Описание подстандарта CDMA IS-95. Все о CDMA

Характерной особенностью стандарта CDMA IS-95 является ширина радиоканала 1,23 МГц. Расстояние между несущими в стандарте - 1,26 МГц, то есть радиоканалы расположены вплотную друг к другу. Диапазон рабочих частот практически совпадает с диапазоном, выделенным под стандарт AMPS (824-849 МГц и 869-894 МГц). То есть разнос частоты передачи и приема составляет, как и в AMPS 45 МГц. 

Следует упомянуть, что все сотовые системы, работающие в диапазоне 800 МГц, исторически назывались в США «сellular». Одновременно стали развиваться аналогичные системы CDMA, работающие в диапазоне 1890-1930 МГц и 1950-1990 МГц. Все системы, работающие в этом диапазоне, называются в США «PCS». 

Следует сказать, что процесс формирования шумоподобного сигнала в IS-95 гораздо сложнее, чем было освещено выше. 

Реально в такой системе на каждой базовой или абонентской станции используются три типа псевдослучайных последовательностей (кода), каждый из которых выполняет свою функцию: для синхронизации работы оконечных устройств радиотракта, для идентификации абонентских терминалов и непосредственно для передачи полезной информации. 

Таким образом, псевдослучайные последовательности - это три источника и три составные части технологии CDMA в стандарте IS-95. 

В качестве третьего типа кода используются псевдослучайные последовательности, сформированные в соответствии с взаимноортогональными функциями Уолша. Всего существует 64 таких функции, что позволяет реализовать на одной базовой станции одновременную работу 64 абонентов в одном радиоканале. Разумеется, когда в сети появятся другие базовые станции, то появляются и дополнительные помехи, уменьшающие динамический диапазон и соответственно снижающие количество разговорных каналов. Реально для фиксированной связи системы стандарта IS-95 реализуют до 40-45 разговорных каналов в одном радиоканале, а для мобильной - 20 - 25. Последнее обстоятельство связано с необходимостью резервирования каналов в соседних ячейках для обеспечения функции так называемого «мягкого» переключения («soft hand-off»). Что это такое? 

Начнем с того, что голос такой системе преобразуется в цифровой поток со скоростью 8 или 13 кбит/с. Этим занимается специальный и очень непростой вокодер. Само по себе это неново, потому что и в GSM речь цифровизируется, но в CDMA скорость работы вокодера меняется в зависимости от интенсивности речи. 

Учитывая, что радиоканал в CDMA представляет собой общую трубу, ресурсы которой динамично перераспределяются между заполняющими ее пользователями (абонентскими терминалами), подобно тому, как это происходит, например в сетях Frame Relay, то такая функция позволяет дополнительно увеличить емкость сети. 

Вот эта аллегория общей трубы помогает также понять еще одно фундаментальное преимущество CDMA над TDMA, где каждому полезному сигналу выделен жестко зафиксированный тайм-слот, обеспечивающий, разумеется определенную пропускную способность, но не позволяющий так легко манипулировать ресурсами, выделенными абонентам сети CDMA. 

Очень серьезный вопрос - это выравнивание уровней мощности, излучаемой мобильными терминалами. Здесь необходимо исключить случаи, когда терминалы, расположенные вблизи базовой станции «заглушают» находящиеся вдали. Для этого используется весьма изощренный алгоритм управления их мощностью излучения с динамическим диапазоном регулировки более 80 дБ с шагом через 1 дБ. При этом через интервалы в 1,25 мс базовая станция регулирует мощность расположенных в зоне ее обслуживания абонентских терминалов. Это позволяет не только поддерживать на одном уровне качество приема на каждом радиоканале вне зависимости от расстояния абонентского терминала до базовой станции, но и в качестве приятного дополнения позволяет увеличить время работы терминала без подзарядки аккумуляторов. 

Передача информации в системе осуществляется при помощи потока речевых пакетов, следующих с интервалом 20 мс. Абонентский терминал CDMA имеет не один демодулятор, что позволяет принимать разнесенные сигналы при многолучевом распространении, а также поддерживать связь с несколькими базовыми станциями одновременно. 

В первом случае сигналы выравниваются во времени и складываются, что улучшает качество приема. То есть то, что для FDMA или TDMA - плохо (они выбирают сигнал с наибольшим уровнем и довольствуются только им), для CDMA - хорошо. 

Во втором случае при переезде из одной ячейки в другую абонентский терминал, используя, например, два демодулятора, работает одновременно с двумя базовыми станциями, сигналы от которых поступают на сетевой коммутатор (контроллер), где из обоих каналов связи каждые 20 мс выбирается наилучший речевой пакет. То есть весь процесс абсолютно незаметен для абонента сети. Вот это и есть «мягкое» переключение. 

Разумеется, весь указанный выше процесс передачи полезных сигналов невозможен без надежной системы синхронизации, которая обеспечивается путем приема сигналов радионавигационной Глобальной Системы Позиционирования (GPS), которая покрывает всю поверхность планеты при помощи группы спутников. Приемник GPS находится на каждой базовой станции системы CDMA. Конечно, можно было бы использовать и другие источники синхронизации, но указанный подход обладает очевидной гибкостью, так как сигналы GPS принимаются в любой точке планеты, что снимает с операторов сети часть проблем.