CDMA

Крутизна стандарта CDMA, превосходящая даже голубые яйца дроздов, исходит из первоначальной ориентации этого стандарта на использование в военных системах связи. По замыслам, его шумоподобная структура должна была сбивать с толку радиоперехватчиков и тем самым обеспечивать конфиденциальность не только сигнала, но и самого факта передачи этого сигнала. Технология восходит корнями к временам второй мировой войны. Для настройки сети и работы сети, функционирующей на базе стандарта CDMA, необходимо использовать радионавигационное оборудование.. Для этого используется система космических спутников - наших красносоветских либо прогнившеамериканских. Красносоветская спутниковая система недосчитывается многих бойцов, поэтому предпочтение часто отдается прогнившеамериканской - там все бойцы на месте. Американская система действует на основе соответствующей технологии определения местоположения, скорости и времени Жо-Пе-Эс (GPS - Global Positioning System). Приборы, действующие по этой технологии и ориентирующиеся по американским спутникам, напоминают отечественным спецслужбам приборы военной разведки, поэтому наши доблестные службы следуют своей профессиональной привычке (основной инстинкт) и настройщиков сетей CDMA ловят, на что имелись неоднократные указания в прессе.

В Москве на стандарте CDMA построена сотовая сеть "Сонет". Абсурдность ситуации заключается в том, что сотовый оператор имеет лицензию на обеспечение только фиксированной сотовой связи, что глубоко перпендикулярно самой сути CDMA. Поскольку в стране дураков многое определяется тем, кто кому заплатил, не заплатил, недоплатил, переплатил и т.п., можно надеяться, что проблема лежит только в финансовой области.

Перейдем к обсуждению некоторых основополагающих аспектов технологии CDMA. Изложение базируется на материалах, опубликованных CDMA Development Group.

Технология многостанционного доступа с кодовым делением CDMA является радикально новой концепцией в радиосвязи. Она широко распространилась и стала популярна среди операторов сотовой связи благодаря кардинальному увеличению емкости сети и предоставляемого качества услуг.

CDMA представляет собой разновидность распределенного спектра, это - семейство технологий цифровой связи, используемых в военных приложениях многие годы. Корневым принципом распределенного спектра является использование шумоподобных несущих волн. Применение CDMA для целей гражданской мобильной связи является новым. Теоретически такая возможность рассматривалась еще в конце 40-х, но практически осуществилась только через 40 лет. Коммерческое применение технологии стало возможным благодаря двум факторам. С одной стороны, были созданы доступные по цене и весьма компактные цифровые интегральные схемы, что позволило уменьшить размер, вес и стоимость оборудования абонента. С другой стороны, появилось понимание того, что связь по технологии многостанционного доступа оптимальна в том случае, когда передающее оборудование абонентов устанавливает наименьшую возможную мощность передачи, что позволяет достичь необходимого качества сигнала.

CDMA видоизменяет природу оборудования абонента от аналоговой к цифровой. Приемники, функционирующие по старым технологиям, разделяют станции или каналы фильтрацией соответствующего диапазона частот. Приемники CDMA не устраняют полностью аналоговую обработку сигнала, но они разделяют каналы связи посредством псевдо-случайной модуляции, функционирующей на базе цифровой обработки сигнала и не связанной с анализом частот. Разные абоненты одновременно пользуются одними и теми же частотами. Такое универсальное использование частот имеет решающее значение для чрезвычайно высокой спектральной эффективности CDMA и является отличительной особенностью стандарта. Основным преимуществом шумоподобных несущих является устранение проблемы интерференции. В традиционных системах с выделением слотов во временном или частотном диапазоне борьба с интерференцией изначально ведется следующим образом. Рассматривается одна из худших ситуаций, которая может возникнуть из-за интерференции, и, исходя из нее, устанавливается сетевой алгоритм распределения частот между абонентами. Но, поскольку такая худшая ситуация бывает весьма редко, этот подход намного снижает эффективность управления каналами.

Использование же шумоподобных несущих, когда все абоненты занимают один и тот же диапазон частот, создает некий эффективный эфирный шум, который является суммой всех шумоподобных несущих работающих в данный момент времени абонентов. Приемник оборудования абонента соотносит весь входящий шум (в котором, помимо искусственного, присутствует также и естественно-природный шум) с ожидаемой шумоподобной несущей, и детектор повышает соотношение сигнал/шум (ССШ). Производится это следующим образом. В передатчике волна исходящего сигнала умножается псевдошумовой двоичной последовательностью +1. Повторное умножение сигнала той же самой последовательностью восстанавливает первоначальный сигнал. И шум, и интерференция, будучи некоррелированными с псевдошумовой двоичной последовательностью, становятся шумоподобными и более широкополосными по мере достижения детектора. Вследствие этого, ССШ может быть улучшено узкополосной фильтрацией при приеме, устраняющей основную часть интерференционных эффектов. Таким образом, система по самой своей сути намного менее чувствительна к интерференции.

На заключительном этапе кодирования радиосигнала, посылаемого базовой станцией терминалу абонента, CDMA добавляет специальный псевдо-случайный код, постоянно повторяющийся через определенные промежутки времени. Базовые станции в системе связи различаются по передаче различных частей кода в данные моменты времени. Другими словами, базовые станции передают версии псевдо-случайного кода, сдвинутые во времени. Для того, чтобы эти временные сдвиги оставались уникальными для каждой из базовых станций, в системе используется синхронизация с привязкой к одному и тому же эталону времени. Очень точное эталонное время обеспечивается GPS, не имеющей ограничений по числу пользователей.

В стандарте CDMA существует целый ряд особеннойтсей, связанных с мощностью передатчиков. Дело в том, что если бы все передатчики работали с одной и той же мощностью, то, вследствие того, что они находятся от приемника на различных расстояниях, приемник получал бы сигналы от них с различной приемной мощностью. Такая ситуация осложнила бы использование описанной выше технологии разделения сигналов, поскольку избирательность детектора приемника к различным шумоподобных несущим оказалась бы разной, он не смог бы идентифицировать более слабые сигналы на фоне более сильных. Пока данная проблема оставалась нерешенной, общая эффективность использования спектра частот значительно уступала эффективности технологий TDMA и FDMA. Ключ к решению проблемы заключается в том, что технология CDMA обеспечивает регулирование мощности передатчика таким образом, чтобы приемник получил все сигналы одинаковой (или примерно одинаковой) входящей мощности.

Выравнивание входящей мощности сигналов порождает издержки, связанные с уменьшением зоны покрытия сети. Действительно, при удалении передатчика возникает необходимость резкого увеличения его мощности для обеспечения требуемых характеристик сигнала на приеме. Именно здесь появляются ограничения, связанные с техническими характеристиками передатчика - сотового телефона. Если в традиционных системах DAMPS, GSM или NMT слабеющий сигнал улавливается и обрабатывается передатчиком, то в стандарте CDMA само испускание слабеющего сигнала теряет смысл.

Таким образом, сотовое покрытие в стандарте CDMA зависит от того, как спроектирована конкретная система сотовой связи. Именно, три характеристики - покрытие, качество и емкость - находятся во взаимозависимости и позволяют улучшить каждую за счет двух других. Поэтому оператор сотовой связи не может достичь непревзойденных характеристик в каждом из этих аспектов и, к примеру, увеличить покрытие в 3 раза, емкость - в 40 раз и достичь CD-качества звука. Так, например, 13-бодовый вокодер обеспечивает лучшее качество звука, но снижает емкость сети по сравнению с 8-бодовым вокодером.