, что каждой паре выделяется часть спектра на всё время соединения, называется FDMA (Frequency Division Multiple Access). Разделение по времени таким образом, что каждой паре приёмник-передатчик выделяется весь спектр или большая его часть на выделенный отрезок времени, называют TDMA (Time Division Multiple Access). В CDMA (Code Division Multiple Access), для каждого узла выделяется весь спектр частот и всё время. CDMA использует специальные коды для идентификации соединений. Каналы трафика при таком способе разделения среды создаются посредством применения широкополосного кодо-модулированного радиосигнала -- шумоподобного сигнала, передаваемого в общий для других аналогичных передатчиков канал, в едином широком частотном диапазоне. В результате работы нескольких передатчиков эфир, в данном частотном диапазоне, становится ещё более шумоподобным. Каждый передатчик модулирует сигнал с применением присвоенного в данный момент каждому пользователю отдельного числового кода, приёмник, настроенный на аналогичный код, может вычленять из общей какофонии радиосигналов ту часть сигнала, которая предназначена данному приёмнику. В явном виде отсутствует временное или частотное разделение каналов, каждый абонент постоянно использует всю ширину канала, передавая сигнал в общий частотный диапазон, и принимая сигнал из общего частотного диапазона. При этом широкополосные каналы приёма и передачи находятся на разных частотных диапазонах и не мешают друг другу. Полоса частот одного канала очень широка, вещание абонентов накладывается друг на друга, но, поскольку их коды модуляции сигнала отличаются, они могут быть дифференцированы аппаратно-программными средствами приёмника.

При кодовой модуляции применяется техника расширения спектра с множественным доступом. Она позволяет увеличить пропускную способность при неизменной мощности сигнала. Передаваемые данные комбинируются с более быстрым шумоподобным псевдослучайным сигналом с использованием операции побитового взаимоисключающего ИЛИ (XOR). На изображении ниже показан пример, демонстрирующий применение метода для генерации сигнала. Сигнал данных с длительностью импульса Tb комбинируется при помощи операции XOR с кодом сигнала, длительность импульса которого равна (зам: ширина полосы пропускания пропорциональна, где = время передачи одного бита), следовательно ширина полосы пропускания сигнала с данными равна и ширина полосы пропускания получаемого сигнала равна. Так как много меньше, ширина полосы частот получаемого сигнала намного больше, чем таковая оригинального сигнала передаваемых данных. Величина называется фактором распространения или базой сигнала и определяет в известной мере верхний предел числа пользователей, поддерживаемых базовой станцией одновременно.

Преимущества

• · Гибкое распределение ресурсов. При кодовом разделении нет строгого ограничения на число каналов. С увеличением числа абонентов постепенно возрастает вероятность ошибок декодирования, что ведёт к снижению качества канала, но не к отказу обслуживания.
• · Более высокая защищённость каналов. Выделить нужный канал без знания его кода весьма трудно. Вся полоса частот равномерно заполнена шумоподобным сигналом.
• · Телефоны CDMA имеют меньшую пиковую мощность излучения и потому, возможно, менее вредны.

Система сотовой подвижной связи CDMA

В последние годы значительный прогресс в телекоммуникационных технологиях достигнут благодаря переходу на цифровые виды связи, которые, в свою очередь, базируются на стремительном развитии микропроцессоров. Один из ярких примеров этого - появление и быстрое внедрение технологии связи с цифровыми шумоподобными сигналами на основе метода многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA - Code Division Multiple Access), в ближайшие годы нового столетия затмит собой все остальные, вытесняя аналоговые NMT, AMPS и др. и составляя серьезную конкуренцию цифровым технологиям, таким как GSM.

Замечательное свойство цифровой связи с шумоподобными сигналами - защищенность канала связи от перехвата, помех и подслушивания. Именно поэтому данная технология была изначально разработана и использовалась для вооруженных сил США, и лишь недавно американская компания Qualcom на основе этой технологии создала стандарт IS-95 (CDMA one) и передала его для коммерческого использования. Оборудование для этого стандарта уже выпускают шесть компаний: Hughes Network Systems, Motorola и Samsung.

Общая характеристика и принципы функционирования

Принцип работы систем сотовой связи (ССС) с кодовым разделением каналов можно пояснить на следующем примере.

Предположим, что вы сидите в ресторане. За каждым столиком находится два человека. Одна пара разговаривает между собой на английском языке, другая на русском, третья на немецком и т.д. Получается так, что в ресторане все разговаривают в одно и то же время на одном диапазоне частот (речь от 3 кГц до 20 кГц), при этом вы, разговаривая со своим оппонентом, понимаете только его, но слышите всех.

Так же и в стандарте CDMA передаваемая в эфире информация от базовой станции к мобильной или наоборот попадает ко всем абонентам сети, но каждый абонент понимает только ту информацию, которая предназначена для него, т.е. русский понимает только русского, немец только немца, а остальная информация отсеивается. Язык общения в данный момент является кодом. В CDMA это организовано за счет применения кодирования передаваемых данных, если точнее, то за это отвечает блок умножения на функцию Уолша.

В отличие от стандарта GSM, который использует TDMA (Time Division Multiple Access - многостанционный доступ с временным разделением канала, т.е. несколько абонентом могут разговаривать на одной и той же частоте, как и в CDMA, но в отличие от CDMA, в разное время), стандарт IS-95 диапазон частот использует более экономично.

CDMA называют широкополосной системой и сигналы идущие в эфире шумоподобными. Широкополосная - потому, что занимает широкую полосу частот. Шумоподобные сигналы - потому, что когда в эфире на одной частоте, в одно и то же время работают несколько абонентов, сигналы накладываются друг на друга (можно представить шум в ресторане, когда все одновременно говорят). Помехоустойчивая - потому, что при возникновении в широкой полосе частот(1,23 Мгц) сигнала-помехи, узкого диапазона (<150кГц), сигнал примется почти неискаженный. За счет помехоустойчивого кодирования потерянные данные система восстановит, см. рис 1, где показан полезный сигнал и помеха (СЗС - селективная помеха).

А в стандарте GSM такое не получится. Из-за того, что GSM изначально сам узкополосный. Ширина полосы, которая используется, равна 200 кГц.

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.

В каналах системы CDMA применяется сверточное кодирование со скоростью? (в каналах от базовой станции) и 1/3 (в каналах от подвижной станции), декодер Витерби с мягким решением, перемежение передаваемых сообщений. Общая полоса канала связи составляет 1,25 Мгц.

Основные характеристики приведены в таблице.

В стандарте используется раздельная обработка отраженных сигналов, приходящих с разными задержками, и последующее их весовое сложение, что значительно снижает отрицательное влияние эффекта многолучевости. При раздельной обработке лучей в каждом канале приема на базовой используется 4 параллельно работающих коррелятора, а на подвижной станции 3 коррелятора. Наличие параллельно работающих корреляторов позволяет осуществить мягкий режим "эстафетной передачи" при переходе из соты в соту.

Мягкий режим "эстафетной передачи" происходит за счет управления подвижной станцией двумя или более базовыми станциями. Транскодер, входящий в состав основного оборудования, проводит оценку качества приема сигналов от двух базовых станций последовательно кадр за кадром. Процесс выбора лучшего кадра приводит к тому, что результирующий сигнал может быть сформирован в процессе непрерывной коммутации и последующего "склеивания" кадров, принимаемых разными базовыми станциями, участвующими в "эстафетной передаче".

Протоколы установления связи в CDMA, так же как в стандартах AMPS основаны на использовании логических каналов.

В CDMA каналы для передачи с базовой станции называются прямыми (Forward), для приема базовой станцией - обратными (Reverse). Структура каналов в CDMA в стандарте IS-95 показана на рис:

Прямые каналы в CDMA:

1. Пилотный канал - используется подвижной станцией для начальной синхронизации с сетью и контроля за сигналами базовой станции по времени, частоте и фазе.
2. 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.
3. 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).
4. Канал прямого доступа - предназначен для передачи речевых сообщений и данных, а так же управляющей информации с базовой станции на подвижную.

Обратные каналы в CDMA:

1. 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.
2. Канал обратного трафика - обеспечивает передачу речевых сообщений и управляющей информации с подвижной станции на базовую станцию.

Структура каналов передачи базовой станции показана на рис:

Каждому логическому каналу назначается свой код Уолша. Всего в одном физическом канале логических каналов может быть 64, т.к. последовательностей Уолша, которым в соответствие ставятся логические каналы, всего 64, каждая из которых имеет длину по 64 бита. Из всех 64 каналов на 1-й канал назначается первый код Уолша (W0) которому соответствует "Пилотный канал", на следующий канал назначается тридцать второй код Уолша (W32), следующим 7-ми каналам так же назначаются свои коды Уолша (W1,W2,W3,W4,W5,W6,W7) которым соответствуют каналы вызова, и оставшиеся 55 каналов предназначены для передачи данных по "Каналу прямого трафика".

При изменении знака бита информационного сообщения фаза используемой последовательности Уолша изменяется на 180 градусов. Так как эти последовательности взаимно ортогональны, то взаимные помехи между каналами передачи одной базовой станции отсутствуют. Помехи по каналам передачи базовой станции создают лишь соседние базовые станции, которые работают в той же полосе радиочастот и используют ту же самую ПСП, но с другим циклическим сдвигом.

Порядок прохождения речевых данных в мобильной станции до момента отправки в эфир.

Давайте подробней рассмотрим структурную схему обратного канала трафика. В прямом и обратном канале эта схема повторяется; в зависимости от того, какой канал используется в данный момент, некоторые блоки этой схемы исключаются.

1. Речевой сигнал поступает на речевой кодек.
   На этом этапе речевой сигнал оцифровывается и сжимается по алгоритму CELP..
2. Далее сигнал поступает на блок помехоустойчивого кодирования, который может исправлять до 3-х ошибок в пакете данных.
3. Далее сигнал поступает в блок перемежения сигнала.
   Блок предназначен для борьбы с пачками ошибок в эфире. Пачки ошибок - искажение нескольких бит информации подряд.
   Принцип такой. Поток данных записывается в матрицу по строкам. Как только матрица заполнена, начинаем с нее передавать информацию по столбцам. Следовательно, когда в эфире искажаются подряд несколько бит информации, при приеме пачка ошибок, пройдя через обратную матрицу, преобразуется в одиночные ошибки.
4. Далее сигнал поступает в блок кодирования (от подслушивания).
   На информацию накладывается маска (последовательность) длиной 42 бита. Эта маска является секретной. При несанкционированном перехвате данных в эфире невозможно декодировать сигнал, не зная маски. Метод перебора всевозможных значений не эффективен т.к. при генерации этой маски, перебирая всевозможные значения, придется генерировать 8.7 триллиона масок длиной 42 бита. Хакер, пользуясь персональным компьютером, пропуская через каждую маску сигнал и преобразовывая его в файл звукового формата, потом, распознавая его на наличие речи, потратит уйму времени.
5. Блок перемежения на код Уолша.
   Цифровой поток данных перемножается на последовательность бит, сгенерированных по функции Уолша.
   На этом этапе кодирования сигнала происходит расширение спектра частот, т.е. каждый бит информации кодируется последовательностью, построенной по функции Уолша, длиной 64 бита. Т.о. скорость потока данных в канале увеличивается в 64 раза. Следовательно, в блоке модуляции сигнала скорость манипуляции сигнала возрастает, отсюда и расширение спектра частот.
   Так же функция Уолша отвечает за отсев ненужной информации от других абонентов. В момент начала сеанса связи абоненту назначается частота, на которой он будет работать и один (из 64 возможных) логический канал, который определяет функция Уолша. В момент принятия сигнал по схеме проходит в обратную сторону. Принятый сигнал умножается на кодовую последовательность Уолша
   По результату умножения вычисляется корреляционный интеграл.
   Если Z пороговая удовлетворяет предельному значению, значит, сигнал наш. Последовательность функции Уолша ортогональны и обладают хорошими корреляционными и автокорреляционными свойствами, поэтому вероятность спутать свой сигнал с чужим равна 0.01 %.
6. Блок перемножения сигнала на две М-функции (М1 - длиной 15 бит, М2 - длиной 42 бита) или еще их называют ПСП- псевдослучайными последовательностями.
   Блок предназначен для перемешивания сигнала для блока модуляции. Каждой назначенной частоте назначаются разные М -функции.
7. Блок модуляции сигнала.
   В стандарте CDMA используется фазовая модуляция ФМ4, ОФМ4.

В настоящее время оборудование стандарта CDMA является самым новым и самым дорогим, но в то же время самым надежным и самым защищенным. Европейским Сообществом в рамках исследовательской программы RACE разрабатывается проект CODIT по созданию одного из вариантов Универсальной системы подвижной связи (UMTS) на принципе кодового разделения каналов с использованием широкополосных сигналов с прямым расширением спектра (DS-CDMA).

Основным отличием концепции CODIT будет эффективное и гибкое использование частотного ресурса. Как мы раньше пояснили, на широкополосный сигнал CDMA влияние узкополосной помехи практически не сказывается. За счет этого свойства в стандарте CODIT для передачи данных дополнительно будут использоваться защитные интервалы между несущими частотами.

Стандарт CDMA не так популярен, как всем известный и любимый операторами GSM. Однако у него есть свои плюсы и преимущества. Поэтому при покупке нового сотового телефона стоит обратить особое внимание на CDMA-GSM-телефоны. Это будет оптимальный вариант.

Что это?

Code Division Multiple Access - именно так расшифровывается аббревиатура данного стандарта связи. Под ним подразумевается использование множества каналов с кодовым разделением. При этом во время телефонного разговора и сам голос передаются по отдельным каналам и на разных частотах. Кроме того, для самой передачи данных предусмотрено больше места, чем при стандарте GSM.

Телефон CDMA - что это такое? Это гаджет, предоставляющий такие услуги, как прямой городской и мобильный номер, обмен пакетными данными и передача сообщений со скоростью до 2,3 Мбит. Принцип CDMA заключается в некотором расширении определенного спектра информационного сигнала. Для этого используется два метода: прямой последовательности и скачков по частоте. В первом случае главная несущая частота меняет свое значение в определенном диапазоне. При этом приемник работает по такому же алгоритму. Этим обеспечиваются выделение и обработка определенного канала. Метод прямой последовательности использует шумоподобные сигналы. При этом каждый отдельный сигнал модулируется уникальным кодом, расширяющим сам спектр информационного сигнала.

Что такое GSM?

О главном конкуренте CDMA известно гораздо больше. Именно он активно используется в работе отечественных сотовых сетей. Стандарт GSM применяет технологию TDMA и основан на алгоритме частотного разделения канала. Есть целых четыре диапазона:

• Однодиапазонные . Используются крайне редко.
• Двухдиапазонные . Здесь телефоны привязаны к определенному региону.
• Трехдиапазонные . Используются стандарты 900/1800/1900, а также 850/1800/1900.
• Четырехдиапазонные . Таким функционалом обеспечены практически все новые смартфоны.

Есть одна особенность у устройств GSM, которой не может похвастать такое? Наличие дополнительной SIM-карты. С ее помощью можно легко и быстро менять оператора.

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.

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.

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-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 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:

• Отсутствие специального оборудования.
• Нет разнообразия в предлагаемых моделях и марках CDMA-телефонов.
• Отсутствие роуминга.

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 Возможность получить все плюсы сразу!

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:

• Стоимость . Несмотря на вполне сносные тарифы для прямых городских номеров, стоят такие телефоны дороже GSM-аналогов.
• Ремонт . В связи с тем, что подобные гаджеты не распространены в мире, запчасти найти довольно сложно. Кроме того, с технологией ремонта знакомы тоже далеко не все.
• Отсутствие базовых станций на телефон CDMA. такие телекоммуникационные пункты, которые обеспечивают покрытие сети.

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.

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:

1. Это преимущественно моноблоки. Хотя в последнее время можно найти слайдеры или раскладушки.
2. Практически все телефоны поддерживают microSD.
3. Сотовые оснащены камерой не менее 2Мп. Конечно, с ростом популярности развивается и линейка представленных на рынке телефонов. В конкурентную борьбу включаются все новые и новые производители, разрабатывается дизайн, добавляются технические возможности и характеристики и т.д.

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 (англ. Code Division Multiple Access - множественный доступ с кодовым разделением) - технология связи, обычно радиосвязи, при которой каналы передачи имеют общую полосу частот, но разную кодовую модуляцию. Наибольшую известность на бытовом уровне получила после появления сетей сотовой мобильной связи, ее использующих, из-за чего часто ошибочно исключительно с ней (сотовой мобильной связью) и отождествляется.

Принцип работы

Для радиосистем существует два основных ресурса - частота и время. Разделение пар приёмников и передатчиков по частотам таким образом, что каждой паре выделяется часть спектра на всё время соединения называется FDMA (Frequency Division Multiple Access). Разделение по времени таким образом, что каждой паре приёмник-передатчик выделяется весь (или большая часть) спектра на выделенный отрезок времени называют TDMA (Time Division Multiple Access). В CDMA (Code Division Multiple Access), для каждого узла выделяется весь спектр частот и всё время. CDMA использует специальные коды для идентификации соединений. Каналы трафика при таком способе разделения среды создаются посредством применения широкополосного кодо-модулированного радиосигнала - шумоподобного сигнала, передаваемого в общий для других аналогичных передатчиков канал, в едином широком частотном диапазоне. В результате работы нескольких передатчиков эфир в данном частотном диапазоне становится ещё более шумоподобным. Каждый передатчик модулирует сигнал с применением присвоенного в данный момент каждому пользователю отдельного числового кода , приёмник, настроенный на аналогичный код, может вычленять из общей какофонии радиосигналов ту часть сигнала, которая предназначена данному приёмнику. В явном виде отсутствует временное или частотное разделение каналов, каждый абонент постоянно использует всю ширину канала, передавая сигнал в общий частотный диапазон, и принимая сигнал из общего частотного диапазона. При этом широкополосные каналы приёма и передачи находятся на разных частотных диапазонах и не мешают друг другу. Полоса частот одного канала очень широка, вещание абонентов накладывается друг на друга, но, поскольку их коды модуляции сигнала отличаются, они могут быть дифференцированы аппаратно-программными средствами приёмника.

При кодовой модуляции применяется техника расширения спектра с множественным доступом. Она позволяет увеличить пропускную способность при неизменной мощности сигнала. Передаваемые данные комбинируются с более быстрым шумоподобным псевдослучайным сигналом с использованием операции побитового взаимоисключающего ИЛИ (XOR). На изображении ниже показан пример, демонстрирующий применение метода для генерации сигнала. Сигнал данных с длительностью импульса Tb комбинируется при помощи операции XOR с кодом сигнала, длительность импульса которого равна (зам: ширина полосы пропускания пропорциональна , где = время передачи одного бита), следовательно ширина полосы пропускания сигнала с данными равна и ширина полосы пропускания получаемого сигнала равна . Так как много меньше , ширина полосы частот получаемого сигнала намного больше, чем таковая оригинального сигнала передаваемых данных. Величина называется базой сигнала и, в какой-то мере [какой? ] , определяет верхний предел числа пользователей, поддерживаемых базовой станцией единомоментно.

Преимущества

• Высокая спектральная эффективность. Кодовое разделение позволяет обслуживать больше абонентов на той же полосе частот, чем другие виды разделения (TDMA , FDMA).
• Гибкое распределение ресурсов. При кодовом разделении нет строгого ограничения на число каналов. С увеличением числа абонентов постепенно возрастает вероятность ошибок декодирования, что ведёт к снижению качества канала, но не к отказу обслуживания.
• Более высокая защищённость каналов. Выделить нужный канал без знания его кода весьма трудно. Вся полоса частот равномерно заполнена шумоподобным сигналом.
• Телефоны CDMA имеют меньшую пиковую мощность излучения и потому, возможно, менее вредны.

Эволюция систем сотовой связи, использующих технологию CDMA

Технология множественного доступа с кодовым разделением каналов известна давно. В СССР первая работа, посвящённая этой теме, была опубликована ещё в 1935 году Д. В. Агеевым в работе «Кодовое разделение каналов». В ней было показано, что при использовании линейных методов возможны три вида разделения сигналов: частотное, временное и компенсационное (по форме).

Технология кодового разделения каналов CDMA, благодаря высокой спектральной эффективности, является радикальным решением дальнейшей эволюции сотовых систем связи.

CDMA2000 является стандартом в эволюционном развитии сетей cdmaOne (основанных на IS-95). При сохранении основных принципов, заложенных версией IS-95A, технология стандарта CDMA непрерывно развивается.

Последующее развитие технологии CDMA происходит в рамках технологии CDMA2000. При построении системы мобильной связи на основе технологии CDMA2000 1Х первая фаза обеспечивает передачу данных со скоростью до 153 кбит/с, что позволяет предоставлять услуги голосовой связи, передачу коротких сообщений, работу с электронной почтой, интернетом, базами данных, передачу данных и неподвижных изображений.

Переход к следующей фазе CDMA2000 1X EV-DO происходит при использовании той же полосы частот 1,23 МГц, скорость передачи - до 2,4 Мбит/с в прямом канале и до 153 кбит/с в обратном, что делает эту систему связи отвечающей требованиям 3G и даёт возможность предоставлять самый широкий спектр услуг, вплоть до передачи видео в режиме реального времени.

Следующей фазой развития стандарта в направлении увеличения сетевой ёмкости и передачи данных является 1XEV-DO Rev A : передача данных со скоростью до 3,1 Мбит/с по направлению к абоненту и до 1,8 Мбит/с - от абонента. Операторы смогут предоставлять те же услуги, что и на базе Rev. 0, а, кроме того, передавать голос, данные и осуществлять широковещание по IP сетям. В мире уже есть несколько таких действующих сетей.

Разработчики оборудования CDMA связи запустили новую фазу - 1XEV-DO Rev B , - с целью достигнуть следующих скоростей на одном частотном канале: 4,9 Мбит/с к абоненту и 2,4 Мбит/с от абонента. К тому же будет обеспечиваться возможность объединения нескольких частотных каналов для увеличения скорости. Например, объединение 15-ти частотных каналов (максимально возможное количество) позволит достигать скоростей 73,5 Мбит/с к абоненту и 27 Мбит/с от абонента. Применение таких сетей - улучшенная работа чувствительных к временным задержкам приложений типа VoIP , Push to Talk, видеотелефония, сетевые игры и т. п.

Основными компонентами коммерческого успеха системы CDMA2000 являются более широкая зона обслуживания, высокое качество речи (практически эквивалентное проводным системам), гибкость и дешевизна внедрения новых услуг, высокая помехозащищённость, устойчивость канала связи от перехвата и прослушивания.

Также немаловажную роль играет низкая излучаемая мощность радиопередатчиков абонентских устройств. Так, для систем CDMA2000 максимальная излучаемая мощность составляет 250 мВт. Для сравнения: в системах GSM-900 этот показатель равен 2 Вт (в импульсе, при использовании GPRS+EDGE с максимальным заполнением; максимум при усреднении по времени при обычном разговоре - около 200мВт). В системах GSM-1800 - 1 Вт (в импульсе, средняя чуть меньше 100мВт). Справедливости ради отметим, что мнение о вредном влиянии излучения мобильных телефонов на организм человека учёными не опровергнуто. (опыты на крысах выявлено, что появляется риск развития онкологических заболеваний).

Примечания

Ссылки

• CDMA Code Division Multiplie Access (Множественный доступ с кодовым разделением)
• Приказ Минсвязи РФ № 157 от 30.12.2002 «О федеральной сети сотовой подвижной связи стандарта IMT-MC-450 в диапазоне частот 450 МГц»

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

Обычно пользователи не задумываются о разнице в стандартах связи при выборе мобильного оператора. Тем не менее, между ними существуют отличия и с доминирующим на украинском рынке GSM успешно уживается CDMA. В этом материале мы попробуем разобраться, в чем заключается разница, какие преимущества может дать пользователю GSM, а какие CDMA.

С момента своего появления мобильная связь пережила несколько витков эволюции. Первые стандарты связи, относящиеся к поколению 1G, представляли собой беспроводные аналоги обычной телефонной связи. У них было много недостатков: высокая мощность передатчиков, которая могла негативно влиять на здоровье, низкая емкость базовых станций, плохая помехозащищенность. Опуская промежуточные этапы их развития, им на смену быстро пришли сети второго поколения 2G.

Первым цифровым стандартом стал GSM, он обеспечил лучшие помехозащищенность, защиту от перехвата и качество передачи речи за счет использования голосового кодека. Разработанный Европейским институтом стандартизации электросвязи (ETSI), он начал внедряться с 1991 года, постепенно став самым распространенным. Уже в 1993 году компания Qualcomm на базе технологии CDMA разработала альтернативный стандарт IS-95 (cdmaOne), который начал внедряться с 1995 года.

В чем основные отличия?

Ключевое отличие между этими стандартами – способ работы с частотным ресурсом.

В GSM используется разделение каналов по времени и частоте. На каждого абонента выделяется маленькая частотная полоса, на которой телефон общается с базовой станцией. При этом «сеансы» обмена данными фиксированы по времени. С определенным упрощением скажем, что сигнал прерывается, но из-за высокой частоты передачи данных абонент этого не замечает. В реальной жизни прерывания заметны разве что по характерному пищащему звуку динамиков, когда рядом лежит телефон, на который звонят или приходит сообщение.

В свою очередь в CDMA используется кодовое разделение сигналов. Каждый абонент, подключенный к базовой станции использует весь доступный частотный ресурс, общий для всех абонентов, а базовая станция общается со всеми одновременно. Сигнал от конкретного пользователя выделяется с помощью кодовой модуляции – каждому абоненту соответствует специфический «код», что позволяет выделить его из общего радиоэфира.

Разные схемы проще описать одним простым примером. Представим, что в комнате находится несколько человек, разбитых на пары. Первая часть общается на одном языке, они говорят по очереди, например, по 20 секунд – это описание GSM. Вторая часть разговаривает одновременно, но на разных языках – это CDMA. В обоих случаях люди нормально общаются, но непрерывный разговор, очевидно, является более комфортным, тем более что соседи просто не понимают, о чем говорят рядом.

Какие есть преимущества?

Разница в принципах работы, более широкая полоса частот, выделяемая на CDMA-абонента, выливаются в определенные преимущества CDMA над GSM. Для абонента они заключаются в:

• лучшем качестве передачи речи – большая полоса частот устойчива к помехам
• безопасности – со стороны перехваченный CDMA сигнал выглядит как шум, выделить из него отдельного абонента тяжело
• меньшее энергопотребление устройства связи – мощность сигнала в сети CDMA меньше, по сравнению с GSM и линейно зависит от расстояния до базовой станции. Это влияет и на безопасность, так как сигнал меньшей мощности тяжелее зафиксировать

Для операторов преимущества CDMA заключаются в большей емкости базовых станций, их радиусе действия, более простой настройке сети, устойчивости к перегрузкам и возможности адаптации под конкретные задачи. CDMA-операторы могут покрывать большую площадь меньшим количеством оборудования, которое легче конфигурируется.

Возникает закономерный вопрос – если CDMA на столько лучше, почему самым распространенным стандартом является GSM? Причины довольно просты. На момент создания CDMA GSM уже существовал, был выбор готовых решений как операторского оборудования, так и потребительского. Более совершенный CDMA требовал больших вычислительных мощностей, создания новых решений для менее распространенной технологии и, например, обычные телефоны стоили дороже своих GSM-аналогов и были с ними не совместимыми.

Кроме этого, существовала проблема удобства для пользователя. В сети GSM идентификатором абонента является SIM-карта, на ней хранится необходимая оператору информация. Пользователь, желающий сменить старый мобильный телефон на новый, просто переставлял симку. Для работы в сетях CDMA необходимые данные записывались (прошивались) в сам телефон, в нем в принципе не было слота для SIM-карты. Поэтому смена мобильного телефона несла за собой необходимость визита в салон оператора, а имеющийся телефон нельзя было использовать в других странах, например, в роуминге. Аналог SIM для CDMA появился в 2002 году, и получил название R-UIM. Начали появляться и телефоны, работающие как в CDMA, так и в GSM, проблема ограниченного выбора устройств постепенно решилась. Свою роль в этом сыграли американские операторы, которые стали локомотивом развития стандарта. На украинском рынке CDMA операторы занимают заметно меньшею долю, выбор совместимых смартфонов или телефонов меньше, но часть оборудования импортируют операторы, а пользователи при желании могут сами купить подходящий смартфон на международных площадках.

Если учесть плюсы и минусы, получится, что технологии с потребительской точки зрения выглядят сравнимыми, окончательный выбор сводится только к покрытию оператора.

Эволюция

Озвученные выводы применимы в первую очередь с точки обычного телефонного общения, но разговоры давно стали просто одной из услуг операторов на фоне интернет-доступа.

Изначально стандарт GSM обеспечивал максимально возможную скорость передачи данных до 9,6 кбит/с. Технологии GPRS и EDGE, которые относят к поколению 2G, позволили разогнаться до теоретических 474 кбит/с. В третьем поколении GSM-сетей UMTS для передачи данных используется технология WCDMA, которая является производной от CDMA, в ней применяется похожее кодовое разделение каналов. Дальнейшее развитие технологий и внедрение HSPA+ и DC-HSDPA (например, у «Киевстара» и «Лайфа») обеспечивают теоретическую скорость обмена данными в 42,2 Мбит/с («Киевстар», объединение двух «несущих») или даже 63,3 Мбит/с («Лайф», три «несущие»).

Первоначальный CDMA имел больший запас прочности и обеспечивал скорость передачи данных до 153 кбит/с. Последующие фазы развития стандарта уже классифицируются как 3G-сети, для передачи данных используется технология EV-DO. В зависимости от реализованного поколения стандарта (Rev.) максимальная скорость передачи данных в такой сети изменяется от 2,4/0,153 Мбит/с (Rev. 0, upload/download) до 73,5/27 Мбит/с (Rev. B). Естественно, что приведенные для каждого стандарта цифры являются теоретическими, для всех подключенных абонентов таких скоростей добиться невозможно и реальная скорость доступа оказывается в разы меньше. Плюс, все зависит от реализованных технологий. Например, «Интертелеком» в крупных городах работает на стандарте Rev. B и обеспечивает скорость до 14,7 Мбит/с.

Таким образом, в теории возможно и дальнейшие развитие 3G сетей, наращивание скоростей передачи данных, но с практической точки зрение решение выглядит сомнительным. Имеющиеся скорости хорошо покрывают запросы пользователей (если не придумывать сумасшедших сценариев с раздачей торрентов в режиме 24/7), а технологии тянут на себе обратную совместимость с сетями 2G и поддержку работы старых телефонов.