45304

Стандарт CDMA: услуги, архитектура, кодирование и модуляция, прямые и обратные каналы трафика и управления, хэндовер и управление мощностью, борьба с многолучевостью. Кодирование в прямом и обратном каналах. Достоинства и недостатки CDMA

Доклад

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Стандарт CDM: услуги архитектура кодирование и модуляция прямые и обратные каналы трафика и управления хэндовер и управление мощностью борьба с многолучевостью. Достоинства и недостатки CDM. CDM англ. 1995 год – коммерческая эксплуатация первой СПС с CDM.

Русский

2013-11-16

4.39 MB

88 чел.

8. Стандарт CDMA: услуги, архитектура, кодирование и модуляция, прямые и обратные каналы трафика и управления, хэндовер и управление мощностью, борьба с многолучевостью. Кодирование в прямом и обратном каналах. Достоинства и недостатки CDMA.

CDMA (англ. Code Division Multiple Access — множественный доступ с кодовым разделением) — технология мобильной связи, при которой каналы передачи имеют общую полосу частот, но разную кодовую модуляцию.

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».

1995 год – коммерческая эксплуатация первой СПС с CDMA. Впервые разработаны фирмой Kwelcom.

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, БД, передачу данных и неподвижных изображений.

Переход к следующей фазе CDMA2000 1XEV-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-DORevA: 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.

Разработчики оборудования CDMA связи запустили новую фазу — 1XEV-DORevB, — 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, PushtoTalk, видеотелефония, сетевые игры и т. п.

Принцип работы

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 присвоеного 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.

Типы: ортогональные (синхронные) коды; не ортогональные.

Широкое распространение получило CDMAIS-95. Система построена по методу прямого расширения спектра на основе 64 последовательностей Уолша. Для речи использован Вокодер с алгоритмом CELP 8 Мбит/с. Применяется свёрточное кодирование со скоростью ½ в каналах от базовой станции, и 1/3 – от подвижной. Декодер Витерби с мягким решением и перемежением. Общая полоса канала 1.25 МГц. А одной несущей – 1 пилот-сигнал, 1 канал сигнализации, 7 каналов персонального вызова, 55 каналов связи (для BTS), для мобильной – 1 канал доступа и 1 канал связи. Скорость в канале 9600 бит/с. Отношение сигнал/шум 6 дБ. Мощность BTS до 50 Вт. Мощность от мобильной станции – 1 класс: 6.3, 2 класс – 2.5 Вт, 3 класс – 1 Вт. Для борьбы с замираниями используется весовое сложение отражённых сигналов. Наличие параллельно работающих корреляторов позволяет обеспечить мягкий режим хэндовера. Основное отличие в том, что в состав сети включены устройства оценки качества и выбора кадра. Каналы передачи с БС – прямые, от базовой – обратные. Проводит оценку качества приёма сигналов от 2 БС последовательно кадр за кадром, что устраняет перерыв в хэндовере.

Два способа множественного доступа с кодовым разделением: ортогональный и асинхронный.

Отличительная особенность – наличие устройства оценки качества и выбора блоков SU.

Они разделены интервалом в 45 МГц. В IS-95 пропускная способность прямого канала 128 телефонных соединений со скоростью 9.6 кбит/с.

Данные в прямом канале траффика группируются в кадр длительность 20 мс. Пилотный сигнал позволяет обеспечить возможность мобильного терминала управлять характеристиками канала, принимать метки, обеспечивать фазовую синхронизацию для детектирования.  

В одном физическом канале может быть 64 логических:

Канал W0  первый после последовательности Уолша, ему соответствует пилотный сигнал.

W32 – синхронизация.

Вокодер использует алгоритм линейного предсказания с кодовым возбуждением. Скорость на выходе 8,55 кбит/с. Добавляются корректирующие импульса до 9,6 кбит/с.

Цифровой поток разбивается на пакеты в 20 мс и подаётся на свёрточный кодер  .

Поток записывается в матрицу 24*40 по строкам, а передаётся по столбцам.

Накладывается маска длиной 42 бит – для этого производится суммирование по модулю 2 с цифровой последовательностью с периодом  на скорости 1,2288 мегачипа.

Расширение спектра ПСП-ми. 32704 – ёмкость одной системы.

Двоичный поток пропускается через ЦФ с конечной импульсной характеристикой.

Кодирование в обратном канале:

Применяется кодирование со скоростью 1/3, что повышает скорость. Перемежение на интервале 20 мс. Потом поток разбивается на слова по 6 бит. Скорость потока повышается в 64 раза – 307,2 кбит/с. Поток преобразуется с помощью длинного кода.

Хэндовер:

  1.  Жёсткий: переключение без разрыва связи, но с ухудшением в момент переключения. Изменяются пилотные сигналы и изменяются параметры кадра траффика.
  2.  Мягкий: мобильная станция работают одновременно более чем с 1 БС. Переключение без ухудшения.
  3.  Более мягкий (межсекторный): одна и та же информация передаётся обоим секторам. Есть ухудшение. Кадры суммируются.

Борьба с многолучёвостью:

Используется раздельная обработка многолучёвых сигналов и их весовое сложение. Приёмники с несколькими каналами обработки отражённых сигналов – rake-приёмники. IS-95 – 4 канала.

Безопасность IS-95:

  1.  шифрование с 42 элементной маской;
  2.  аутентификация.

Как и многие другие, использует систему прерывистой передачи речи.

Достоинства CDMA:меньшее значение выходной мощности; меньшее воздействие на организм человека;высокое качество передачи речи;меньшая задержка в передаче голосового сообщения;эффективная борьба с федингом;возможность работы на 1 несущей – ёмкость увеличивается в 3-6 раз;использовании эффективного алгоритма упаковки данных;высокая помехоустойчивость.

Недостатки:сложность оборудования;высокая чувствительность к разбросу мощностей абонентских станций и сложность синхронизации базовых станций;возникновение взаимных помех, ухудшающих условия приема при возрастании числа активных абонентов, что сказывается на связи периферийных удаленных абонентских станций;необходимость выделения операторам CDMA-сетей широких участков спектра.

Непопулярность CDMA в России объясняется следующим: по словам главы Минсвязи (на то время) Леонида Реймана основной причиной непускания мобильной CDMA в Россию является то, что CDMA не является европейским стандартом: "... Американский протокол России не нужен...".

   Все дело в том, что Россия является членом Международного союза связи. Россией подписаны соответствующие документы, в соответствии с которыми территория России отнесена к первой европейской зоне, в которой предполагается использование вполне конкретных стандартов связи. И стандарты CDMA в этой зоне не предусмотрены, несмотря на существенные преимущества CDMAпо сравнению, например, с GSM.