Все-симки.ру Как радиочастотная служба качество связи замеряла
В середине июля довелось мне в ряду нескольких журналистов и блогеров-телекомщиков попасть в РЧЦ ЦФО на демонстрационный замер качества связи. Организатором выступила то ли сама радиочастотная служба, жаловавшаяся на малую освещённость её важной работы в СМИ, то ли Роскомнадзор.
Получилось не без огрехов и казусов, но интересно. А самое главное — внушило некоторый оптимизм.
Но начну по порядку. Во-первых, РЧЦ ЦФО в ЦФО (а именно так забавно после реорганизации называется контора, куда приглашали) располагается вовсе не там, куда нас ведёт «Яндекс» и некоторые справочники – не на Достоевской и не в Марьиной роще, а в Бутово посреди леса и рядом с огромной стройкой «Эталон-сити».
Сама радиочастотная служба располагается в новеньком трёхэтажном здании, облицованном светлой плиткой.
В конференц-зале собрались порядка 20 человек, включая организаторов мероприятия.
Результаты
В выступлении, посвященном показателям качества связи по стране, с довольно-таки красочной и наглядной презентацией выступил замгендира РЦЧ Дмитрий Митрофанов. Он рассказал в целом о методике замеров, утверждённой приказом Минкомсвязи и об организации работ, которые взял на себя Роскомнадзор.
С начала 2022 года РЧЦ ЦФО на постоянной основе проводит замеры качества связи в российских городах. После этого лог-файлы с результатами отправляются в РКН и выкладываются на сайт качествосвязи.рф.
Вообще замеры проводятся по четырём позициям:
• Качество голосовой связи. Включает в себя долю неуспешных попыток установления соединения, долю оборванных вызовов, разборчивость речи;
• Доставку смс (доля недошедших до адресата сообщений, а также среднее время доставки);
• Передача данных, которая содержит следующие параметры: Доля неуспешного TCP/IP соединения с сервером (HTTP IP-Service Access Failure Ratio); Доля неуспешных сессий по протоколу HTTP (HTTP Session Failure Ratio); Среднее значение скорости передачи данных к абоненту (HTTP DL Mean User Data Rate) в кб/с; Продолжительность успешной сессии (HTTP Session Time) в Мс.
• Общий скан покрытия, наличие и уровень сигнала (измеряемый в дБм).
На сегодняшний день за 1,5 года замеры проведены в 61 городе, причём в Москве и Санкт-Петербурге – дважды. Неплохой результат, если учитывать, что время замера в одном городе составляет 2 месяца, за которое совершается около 7300 тестовых звонков, не считая прочих операций.
Г-н Митрофанов продемонстрировал результаты по голосу, где средняя разборчивость речи по стране составила 3,9 (коэффициент, рассчитываемый согласно с методикой, имеет низший показатель 2,6, а высший — 5)… А явным аутсайдером оказался Крым со значением 3,35 (и это выше порогового значения низкой разборчивости). Правда, по словам Митрофанова, ситуация на полуострове стремительно меняется и уже следующий замер должен продемонстрировать резкое повышение качества связи в регионе.
По смскам ситуация намного лучше. Лишь каждое сотое сообщение (1,1%) не доходит до адресата.
По результатам уже проведённых измерений были озвучены цифры средней скорости передачи данных абоненты в стране. Она составила 5413 Кб/с. Скорость хорошая, если не углубляться в методику подсчёта среднего. Ведь в небольшой, но густонаселённой Москве скорость намного выше чем в огромном и полупустом Красноярском крае. Исчислялось ли это путём среднего арифметического от числа измеренных регионов или же от формально зарегистрированного в нём населения, осталось неизвестным.
Кроме того, радиочастотная служба осуществляет мониторинг качества связи на крупных мероприятиях (ПМЭФ, Чемпионат мира по хоккею-2022, МАКС, Восточный экономический форум и т.д.). Неудивительно, что в период таких событий на территории их проведения качество связи намного лучше среднего по городу проведения. Операторы связи устанавливают дополнительные базовые станции, включая мобильные, работают над устранением помех, что подтвердил присутствовавший на встрече представитель «Мегафона».
Методика
Методику замеров продемонстрировал молодой человек из ЦФО в УрФО, представившийся Евгением.
Контрольные вызовы осуществляются с помощью комплекса ASCOM TEMS Automatic на стационарный телефонный номер (call-генератор на территории РЧЦ), который также подключён к цифровым линиям Е1 фиксированной сети связи (ТфОП). При этом комплекс включает в себя 4 одинаковых аппарата для звонков, оснащённых симками четырёх федеральных операторов. Таким образом, звонки совершаются синхронно в одно и то же время, из одного и того же места, что исключает привилегированные условия для какого-либо оператора. Добавлю, что качество речи измеряется по технологии POLQA (Perceptual Objective Listening Quality Assessment), утверждённой Международным союзом электросвязи.
Аналогичным образом тестируются входящие вызовы и входящие/исходящие сообщения (с циклом в 2:30). Забавно, что первоначально тестовые симки блокировались операторами связи, идентифицирующими их как спам. В настоящее время проблема, по словам организаторов мероприятия, решена.
Оценка каждого голосового вызова осуществляется на протяжении 3 минут. Этим, а также ограничениями ТК РФ на проведение работ в рамках 8-часового рабочего дня и обуславливается медленная скорость замеров в городе. Что касается носимого комплекса, то здесь работу тормозит невозможность запуска одновременно двух скриптов (например, голос и смс).
Куда интереснее с замерами качества передачи данных, то бишь интернет-соединения. Процедура выполняется для трёх стандартов: GSM (2G), UMTS (3G) и LTE (4G). Причём если для первых двух она одинакова, то для самого продвинутого поколения сетей она отличается. Например, размер файла для загрузки по протоколу HTTP для GSM и UMTS составляет 3 Мб, а для LTE 100 Мб.
Практически все тесты выполняется с помощью среды TEMS:
Нельзя умолчать о погрешности такой методики, которая сразу бросается в глаза. Tele2, не имея частот для сетей GSM оказывается в заведомо выигрышном положении. Там, где «Большая тройка» скатывается в 2G и, соответственно, показывает слабый результат, там у Tele2 нет интернета вовсе. Сотрудники РЧЦ парировали, что подобные провалы также учитываются в общем результате. Однако очевидно, что в итоговом графике лидирующие позиции Tele2 обусловлены именно этим обстоятельством.
У присутствовавших на встрече журналистов и представителей операторов связи возникли вопросы к лидерству Tele2 в части передачи данных. Оператор, не имея частот для сетей GSM, оказывается в заведомо выигрышном положении. Там, где «Большая тройка» скатывается в 2G и, соответственно, показывает слабый результат, там у Tele2 нет интернета вовсе. Сотрудники РЧЦ парировали, что файл в 2G и 3G весит 3 Мб, а для LTE 100 Мб и на аппроксимированный результат приведенное замечание не оказывает влияния. Tele2 оказывается в выигрыше из–за не такой высокой загруженности сети, как другие операторы. К слову, беседуя с гостями в неформальной обстановке после встречи, я убедился, что аргументы сотрудников РЦЧ не убедили скептиков.
Оборудование
После всех презентаций и обсуждений в красивом, но душном конференц-зале, нас наконец вывели на улицу для демонстрации самого оборудования.
Возимый комплект представляет собой обычный внедорожник Renault Duster с небольшими антеннками на крыше и смонтированным в багажнике оборудованием. Согласно нормативам, фидер расположен на высоте не более 1,5 метров от земли.
Водитель автомобиля хоть и обучен обращению с комплексом в случае внештатной ситуации, но на протяжении всего маршрута не вмешивается в работу измерителей. По нормативам, машина должна двигаться со скоростью не более 40 км/ч, т.е. круг по Южному Бутову занял в нашем присутствии около 1 часа.
Подобных комплексов в настоящее время закуплено 10 штук – по два в Центральный и Северо-Западный федеральные округа и по одному в остальные. И если сначала, по признанию сотрудников РЧЦ, комплексы монтировались в автомобили самостоятельно, то теперь автодилеры поставляют уже подготовленные в соответствии с ТЗ машины.
Носимый комплекс представляет из себя обычный рюкзак, внутри которого находится панель с четырьмя крепящимися на неё с помощью липучки смартфонами, планшет, с помощью которого специалист через bluetooth управляет измерением и сканер TSMW для анализа радиосигнала в сети. Снаружи технологичность рюкзака выдают лишь две антенны работы сканера.
Сотрудник РЧЦ ЦФО при нас около часа ходил по близлежащему ТЦ «Вива», осуществляя замеры.
Интересно, что если координаты для возимого комплекса определяются с помощью GPS, то специалист с рюкзаком вручную привязывает своё местоположение для измерения в конкретной точке.
Для синхронного и объективного замера специалистами РЧЦ обеспечивается возможность тестирования не менее 4 каналов для носимого оборудования и не менее 12 каналов (8 – для тестирования голоса и 4 – для тестирования передачи данных) для возимого оборудования.
После произведённых замеров данные отправляются на сервера РЧЦ Федерального округа:
Здесь производится хранение и постобработка лог-файлов.
После выгрузки всех результатов, весящих иногда весьма и весьма много (в нашем случае часовые замеры выгружались около часа), составляются следующие документы:
• Протокол измерения;
• Отчёт о проведении измерения. Log-файлы, которые затем переводятся в общедоступный формат (txt или csv).
После вычитания избыточных данных и построения тайлов для наглядного отображения результатов, лог-файлы отправляются в Центр компетенции РЧЦ, находящийся в СФО, где полученные данные проверяются на релевантность и адекватность, а проведение замеров сверяется с методикой.
После этого продукт работы специалистов радиочастотной службы выкладывается на сайт качествосвязи.рф.
В заключение
В качестве забавного эпизода отмечу, что на территории самого РЧЦ ЦФО как в здании, так и на улице, интернет и качество передачи данных оставляет желать лучшего. Организаторы объяснили это строящимся рядом огромным комплексом «Эталон-сити» и большой удалённостью базовой станции с другой стороны. Похоже на правду, но, как говорится, сапожник ходит без сапог…
Вместо послесловия
Радушие руководителей РЧЦ ЦФО не знало границ и на сладкое нам показали передвижные станции радиоконтроля, которые, в общем-то, не имели отношения к тематике мероприятия (замеры качества связи, если кто забыл).
На двух авто немецкого производства стоит высокотехнологичное оборудование: одно отечественного, другое заграничного, фирмы Rohde & Schwarz, производства.
Если честно, то это оборудование впечатляет куда больше комплексов для измерения качества связи.
Совсем-совсем конец
Признавая некоторые имеющиеся проблемы в осуществлении замеров, хочу сказать, что в целом впечатление от увиденного положительное. Сотрудники РЧЦ ЦФО оказались молодыми компетентными специалистами (среди которых выделялась девушка Ирина), а не технарями пенсионного возраста, сидящими там с доинтернетовской эры.
Думается, что не доверять таким замерам нет никаких оснований, хотя операторы связи с не лучшими результатами, конечно, найдут что возразить… Бизнес, господа. А для нас с вами, рядовых потребителей, сайт качествосвязи.рф поможет планировании своего выхода в сеть и выборе оператора связи.
Классификация систем спутниковой связи
Сети спутниковой связи обладают преимуществом перед другими системами связи: спутниковая связь не имеет ограничений по привязке к местности и охватывает местности, где построение других систем связи нерентабельно или невозможно: морские транспортные магистрали, незаселённые или малозаселенные территории (в частности, северные территории России), местах разрыва наземной инфраструктуры телекоммуникаций.
В зависимости от вида предоставляемых услуг сети спутниковой связи можно разделить на следующие классы:
- речевая (радиотелефонная) связь;
- пакетная передача данных;
- определение местоположения потребителей;
- телевещание.
Радиотелефонная связь использует протоколы цифровой передачи сообщений, удовлетворяющие международным стандартам на спутниковую связь. В частности, передача сообщений должна осуществляться в реальном масштабе времени, задержка сигнала не должна превышать 0,3 с, недопустимо прерывание сеанса связи.
Обеспечение перечисленных требований формируется посредством: высокоточной системой ориентации спутников для удержания луча антенн в заданном направлении, достаточным для сплошного (непрерывного) покрытия зоны обслуживания количеством спутников в системе и количеством многолучевых антенных систем (работающих на частотах выше 1,2 ГГц), достаточным количеством наземных узловых (шлюзовых) станций.
Системы пакетной передачи данных обеспечивают передачу любых данных в цифровом виде: телексные, факсимильные сообщения, компьютерные данные и т.д.; как правило, в таких системах отсутствуют требования к оперативности доставки сообщений, скорость передачи составляет от единиц до сотен килобайт в секунду. В настоящее время развернуты несколько систем пакетной передачи данных для организации доступа в Internet.
Для определения местоположения абонента развернута GPS система на базе спутниковой группировки ГЛОНАСС/НАВСТАР. Как правило, GPS система используется в промышленных и военных целях: определение координат морских судов, самолетов, железнодорожных и автомобильных транспортов специального назначения, находит применение в геологоразведовательных экспедициях и т.п.
Сеть спутникового телевещания охватывает практически всю территорию материков и насчитывает сотни телевизионных каналов, сгруппированных по тематикам: новости, спорт, культура, развлекательное телевидение и т.д. Помимо сервиса в виде избыточного количества телеканалов достоинством сетей спутникового телевещания является охват малозаселённых территорий, где отсутствуют (в виду их нерентабельности) ретрансляционные сети телевещания.
Для построения спутниковых систем связи используют орбитальные группировки, расположенные на разных по высоте орбитах (классификация по высоте орбиты):
- высокоорбитальные, или геостационарные – круговые экваториальные орбиты высотой около 40 000 км;
- среднеорбитальные – с круговой орбитой высотой порядка 10 000 км;
- низкоорбитальные – круговые орбиты высотой 700-1500 км.
Высота орбит определятся многими факторами: энергетические характеристики радиолиний (мощность уменьшается пропорционально квадрату расстояния), задержкой распространения радиоволн, размеры и расположение обслуживаемых территорий, угол места спутника, способ организации связи и т.д.
Геостационарные орбитальные группировки имеют период обращения спутника вокруг Земли 24 часа, т.е. спутник является неподвижным относительно поверхности Земли, как бы «висит» над одной и той же точкой экватора. Помимо этого, большое соотношение высоты орбиты и радиуса Земли позволяет трем геостационарным спутникам охватить практически полностью поверхность планеты (за исключением полюсов).
Спутники, находящиеся на низких орбитах, не имеют ощутимой задержки распространения радиосигнала. Однако в зону видимости абонента попадают лишь на 8-12 минут, что требует для обеспечения непрерывности связи наличие большого количества спутников, как бы «передающих по эстафете» абонента посредством наземных шлюзовых станций или межспутниковой связи.
С увеличением высоты орбиты увеличивается зона видимости и, соответственно, время нахождения спутника в зоне видимости, что позволяет уменьшить количество спутников в группировке. Высота орбит среднеорбитальных систем связи является компромиссным значением между параметрами: количество спутников в группировке и время распространения сигнала (при скорости спутника 7 км/с – порядка 130 мс).
Системы спутниковой связи имеют много общего с сотовыми системами связи: территория обслуживания, как правило, формируется посредством нескольких радиолучей, с той лишь разницей, что размер соты составляет несколько сотен километров, а роль базовых станций выполняют спутники (или многолучевые антенны).
Многолучевые антенны используют в геостационарных (иногда – в среднеорбитальных) системах связи с целью достижения необходимой пропускной способности сети. Абонентские терминалы речевой связи оборудованы вокодерами, обеспечивающими переменную скорость передачи речевого сигнала; передача информации ведётся со скоростью порядка 1200-9600 бит/с.
Принципы построения спутниковых систем связи
Спутниковая сеть связи (рисунок 5.1) включает в себя:
- космический сегмент, состоящий из нескольких спутниковых ретрансляторов;
- наземный сегмент, (центр управления орбитальными спутниками, шлюзовые станции);
- абонентский сегмент (абонентские терминалы);
- интерфейсы сопряжения шлюзовых станций с наземными сетями связи.
С целью обеспечения отсутствия взаимных помех систем спутниковой связи использование частот и расположение спутниковых ретрансляторов регламентируется Международным консультативным комитетом по радио и Международным комитетом по регистрации частот. Диапазоны частот, выделенные под типы связи (см. рисунок 5.1) представлены в таблице 5.1.
Космический сегмент включает спутниковую группировку, состоящую из нескольких спутниковых ретрансляторов, равномерно размещенных на орбитах. Космические аппараты (КА) включают:
- центральный процессор;
- радиоэлектронное оборудование бортового радиотрансляционного комплекса;
- антенные системы;
- системы ориентации и стабилизации;
- двигательные установки;
- система электропитания (аккумуляторы и солнечные батареи).
Диапазон | Полоса частот, ГГц |
L | 1,452 – 1,500 1,61 – 1,71 |
S | 1,93 – 2,70 |
C | 3,40 – 5,25 5,725 – 7,075 |
Ku | 10,70 – 12,75 12,75 – 14,80 |
Ka | 14,40 – 26,50 27,00 – 50,20 |
K | 84,00 – 86,00 |
Количество спутников в орбитальной группировке определяется из соображений полного охвата обслуживаемой территории. Например, для низкоорбитальной группировки с орбитой 1000 км и при скорости спутника 7 км/с время видимости спутника составляет 14 минут; после этого спутник «уходит» за линию горизонта и, для обеспечения непрерывности связи, на смену ему должен приходить следующий, за ним – третий и т.д. Т.о. количество спутников будет определяться отношением периода обращения спутника вокруг Земли к периоду нахождения спутника в зоне видимости.
С увеличение высоты орбиты увеличивается время видимости спутника, соответственно, уменьшаются требования к численности орбитальной группировки, однако, из-за увеличения дальности связи требуется более сложное и дорогостоящее оборудование. Численность орбитальной группировки определяется компромиссом между стоимостью и объёмом оказываемых услуг и простотой и стоимостью подвижного спутникового терминала.
Обеспечение связи абонента, находящегося в зоне видимости одного спутника, с абонентом, находящимся в зоне видимости другого спутника, организуется посредством связи между спутниковыми ретрансляторами (по цепочке, пока информация не дойдёт до спутникового ретранслятора второго абонента). В некоторых системах эту функцию выполняют шлюзовые станции, транслирующие информацию с одного спутника на другой.
Наземный сегмент включает:
- центр управления системой;
- центр запуска КА;
- центр управления связью;
- шлюзовые станции.
Центр управления системой осуществляет слежение за КА, расчёт их координат, сверку и коррекцию времени, диагностику бортовой аппаратуры, передачу командной информации и т.д. функции управления осуществляются на основе телеметрической информации, получаемой от каждого КА группировки.
Благодаря использованию территориально разнесённых контрольно-измерительных станций центр управления системой с достаточно высокой оперативностью выполняет: контроль запуска и точность вывода КА на заданную орбиту, контроль состояния каждого КА, контроль и управление орбитой каждого КА, разрешение нештатных ситуаций, вывод КА из состава орбитальной группировки.
Центр запуска КА определяет программу запуска, осуществляет сборку ракеты-носителя, установку полезной нагрузки КА, предстартовую проверку; после запуска ракеты-носителя – траекторные измерения на активном участке полёта, которые передаёт в центр управления системой для корректировки последующей траектории.
Центр управления связью планирует использование ресурса спутника, посредством шлюзовых станций контролирует и управляет связью. В нормальных условиях работы орбитальной группировки связь со шлюзовой станцией и пользовательскими терминалами осуществляется автономно.
Абонентский сегмент определяется номенклатурой предоставляемых спутниковой системой связи услуг: связь абонентов спутниковой сети с абонентами спутниковой сети, ТфОП, пейджинговых и сотовых сетей, определение местоположения (координат) абонентов.
Абонентское оборудование разделяют на переносные спутниковые терминалы (весом до 700 г) и мобильные терминалы (весом порядка 2,5 кг). Спутниковые телефоны оборудованы антенной, не требующей ориентации на спутниковый ретранслятор. При установлении связи (что занимает порядка 2 с) система автоматически определяет свободный канал и закрепляет его за абонентом на период сеанса связи.
Сотовая система подвижной радиосвязи с кодовым разделением каналов стандарта is-95
Сотовая система подвижной радиосвязи общего пользования с кодовым разделением каналов впервые была разработана фирмой Qualcomm (США). Основная цель разработки состояла в том, чтобы увеличить ёмкость системы сотовой связи по сравнению с аналоговой не менее чем на порядок и соответственно увеличить эффективность использования выделенного спектра частот.
Технические требования к системе CDMA сформированы в ряде стандартов Ассоциации промышленности связи (TIA):
- IS-95- CDMA-радиоинтерфейс;
- IS-96- CDMA-речевые службы;
- IS-97- CDMA-подвижная станция;
- IS-98- CDMA базовая станция;
- IS-99- CDMA- служба передачи данных.
Система CDMA фирмы Qualcomm рассчитана на работу в диапазоне частот 800 МГц, выделенном для сотовых систем стандартов AMPS, N-AMPS и D-AMPS. (Стандарты TIA IS-19, IS-20; IS-54; IS-55, IS-56, IS-88, IS-89, IS-90, IS-553.)
Безопасность или конфиденциальность является свойством технологии CDMA, поэтому во многих случаях операторам сотовых сетей не потребуется специального оборудования шифрования сообщений.
Система CDMA Qualcomm построена по методу прямого расширения спектра частот на основе использования 64 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 и 1200 бит/с.
В каналах системы CDMA применяется свёрточное кодирование со скоростью 1/2 (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 стандарта CDMA Qualcomm и технические параметры оборудования сетей приведены в таблице 10.1.
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 приёма на базовой станции используется 4 параллельно работающих коррелятора, а на подвижной станции – 3 коррелятора.
Мягкий режим «эстафетной передачи» происходит за счёт 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, как показано на рис. 10.6.
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». Мягкое переключение обеспечивает высокое качество приёма речевых сообщений и устраняет перерывы в сеансах связи, что имеет место в сотовых сетях связи других стандартов.
На рис. 10.7 приведена обобщённая структурная схема сети сотовой подвижной радиосвязи CDMA, основные элементы которой (BTS, BSC, MSC , ОMC) аналогичны, используемым в сотовых сетях с частотным (NMT-450/900, AMPS, TACS) и временным разделением каналов (GSM, DCS-1800, PCS-1900, D-AMPS, JDC).
Таблица 10.1
Технический параметр | Значение |
Диапазон частот передачи MS | 824,040-848,970 МГц |
Диапазон частот передачи BTS | 869,040-893,970 МГц |
Относительная нестабильность несущей частоты BTS | ±5*10-8 |
Относительная нестабильность несущей частоты МS | ±2,5*10-6 |
Вид модуляции несущей частоты | QPSK (BTS), O-QPSK (MS) |
Ширина спектра излучаемого сигнала: по уровню минус 3 дБ по уровню минус 40 дБ | 1,25 МГц 1,50 МГц |
Тактовая частота ПСП | 1,2288МГц |
Количество элементов в ПСП для BTS для MS | 32768 бит 242-1 бит |
Количество каналов BTS на 1 несущей частоте | 1 пилот канал 1 канал сигнализации 7 каналов персональн. вызова 55 каналов связи |
Количество каналов MS | 1 канал доступа 1 канал связи |
Скорость передачи данных: в канале синхронизации в канале перс. вызова и доступа в каналах связи | 1200 бит/с 9600, 4800 бит/с 9600, 4800, 2400, 1200 бит/с |
Кодирование в каналах передачи BTS (канал синх., перс. вызова, связи) | сверточный код r=1/2 длина кодового огр. К=9 |
Кодирование в каналах передачи МS | сверточный код r=1/3 К=9 64-ичное кодирование ортогональными сигналами Уолша |
Требуемое для приёма отношение энергии бита информации к спектральной плотности шума (Е6 /N0) | 6-7дБ |
Максимальная эффективная излучаемая мощность ВТS | до 50 Вт |
Максимальная эффективная излучаемая мощность MS: 1 класс 2 класс 3 класс | 6,3 Вт 2,5 Вт 1,0 Вт |
Точность управления мощностью передатчика MS | ±0,5 дБ |
Основное отличие заключается в том, что в состав сети CDMA включены устройства оценки качества и выбора кадров (SU). Кроме того, для реализации процедуры мягкого переключения между базовыми станциями, управляемыми разными контроллерами (BSC), вводятся линии передачи между SU и BSC.
Протоколы установления связи в CDMA , также как в стандартах AMPS N-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. 10.8.
Прямые каналы в CDMA:
- ведущий канал – используется подвижной станцией для начальной синхронизации с сетью и контроля за сигналами базовой станции по времени, частоте и фазе;
- канал синхронизации обеспечивает идентификацию базовой станции, уровень излучения пилотного сигнала, а также фазу псевдослучайной последовательности базовой станции. После завершения указанных этапов синхронизации начинаются процессы установления соединения;
- канал вызова – используется для вызова подвижной станции. После приёма сигнала вызова подвижная станция передаёт сигнал подтверждения на базовую станцию, после чего по каналу вызова на подвижную станцию передаётся 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);
- канал прямого доступа – предназначен для передачи речевых сообщений и данных, а также управляющей информации с базовой станции на подвижную.
Обратные каналы в CDMA:
- канал доступа – обеспечивает связь подвижной станции к базовой станции, когда подвижная станция не использует канал трафика. Канал доступа используется для установления вызовов и ответов на сообщения, передаваемые по каналу вызова (Paging Channel), команды и запросы на регистрацию в сети. Каналы доступа совмещаются (объединяются) с каналами вызова;
- канал обратного трафика – обеспечивает передачу речевых сообщений и управляющей информации с подвижной станции на базовую станцию.
На рис. 10.9 показана процедура установления обычного соединения (входящий вызов к подвижной станции)
На рис. 10.10 показана процедура прохождения обычного вызова (исходящий вызов от подвижной станции).
Базовая станция одновременно может передавать 64 канала, из которых 2 канала используются для синхронизации, 7-для персонального вызова (Paging), остальные 55 – для передачи речевых сообщений (Traffic).
Для передачи всех 64 каналов применяется одна и та же псевдослучайная последовательность. В каждом канале при передаче используется одна из 64 последовательностей Уолша. 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.
В подвижных станциях ортогональные сигналы также используются при передаче, но не для уплотнения каналов, а для повышения их помехоустойчивости. В этом случае каждой группе из 6 бит информационного сообщения соответствует при передаче одна из 64 ортогональных последовательностей Уолша.
Помехи, создаваемые другими абонентскими станциями и другими базовыми станциями, представляют собой фактор, в конечном итоге определяющий верхний порог пропускной способности сети стандарта CDMA. При разработке сети с кодовым разделением каналов необходимо свести к минимуму общий уровень помех.
Пусть в соте находятся К активных абонентов, все подвижные станции работают в общей полосе частот F, скорость передачи сообщений постоянна и равна С, чувствительность приемника базовой станции – Р0, уровень фонового шума – Рш. Тогда отношение сигнал/шум на входе приемника базовой станции (Рвх) определится выражением
где (К-1)* Р0 – уровень сигналов от других активных станций.
Отношение энергии бита Е0 информационного сигнала к спектральной плотности шума N0 может быть определено выражением
Учитывая, что отношение F/C численно равно базе сигнала В, 
количество активных абонентов в соте системы CDMA определяется выражением
при условии, что уровни сигналов от всех абонентских станций на входе базовой станции будут приблизительно равны и близки к минимальным (Р0).
Рассмотренные условия работы системы CDMA определяют высокие требования к регулировке уровней мощности сигналов подвижных станций, принимаемых базовой станцией.
В стандарте IS-95 регулировка уровня мощности сигнала, излучаемого подвижной станцией, осуществляется в динамическом диапазоне 84 дБ с шагом 1дБ. Это обеспечивает возможность приема сигналов подвижных станций базовой станцией с практически одинаковым уровнем мощности независимо от удаления до базовой станции.
Высокие требования к регулировке уровня мощности подвижной станции можно отнести к недостатку системы Qualcomm . Вторым недостатком CDMA Qualcomm является необходимость использования одинаковых по размерам сот на всей сети, в противном случае возникают взаимные помехи от сигналов подвижных станций, которые находятся в соседних сотах разного размера. В этом случае также возникает проблема “эстафетной передачи”.
Стандарт CDMA обеспечивает большую ёмкость сети по сравнению с традиционными аналоговыми сотовыми сетями. Увеличение ёмкости может быть достигнуто двумя способами:
- увеличением количества каналов на МГц выделенной полосы частот;
- увеличением повторного использования каналов связи на данной территории.
Примером второго подхода является переход от частотного разделения каналов к временному, что реализовано в стандарте GSM. Допустимое отношение сигнал/помеха в каналах GSM составляет 9 дБ вместо 17-18 дБ для аналоговых систем, что позволяет обеспечить повторное использование частот при меньшем территориальном разносе базовых станций с повторяющимися частотами.
Стандарт CDMA позволяет использовать одну и ту же частоту по всей сети, во всех сотах. Коэффициент повторного использования частот для CDMA равен (k=1 или k=4), увеличение ёмкости в этом случае по отношению к AMPS составит 7-10 раз [15; 16].
Другим фактором, способствующим снижению взаимных помех в системе CDMA и, следовательно, увеличению её емкости является применение, аналогично GSM, системы прерывистой передачи речи на основе использования детектора активности речи и вокодера с алгоритмом CELP и переменной скоростью преобразования аналогового речевого сигнала в цифровой [15].
На интервале сеанса связи активная часть разговора составляет около 35%, 65% приходится на прослушивание сообщений с противоположной стороны и паузы [15]. Излучение сигнала подвижной станцией только на интервалах активности речи приводит к дополнительному снижению системных помех и общему увеличению ёмкости системы CDMA.
Передача сообщений в стандарте IS-95 осуществляется кадрами (рис. 11, 14). Используемые принципы приёма позволяют анализировать ошибки в каждом информационном кадре. Если количество ошибок превышает допустимый уровень, приводящий к недопустимому ухудшению качества речи, этот кадр стирается (frame erasure).
С частотой ошибок или « частой стирания битов» однозначно связано отношение энергии информационного символа к спектральной плотности шума E0 /N0/ На рис. 17 приведены зависимости вероятности ошибки в кадре (Prob. Frame Error) от величины отношения E0 /N0 (белый шум) для прямого обратного каналов с учетом модуляции, кодирования и перемежения.
При увеличении количества активных абонентов в соте из-за взаимных помех отношение E0 /N0 снижается, а частота ошибок увеличивается. В этой связи разные фирмы принимают свои допустимые значения частоты ошибок. Например, фирма Motorola считает допустимой CDMA частоту ошибок в 1%, что соответствует с учетом замираний отношению E0 /N0= 7-8 дБ. При этом пропускная способность систем CDMA в среднем в 15 раз превышает пропускную способность аналоговых систем AMPS.
Фирма Qualcomm за допустимую величину частоты ошибок принимает значение 3%. Это является одной из причин, по которым Qualcomm заявляет, что ёмкость CDMA в 20-30 раз превышает ёмкость аналоговых AMPS.
Отношение E0 /N0= 7-8 дБ и допустимая частота ошибок в 1% позволяет организовать 60 активных каналов на трехсекторную соту. Зависимость количества активных каналов связи (ТСН) для обратного канала от величины отношения E0 /N0 для трехсекторной соты показана на рис. 18 [17].