13.2 Описание подстандарта cdma is-95

Первый коммерческий стандарт CDMA разработала компания Qualcomm. Конечно, сейчас помимо этой компании со словами «CDMA» или «IS-95» ассоциируются и многие другие компании – производители, освоившие выпуск нового оборудования. Каковы же особенности классического стандарта IS-95?

Характерной особенностью стандарта CDMA IS-95 была ширина радиоканала 1,23МГц. Расстояние между несущими в стандарте составляет 1,26МГц, то есть радиоканалы расположены вплотную друг к другу. Диапазон рабочих частот практически совпадал с диапазоном, выделенным под аналоговый стандарт AMPS (824-849МГц и 869-894МГц). То есть разнос частоты передачи и приема составляет, как и в AMPS 45МГц. Следует упомянуть, что все сотовые системы, работающие в диапазоне 800МГц, исторически назывались в США «cellular». Одновременно стали развиваться аналогичные системы CDMA, работающие в диапазоне 1890-1930МГц и 1950-1990МГц. Все системы, работающие в этом диапазоне, называются в США «PCS».

Процесс формирования шумоподобного сигнала в IS-95 гораздо сложнее, чем простое расширение спектра. 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.

В качестве третьего типа кода используются псевдослучайные последовательности, сформированные в соответствии с взаимно ортогональными 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»).

Голос в системе мобильной связи преобразуется в цифровой поток со скоростью 8 или 13кбит/с при помощи вокодера. Учитывая, что радиоканал в CDMA представляет собой общую трубу, ресурсы которой динамично перераспределяются между заполняющими ее пользователями (абонентскими терминалами), 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.

Рассмотрим принцип выравнивания 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 80дБ с шагом через 1дБ. При этом через интервалы в 1,25мс 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 20мс. 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 20мс выбирается наилучший речевой пакет. То есть весь процесс абсолютно незаметен для абонента сети. Вот это и есть «мягкое» переключение.

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.