Стандарт сотовой связи CDMA, Стандарт сотовой связи GSM – Технология удаленного доступа

Cdma – распространение спектрума

Вся техническая модуляция и демодуляция стремятся к большей мощности и / или эффективности полосы пропускания в канале с постоянным белым гауссовым аддитивным шумом. Поскольку полоса пропускания является ограниченным ресурсом, одной из основных целей проектирования всех схем модуляции является минимизация полосы пропускания, необходимой для передачи.

Преимущество метода расширенного спектра состоит в том, что многие пользователи могут одновременно использовать одну и ту же полосу пропускания, не мешая друг другу. Поэтому расширение спектра неэкономично, когда число пользователей меньше.

• Расширенный спектр – это форма беспроводной связи, в которой частота передаваемого сигнала намеренно изменяется, что приводит к увеличению полосы пропускания.

• Спред-спектр очевиден в теореме о пропускной способности канала Шеннона и Хартли.

  C = B × log ₂ (1 S / N)

• В данном уравнении `C ‘- это пропускная способность канала в битах в секунду (бит / с), которая является максимальной скоростью передачи данных для теоретической частоты ошибок по битам ( BER ). «B» – необходимая ширина полосы канала в Гц, а S / N – отношение мощности сигнала к шуму.

• В расширенном спектре используются широкополосные шумоподобные сигналы, которые трудно обнаружить, перехватить или демодулировать. Кроме того, сигналы с расширенным спектром сложнее подавить (создать помехи), чем узкополосные сигналы.

• Поскольку сигналы с расширенным спектром настолько широки, они передают с гораздо меньшей плотностью спектральной мощности, измеряемой в ваттах на герц, чем узкополосные передатчики. Сигналы с расширенным спектром и узкополосные сигналы могут занимать одну и ту же полосу практически без помех. Эта возможность является главной достопримечательностью для всего интереса к расширению спектра сегодня.

Расширенный спектр – это форма беспроводной связи, в которой частота передаваемого сигнала намеренно изменяется, что приводит к увеличению полосы пропускания.

Спред-спектр очевиден в теореме о пропускной способности канала Шеннона и Хартли.

C = B × log 2 (1 S / N)

В данном уравнении `C ‘- это пропускная способность канала в битах в секунду (бит / с), которая является максимальной скоростью передачи данных для теоретической частоты ошибок по битам ( BER ). «B» – необходимая ширина полосы канала в Гц, а S / N – отношение мощности сигнала к шуму.

В расширенном спектре используются широкополосные шумоподобные сигналы, которые трудно обнаружить, перехватить или демодулировать. Кроме того, сигналы с расширенным спектром сложнее подавить (создать помехи), чем узкополосные сигналы.

Поскольку сигналы с расширенным спектром настолько широки, они передают с гораздо меньшей плотностью спектральной мощности, измеряемой в ваттах на герц, чем узкополосные передатчики. Сигналы с расширенным спектром и узкополосные сигналы могут занимать одну и ту же полосу практически без помех.

Очки для запоминания –

• Ширина полосы передаваемого сигнала больше минимальной ширины полосы информации, которая необходима для успешной передачи сигнала.

• Некоторая функция, отличная от самой информации, обычно используется для определения результирующей передаваемой полосы пропускания.

Ширина полосы передаваемого сигнала больше минимальной ширины полосы информации, которая необходима для успешной передачи сигнала.

Некоторая функция, отличная от самой информации, обычно используется для определения результирующей передаваемой полосы пропускания.

Ниже приведены два типа методов расширения спектра.

• Прямая последовательность и
• Скачкообразная перестройка частоты

Прямая последовательность принята CDMA.

Cdma – управление мощностью

В CDMA, поскольку все мобильные устройства передают на одной частоте, внутренние помехи сети играют решающую роль в определении пропускной способности сети. Кроме того, мощность каждого мобильного передатчика должна контролироваться для ограничения помех.

Контроль мощности необходим для решения ближней проблемы. Основная идея, чтобы уменьшить ближнюю проблему, состоит в том, чтобы достичь одинакового уровня мощности, принимаемого всеми мобильными устройствами на базовую станцию. Каждая принимаемая мощность должна быть как минимум на уровне, чтобы она позволяла линии связи удовлетворять требованиям системы, таким как Eb / N0.

Чтобы принимать одинаковый уровень мощности на базовой станции, мобильные устройства, которые находятся ближе к базовой станции, должны передавать меньше энергии, чем мобильные устройства, которые находятся далеко от мобильной базовой станции.

На рисунке, представленном ниже, есть две мобильные ячейки A и B. A находится ближе к базовой станции, а B – далеко от базовой станции. Pr – минимальный уровень сигнала для работы требуемой системы. Следовательно, мобильная станция B должна передавать больше мощности для достижения того же Pr к базовой станции (PB> PA).

Когда все мобильные станции передают сигналы с одинаковой мощностью (MS), принимаемые уровни на базовой станции отличаются друг от друга, что зависит от расстояний между BS и MS.

Полученный уровень быстро меняется из-за замирания. Чтобы поддерживать принятый уровень на BS, в системах CDMA должна использоваться подходящая технология управления мощностью.

Нам нужно контролировать мощность передачи каждого пользователя. Это управление называется управлением мощностью передачи (Control Power). Есть два способа управления мощностью передачи. Первый – это управление с разомкнутым контуром (Open Loop), а второй – управление с замкнутым контуром (Closed Loop).

Какие есть преимущества?

Разница в принципах работы, более широкая полоса частот, выделяемая на CDMA-абонента, выливаются в определенные преимущества CDMA над GSM. Для абонента они заключаются в:

Для операторов преимущества CDMA заключаются в большей емкости базовых станций, их радиусе действия, более простой настройке сети, устойчивости к перегрузкам и возможности адаптации под конкретные задачи. CDMA-операторы могут покрывать большую площадь меньшим количеством оборудования, которое легче конфигурируется.

Возникает закономерный вопрос – если CDMA на столько лучше, почему самым распространенным стандартом является GSM? Причины довольно просты. На момент создания CDMA GSM уже существовал, был выбор готовых решений как операторского оборудования, так и потребительского.

Кроме этого, существовала проблема удобства для пользователя. В сети GSM идентификатором абонента является SIM-карта, на ней хранится необходимая оператору информация. Пользователь, желающий сменить старый мобильный телефон на новый, просто переставлял симку.

Для работы в сетях CDMA необходимые данные записывались (прошивались) в сам телефон, в нем в принципе не было слота для SIM-карты. Поэтому смена мобильного телефона несла за собой необходимость визита в салон оператора, а имеющийся телефон нельзя было использовать в других странах, например, в роуминге.

Аналог SIM для CDMA появился в 2002 году, и получил название R-UIM. Начали появляться и телефоны, работающие как в CDMA, так и в GSM, проблема ограниченного выбора устройств постепенно решилась. Свою роль в этом сыграли американские операторы, которые стали локомотивом развития стандарта.

На украинском рынке CDMA операторы занимают заметно меньшею долю, выбор совместимых смартфонов или телефонов меньше, но часть оборудования импортируют операторы, а пользователи при желании могут сами купить подходящий смартфон на международных площадках.

Если учесть плюсы и минусы, получится, что технологии с потребительской точки зрения выглядят сравнимыми, окончательный выбор сводится только к покрытию оператора.

Какие телефоны поддерживают каждый из стандартов?

Многие телефоны совместимы с GSM или CDMA, но не с обоими вместе. В случае CDMA телефонов, вам придётся приобрести устройство, сделанное специально для вашего оператора. Проще всего купить его напрямую у этого оператора. Например, если вы хотите использовать iPhone в сети Verizon, вам необходимо приобрести фирменный iPhone именно от Verizon, а не Sprint или AT&T. Однако, если вы решите перейти на другого оператора, то не сможете забрать телефон с собой, так как он заблокирован.

Если вы не хотите ограничивать себя одним оператором, можете поискать разблокированные GSM телефоны от сторонних ритейлеров. Такие телефоны будут работать с любым GSM оператором, вам достаточно лишь сменить SIM-карту. К примеру, Amazon продаёт множество разблокированных GSM телефонов.

Модель Nexus 5 от Google и некоторые устройства в версиях Google Play так же разблокированы. Любой розничный или интернет-магазин, занимающийся продажей сотовых телефонов, должен предоставлять информацию о том, с какими сетями может работать каждое конкретное устройство.

Будьте внимательны с совместимостью телефонов. Устройства, продаваемые на рынках, где работают оба стандарта, чаще всего поддерживают либо GSM, либо CDMA. Лишь некоторые телефоны совместимы с обоими стандартами. Если вы купили CDMA телефон у стороннего ритейлера, вам придётся позвонить своему оператору, чтобы активировать его.

Владельцам CDMA телефонов не нужно беспокоиться о SIM-картах, но это скорее проклятие, а не благословение. CDMA устройства погрязли в ограничениях совместимости, которые сложно обойти, а владельцы GSM телефонов могут просто вынуть SIM-карту и заменить её на другую.

Большинство CDMA сетей не позволяют использовать телефон, купленный у другого оператора, даже если он совместим с технической точки зрения. Очень важно помнить об этом ограничении, выбирая CDMA сеть. Если позже вы решите сменить оператора, вам, скорее всего, придётся купить новый телефон, даже если сеть, на которую вы переходите, тоже использует CDMA.

Несмотря на то, что GSM более открыт, доступ всё равно может быть ограничен диапазоном частот, поддерживаемым телефоном. Частоты варьируются от 380 до 1900 МГц и зависят от местных операторов. Вам стоит проверить, на каких частотах работает ваш оператор и убедится в том, что телефон, который вы собираетесь купить, их поддерживает.

Впрочем, GSM сконцентрирован вокруг четырёх основных полос: 850, 900, 1800 и 1900 МГц. Телефон, поддерживающий все четыре, будет работать в большинстве стран. Именно поэтому GSM телефоны, совместимые со всеми основными полосами частот называют «всемирными телефонами».

Код уолша

Коды Уолша чаще всего используются в ортогональных кодах приложений CDMA. Эти коды соответствуют строкам специальной квадратной матрицы, называемой матрицей Адамара. Для набора кодов Уолша длиной N он состоит из n строк, образующих квадратную матрицу из n × n кода Уолша.

Система IS-95 использует 64 функциональную матрицу Уолша 64. Первая строка этой матрицы содержит строку всех нулей, каждая из которых содержит различные комбинации битов 0 и 1. Каждая строка является ортогональной и имеет одинаковое представление для двоичных битов.

При реализации с системой CDMA каждый мобильный пользователь использует одну из 64 последовательностей строк в матрице в качестве расширяющего кода. И это обеспечивает нулевую взаимную корреляцию среди всех других пользователей. Эта матрица определяется рекурсивно следующим образом:

Где n представляет собой степень 2 и указывает на разные размеры матрицы W. Кроме того, n представляет логическую операцию NOT для всех битов в этой матрице. Три матрицы W 2, W 4 и W 8, соответственно, показывают функцию Уолша для размерности 2, 4 и 8.

Каждая строка 64 матрицы Уолша 64 соответствует номеру канала. Номер канала 0 отображается на первую строку матрицы Уолша, которая является кодом всех нулей. Этот канал также известен как пилотный канал и используется для формирования и оценки импульсной характеристики мобильного радиоканала.

Чтобы вычислить взаимную корреляцию между последовательностями, нам нужно будет преобразовать биты в матрицу, чтобы сформировать антитезу значений ± 1. Однако все пользователи в одном и том же канале CDMA могут быть синхронизированы с точностью до одного интервала микросхемы с использованием общей длинной последовательности PN. Он также функционирует как скремблер данных.

Код Уолша – это группа кодов расширения, имеющих хорошие свойства автокорреляции и плохие свойства взаимной корреляции. Коды Уолша являются основой систем CDMA и используются для разработки отдельных каналов в CDMA.

Для IS-95 доступно 64 кода.

Код «0» используется в качестве контрольного сигнала, а код «32» используется для синхронизации.

Коды с 1 по 7 используются для каналов управления, а остальные коды доступны для каналов трафика. Коды 2-7 также доступны для каналов трафика, если они не нужны.

Для cdma2000 существует множество кодов Уолша, длина которых варьируется в зависимости от разных скоростей передачи данных и коэффициентов распространения разных конфигураций радиосвязи.

Один из 64 ортогональных битовых шаблонов со скоростью 1,2288 Мбит / с.

Коды Уолша используются для идентификации данных для каждой отдельной передачи. В прямой линии связи они определяют каналы прямого кода в пределах частоты CDMA.

В обратной линии связи все 64 кода используются каждым обратным каналом для передачи информации.

Посмотрите на следующую иллюстрацию. Он показывает, как мультиплексирование осуществляется с использованием кода Уолша.

Мягкая передача

Сотовые системы отслеживают мобильные станции, чтобы поддерживать их линии связи. Когда мобильная станция переходит в соседнюю ячейку, линия связи переключается с текущей ячейки на соседнюю ячейку.

Когда мобильная станция входит в новую область (от базовой станции к другой базовой станции), мобильная станция является вторым пилот-сигналом достаточной мощности, посылая сообщение о силе водителя первой базовой станции. Базовая станция уведомляет MTSO, а затем MTSO запрашивает новое назначение кода Уолша второй базовой станции.

• Первая базовая станция управляет новой прогрессивной передачей Уолша MTSO, а затем отправляет наземную линию связи на вторую базовую станцию. Мобильный телефон питается от двух базовых станций, и MTSO выбирает статус лучшего качества каждые 20 мс.

• Мощность на мобильной станции снижается из-за первой BS, и мобильная станция отправляет сообщение о силе пилот-сигнала, затем первая передача BS останавливается и освобождает канал. И канал трафика продолжается на второй базовой станции.

• В сотовой системе CDMA связь не прерывается даже в момент передачи обслуживания, поскольку частота переключения или временной интервал не требуются.

Первая базовая станция управляет новой прогрессивной передачей Уолша MTSO, а затем отправляет наземную линию связи на вторую базовую станцию. Мобильный телефон питается от двух базовых станций, и MTSO выбирает статус лучшего качества каждые 20 мс.

Мощность на мобильной станции снижается из-за первой BS, и мобильная станция отправляет сообщение о силе пилот-сигнала, затем первая передача BS останавливается и освобождает канал. И канал трафика продолжается на второй базовой станции.

В сотовой системе CDMA связь не прерывается даже в момент передачи обслуживания, поскольку частота переключения или временной интервал не требуются.

Примечание. Последовательность Уолша является частью ортогональных кодов, тогда как другие последовательности, такие как PN, Gold и Kasami, являются последовательностями регистра сдвига. В случае, если ортогональные коды назначены пользователям, выходной сигнал коррелятора в приемнике будет нулевым, за исключением желаемой последовательности, тогда как приемник синхронной прямой последовательности принимает ту же кодовую последовательность, которая была передана, поэтому между пользователями нет временного сдвига.

Обзор сети cdma

Базовая станция является важным элементом сети CDMA. Базовая станция покрывает небольшую географическую область, называемую ячейкой . Ячейка может быть всенаправленной или секторальной. Каждая базовая станция имеет передающую антенну и две приемные антенны для каждой соты.

Так как скорость передачи данных мобильного телефона составляет 13 кбит / с или 8 кбит / с, что не является ISDN, но коммутаторы, являющиеся центром коммутации мобильной связи (MSC), обычно переключаются на 64 кбит / с. Поэтому, прежде чем он будет переключен, необходимо преобразовать эту скорость мобильной передачи данных в 64 кбит / с.

Все базовые станции подключены к MSC, который входит в сеть. MSC – это организация, которая управляет установлением, подключением, обслуживанием и удалением вызовов внутри сети, а также с внешним миром.

MSC также имеет базу данных под названием HLR / AC, которая является центром регистрации / аутентификации домашнего местоположения. HLR – это база данных, которая поддерживает базу данных всех абонентов сети. AC Authentication Center является частью безопасности HLR, которая используется некоторыми алгоритмами для проверки мобильных телефонов.

MSC связан с внешним миром, то есть сетью фиксированной связи. MSC также может быть подключен к нескольким другим MSC.

Последовательность pn

Система DS-CDMA использует два типа расширяющих последовательностей, то есть PN-последовательности и ортогональные коды . Как упомянуто выше, последовательность PN генерируется генератором псевдослучайного шума.

Это просто двоичный регистр сдвига с линейной обратной связью, состоящий из вентилей XOR и регистра сдвига. Этот генератор PN имеет возможность создавать последовательность, идентичную как для передатчика, так и для приемника, и сохранять требуемые свойства битовой последовательности случайности шума .

Последовательность PN имеет много особенностей, таких как наличие практически равного числа нулей и единиц, очень низкая корреляция между сдвинутыми версиями последовательности и очень низкая взаимная корреляция с другими сигналами, такими как помехи и шум.

Тем не менее, он способен хорошо соотносить себя и свое обратное. Другим важным аспектом является автокорреляция последовательности, поскольку она определяет возможность синхронизации и блокировки кода расширения для принятого сигнала.

Последовательность псевдослучайного шума (PN) представляет собой последовательность двоичных чисел, например, ± 1, которая представляется случайной; но это на самом деле совершенно детерминистично.

Последовательности PN используются для двух типов методов расширенного спектра PN –

Спектр прямого сигнала (DS-SS) и

Спектр частотного скачка (FH-SS).

Если «u» использует PSK для модуляции последовательности PN, это приводит к DS-SS.

Если «u» использует FSK для модуляции последовательности PN, это приводит к FH-SS.

Преимущества cdma

CDMA обладает мягкой емкостью. Чем больше кодов, тем больше пользователей. Он имеет следующие преимущества –

• CDMA требует жесткого контроля мощности, поскольку он страдает от эффекта ближнего действия. Другими словами, пользователь рядом с базовой станцией, передающей с той же мощностью, потопит сигнал последним. Все сигналы должны иметь более или менее одинаковую мощность на приемнике

• Грабли приемники могут быть использованы для улучшения приема сигнала. Задержанные версии времени (чип или позже) сигнала (многолучевые сигналы) могут быть собраны и использованы для принятия решений на уровне битов.

• Гибкая передача может быть использована. Мобильные базовые станции могут переключаться без смены оператора. Две базовые станции принимают мобильный сигнал, а мобильная станция принимает сигналы от двух базовых станций.

• Burst Burst – уменьшает помехи

CDMA требует жесткого контроля мощности, поскольку он страдает от эффекта ближнего действия. Другими словами, пользователь рядом с базовой станцией, передающей с той же мощностью, потопит сигнал последним. Все сигналы должны иметь более или менее одинаковую мощность на приемнике

Грабли приемники могут быть использованы для улучшения приема сигнала. Задержанные версии времени (чип или позже) сигнала (многолучевые сигналы) могут быть собраны и использованы для принятия решений на уровне битов.

Гибкая передача может быть использована. Мобильные базовые станции могут переключаться без смены оператора. Две базовые станции принимают мобильный сигнал, а мобильная станция принимает сигналы от двух базовых станций.

Burst Burst – уменьшает помехи

Пример системы tdd

TDD использует одну полосу частот как для передачи, так и для приема. Кроме того, он разделяет полосу, назначая альтернативные временные интервалы для операций передачи и приема. Информация, которая должна быть передана, может быть голосовой, видео или компьютерной информацией в битовом последовательном формате. Каждый временной интервал может иметь длину 1 байт или может входить в состав нескольких байтов.

TDD чередует данные станций передачи и приема во времени. Временные интервалы могут быть переменной длины. Из-за характера высокоскоростных данных сообщающие стороны не могут означать, что передачи являются прерывистыми.

В некоторых системах TDD альтернативные интервалы времени имеют одинаковую длительность или имеют как DL, так и UL; однако система не должна быть симметричной 50/50. Система может быть асимметричной по мере необходимости.

Например, при доступе к Интернету скорость загрузки обычно выше, чем скорость загрузки. Большая часть оборудования работает в асинхронном режиме, где скорость загрузки выше, чем скорость загрузки. Когда скорость загрузки выше, чем скорость загрузки, для загрузки требуется меньше временных интервалов.

Реальное преимущество TDD заключается в том, что это всего лишь один канал частотного спектра, и он не требует ограждения полосы или разделения каналов, поскольку интервалы происходят с использованием временных интервалов. Недостатком является то, что для успешной реализации TDD требуется система синхронизации.

Время часто синхронизируется с определенными производными стандартов атомных часов GPS. Защитное время также необходимо между временными интервалами, чтобы избежать дублирования. Это время обычно равно времени обработки приема-передачи (времени переключения-приема-передачи) и задержкам передачи (задержке) в канале связи.

Пришествие lte и смятение операторов

Если вы поняли важности GSM и CDMA, отлично! Теперь давайте полностью разрушим вашу самонадеянность, поговорив о новичке, LTE (долговременное развитие).

LTE — это новый стандарт, вошедший в моду за последние несколько лет. Хотя он и основан на принципах GSM, но всё же является отдельным стандартом, работающим вне сетей GSM и CDMA. Это настоящее четвёртое поколение передачи сотовых данных.

Шире всего LTE распространён в Южной Корее, где этот стандарт используется большей частью рынка, но он так же популярен в Японии, Австралии, Швеции и США. Пока что он в основном применяется для передачи данных, но LTE может послужить и в качестве замены традиционным сотовым сетям. Американская компания Verizon Wireless, например, сообщила о своих планах по выпуску LTE телефонов в конце 2022 года.

В этом стандарте используются SIM-карты, так что пользователи смогут переключаться на другие сети, если конечно устройство их поддерживает, просто сменив SIM-карту. Впрочем, сейчас LTE используется в основном для передачи данных, а не голоса. Это означает, что владельцы CDMA/LTE телефонов всё равно не смогут использовать другие сети.

Хотя у этого стандарта есть большой потенциал, на пути его распространения есть препятствия. За границами Южной Кореи, ни на одном из рынков LTE не занимает более четверти. Южная Корея, в общем, и Verizon Wireless в США фактически являются исключением из правила. На большинстве рынков, даже операторы, работающие с LTE, предлагают его только в ограниченных зонах.

Ещё существует проблема со спектром. Помните, что GSM/CDMA оперируют на множестве различных частот? То же самое справедливо для LTE. Вам придётся проверять, совместимость своего телефона с полосами частот, поддерживаемыми оператором, и вы не сможете использовать LTE телефон в другой сети с тем же стандартом, но отличными частотами.

Подведение итогов

Сделайте глубокий вдох. Пора подвести итоги всего сказанного.

Во-первых, ни GSM, ни CDMA не имеют преимущества друг перед другом с технической точки зрения. Они предназначены для одной цели, а качество сети зависит от оператора, а не используемого им стандарта.

Во-вторых, GSM телефоны можно разблокировать и использовать с другим оператором, тогда как CDMA привязаны к одному оператору. Обычно дешевле приобретать разблокированные GSM телефоны, чем CDMA устройства, связанные контрактами.

В-третьих, вам нужно внимательно проверять частоты, поддерживаемые телефоном. Большинство совместимы либо с GSM, либо с CDMA, и оба стандарта могут работать на различных полосах частот, зависящих от региона.

И наконец, LTE может стать глобальным стандартом, но становится жертвой ещё большего деления частот, чем GSM и CDMA. Эта технология сравнительно новая и пока внедрена недостаточно широко.

Надеюсь, что всё прояснил. Сотовые сети постоянно развиваются и стандарты, поддерживаемые телефонами, могут меняться из года в год. Не стесняйтесь задавать интересующие вас вопросы в комментариях.

Приятного просмотра!

Источник

Прямой канал

Прямой канал – это направление связи или путь нисходящей линии связи между сотами. Включает в себя следующие каналы –

• Канал пилот-сигнала. Канал пилот-сигнала является опорным каналом. Он использует мобильную станцию, чтобы приобрести время и в качестве опорной фазы для когерентной демодуляции. Он непрерывно передается каждой базовой станцией на каждой активной частоте CDMA. И каждая мобильная станция постоянно отслеживает этот сигнал.

• Канал синхронизации – Канал синхронизации передает одно повторяющееся сообщение, которое предоставляет информацию о времени и конфигурации системы мобильной станции. Аналогично, мобильная станция может иметь точное системное время посредством синхронизации с коротким кодом.

• Пейджинговый канал . Основная цель пейджингового канала – отправка страниц, то есть уведомлений о входящих вызовах, на мобильные станции. Базовая станция использует эти страницы для передачи служебной информации системы и сообщений, специфичных для мобильной станции.

• Прямой канал трафика – Прямые каналы трафика являются кодовыми каналами. Он используется для назначения вызовов, обычно голосового и сигнального трафика отдельным пользователям.

Канал пилот-сигнала. Канал пилот-сигнала является опорным каналом. Он использует мобильную станцию, чтобы приобрести время и в качестве опорной фазы для когерентной демодуляции. Он непрерывно передается каждой базовой станцией на каждой активной частоте CDMA. И каждая мобильная станция постоянно отслеживает этот сигнал.

Канал синхронизации – Канал синхронизации передает одно повторяющееся сообщение, которое предоставляет информацию о времени и конфигурации системы мобильной станции. Аналогично, мобильная станция может иметь точное системное время посредством синхронизации с коротким кодом.

Пейджинговый канал . Основная цель пейджингового канала – отправка страниц, то есть уведомлений о входящих вызовах, на мобильные станции. Базовая станция использует эти страницы для передачи служебной информации системы и сообщений, специфичных для мобильной станции.

Прямой канал трафика – Прямые каналы трафика являются кодовыми каналами. Он используется для назначения вызовов, обычно голосового и сигнального трафика отдельным пользователям.

Распространение кода

Взаимная корреляция

Корреляция – это метод измерения того, насколько точно данный сигнал соответствует желаемому коду. В технологии CDMA каждому пользователю назначается другой код, код, который назначается или выбирается пользователем, очень важен для модуляции сигнала, поскольку он связан с характеристиками системы CDMA.

Один из них получит наилучшую производительность, когда будет четкое разделение между сигналом желаемых пользователей и сигналами других пользователей. Это разделение осуществляется путем сопоставления кода требуемого сигнала, который был сгенерирован локально, и других принятых сигналов.

Если сигнал совпадает с кодом пользователя, функция корреляции будет высокой, и система сможет извлечь этот сигнал. Если желаемый код пользователя не имеет ничего общего с сигналом, корреляция должна быть как можно ближе к нулю (что исключает сигнал); также известный как взаимная корреляция.

Свойства самокорреляции и кода показаны на диаграмме, приведенной ниже, где показана корреляция между расширяющим кодом «A» и расширяющим кодом «B». В этом примере приведена вычисленная корреляция кода расширения “A (1010110001101001) и кода расширения” B “(1010100111001001), а при выполнении расчетов в следующем примере результат достиг 6/16.

Предпочтительные коды

Предпочтительный код используется в CDMA. Существуют разные коды, которые можно использовать в зависимости от типа системы CDMA. Существует два типа систем –

• Синхронная (Синхронная) система и
• Асинхронная (асинхронная) система.

В синхронной системе могут использоваться ортогональные коды (ортогональный код). В асинхронной системе для этого, например, используется псевдослучайный код (псевдослучайный шум) или код Голда.

Чтобы минимизировать взаимные помехи в DS-CDMA, следует выбирать коды расширения с меньшей взаимной корреляцией.

Синхронный DS-CDMA

• Ортогональные коды являются подходящими. (Код Уолша и т. Д.)

Асинхронный DS-CDMA

• Псевдослучайные коды шума (PN) / максимальная последовательность
• Золотые коды

Синхронный DS-CDMA

Синхронные системы CDMA реализованы в многоточечных системах. Например, прямая связь (базовая станция с мобильной станцией) в мобильном телефоне.

Система синхронизации используется в системах «один ко многим» («точка-многоточечный»). Например, в данный момент времени в системе мобильной связи одна базовая станция (BTS) может связываться с несколькими сотовыми телефонами (прямая линия связи / нисходящая линия связи).

В этой системе сигнал передачи для всех пользователей может общаться синхронно. Значит, «Синхронизация» в этом пункте – это смысл, который можно отправить, чтобы выровнять верх каждого пользовательского сигнала. В этой системе можно использовать ортогональные коды, а также можно уменьшить взаимные помехи. И ортогональные коды, это знак, такой как взаимная корреляция, т.е. 0.

Асинхронный DS-CDMA

В асинхронной системе CDMA ортогональные коды имеют плохую взаимную корреляцию.

В отличие от сигнала от базовой станции, сигнал от мобильной станции к базовой станции становится асинхронной системой.

В асинхронной системе несколько возрастают взаимные помехи, но в ней используются другие коды, такие как код PN или код Голда.

Стандарт сотовой связи cdma

CDMA (Code Division Multiple Access) – система множественного доступа с кодовым разделением. Беспроводной абонентский доступ WLL (Wireless Local Loop), реализованный на базе новейшей цифровой технологии с кодовым разделением каналов CDMA. Для данного стандарта характерны отличное качество звука и низкий уровень фоновых шумов.

Повышенная емкость системы, которая в 10 раз выше, чем у AMPS и в 3-5 раз больше чем у GSM, определяется максимально возможным количеством активных пользователей системы на территории зоны ее обслуживания. CDMA улучшает качество связи в перенаселенных районах, и местностях с холмистым рельефом, где возникают помехи от отраженных сигналов.

CDMA увеличивает емкость системы, “виртуально” отсеивая занятые, перекрестные и повисшие вызовы. Это становится возможным благодаря многократному использованию одного частотного канала во всех сотах. Повышению емкости системы способствует применение механизма контроля мощности и речевой активности, что уменьшает взаимные помехи, влияющие на емкость системы и другие факторы. В результате абоненты не страдают от блокировки вызовов в часы наибольшей нагрузки на сеть.

Существенным отличием абонентских аппаратов CDMA является малая излучаемая мощность, которая составляет менее 10мВт, что на порядок меньше, чем в сетях DAMPS и GSM. Столь низкие требования к мощности позволяют использовать портативные аппараты с более длительным временем работы без подзарядки.

CDMA использует более 4,4 триллиона кодов для разделения индивидуальных вызовов, обеспечивая полную защиту и предотвращая несанкционированные подключения. CDMA использует уникальный код для каждого вызова, что позволяет надежно защитить частную информацию.

Стандарт сотовой связи gsm

История создания стандарта сотовой связи GSM

Хотя становление и развитие мобильной связи стандарта GSM происходило на наших глазах, история его начинается еще в XIX веке. Человек давно уже пытался придумать способ передачи информации на расстояние, и в 1895г. русский ученый А. С. Попов сделал доклад, посвящённый методу использования излученных электромагнитных волн для беспроводной передачи электрических сигналов, содержащих информацию. А в марте 1896 года он уже передал радиограмму с двумя словами «Генрих Герц» на расстояние 250 метров.

Настоящая же история сотовой связи начинается в 1946 году в городе Сант-Луис, США, где начала работать первая система радиотелефонной связи, предлагавшая услуги всем желающим. Аппаратура устанавливалась в автомобилях, была громоздкой и тяжёлой. Связь устанавливалась с единым центром, обслуживающим достаточно большую территорию.

Зона действия мобильной телефонной связи в данном регионе как раз и ограничивалась этой территорией. Радиотелефоны использовали обычные фиксированные каналы, и если канал связи был занят, переключение на другой, свободный канал, осуществлялось вручную. Само телефонное общение было сложным – нельзя было и слушать и говорить одновременно.

С развитием техники улучшалась и радиотелефонная связь – совершенствовалось оборудование, осваивались новые частоты. Однако при огромном спросе на такой сервис, пользоваться им могло ограниченное количество абонентов. Главной проблемой оставалось ограниченность частотного ресурса.

Во время разговора один канал мог использовать только один абонент, а число фиксированных частот в определенном частотном диапазоне ограничено, поэтому радиотелефоны с близкими по частоте рабочими каналами создавали взаимные помехи. Решением этой проблемы занимались многие ученые и инженеры.

Принципиально новую идею предложил в середине 40-х годов XX века исследовательский центр Bell Laboratories американской компании AT&T. Главной новинкой был отказ от единого центра и разбиение всей обслуживаемой территории на небольшие участки, «соты» (от англ. cell — ячейка, сота), каждый из которых обслуживался станцией связи с ограниченным радиусом действия и фиксированной частотой.

Далее развитие систем сотовой связи велось в разных странах по разным направлениям. В Европе ещё в конце семидесятых годов прошлого века начались работы по созданию единого стандарта сотовой связи для 5 североевропейских стран — Швеции, Финляндии, Исландии, Дании и Норвегии.

Результатом исследований появился стандарт связи NMT-450 (Nordic Mobile Telephone), который предназначался для работы в диапазоне 450 МГц. Эксплуатация первых систем сотовой связи этого стандарта началась в 1981 г в Саудовской Аравии, и затем, месяцем позже, в Европе.

Различные варианты NMT-450 использовались в Австрии, Швейцарии, Голландии, Бельгии, странах Юго-Восточной Азии и Ближнего Востока. На основе этого стандарта в 1985 г. был разработан стандарт NMT-900, использующий частоты 900 МГц диапазона и позволивший увеличить число абонентов и улучшить стабильность работы системы.

В США в 1983 году начала работу сеть стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service), который был разработан Bell Laboratories. В 1985, в Англии, был принят стандарт TACS (TotalAccess Communications System), который являлся разновидностью американского AMPS.

Таблица 1.1 Аналоговые стандарты сотовой связи

Управление питанием обратной линии связи

В дополнение к эффекту ближнего расстояния, описанному выше, непосредственной проблемой является определение мощности передачи мобильного устройства, когда оно впервые устанавливает соединение. До тех пор, пока мобильное устройство не вступит в контакт с базовой станцией, оно не имеет представления о количестве помех в системе.

Если он пытается передать большую мощность, чтобы обеспечить контакт, то он может создавать слишком много помех. С другой стороны, если мобильная станция передает меньше энергии (чтобы не мешать другим мобильным соединениям), мощность не может соответствовать E b / N 0, как требуется.

Как указано в стандартах IS-95, мобильное устройство действует, когда оно хочет попасть в систему, оно отправляет сигнал, называемый доступом .

В CDMA мощность передачи каждого пользователя распределяется мощностью управления для достижения той же мощности (Pr), которая принимается базовой станцией / BTS с помощью зонда доступа с низкой мощностью. Мобильная станция отправляет свой первый запрос доступа, затем ждет ответа от базовой станции. Если он не получает ответа, то второй запрос доступа отправляется с более высокой мощностью.

Процесс повторяется до тех пор, пока базовая станция не ответит. Если сигнал, на который отвечает базовая станция, имеет высокий уровень, то мобильная станция соединяется с базовой станцией, которая находится ближе к мобильной ячейке с низкой мощностью передачи.

Описанный выше процесс называется управлением мощностью без обратной связи, поскольку он управляется только самой мобильной станцией. Управление мощностью в разомкнутом контуре начинается, когда первая мобильная станция пытается связаться с базовой станцией.

Этот регулятор мощности используется для компенсации медленных эффектов затенения переменных. Однако, поскольку задняя и прямая линии связи находятся на разных частотах, оценка мощности передачи не дает точного решения для управления мощностью из-за потерь в тракте к передней части базовой станции. Это управление мощностью не срабатывает или слишком медленно для быстрых каналов Рэлея.

Мощность управления с обратной связью используется для компенсации быстрого изменения цвета Рэлея. На этот раз мощность мобильной передачи контролируется базовой станцией. Для этого базовая станция постоянно контролирует качество сигнала обратной линии связи.

Эволюция

Озвученные выводы применимы в первую очередь с точки обычного телефонного общения, но разговоры давно стали просто одной из услуг операторов на фоне интернет-доступа.

Изначально стандарт GSM обеспечивал максимально возможную скорость передачи данных до 9,6 кбит/с. Технологии GPRS и EDGE, которые относят к поколению 2G, позволили разогнаться до теоретических 474 кбит/с. В третьем поколении GSM-сетей UMTS для передачи данных используется технология WCDMA, которая является производной от CDMA, в ней применяется похожее кодовое разделение каналов.

Первоначальный CDMA имел больший запас прочности и обеспечивал скорость передачи данных до 153 кбит/с. Последующие фазы развития стандарта уже классифицируются как 3G-сети, для передачи данных используется технология EV-DO. В зависимости от реализованного поколения стандарта (Rev.) максимальная скорость передачи данных в такой сети изменяется от 2,4/0,153 Мбит/с (Rev.

0, upload/download) до 73,5/27 Мбит/с (Rev. B). Естественно, что приведенные для каждого стандарта цифры являются теоретическими, для всех подключенных абонентов таких скоростей добиться невозможно и реальная скорость доступа оказывается в разы меньше.

Таким образом, в теории возможно и дальнейшие развитие 3G сетей, наращивание скоростей передачи данных, но с практической точки зрение решение выглядит сомнительным. Имеющиеся скорости хорошо покрывают запросы пользователей (если не придумывать сумасшедших сценариев с раздачей торрентов в режиме 24/7), а технологии тянут на себе обратную совместимость с сетями 2G и поддержку работы старых телефонов.

Источник