CDMA

CDMA

CDMA (англ. Code Division Multiple Access - множинний доступ з кодовим поділом (МДКР)) - технологія зв'язку, зазвичай радіозв'язку, при якій канали передачі мають загальну смугу частот, але різні кодуючі послідовності. Найбільшу популярність на побутовому рівні отримала після появи мереж стільникового мобільного зв'язку.

Принцип роботи CDMA

Технологія множинного доступу з кодовим поділом каналів відома уже давно. У Радянському Союзі (СРСР), перша робота, присвячена цій темі була опублікована в 1935 році професором Дмитром Агеєвим. Було доведено, що за умовою використання лінійних методів виводиться три типи поділу сигналу: частотний, часовий і компенсаторний. Технологія CDMA була використана в 1957 році, коли молодий військовий радіоінженер Купріянович в Москві, зробив експериментальну модель автоматичного портативного мобільного телефону під назвою ЛК-1, з базовою станцією. ЛК-1 характеризувався вагою в 3 кг, робочою відстанню 20-30 км, і 20-30 годин автономної роботи. Базова станція, як описано автором, могла обслуговувати кілька клієнтів. У 1958 році Купріянович зробив нову експериментальну «кишенькову» модель мобільного телефону. Цей телефон важив 0,5 кг. Для того, щоб обслуговувати більше клієнтів, Купріянович запропонував пристрій, названий ним як «корелятор». У 1958 році СРСР також почав розробку «Алтай», національної цивільної служби мобільних телефонів для автомобілів, засновану на радянському стандарті МРТ- 1327. Система телефону важила 11 кг. Він був поміщений в багажниках автомобілів високопоставлених чиновників і використовувався через стандартну телефонну трубку в салоні автомобіля. Основні розробники системи «Алтай» були ВНДІЗ (Воронезький науково-дослідний інститут зв'язку) і ДСПІ (Державний спеціалізований проектний інститут). У 1963 році ця служба почала працювати в Москві, а в 1970 році «Алтай» вже використовувався в 30 містах СРСР.

Технологія кодового поділу каналів CDMA, завдяки високій спектральній ефективності стала радикальним рішенням подальшої еволюції стільникових систем зв'язку.

CDMA2000 є стандартом 3G в еволюційному розвитку мереж cdmaOne (заснованих на IS-95). При збереженні основних принципів, закладених версією IS-95A, технологія стандарту CDMA безперервно розвивається.

Подальший розвиток технології CDMA відбувається в рамках технології CDMA2000. При побудові системи мобільного зв'язку на основі технології CDMA2000 1Х перша фаза забезпечує передачу даних зі швидкістю до 153 кбіт / с, що дозволяє надавати послуги голосового зв'язку, передачу коротких повідомлень, роботу з електронною поштою, інтернетом, базами даних, передачу даних і нерухомих зображень.

Перехід до наступної фази CDMA2000 1X EV-DO Rev. 0 відбувається при використанні тієї ж смуги частот 1,23 МГц, швидкість передачі - до 2,4 Мбіт / с в прямому каналі і до 153 кбіт / с у зворотному, що робить цю систему зв'язку відповідною вимогам 3G і дає можливість надавати найширший спектр послуг, аж до передачі відео в режимі реального часу.

Наступною фазою розвитку стандарту в напрямку збільшення мережевої ємності і передачі даних є 1XEV-DO Rev A: передача даних зі швидкістю до 3,1 Мбіт / с у напрямку до абонента і до 1,8 Мбіт / с - від абонента. Оператори зможуть надавати ті ж послуги, що і на базі Rev. 0, а, крім того, передавати голос, дані і здійснювати широкомовлення по IP мережам. У світі вже є кілька таких діючих мереж.

Розробники обладнання CDMA зв'язку запустили нову фазу - 1XEV-DO Rev B, - з метою досягти наступних швидкостей на одному частотному каналі: 4,9 Мбіт / с до абонента і 1,8 Мбіт / с від абонента. До того ж буде забезпечуватися можливість об'єднання декількох частотних каналів для збільшення швидкості. Наприклад, об'єднання 15-ти частотних каналів (максимально можлива кількість) дозволить досягати швидкостей 73,5 Мбіт / с до абонента і 27 Мбіт / с від абонента. Застосування таких мереж - поліпшена робота чутливих до тимчасових затримок додатків типу VoIP, Push to Talk, відеотелефонія, мережеві ігри і т. ін.

Основними компонентами комерційного успіху системи CDMA2000 є більш широка зона обслуговування, висока якість мови (практично еквівалентну дротовим системам), гнучкість і дешевизна впровадження нових послуг, висока перешкодозахищеність, стійкість каналу зв'язку від перехоплення і прослуховування.

Також важливу роль відіграє низька випромінювана потужність радіопередавачів абонентських пристроїв. Так, для систем CDMA2000 максимальна випромінювана потужність складає 250 мВт. Для порівняння: в системах GSM-900 цей показник дорівнює 2 Вт (в імпульсі, при використанні GPRS + EDGE з максимальним заповненням; максимум при усередненні за часом при звичайній розмові - близько 200мВт). У системах GSM-1800 - 1 Вт (в імпульсі, середня трохи менше 100мВт).

Використання

CDMA використовується у багатьох комунікаційних системах, наприклад:

• Глобальна Система Позиціонування (GPS)
• система позиціонування Galileo
• супутникова система OmniTRACS для транспортної логістики.
• Стандарт мобільного телефону CDMA 1x на передачу даних на швидкості 153 Кб/с
• Стандарти 3G CDMA Rev.0, Rev.A, Rev.B для швидкісної передачі даних на швидкості до 14,7 Мб/с.

Переваги CDMA

Різниця в принципах роботи, більш широка смуга частот, що виділяється на CDMA-абонента, перетворюються на певні переваги CDMA над GSM. Для абонента вони полягають в:

• кращій якості передачі мови - велика смуга частот стійка до перешкод
• безпеці - з боку перехоплений CDMA сигнал виглядає як шум, виділити з нього окремого абонента важко
• менше енергоспоживання пристрою зв'язку - потужність сигналу в мережі CDMA менше, в порівнянні з GSM і лінійно залежить від відстані до базової станції. Це впливає і на безпеку, так як сигнал меншої потужності важче зафіксувати

Для операторів переваги CDMA полягають в більшій ємності базових станцій, їх радіусі дії, більш простий налаштування мережі, стійкості до перевантажень і можливості адаптації під конкретні завдання. CDMA-оператори можуть покривати більшу площу меншою кількістю обладнання, яке легше конфигурируется.

Виникає закономірне питання - якщо CDMA на стільки краще, чому найпоширенішим стандартом є GSM? Причини досить прості. На момент створення CDMA GSM вже існував, був вибір готових рішень як операторського обладнання, так і споживчого. Більш досконалий CDMA вимагав великих обчислювальних потужностей, створення нових рішень для менш поширеною технологією і, наприклад, звичайні телефони коштували дорожче своїх GSM-аналогів і були з ними не сумісними.

Крім цього, існувала проблема зручності для користувача. У мережі GSM ідентифікатором абонента є SIM-карта, на ній зберігається необхідна оператору інформація. Користувач, який бажає змінити старий мобільний телефон на новий, просто переставляв сімку. Для роботи в мережах CDMA необхідні дані записувалися (прошивалися) в сам телефон, в ньому в принципі не було слота для SIM-карти. Тому зміна мобільного телефону несла за собою необхідність візиту в салон оператора, а наявний телефон не можна було використовувати в інших країнах, наприклад, в роумінгу. Аналог SIM для CDMA з'явився в 2002 році, і отримав назву R-UIM. Почали з'являтися і телефони, що працюють як в CDMA, так і в GSM, проблема обмеженого вибору пристроїв поступово зважилася. Свою роль в цьому зіграли американські оператори, які стали локомотивом розвитку стандарту. На українському ринку CDMA оператори займають помітно меншою частку, вибір сумісних смартфонів або телефонів менше, але частина обладнання імпортують оператори, а користувачі при бажанні можуть самі купити підходящий смартфон на міжнародних майданчиках.

Якщо врахувати плюси і мінуси, вийде, що технології з споживчої точки зору виглядають порівнянними, остаточний вибір зводиться тільки до покриття оператора.

Еволюція CDMA

Озвучені висновки застосовні в першу чергу з точки звичайного телефонного спілкування, але розмови давно стали просто однією з послуг операторів на тлі інтернет-доступу.

Спочатку стандарт GSM забезпечував максимально можливу швидкість передачі даних до 9,6 кбіт / с. Технології GPRS і EDGE, які відносять до покоління 2G, дозволили розігнатися до теоретичних 474 кбіт / с. У третьому поколінні GSM-мереж UMTS для передачі даних використовується технологія WCDMA, яка є похідною від CDMA, в ній застосовується схоже кодове розділення каналів. Подальший розвиток технологій і впровадження HSPA + і DC-HSDPA (наприклад, у «Київстару» і «Лайфа») забезпечують теоретичну швидкість обміну даними в 42,2 Мбіт / с ( «Київстар», об'єднання двох «несучих») або навіть 63,3 Мбіт / с ( «Лайф», три «несучі»).

Початковий CDMA мав більший запас міцності і забезпечував швидкість передачі даних до 153 кбіт / с. Наступні фази розвитку стандарту вже класифікуються як 3G-мережі, для передачі даних використовується технологія EV-DO. Залежно від реалізованого покоління стандарту (Rev.) максимальна швидкість передачі даних в такій мережі змінюється від 2,4 / 0,153 Мбіт / с (Rev. 0, upload / download) до 73,5 / 27 Мбіт / с (Rev. B) . Природно, що наведені для кожного стандарту цифри є теоретичними, для всіх підключених абонентів таких швидкостей домогтися неможливо і реальна швидкість доступу виявляється в рази менше. Плюс, все залежить від реалізованих технологій. Наприклад, «Інтертелеком» в великих містах працює на стандарті Rev. B і забезпечує швидкість до 14,7 Мбіт / с.

Таким чином, в теорії можливо і подальші розвиток 3G мереж, нарощування швидкостей передачі даних, але з практичної точки зору рішення виглядає сумнівним. Наявні швидкості добре покривають запити користувачів (якщо не придумувати божевільних сценаріїв з роздачею торрентів в режимі 24/7), а технології тягнуть на собі зворотну сумісність з мережами 2G і підтримку роботи старих телефонів.

Висновки

Отже, на сьогоднішній день мережі CDMA розгорнуті на всіх континентах, охоплюючи більш 150 млн. абонентів. Причини зростання мереж CDMA зв'язку обумовлені технічними, економічними та екологічними перевагами цього стандарту.

Стандарт CDMA це:

• низькі тарифи

Одна базова станція покриває більшу територію і може обслуговувати більшу кількість абонентів, ніж базова станція інших операторів, що відповідно знижує витрати на будівництво мережі, а значить і вартість послуг для абонентів.

• бездоганна якість

Цифрова якість передачі мови - найвища з існуючих, в даний час стільникових систем зв'язку.

• Конфіденційність

Вбудований алгоритм кодування забезпечує повну конфіденційність розмов, гарантуючи захист від несанкціонованого доступу і прослуховування в ефірі.

• Екологічна безпека

Телефони працюють, використовуючи сигнал потужністю на рівні шуму. Завдяки цьому забезпечується висока екологічна безпека для користувача.