Общие сведения

Система CDMA построена по методу прямого расширения спектра частот на основе использования 64 видов псевдослучайных последовательностей (ПСП), сформированных по закону функций Уолша. Речевые сообщения передаются с помощью речепреобразующего устройства с алгоритмом CELР. Использование системы прерывистой передачи речи на основе детектора активности речи и вокодера с алгоритмом CELP в сочетании с переменной скоростью преобразования аналогового речевого сигнала в цифровой способствует снижению взаимных помех в сети и увеличению ее емкости. Это происходит из-за того, что абонентский терминал (АТ) излучает сигнал только на интервалах активности речи, которые составляют около 35 % длительности разговора. На линии от базовой станции к абонентскому терминалу («вниз») адресным признаком кодового канала служит одна из 64 ортогональных функций Уолша, а на линии «вверх» — квазиортогональные длинные ПСП. Связь в системе CDMA организуется по сотовому принципу с использованием всех типичных элементов сотовой сети подвижной радиосвязи (см. схему). Технические данные оборудования сетей CDMA приведены в таблице 1. При отношении энергии информационного символа к спектральной плотности шума 7…8 дБ и допустимой частоте ошибок 1 % можно организовать 60 активных каналов на трехсекторную соту. Для синхронизации работы сети используются сигналы, принимаемые с радионавигационных спутников GPS при помощи специального приемника, входящего в состав базовой станции (БС). Диапазон рабочих частот от АТ к БС лежит в пределах 824–849 МГц, а в обратном направлении — в пределах 869–894 МГц. Таким образом, дуплексный разнос равен 45 МГц. Общая полоса частот каждого радиоканала — 1,23 МГц. По краям рабочего диапазона частот, выделенного оператору сети CDMA, рекомендуется предусмотреть наличие защитных полос. Если по соседству работает система AMPS, ширина защитной полосы должна составлять 270 кГц, если какая-либо другая система связи — защитную полосу следует увеличить до половины основной полосы, то есть до 615 кГц. Стандарт CDMA дает возможность использовать одну и ту же несущую частоту по всей сети во всех сотах. Коэффициент повторного использования частоты для CDMA равен 1.

Взаимодействие базовой станции и терминала

Базовая станция, управляемая контроллером и соединенная с ТфОП при помощи интерфейса, в качестве которого обычно используется так называемый центр коммутации подвижной связи, может одновременно использовать 64 канала передачи, из которых один канал — пилотный, один — для синхронизации, семь каналов — для персонального вызова, а остальные 55 — для передачи речевых сообщений. В направлении «вниз» каналы называют прямыми. Пилотный канал используется для начальной синхронизации АТ с сетью и для контроля за сигналами БС по времени, частоте и фазе. Канал синхронизации обеспечивает идентификацию БС, контроль уровня излучения пилотного сигнала, а также фазу ПСП БС. Канал вызова используется для вызова АТ и для назначения после установления соединения канала связи. Канал прямого трафика служит для передачи речевых сообщений и данных. В нем организован также непрерывный субканал управления мощностью путем замещения нескольких бит речевых данных со скоростью 800 бит/сек. Передача «0» означает, что абонентская станция должна увеличить уровень своей выходной мощности на 1 дБ, а передача «1» — уменьшить на 1 дБ. Максимально возможная скорость изменения мощности составляет 16 дБ в течение 20 мс. Динамический диапазон регулировки — 84 дБ.

Такая регулировка позволяет АТ работать с минимально необходимой мощностью излучения, давая возможность БС принимать сигналы абонентских терминалов с практически одинаковым уровнем мощности независимо от удаления. Это обеспечивает как минимизацию взаимных помех в сети и увеличение ее емкости, так и более высокую экологическую безопасность АТ для пользователя. Однако при планировании сети необходимо учитывать, что размер сот должен быть примерно одинаков. В противном случае возникают помехи от АТ, находящихся в соседних сотах. Радиус соты в городе может достигать 4–5 км, в сельской местности — от 7–8 до 25–30 км, в зависимости от рельефа местности и высоты расположения антенн.

В направлении от АТ к БС каналы называют обратными. В их число входят канал доступа и канал обратного трафика. Канал доступа используется для установления вызовов и ответов на сообщения, передаваемые по каналу вызова, и для передачи команд и запросов на регистрацию в сети.

В каждом канале БС при передаче используется одна из 64 последовательностей Уолша. Изменению знака бита информации соответствует поворот на 180 градусов фазы используемой последовательности. Вследствие ортогональности последовательностей помехи между каналами передачи отсутствуют. Они возникают только от соседних БС, работающих на той же несущей и использующих ту же последовательность, но с другим циклическим сдвигом. В абонентском терминале ортогональные сигналы используются для повышения помехоустойчивости каналов. При этом каждой группе из 6 бит информационного сообщения соответствует одна из 64 последовательностей Уолша. Различные циклические сдвиги ПСП в абонентских терминалах позволяют БС при приеме разделить сигналы от АТ.

Абонентский терминал может находиться в одном из четырех состояний: инициализации, дежурном, доступа, активном. В состоянии инициализации АТ ведет поиск пилотного канала на нулевой функции Уолша. Обнаружив его, он находит на 32 функции Уолша канал синхронизации. Из сообщения, передаваемого по каналу синхронизации, АТ получает данные о конфигурации системы и ее временной структуре. На следующем этапе АТ входит в режим дежурного состояния, обнаруживает канал персонального вызова и ведет непрерывный контроль над поступающими сообщениями. Эти сообщения от БС могут содержать все необходимые данные для инициации вызова либо приема его от другого абонента. В случае прохождения вызова АТ переходит в состояние доступа. При успешной попытке доступа АТ входит в активное состояние. 

Передача сообщений

Передача сообщений в сети осуществляется кадрами. При этом в каналах применяются: сверточное кодирование «вниз» со скоростью 1/2, «вверх» — 1/3, декодер Витерби с мягким решением, перемежение передаваемых сообщений. Используемые принципы приема позволяют анализировать ошибки в каждом информационном кадре и стирать кадр при превышении допустимого уровня, тем самым поддерживая высокое качество передачи речи. Кроме того, в системе CDMA используются раздельная обработка отраженных от зданий сигналов, приходящих с разными задержками, и последующее их весовое сложение, что значительно снижает отрицательное влияние эффекта многолучевости. При раздельной обработке лучей в каждом канале приема на БС используются четыре параллельно работающих коррелятора, а в носимом абонентском терминале — три коррелятора.

В системе CDMA предусмотрен режим мягкой эстафетной передачи (soft handoff) при переходе абонента из соты в соту. При этом АТ поддерживает связь одновременно с двумя либо тремя БС, производя непрерывный поиск всех пилот-сигналов на рабочей частоте с фиксацией их уровней. В случае обнаружения достаточно сильного пилот-сигнала, не принадлежащего к обслуживающей его ячейке (сектору), он посылает сообщение своей базовой станции. На основе сообщений, поступающих от различных БС, контроллер базовых станций принимает решение, какая БС будет вовлечена в процедуру эстафетной передачи, назначает этой БС свободную функцию Уолша из принадлежащего набора и сообщает ей код АТ. Обслуживающей БС поступает команда направить АТ сообщение о начале процедуры эстафетной передачи. Абонентский терминал, принимающий информацию одновременно от двух БС, выбирает лучший речевой кадр из двух. Аналогичным образом сетевой интерфейс, принимая одну и ту же информацию от двух БС, выбирает лучшую на основе покадрового сравнения.

Технические параметры оборудования сетей CDMA

Сравнительные характеристики систем стандартов CDMA и TDMA