Технологія CDMA

CDMA (Code Division Multiple Access) - цифрова безпровідна технологія, розроблена і вперше упроваджена QUALCOMM. CDMA конвертує мову в цифрову інформацію, яка потім пересилається як радіосигнал по безпровідній мережі. Використовуючи унікальний код для розрізнення кожної окремої соти, CDMA дає можливість безлічі користувачів одночасно "ділити" ефір - без атмосферних перешкод, "перетину" розмов або інтерференції.

Історія CDMA

Стартує як комерційний продукт в 1995 році, CDMA швидко стала однією з самих безпровідних технологій, що швидко поширюються, в світі. У 1999 році міжнародний телекомунікаційний союз (International Telecommunications Union) вибрав CDMA як промислового стандарту для нових безпровідних систем "третього покоління" (3g). Багато ведучих безпровідних носіїв, в даний час, вбудовані або модифіковані в мережі 3g CDMA, для того, щоб забезпечити велику ємкість для голосового трафіку, поряд з можливістю високошвидкісної передачі даних.

Назву стандарту CDMA (Code Division Multiple Access) означає "Система множинного доступу з кодовим розділенням", і ця назва відображає принцип роботи стандарту. CDMA - технологія "розподіленого спектру", що означає розподіл інформації, що міститься в окремих сигналах на набагато більшу ширину смуги, чим в первинному сигналі. Виклик в CDMA починається із стандартної швидкості в 9600 біт/с (9.6 кбіт/с). Потім він зростає, до швидкості передачі - близько 1.23 Мбіт/с.На відміну від інших методів доступу абонентів до мережі, де потужність сигналу концентрується на вибраних частотах або тимчасових інтервалах, сигнали CDMA розподілені в безперервному частотно-часовому просторі. Фактично метод маніпулює і частотою, і часом, і потужністю. Традиційне використання розподіленого спектру - для військових цілей. Із-за значної ширини смуги сигналу розподіленого спектру, його важко стискувати і важко ідентифікувати. Цим він кардинально відрізняється від технологій, що використовують точну ширину частотних смуг. Оскільки широкосмуговий сигнал розподіленого спектру дуже важкий у виявленні, він виявляється як не більше ніж легка піднесеність над "рівнем шуму" або рівнем інтерференції. У інших технологіях потужність сигналу концентрується усередині вузької, точно визначуваної смуги, яку легко виявити.

Підвищена безпека є відмінною рисою технології CDMA. Дзвінки з телефону CDMA будуть захищені від випадкового підслуховування, оскільки, на відміну від взаємодії в аналоговому режимі, простий радіоприймач не зможе виділити окремі цифрові взаємодії із спільної маси RF випромінювання в смузі частот.

Синхронізація виконується на фінальних стадіях кодування радіосигналів від базової станції на мобільний телефон, CDMA вводить спеціальний "псевдовипадковий код" в сигнал, який відтворюється через певні проміжки часу. Базові станції в системі відрізняються один від одного тим, що передають різні коди протягом заданого проміжку часу. Іншими словами, базові станції передають зміщені за часом версії одні і тіж псевдовипадкові коди. Для того, щоб гарантувати, що використовувані зсуви за часом залишаються унікальними (не збігаються для різних базових станцій), станції CDMA повинні залишатися синхронізованими в спільних тимчасових вічках.

Хронологія становлення CDMA виглядає так:

• 1935 р. - У СРСР опублікована перша робота присвячена обробці складних сигналів - "Основи теорії лінійної селекції. Кодове розділення каналів". Збірник ЛЕІС. Її написав професор Дмитро Васильович Агєєв. Робота вийшла невеликою брошурою і містила основи ортогонального розділення сигналів, розділення сигналів по формі.
• 1942 р. - Голлівудська актриса Хедді Ламарк під час другої світової війни залишила свою професію і зайнялася частотним кодуванням. Вона однією з перших розробила frequency hopping, "перескок частоти". Ці роботи велися під грифом "секретно". Приблизно в один і той же час з'явилися роботи "Математична теорія зв'язку" Клода Е. Шеннона і "Теорія потенційної завадостійкості" Володимира Олександровича Котельникова. Шеннон і Котельников по суті створили наукову базу для розробки технології МДКР.
• 1943 р. - У США описана система прихованої передачі мови, в якій інформаційний сигнал, сформований за допомогою вузькополосної частотної модуляції гармонійного піднесучій мовним повідомленням, перемножується з широкосмуговим сигналом.
• 1956 р. - Лабораторією Лінкольна Массачусетського технологічного інституту розроблена і випробувана в реальних умовах система телеграфної КВ радіозв'язку "Rake" з поділом променів і підсумовуванням їх енергій. Філіп Годварт опублікував найпринциповіше роботу "Принцип невизначеності в радіолокації", в якій було зазначено, що можна створити сигнали з базою значно більше одиниці. Це перший сигнал, що відноситься до розряду широкосмугових (ШПС). Паралельно в нашій країні було створено радіолокатор з лінійно-частотної модуляцією. Починалися розробки систем МДКР саме з радіолокації, а тільки потім ці методи стали використовуватися в радіоуправлінні.
• 1960 р. - У США випущена система зв'язку ARC-50. Її експериментальні дослідження почалися в 1956р. Система зв'язку використовувалася для організації обміну мовними повідомленнями між літаком та наземними службами, а також для визначення відстані до літака. У ARC-50 вперше були використані технічні рішення, які в подальшому стали базовими при проектуванні систем зв'язку з шумоподібним сигналом (ШПС).
• 1960 р. - У США розроблена спеціальна система телефонного зв'язку з використанням ШПС RACEP, яка забезпечує зв'язок з рухомими наземними абонентами.
• 60-ті роки - У міру розвитку методів аналого-цифрового перетворення мовних сигналів з'явилися перші пропозиції використовувати ШПС в комерційних системах зв'язку. В цей же час фірмою Motorola запропонована широкосмугова система передачі мовлення з використанням дельта-функції.
• 70-80 роки - У США активно впроваджувалися системи супутникового зв'язку, авіаційні, сухопутного рухомого зв'язку. Найбільшою була об'єднана система розподілу тактичної інформації JTIDS, створена для потреб ВПС США. Інша військова система з ШПС SINCGARC призначалася для забезпечення зв'язку між наземними об'єктами і літаками. Були створені такі супутникові системи як MIL-STAR для потреб стратегічної і тактичної зв'язку, FLEITSATCOM для потреб тактичної зв'язку ВМС США та ін
• Кінець 80-х років - У США розгорнуто першу супутникова система зв'язку комерційного призначення за технологією CDMA Omni TRACKS, розроблена компанією Qualcomm.
• 1988 р. - Асоціація виробників обладнання стільникового зв'язку (CTIA) опублікувала документ UPR, який визначав вимоги до ССПС (Системам сухопутної рухомої Зв'язку). До них належали:
  • десятикратне збільшення ефективності використання частотного спектру в порівнянні з існуючими аналоговими системами;
  • зворотна сумісність з існуючими аналоговими системами;
  • розумна вартість абонентського терміналу;
  • можливість введення нових послуг;
  • якісне поліпшення послуг, що надаються
• 1991 р. - Компанією Qualcomm розроблено проект стандарту IS-95.
• 1993 р. - Асоціацією виробників обладнання зв'язку (TIA) затверджена базова версія IS-95, і в липні 1993 р. Федеральна комісія із зв'язку США (FCC) визнала як стандарт IS-95 запропоновану компанією Qualcomm технологію цифрового стільникового зв'язку на основі CDMA.
• 1995 р. - Експлуатація першої комерційної системи мобільного зв'язку на базі технології CDMA IS-95 в Гонконзі.

Еволюція стандарту

У своєму виступі щодо безпеки і конфіденційності цифрових безпровідних комунікацій в березні 1997 р. президент Qualcomm Dr. Irwin M. Jacobs говорив про те, що CDMA – унікальна з точки зору безпеки, оскільки забезпечує високий ступінь захищеності розмови від прослухування. «Вона практично робить неможливим створення пристрою, що дозволяє сканувати канали передачі і прослухувати які б то не було розмови в мережах CDMA».

Принцип роботи CDMA – переклад мови в цифрову інформацію, яка передається як радіосигнал по безпровідній мережі. Використовуючи унікальне кодування для розпізнавання кожного окремого дзвінка, CDMA робить можливим використання хвиль багатьма людьми одночасно – без перешкод, спотворень або втрати зв'язку, оскільки дозволяє забезпечити унікальний метод шифрування, який міняється для кожної нової розмови. В процесі шифрування може бути використано до 4,4 трлн різних код. «Батько» CDMA – компанія Qualcomm – визнає, що не існує технології, яка була б повністю захищена від «зломів», і постійно збільшує стійкість технології CDMA в плані її безпеки.

У 1999 р. Міжнародний союз по телекомунікаціях (International Telecommunication Union, ITU) стандартизував третє покоління безпровідного зв'язку (3g), яке може зробити реальними високошвидкісну передачу даних і інші можливості. Стандарт 3g включає три режими роботи, не засновані технології CDMA. Сьогодні більше 50 провідних виробників вже отримали ліцензії Qualcomm на використання нової технології.

З огляду на те, що стандарт Cdma2000 був розроблений як досконаліший в порівнянні із стандартами попереднього покоління, що довели свої переваги систем CDMA, Cdma2000 забезпечує найшвидший, простіший і прибутковий шлях до сервісів 3g. Тоді як всі технології 3g (Cdma2000, WCDMA і TD-SCDMA) можуть бути життєздатні після довгого часу за виробничими показниками, комерційним успіхом і визнанням ринку.

Технологія Cdma2000 1x підтримує сервіси передачі і голосу, і даних в рамках звичайного 1,25 мегагерцового CDMA-канала і забезпечує безліч експлуатаційних переваг для інших технологій. Перш за все, вона практично подвоює потужність старіших CDMA-систем (враховуючи навіть крупніші доходи TDMA і GSM), сприяючи розвитку голосових сервісів і нових безпровідних сервісів Інтернет. Крім того, технологія забезпечує середні швидкості передачі даних від 50 до 90 кб/с (це набагато швидше, ніж дозволяє середнє dial-up з'єднання), аж до 144 кб/с.

Еволюція платформ і рішень

Розвиток самого стандарту для нового покоління мобільного зв'язку, безумовно, стимулює і створення нових рішень для всіх, хто працює над підвищенням якості і збільшенням кількості нових послуг мобільного зв'язку на базі CDMA.

Qualcomm активно підтримує всі розробки на базі стандарту і вивела на ринок вже другу версію програмного інструментарію BREW SDK для пристроїв безпровідного зв'язку.

BREW, Binary Runtime Environment for Wireless – орієнтована на CDMA програмна платформа для стільникових телефонів, смартфонов, коммуникаторов, КПК і так далі Це щось ніби моста між процесорами мобільних пристроїв і додатками для них, написаними на мові високого рівня. Основний конкурент BREW – Java Mobile Edition (J2me), просувна Sun.

BREW – повне, відкрите до змін рішення для створення і поширення додатків, конфігурації пристроїв, розрахунку вартості послуг і оплати. Провайдер безпровідних послуг, розробник або виробник – BREW – всім їм відкриває можливості для легкої і швидкої реалізації повного спектру технологічних і ділових досягнень в області безпровідних послуг.

Закінчене, але, в той же час, гнучке вирішення BREW включає базову систему додатків і їх перенесення для виробників устаткування, BREW Sdk™ (Software Development Kit – пакет розробки програмного забезпечення) і систему поширення BREW Distribution System (BDS) – потужний віртуальний сервіс, який об'єднує провайдерів і розробників в області безпровідного зв'язку.

BREW надає розробникам програмного забезпечення необхідні інструменти і підтримку, завдяки яким можна легко створювати додатки для безпровідних пристроїв. На його базі можна створювати безпровідне устаткування, що відповідає всім вимогам, крім того, що скорочує час виробництва і витрати на впровадження. BREW позволіяющийся асортимент додатків. Для користувачів тут теж є вельми істотна перевага: можливість персоніфікувати свої пристрої, які можуть викачувати по мережі різні застосування безпосередньо на телефон користувача без участі оператора.

Основна особливість нової версії набору для розробників BREW – покращувана підтримка додатків для електронної комерції і посилені функції безпеки.

Серед інших можливостей і новин BREW SDK – розширені інтернет-функції, включаючи роботу з HTML, XHTML (заснований на XML мова розмітки гіпертексту, максимально наближений до поточних стандартів HTML), chtml (compact HTML, мова розмітки для мобільних пристроїв), компоненти для браузеров, SMS-функции, розширена підтримка служби gpsone. Можна оцінити і багатші графічні і мультимедійні можливості: підтримку JPEG, спрайту і звукового формату CMX (Compact Multmedia extentions CMX, для одночасного відтворення музики MIDI, голосу, зображення).

Важливим моментом є просте портірованіє застосувань на різні пристрої: тут приділена увага перенесенню розробок на апарати з малим об'ємом пам'яті (наприклад, безпровідні модемні модулі або недорогі телефони). Виробникам пристроїв надається можливість при компіляції вибирати компоненти BREW, що включаються, і залишати тільки необхідні.

Отже, світ змінився. І вже сьогодні за допомогою BREW оператори безпровідних мереж можуть запропонувати більшу кількість послуг своїм користувачам, ніж коли-небудь, тим самим збільшуючи ARPU з мінімальними зусиллями і нульовими витратами на створення додатків. Це означає, що розвивати бізнес на базі нових технологій CDMA не лише цікаво, але і вигідно.

Принципи побудови мереж CDMA

Про стрімке завоювання CDMA світового ринку телекомунікацій говорять наступні цифри. Не дивлячись на відносну новизну (перша стільникова система рухливого радіозв'язку спільного користування в цьому стандарті була відкрита для комерційної експлуатації у вересні 1995 р. в Гонконзі), вже в 1996 р. в Південній Кореї працювала комерційна мережа з 2 млн. користувачів. У цьому ж році в США 60% новій номерній ємкості було введено за допомогою стандарту CDMA, який міцно утримує перше місце як по кількості охоплюваного населення, так і по числу операторів, що використовують дану технологію. Мережі цього стандарту розповсюдженні в сусідніх з Україною державах - Росії, Молдові і Польщі.

Загальні відомості

Система CDMA побудована по методу прямого розширення спектру частот на основі використання 64 видів псевдовипадкових послідовностей (ПСП), сформованих згідно із законом функцій Уолша. Мовні повідомлення передаються за допомогою мовоперетворюючого пристрою з алгоритмом Celр. Використання системи переривистої передачі мови на основі детектора активності мови і вокодера з алгоритмом CELP у поєднанні із змінною швидкістю перетворення аналогового мовного сигналу в цифровій сприяє зниженню взаємних перешкод в мережі і збільшенню її ємкості. Це відбувається через те, що абонентський термінал (АТ) випромінює сигнал тільки на інтервалах активності мови, які складають близько 35% тривалості розмови. На лінії від базової станції до абонентського терміналу ("вниз") адресною ознакою кодового каналу служить одна з 64 ортогональних функцій Уолша, а на лінії "вгору" - квазіортогональні довгі ПСП. Зв'язок в системі CDMA організовується за стільниковим принципом з використанням всіх типових елементів стільникової мережі рухливого радіозв'язку. При відношенні енергії інформаційного символу до спектральної щільності шуму 7...8 дб і допустимій частоті помилок 1% можна організувати 60 активних каналів на трьохсекторну стільнику. Для синхронізації роботи мережі використовуються сигнали, що приймаються з радіонавігаційних супутників GPS за допомогою спеціального приймача, що входить до складу базової станції (БС).

Діапазон робочих частот від АТ до БС лежить в межах 824-849 Мгц, а у зворотному напрямі - в межах 869-894 Мгц. Таким чином, дуплексне рознесення рівне 45 Мгц. Спільна смуга частот кожного радіоканалу - 1,23 Мгц. По краях робочого діапазону частот, виділеного операторові мережі CDMA, рекомендується передбачити наявність захисних смуг. Якщо по сусідству працює система AMPS, ширина захисної смуги повинна складати 270 кгц, якщо яка-небудь інша система зв'язку - захисну смугу слід збільшити до половини основної смуги, тобто до 615 кгц. Стандарт CDMA дає можливість використовувати одну і ту ж частоту, що несе, по всій мережі у всіх сотах. Коефіцієнт повторного використання частоти для CDMA дорівнює 1.

Взаємодія базової станції і терміналу

Базова станція, керована контроллером і сполучена з ТФОП за допомогою інтерфейсу, як який зазвичай використовується так званий центр комутації рухливого зв'язку, може одночасно використовувати 64 канали передачі, з яких один канал, - пілотний, один - для синхронізації, сім каналів - для персонального виклику, останні 55 - для передачі мовних повідомлень. У напрямі "вниз" канали називають прямими. Пілотний канал використовується для початкової синхронізації АТ з мережею і для контролю за сигналами БС за часом, частоті і фазі. Канал синхронізації забезпечує ідентифікацію БС, контроль рівня випромінювання пілотного сигналу, а також фазу ПСП БС. Канал виклику використовується для виклику АТ і для призначення після встановлення з'єднання каналу зв'язку. Канал прямого трафіку служить для передачі мовних повідомлень і даних. У нім організований також безперервний субканал управління потужністю шляхом заміщення декілька біт мовних даних із швидкістю 800 біт/с. Передача "0" означає, що абонентська станція повинна збільшити рівень своєї вихідної потужності на 1 дб, а передача "1" - зменшити на 1 дб. Максимально можлива швидкість зміни потужності складає 16 дб (у 40 разів) протягом 20 мс. Динамічний діапазон регулювання - 84 дб.

Таке регулювання дозволяє АТ працювати з мінімально необхідною потужністю випромінювання, даючи можливість БС приймати сигнали абонентських терміналів з практично однаковим рівнем потужності незалежно від видалення. Це забезпечує як мінімізацію взаємних перешкод в мережі і збільшення її ємкості, так і вищу екологічну безпеку АТ для користувача. Проте при планеруванні мережі необхідно враховувати, що розмір сотів має бути приблизно однаковий. Інакше виникають перешкоди від АТ, що знаходяться в сусідніх сотах. Радіус соти в місті може досягати 4-5 км., в сільській місцевості - від 7-8 до 25-30 км., залежно від рельєфу місцевості і висоти розташування антен. У напрямі від АТ до БС канали називають зворотними. До їх числа входять канал доступу і канал зворотного трафіку. Канал доступу використовується для встановлення викликів і відповідей на повідомлення, передавані по каналу виклику, і для передачі команд і запитів на реєстрацію в мережі.

У кожному каналі БС при передачі використовується одна з 64 послідовностей Уолша. Зміні знаку біта інформації відповідає поворот на 180 градусів фази використовуваної послідовності. Унаслідок ортогональності послідовностей перешкоди між каналами передачі відсутні. Вони виникають тільки від сусідніх БС, що працюють на тій, що тій же несе і використовують ту ж послідовність, але з іншим циклічним зрушенням. У абонентському терміналі ортогональні сигнали використовуються для підвищення перешкодостійкості каналів. При цьому кожній групі з 6 біт інформаційного повідомлення відповідає одна з 64 послідовностей Уолша. Різні циклічні зрушення ПСП в абонентських терміналах дозволяють БС при прийомі розділити сигнали від АТ.

Абонентський термінал може знаходитися в одному з чотирьох станів: ініціалізації, черговому, доступу, активному. В стані ініціалізації АТ веде пошук пілотного каналу на нульовій функції Уолша. Виявивши його, він знаходить на 32-ій функції Уолша канал синхронізації. З повідомлення, передаваного по каналу синхронізації, АТ отримує дані про конфігурацію системи і її тимчасовій структурі. На наступному етапі АТ входить в режим чергового стану, виявляє канал персонального виклику і веде безперервний контроль за повідомленнями, що поступають. Ці повідомлення від БС можуть містити всі необхідні дані, щоб ініціювати виклик або прийняти його від іншого абонента. В разі проходження виклику АТ переходить в стан доступу. При успішній спробі доступу АТ входить в активний стан.

Передача повідомлень

Передача повідомлень в мережі здійснюється кадрами. При цьому в каналах застосовуються: згортальне кодування "вниз" із швидкістю 1/2, "вгору" - 1/3, декодер Вітербі з м'яким рішенням, передаваних повідомлень. Використовувані принципи прийому дозволяють аналізувати помилки в кожному інформаційному кадрі і стирати кадр при перевищенні допустимого рівня, тим самим підтримуючи високу якість передачі мови. Крім того, в системі CDMA використовуються роздільна обробка відбитих від будівель сигналів, що приходять з різними затримками, і подальше їх вагове складання, що значно знижує негативний вплив ефекту многолучевості. При роздільній обробці променів в кожному каналі прийому на БС використовуються чотири що паралельно працюють корелятора, а в ношеному абонентському терміналі - три корелятори.

У системі CDMA передбачений режим м'якої естафетної передачі (soft handoff) під час переходу абонента з соти в стільнику. При цьому АТ підтримує зв'язок одночасно з двома або трьома БС, проводячи безперервний пошук всіх пілот-сигналов на робочій частоті з фіксацією їх рівнів. В разі виявлення досить сильного пілот-сигнала, що не належить до обслуговуючого його вічка (сектору), він посилає повідомлення своєї базової станції. На основі повідомлень, що поступають від різних БС, контроллер базових станцій приймає рішення, яка БС буде залучена в процедуру естафетної передачі, призначає цій БС вільну функцію Уолша з належного набору і повідомляє їй код АТ. Обслуговуючою БС поступає команда направити АТ повідомлення про початок процедури естафетної передачі. Абонентський термінал, що приймає інформацію одночасно від двох БС, вибирає кращий мовний кадр з двох. Аналогічним чином мережевий інтерфейс, приймаючи одну і ту ж інформацію від двох БС, вибирає кращу на основі покадрового порівняння.

CDMA: канальна структура

При першому знайомстві з канальною структурою читач стикається з великою кількістю загадкових абревіатур. Але насправді принцип їх утворення досить простий: спочатку одна або дві англійські букви, що позначають спеціальну характеристику (ознаку) даного логічного каналу (див. таблицю), потім ще дві букви - завжди CH (Channel). Підхід зберігається незалежно від стандарту.

Класифікація та типові позначення каналів

Ознака	Позначення	Назва каналу
Напрямок зв'язку	F	Прямий (Forward)
	R	Зворотній (Reverse)
Тип канала	L	Логічний (Logical)
	P	Фізичний (Physical)
Назначение канала	A	Доступ (Access)
	P	Викличний (Paging)
	S	Сигналізації (Signaling)
	T	Трафіку (Traffic)
Спосіб організації зв'язку	A	Суміщений (Associated)
	B	Широкомовний (Brodcast)
	С	Загальний (Common)
	D	Виділений (Dedicated)
	SD	Автономний (Stand-alone)
Допоміжні канали	A	Допоміжний (Auxiliary))
	PI	Пілот-сигналу (Pilot)
	S или SYNC	Синхроканал (Synchronization)

Важливу роль у системах на базі CDMA грає канал передачі пілот-сигналу (Pilot Channel), що випромінюється кожною базовою станцією безперервно в широкомовному режимі і може бути прийнятий одночасно всіма мобільними станціями, розташованими в зоні її обслуговування. Для встановлення початкової синхронізації використовується синхроканал F-SYNC. Традиційно передача дзвінків з базової станції на мобільний здійснюється за допомогою пейджингового каналу PCH (Paging Channel), а багатостанційний доступ реалізується через ACH (Access Channel).

Для надання різних послуг зв'язку в CDMA використовуються два типи каналів. Перший з них називається фундаментальним (FCH, Fundamental Channel), а другий - додатковим (SCH, Supplemental Channel). Послуги, які надаються через цю пару каналів, залежать від схеми організації зв'язку. Канали можуть бути адаптовані для певного виду обслуговування та працювати з різними розмірами кадру, використовуючи будь-яке значення швидкості з двох швидкісних рядів: RS-1 (1500, 2700, 4800 і 9600 біт / с) або RS-2 (1800, 3600, 7200 і 14 400 біт / с). Визначення і вибір швидкості прийому здійснюється автоматично.

З третім поколінням CDMA все набагато складніше. У cdma2000 збережена існуюча канальна структура, однак кількість видів каналів збільшена до 15. Перш за все, введені три додаткових пілот-сигнали: два допоміжних у прямому каналі - CAPICH (Common Auxiliary PICH) і DAPICH (Dedicated Auxiliary PICH) і одна в зворотному - R-PICH. CAPICH використовується за наявності на базової станції рознесених антен, DAPICH - при використанні абонентських антен з вузьким променем спрямованості, а R-PICH виконує початкову синхронізацію для базової станції.

Крім того, для організації зв'язку в прямому і зворотному напрямках додатково введені загальний (CCCH, Common CCH) і виділений (DCCH, Dedicated CCH) канали управління, які за призначенням аналогічні каналах PCH (у прямому каналі) і ACH (в зворотному каналі).

На відміну від IS-95 і cdma2000 в стандартах UTRA (ETSI, Європа) і W-CDMA (ARIB, Японія) запропонований інший принцип розподілу каналів, заснований на обліку взаємозв'язку між об'єктами різних ієрархічних рівнів. При цьому можуть бути виділені три типи каналів:

1. логічні, які обслуговуються на підрівні L2/LAC і забезпечують взаємодію між протоколами L2/MAC і #більш високими рівнями;
2. транспортні, які обслуговуються на підрівні L2/MAC і забезпечують взаємодію між протоколами #фізичного і більш високих рівнів;
3. фізичні, що формуються на самому нижньому рівні L1.

Існують дві групи логічних каналів: управління CCH (Control Channel) і трафіку TCH (Traffic Channel). По каналах управління передаються викличні та службові повідомлення, сигналізація, команди управління потужністю і діаграмою спрямованості, а по каналу трафіку - інформаційні потоки.

Канали управління, в свою чергу, поділяються на загальні (CCCH, Common CCH) і виділені (DCCH, Dedicated CCH). У рекомендації МСЕ (ITU-R M.1035) був також запропонований третій тип каналу - жорстко закріплений, що одержав позначення (LCCH, Leash CCH). В даний час в системах на базі протоколу CDMA він не використовується.

Загальні канали CCCH призначені для передачі керуючої інформації та сигналізації в режимі, не орієнтованому на з'єднання. Є чотири види таких каналів: широкомовні (BCCH, Broadcast CCH), прямого доступу (FACH, Forward ACH), пейджингові PCH і довільного доступу (RACH, Random ACH).

Двосторонній радіозв'язок між базовою і мобільного станціями здійснюється по двох каналах. У мережах з комутацією каналів дані передаються по виділеному каналу трафіку (DTCH, Dedicated TCH), а пакетна інформація - по каналу передачі абонентських пакетів (UPCH, User Packet Channel).

Транспортні канали, що зв'язують фізичний рівень з більш високими, так само як і логічні, поділяються на дві групи: загальні CCH, які не потребують ідентифікації мобільної станції в робочій смузі, і виділені DCH, в яких мобільна станція однозначно пов'язана з фізичним каналом, тобто з певним кодом і частотою. Перші доступні групі абонентів - зв'язок організовується одночасно між базовою і декількома мобільними станціями, а по виділеному передаються дані або сигналізація.

Одне з відмінностей між проектами W-CDMA і UTRA полягає в різному числі типів виділених каналів. У W-CDMA один тип - DTCH, а в UTRA їх аж три: DTCH, автономний (SDCCH, Stand-alone DCCH) і суміщений (ACCH, Associated CCH). У каналі DTCH передбачено швидка зміна швидкості передачі (кожні 10 мс). ACCH використовується для спільної передачі керуючої інформації з потоку даних.

Фізичні канали визначають якісні показники та режими передачі інформації. Їх головні характеристики - код, частота і фазовий зсув. Вони також поділяються на загальні (CPCH, Common Physical Channel) і виділені (DPCH, Dedicated Physical Channel) канали. За загальним каналу управління (CCPCH, Common Control Physical Channel) передається виклична керуюча інформація. Для передачі символів пілот-сигналу використовується окремий канал синхронізації (SCH, Synchronization Channel).

Для організації зв'язку з конкретним користувачем виділено спеціальний канал DPCH, по якому передаються як інформація абонента, так і управляючі сигнали, допоміжні пілот-символи керування діаграмою спрямованості антени, а також біти управління потужністю та інші службові дані.

Унікальність технології з кодовим поділом каналів полягає в тому, що кожний логічний канал відображається на фізичний «індивідуально», з притаманними йому швидкістю передачі і кодом.

Так як число каналів на мережевому рівні значно більше, ніж на канальному, то в одному транспортному каналі зазвичай поєднують кілька низькошвидкісних логічних (рис. 2). При переході від транспортного до фізичного рівня канали теж можна об'єднувати, при цьому прийнято пейджингового канал PCH і канал доступу FACH відображати на загальний фізичний канал «вниз», а канал доступу RACH - на загальний фізичний канал «вгору».

Переваги стандарту

Система безпровідного доступу, побудована за технологією CDMA, забезпечує стандартний набір мовних і немовних послуг, типовий для цифрових стільникових систем другого покоління. Цей набір включає передачу мови з високою якістю, передачу даних і факсограмм, а також додаткові послуги: переклад з'єднання на іншого абонента, конференц-зв'язок і голосову пошту. Проте описані вище принципи побудови системи CDMA визначають наступні її переваги перед іншими стандартами стільникового зв'язку, роблячи цю технологію привабливішою як для операторів, так і для абонентів. Технологія CDMA забезпечує велику ємкість мережі в порівнянні з іншими відомими технологіями побудови стільникових мереж за рахунок як більшого числа каналів на 1 Мгц виділеної смуги частот, так і повторного використання каналів зв'язку на даній території. Наприклад, допустиме співвідношення сигнал/перешкода в каналах GSM складає 9 дб, в аналогових каналах - 17...18 дб. Це дозволяє забезпечити повторне використання частот при меншому територіальному рознесенні базових станцій і тим самим збільшити ємкість мереж GSM приблизно удвічі в порівнянні з аналоговим стандартом TAGS, а при використанні напівшвидкісного мовного кодека - в чотири-п'ять раз. Стандарт CDMA дає можливість використовувати одну і ту ж частоту по всій мережі у всіх сотах. Ємкість в даному випадку збільшиться по відношенню до AMPS до десяти разів. До додаткового підвищення ємкості приводить і використання детектора активності мови і вокодера з алгоритмом CELP. Порівняльні характеристики систем стандартів CDMA і TDMA приведені в таблиці.

Використання у всіх сотах однієї і тієї ж частоти приводить, по суті, до виключення необхідності частотного планерування при проектуванні мережі. Планерування зводиться до того, щоб соти за розміром були приблизно однакові. Крім того, технологія обробки сигналу з ефектом багатопроменевого поширення підвищує інтенсивність сигналу, дозволяючи збільшити розмір соти.

Оскільки в технології CDMA інформація розподілена по широкому спектру і кодована, сигнал важко виявити і прослухати. Тобто технологія безпечніша в порівнянні з іншими стільниковими системами з точки зору захисту інформації. Кодування мовних сигналів із змінною швидкістю дозволяє мовним бітам передаватися з тією швидкістю, яка необхідна для забезпечення високої якості мови. Це економить заряд батареї мобільного телефону, збільшуючи тривалість розмови. До цього ж приводить пониження потужності АТ до мінімально необхідною для роботи в мережі. Додатковою перевагою є велика екологічна безпека системи (випромінювана потужність мінімальна і, крім того, розподілена по широкому спектру частот). Реалізація "м'якого" переходу з соти в стільнику (з сектора в сектор) виключає переривання розмови при перетині абонентом кордону соти.

Характеристики і їх опис

• Висока пропускна спроможність.

Польові випробування, що проводилися в різних умовах, підтвердили, що при високому навантаженні пропускна спроможність систем CDMA в середньому в 15 разів перевищує пропускну спроможність аналогових систем. Нарешті, при використанні існуючих вокодеров, які працюють на половиною швидкості передачі, пропускна спроможність збільшується ще в 1,7 разу. Додаткова секторизация (понад 3) також збільшує пропускну спроможність.

• Високоякісний зв'язок.

Вокодер, що працює на змінній швидкості передачі, забезпечує перетворення мовних сигналів в цифрову форму і високоякісне відтворення мови. Фонові сигнали заглушаються навіть при великому навантаженні. Метод м'якої передачі абонента (перемикання абонента з одного радіоканалу на іншій), вживаної в системах CDMA, забезпечує майже прозору передачу викликів між сотами. Такий надійний метод передачі практично виключає втрату викликів і знижує навантаження на комутаційне устаткування.

• Можливість подальшої еволюції системи.

У існуючій системі передбачені пошукові служби і цифрова передача даних. Можуть бути передбачені і вищі швидкості передачі. Портативні абонентські станції, засновані тільки на методі CDMA і сумісні із стільниковими системами і УАТС, можуть відповідати перспективним вимогам.

• Можливість введення нових функцій.

За бажання з одного і того ж апарату можна отримати вихід до безпровідної УАТС, домашньому безпровідному телефону, суспільним безпровідним цифровим телефонним апаратам, до мережі персональний зв'язку і до стільникових мереж. Забезпечуються інтерфейси з УАТС, мережею ISDN і комутованою телефонною мережею загального користування. Цифрові сигнали управління дозволяють організувати цілий ряд служб передачі даних, які можна додавати у міру того, як компанія-оператор вводитиме новий послуги. Вокодер із змінною швидкістю передачі і передбачена можливість передачі даних дозволяють вводити різні рівні обслуговування. Передбачені в системі вимірювання рівня сигналу і його затримки дозволяють визначати положення рухомої станції.

• Секретність зв'язку.

Цифрова форма сигналів, передача в широкій смузі частот, захист інформації для кожного адресата - все це забезпечує значно вищу, ніж в інших системах, секретність зв'язку.

• Простота переходу (і сумісність з аналоговими системами).

CDMA дозволяє майже потроїти пропускну спроможність, що існує в аналогових мережах, і забезпечує вищу якість обслуговування. Пропускна спроможність і радіопокриття дозволяють вводити CDMA при значно меншому числі сотів, чим на існуючих мережах. Зона радіо покриття антени і секторизация не залежать від соти і не так тісно зв'язані, як у вузькосмугових система. Подальше розширення може бути поетапним і може бути місцевим (щоб швидко забезпечити радіопокриття в якомусь одному місці) або глобальним.

Принцип роботи CDMA

Принцип роботи систем стільникового зв'язку (ССС) з кодовим поділом каналів можна пояснити на такому прикладі.

Припустимо, що ви сидите в ресторані. За кожним столиком перебуває двоє людей. Одна пара розмовляє між собою англійською мовою, інша українською, третя на німецькій і т.д. Виходить так, що в ресторані всі розмовляють в один і той же час на одному діапазоні частот (мова від 3 кГц до 20 кГц), при цьому ви, розмовляючи зі своїм опонентом, розумієте тільки його, але чуєте всіх.

Так само і в стандарті CDMA передається в ефірі інформація від базової станції до мобільного або навпаки потрапляє до всіх абонентів мережі, але кожен абонент розуміє тільки ту інформацію, яка призначена для нього, тобто росіянин розуміє тільки російянина, німець тільки німця, а решта інформації відсіюється. Мова спілкування в даний момент є кодом. У CDMA це організовано за рахунок застосування кодування переданих даних, якщо точніше, то за це відповідає блок множення на функцію Уолша.

На відміну від стандарту GSM, який використовує TDMA (Time Division Multiple Access - багатостанційний доступ з кодовим поділом каналу, тобто кілька абонентом можуть розмовляти на одній і тій же частоті, як і в CDMA, але на відміну від CDMA, в різний час), стандарт IS-95 діапазон частот використовує більш економічно.

CDMA називають широкосмугового системою і сигнали, що йдуть у ефірі шумоподібним. Широкосмугова - тому, що займає широку смугу частот. Шумоподібних сигнали - тому, що коли в ефірі на одній частоті, в один і той же час працюють декілька абонентів, сигнали накладаються один на одного (можна уявити шум у ресторані, коли всі говорять одночасно). Перешкодостійкий - тому, що при виникненні в широкій смузі частот (1,23 Мгц) сигналу-перешкоди, вузького діапазону (<150кГц), сигнал візьметься майже неспотворений. За рахунок перешкодостійкого кодування втрачені дані система відновить, див. рис 1, де показано корисний сигнал і перешкода (СЗС - селективна перешкода).

Рис. 1

А в стандарті GSM таке не вийде. Через те, що GSM сам вузькосмуговий. Ширина смуги, що використовується, дорівнює 200 кГц.

У каналах системи CDMA застосовується звертувальне кодування, декодер Вітербо з м'яким рішенням. Загальна смуга каналу зв'язку становить 1,25 Мгц.

Основні характеристики CDMA

Діапазон частот передачі MS	824,040 – 848, 860 Мгц
Діапазон частот передачі BTS	869,040 – 893,970 мгц
Відносна нестабільність несучої частоти BTS	+/- 5*10^-8
Відносна нестабільність несучої частоти MS	+/- 2,5*10^-6
Вид модуляції несучої частоти	QPSK(BTS), O-QPSK(MS)
Ширина спектра випромінюваного cигнала: :                      за рівнем мінус 3 Дб                      за рівнем мінус 40 Дб	1,25 Мгц  1,50 Мгц
Тактова частота ПСП М-функції	1,2288 Мгц
Кількість каналів BTS на 1 несучої частоті	1 пілот-канал   1 канал синхронізації  7 каналів персонально дзвінка  55 каналів зв'язку
Кількість каналів MS	1 канал доступу   1 канал зв'язку
Швидкість передачі даних:  У каналі синхронізації   У каналі перс.визова і доступу  У каналах зв'язку	1200 бит/с  9600, 4800 бит/с  9600, 4800, 2400, 1200 бит/с
Кодування в каналах передачі BTS	Зверточний код R=1/2, К=9
Кодування в каналах передачі MS	Зверточний код R=1/3, K=9
Необхідне для прийому відношення енергії біта інформації	6-7 дБ
Максимальна ефективна випромінювана потужність BTS	50 Вт
Максимально ефективна випромінювана потужність MS	6,3 – 1,0 Вт

Порядок проходження мовних даних в мобільній станції до моменту відправлення в ефір

1. Мовний сигнал надходить на мовної кодек.На цьому етапі мовний сигнал оцифровується і стискається за алгоритмом CELP ..
2. Далі сигнал надходить на блок перешкодостійкого кодування, який може виправляти до 3-х помилок у пакеті даних.
3. Далі сигнал надходить до блоку переміжного сигналу. Блок призначений для боротьби з пачками помилок в ефірі. Пачки помилок - спотворення кількох біт інформації поспіль. Принцип такий. Потік даних записується в матрицю по рядках. Як тільки матриця заповнена, починаємо з неї передавати інформацію по стовпцях. Отже, коли в ефірі спотворюються поспіль кілька біт інформації, при прийомі пачка помилок, пройшовши через зворотну матрицю, перетвориться в одиночні помилки.
4. Далі сигнал надходить до блоку кодування (від підслуховування). На інформацію накладається маска (послідовність) довжиною 42 біта. Ця маска є секретною. При несанкціонованому перехоплення даних в ефірі неможливо декодувати сигнал, не знаючи маски. Метод перебору всіляких значень не ефективний тому при генерації цієї маски, перебираючи всілякі значення, доведеться генерувати 8.7 трильйона масок довжиною 42 біта. Хакер, користуючись персональним комп'ютером, пропускаючи через кожну маску сигнал і перетворюючи його в файл звукового формату, потім, розпізнаючи його на наявність мови, витратить багато часу.
5. Блок на код Уолша. Цифровий потік даних перемножується на послідовність біт, згенерованих по функції Уолша. На цьому етапі кодування сигналу відбувається розширення спектру частот, тобто кожний біт інформації кодується послідовністю, побудованої за функцією Уолша, довжиною 64 біта. Швидкість потоку даних в каналі збільшується в 64 рази. Отже, в блоці модуляції сигналу швидкість маніпуляції сигналу зростає, звідси і розширення спектру частот. Так само функція Уолша відповідає за відсів непотрібної інформації від інших абонентів. У момент початку сеансу зв'язку абоненту призначається частота, на якій він буде працювати і один (з 64 можливих) логічних каналів, який визначає функція Уолша. У момент прийняття сигнал за схемою проходить у зворотний бік. Прийнятий сигнал множиться на кодову послідовність Уолша. За результатом множення обчислюється кореляційний інтеграл.Якщо Z порогова відповідає граничному значенню, отже, сигнал наш. Послідовності функції Уолша ортогональні і володіють хорошими кореляційними і автокореляційних властивостями, тому ймовірність сплутати свій сигнал з чужим дорівнює 0.01%.
6. Блок перемножування сигналу на дві М-функції (М1 - довжиною 15 біт, М2 - довжиною 42 біта) або ще їх називають ПСП-псевдовипадковими послідовностями.
7. Блок призначений для перемішування сигналу для блоку модуляції. Кожній призначенії частоті призначаються різні М-функції.
8. Блок модуляції сигналу. У стандарті CDMA використовується фазова модуляція ФМ4, ОФМ4.

Налаштування підключення інтернету в Linux

Розглянемо підключення на прикладі модему Novatel U720, ISP - InterTelecom

В терміналі набереємо sudo nano /etc/modules, повинен відкритися текстовий редактор nano. Якщо у файлі є anydata, то видаляємо його, і пишем:

usbserial vendor=0x16d5 product=0x6501

зберігаємо (Ctrl+X, Y, Enter). Далі необхідно виконати:

sudo rmmod anydata usbserial

sudo modprobe usbserial vendor=0x16d5 product=0x6501

sudo nano /etc/ppp/peers/cdma

у файл який відкрився вставляєм:

debug
noipdefault
defaultroute
ipcp-accept-local
lcp-echo-interval 60
lcp-echo-failure 5
usepeerdns
nopcomp
noauth
noaccomp
nodetach
user "КОРИСТУВАЧ"
connect "/usr/sbin/chat -s -S -V -t 5 -f /etc/ppp/cdma.chat"

Зберігаєм і виходимо.

Так само створюємо «/etc/ppp/cdma.chat» і вписуємо:

'' ''
'' 'ATZ'
'OK' 'ATI'
'OK' 'ATDT#777'
'CONNECT' 'ATO' 

зберігаєм і виходим(#777 номер дозвону).

Відкриваєм файл «/etc/ppp/pap-secrets» і дописуєм:

"КОРИСТУВАЧ" * "ПАРОЛЬ" 

Набираємо команди:

sudo ln -sf /dev/ttyUSB0 /dev/modem

sudo pppd /dev/modem 115200 file /etc/ppp/peers/cdma user КОРИСТУВАЧ

Для відключення нету потрібно набрати:

sudo killall -w pppd

Налаштування модемів CDMA

Інструкція з встановлення телефонів CDMA-450 в якості радіо-модемів

Підключення кабелю передачі даних:

Крок 1. З'єднайте кабель передачі даних і телефон.

Крок 2. Підключіть кабель передачі даних у роз'єм USB на комп'ютері.

Крок 3. Встановіть який є в комплекті драйвер для даного кабелю, відповідно до інструкції на що додається до кабелю диск.

Примітка: Після успішної установки драйвера з'явиться новий пристрій UBIQUAM CDMA USB Modem. Панель управління -> Система -> Устаткування -> Диспетчер пристроїв -> Модеми.

Крок 4. Створіть нове мережеве підключення використовуючи модем UBIQUAM CDMA USB Modem.

Створення Мережевого підключення:
1. Запустіть Майстер нових підключень через Панель управління -> Мережа і віддалений доступ до мережі -> Створення нового підключення.
2. У вікні "Тип мережевого підключення» оберіть "Телефонне підключення до Інтернету» та натисніть кнопку «Далі»

3. У діалоговому вікні оберіть "Настроїти з'єднання з Інтернетом вручну» та натисніть кнопку «Далі»

4. Виберіть «Я підключаюся до Інтернету вручну по телефонній лінії через модем» та натисніть «Далі».

5. Якщо в системі встановлено декілька модемів, то Майстер в наступному вікні «Виберіть пристрій» запропонує вибрати той модем, який буде використовуватися даними підключенням. Выберите UBIQUAM CDMA USB Modem. Виберіть UBIQUAM CDMA USB Modem. 6. У вікні «Відомості про підключення для облікового запису» в якості номера телефону вкажіть: # 777 і натисніть «Далі».

7. В якості імені користувача і пароля вкажіть: bwc та пароль bwcbwc і натисніть «Далі».

8. Як ім'я підключення введіть bwc.

9. У вікні «Налаштування облікового запису пошти Інтернету», натисніть «ні».

10. В окне «Завершение работы мастера подключения к Интернету» нажмите «Готово». У вікні «Завершення роботи майстра підключення до Інтернету», натисніть «Готово».

11. Створене підключення знаходиться: Для користувачів OC Windows 98SE, Me, дане з'єднання знаходиться Мій комп'ютер -> Мережа і віддалений доступ до мережі -> bwc
Для користувачів OC Windows XP з оригінальним виглядом меню «Пуск», Пуск -> Подключение -> bwc
Для користувачів ОС Windows XP c класичним видом меню «Пуск», Пуск -> Настройка -> Мережеві підключення -> bwc
Для користувачів OC Windows 2000, Пуск -> Настройка -> Мережа і віддалений доступ до мережі -> bwc
Залежно від версії та настройки ОС на Вашому комп'ютері можливо інше розташування пунктів меню.

11.1 Додаткова настройка модему (для OC Windows XP) - Kyosera KE-301; UbiquamU-100, 105,200,400.

Перед тим, як налаштовувати модем переконайтеся, що телефон підключений до комп'ютера.

1. Відкрийте на комп'ютері: Пуск -> Настройка -> Панель управління -> Телефон і модем
2. У вікні, що з'явилося виберіть закладку «Модеми»
3. Обери свій встановлений модем та натисніть кнопку «Властивості»
4. У вікні «Властивості модема» виберіть закладку «Додаткові параметри зв'язку»
5. У полі «Додаткові команди ініціалізації» пропишіть рядок ініціалізації модему: at + crm = 1; & C0
6. Увага! Необхідно ввести усі символи без пробілів.
7. Натисніть «ОК» - модем налаштований, приступайте до налаштування з'єднання

12. Натисніть на іконку «bwc»

На зовнішньому дисплеї телефону з'явиться повідомлення: PPP дані, «З'єднано».

Питання до технології CDMA

1. Які основні характеристики CDMA?
2. Чим відрізняються базові станції CDMA один від одної?
3. Що таке BREW?
4. Що позитивного та негативного має технологія CDMA?
5. Принцип роботи технології CDMA?
6. Яка структура CDMA?
7. За яким методом побудована система CDMA?
8. В яких чотирьох станах може знаходитися абонентський термінал?
9. За допомогою якого каналу здійснюється передача дзвінків з базової станції на мобільний?