Методы множественного доступа в сотовых сетях
Понятие множественного доступа (multiple access) связано с организацией совместного использования ограниченного участка спектра многими пользователями. Выделяется пять вариантов множественного доступа:
с частотным разделением каналов связи.
с временным разделением каналов связи.
с кодовым разделением каналов связи.
с пространственным разделением каналов связи.
с поляризационным разделением каналов связи.
Четвертый из перечисленных методов непосредственно используется при реализации принципа повторного использования частот, в частности при делении ячейки на сектора с использованием направленных антенн. Пятый метод практического интереса для сотовой связи не представляет, а потому и рассматриваться в рамках данного курса не будет.
Метод частотного разделения каналов связи
Множественный доступ с частотным разделением (FDMA — Frequency Division Multiple Access) или доступ с разделением каналов связи по частоте — наиболее простой из трех методов, как по своей идее, так и по возможной реализации. В этом методе каждому пользователю на время сеанса связи выделяется своя полоса частот DF (частотный канал), которой он владеет безраздельно (Рис. 2 .3).
Рис. 2.3. Метод FDMA в координатах время-частота
Метод FDMA используется во всех аналоговых системах сотовой связи (системы первого поколения) — это единственный метод, который целесообразно использовать в аналоговых системах, при этом полоса DF составляет 10…30 КГц.
Основной недостаток FDMA — недостаточно эффективное использование полосы частот (экстенсивное), что не позволяет повысить емкость системы сотовой связи.
Метод временного разделения каналов связи
Множественный доступ с временным разделением (TDMA — Time Division Multiple Access) или доступ с разделением каналов связи по времени. Данный принцип прост в идее, но сложнее в реализации, чем FDMA.
Суть метода — каждый частотный канал разделяется во времени между несколькими пользователями, т.е. частотный канал по очереди предоставляется нескольким пользователям на определенные промежутки времени. Это соответствует возможности реализации нескольких физических каналов в одном частотном (Рис. 2 .4).
Рис. 2.4. Метод TDMA в координатах время-частота
Метод TDMA требует преобразования сигналов в цифровую форму и характерного “сжатия” информации во времени. Цифровая обработка сигналов и схема TDMA используется в стандартах сотовой связи второго поколения: D-AMPS, PDC, GSM. Особенно нагляден в этом отношении D-AMPS: при сохранении той же полосы частотного канала, что и в аналоговом стандарте AMPS, число физических каналов в нем возрастает втрое и более чем втрое возрастает емкость системы; с вводом полускоростного кодирования, ёмкость системы, увеличивается ещё в два раза.
Метод кодового разделения каналов связи
Множественный доступ с кодовым разделением (CDMA — Code Division Multiple Access), прост только при описании метода (Рис. 2 .5): в нем большая группа пользователей (например, от 30 до 50), одновременно используют общую, относительно широкую полосу частот — не менее 1 МГц. Метод CDMA может быть реализован только в цифровой форме.
Рис. 2.5. Метод CDMA в координатах время-частота
Первые работы с применением CDMA относились к областям военной и спутниковой связи, где главным достоинством CDMA были скрытность и высокая помехоустойчивость. Основная особенность CDMA — это работа в широкой полосе частот, значительно превышающей полосу сигнала речи, в сочетании с таким кодированием информации каждого из физических каналов, которое позволяет выделять её из общей широкой полосы, используемой одновременно всеми физическими каналами. Другими словами — расширение спектра за счет модуляции псевдослучайной последовательностью в сочетании с кодовым разделением физических каналов.
В CDMA используется принцип “речевой активности” — станция излучает только тогда, когда абонент говорит и не излучает в паузах речи. Кроме того, осуществляется оперативное изменение числа задействованных каналов связи в пределах имеющегося ресурса. Все это позволяет получить предельно большие пропускную способность и емкость системы. В терминах эквивалентного числа физических каналов на одну ячейку, ёмкость системы CDMA примерно в 20 раз выше ёмкости системы, использующей FDMA, а переход от TDMA к CDMA может увеличить теоретически емкость системы в 3 раза. Однако CDMA, в отличие от TDMA, очень чувствителен к скачкам по частоте и требует точной синхронизации БС системы. В результате сложения всех плюсов и минусов методы CDMA и ТDMA оказываются примерно сопоставимыми по обеспечиваемой ими емкости.