Code Division Multiple
Access - множественный доступ с кодовым
делением. В CDMA системах каждый голосовой поток отмечен своим уникальным кодом
и передается на одном канале одновременно со многими другими кодированными
голосовыми потоками. Принимающая сторона использует тот же код для выделения
сигнала из шума. Единственное отличие между множественными голосовыми потоками
это уникальный код. Канал, как правило, очень широк и каждый голосовой поток
занимает целиком всю ширину диапазона. Эта система использует наборы каналов
шириной 1.23МГц. Голос кодируется на скорости 8.55кбит/с, но определение
голосовой активности и различные скорости кодирования могут урезать поток
данных до 1200бит/с. В системах CDMA могут установливаться
очень прочные и защищенные соединения, несмотря на экстремально низкую величину
мощности сигнала, теоретически - сигнал может быть слабее
чем уровень шума.
В настоящее время в Москве стандарт CDMA представляет СОНЕТ.
Введение
Как известно, наиболее прогрессивная часть
человечества ныне стоит на пороге вступления в эру глобального информационного
общества и соответствующего коренного улучшения телекоммуникационного
обслуживания населения. И достигнуто это будет путем
предоставления широкого пакета новых услуг сетей сотовой подвижной связи
нового, вот уже третьего по счету, поколения, называемого иначе 3G (или просто Third Generation). К указанному
набору услуг относится не только цифровая телефонная связь, но и
высокоскоростной доступ в Интернет, и даже передача видеоизображения (доступная
скорость передачи информации для высокоподвижных абонентов - до 384 Кбит/с, и
скорости от 384 Кбит/с до 2 Мбит/с - для фиксированной
связи в пределах микросот). Сама же беспроводная
связь уже в ближайшие годы готовится перехватить пальму первенства в
обслуживании огромной армии абонентов у традиционной проводной телефонии, в
результате чего расстановка приоритетов на мировом телекоммуникационном рынке
обещает измениться самым коренным образом.
Именно поэтому, как представляется, рассказ об
основных технологических решениях, которые уже используются или только будут
использоваться в телекоммуникационных сетях будущего, с ответами на наиболее
часто встречающиеся вопросы по их внедрению и определению некоторых грядущих
проблем должен быть интересен широкому кругу читателей. Тем более, что среди авторов настоящей статьи есть как
инженеры-разработчики современных радиосистем, так и те, кто имеет практический
опыт работы с реальными сотовыми системами, а также те и другие одновременно.
Кроме того, все приведенные факты будут подкреплены ссылками на соответствующие
источники. В общем, сегодня это должен знать каждый.
В заключение заметим, что вот уже несколько
лет на международных выставках исчезла реклама GSM, как, впрочем, и других
стандартов сотовых систем 2G. Ведь с точки зрения современных технологий все
это уже устаревшая техника в наступающую эпоху 3G.
Как окончательно
подтверждено Международным Советом Электросвязи (МСЭ), в наиболее массовых
североамериканских и западноевропейских подвижных системах связи 3G c использованием радиоинтерфейсов,
называемых cdma2000 и W-CDMA (работающих в радиодиапазоне 1,9 - 2,2 ГГц), будет
широко использована технология мультидоступа с кодовым разделением каналов МДКР
(или CDMA) . Вывод, который можно сделать из того, что мировое сообщество
сделало такой выбор, - это признание на высшем техническом уровне лидерства технологии CDMA, как своеобразной
"вестницы связи" будущего и как наиболее эффективной по сравнению с
другими технологиями (TDMA и FDMA), используемыми в системах сотовой подвижной
связи (2G и 1G) стандартов GSM, DCS, DAMPS, AMPS, NMT. Именно поэтому вот уже
давно большинство серьезных зарубежных технических журналов отводит весьма
достойное место материалам по разнообразным аспектам использования технологии
CDMA.
Если попытаться наиболее
коротко выразить общую концепцию перехода к новым телекоммуникационным услугам,
характерным для систем 3G, то к предоставлению услуг по высокоскоростной
передаче данных всем операторам предлагается идти двумя путями: революционным
(путем развертывания новой телекоммуникационной инфраструктуры) или
эволюционным (путем усовершенствования уже существующих цифровых сотовых сетей
2G в 2G+ с помощью набора специальных технологий: протокол WAP, стандарты
HSCSD, GPRS, технология EDGE и
пр.). Поскольку развертывание совершенно новой сетевой инфраструктуры (3G) -
дело изначально дорогое и требующее наличия свободного диапазона радиочастот (а
это напрямую связано с абонентской емкостью и стоимостью сети), МСЭ решил
расширить возможности национальных операторов сотовой связи. Как гласят
последние решения МСЭ, принятые недавно на форуме WCR-2000, проходившем в
Стамбуле в июне 2000г., на всей планете (а не в каком-либо отдельном регионе)
решено выделить три дополнительных диапазона для строительства сетей сотовой
связи 3G. В связи с этим открываются частоты в диапазонах 800 МГц, 1700 МГц и
2500 МГц. Таким образом, операторы, уже работающие в указанных диапазонах
(главным образом, это относится к диапазону 800 МГц), потенциально могут не только
преобразовывать свои сети 2G в 2G+, но и сразу переходить к сетям следующего
поколения в соответствии с рекомендациями МСЭ.
Как известно, технология CDMA используется не
только в перспективных разработках систем сотовой связи 3G, но и в системах 2G
в лице систем стандарта IS-95 (ныне работают в диапазонах 800 МГц и 1,9 ГГц),
называемого еще cdmaOne, что, по-видимому, должно
означать что-то типа "они были первыми". Справедливости ради следует
сказать, что многие технологические достижения, которые будут применены в
системах 3G, являются логическим продолжением того, что уже можно наблюдать в
работе систем cdmaOne. В том числе и в России, где
также работают сотовые сети cdmaOne в диапазоне 800
МГц.
Итак, никоим образом не собираясь выходить за
пределы чистой техники или существующей статистики, постараемся ответить на
основные вопросы, которые наиболее часто возникают в связи с использованием
технологии CDMA в сотовых сетях, что будет полезным и для будущих операторов
сетей на базе систем 3G. Начнем с самого простого, cdmaOne,
что, как говорится, можно пощупать.
Технология многостанционного
доступа с кодовым разделением каналов - CDMA, десятилетиями работавшая в
военных системах США, сегодня стала объектом ожесточенных споров. Главные
действующие лица в них - это разработчик CDMA американская корпорация Qualcomm и лидер в производстве оборудования для сетей GSM
шведская компания Ericsson.
Первая считает, что CDMA - лучшая беспроводная технология, одинаково
хорошо работающая в сотовых, PCS и WLL системах.
Вторая говорит, что технология TDMA, лежащая в основе GSM- и DECT-,
обеспечивает лучшие характеристики, более надежна и отработана.
Публикуя сегодня материалы, полученные от компаний Qulcomm
и Ericsson, мы предоставляем вам
возможность выслушать обе точки зрения.
CDMA используется Вооруженными Силами США уже
на протяжении десятков лет, и эта беспроводная технология проверена, как
никакая другая. Многие скептики замолчали, когда 42 оператора со всех частей
света остановили свой выбор именно на технологии CDMA, а 37 ведущих компаний
мира приобрели лицензии на производство оборудования. Причем большинство из них
принадлежит к гигантам современного телекоммуникационного бизнеса. Сначала
интерес к CDMA проявили компании из США и стран Азии, что и сформировало первичный
рынок этой технологии. Сегодня, когда системы CDMA переходят от успешных
полевых испытаний к коммерческому использованию, стандарт IS-95 (CDMA) начинает
быстро распространяться по всему миру.
Что выгодно отличает CDMA от других цифровых
технологий? Емкость CDMA от десяти до двадцати раз выше, чем у аналоговых
систем, и в три - шесть раз превышает емкость других цифровых систем. Сети,
построенные на ее основе, эффективно используют радиочастотный ресурс,
благодаря возможности многократного использования одних и тех же частот в сети.
Использование CDMA значительно улучшает качество связи, в том числе и за счет
практически полного устранения помех. "Код" служит не только для
идентификации разговора того или иного пользователя, но и является одновременно
своеобразным фильтром, устраняющим искажения и фоновые помехи. Встроенный
алгоритм кодирования обеспечивает высокую степень конфиденциальности, а
совершенный метод коррекции ошибок позволяет эффективно бороться с многолучевым
распространением сигнала. Это свойство дает дополнительные преимущества CDMA в
условиях гористой местности или городов с высотными застройками.
По характеристикам качества передачи
речи параметры CDMA сопоставимы с качеством проводных каналов. Многие системы
CDMA сейчас используют вокодеры 13 кбит/с, вокодеры на 8 кбит/с с высоким качеством.
Поскольку по каналам CDMA передается не
только голос, но и любая другая цифровая информация, особую ценность имеет
отсутствие в ней помех. Если рядовой пользователь, по большому счету, безразличен
к тому, звучит ли его голос при телефонном разговоре с безупречной чистотой или
с небольшими помехами, то ошибки, допущенные при передаче файлов, могут
нарушить, например, целостность корпоративной базы данных. Абонент не хочет
оставаться без связи при пересылке факса, когда телефон продолжительное время
бывает занят. CDMA предоставляет дополнительный сервис, обеспечивая
одновременную передачу голоса и факса по одному каналу. В технологии CDMA
реализованы оригинальные алгоритмы упаковки данных для большей скорости их
передачи.
Гонконг
В сентябре 1995 года Hutchison
создал первую в мире коммерческую сеть CDMA, используя базовое оборудование Motorola и мобильные телефоны Qualcomm.
Сегодня эта сеть, состоящая всего из 113 сот и работающая только на одном
канале шириной 1,23 МГц, обслуживает более
40 000 абонентов. Причем соты CDMA были
наложены на существующую сеть AMPS. Система работает гораздо более надежно, чем
ее предшественница, несмотря на значительно больший трафик в сети. Из-за
гористого ландшафта, окруженности водой, множества
тоннелей и яростной конкуренции между семью провайдерами Гонконг
рассматривается как чрезвычайно проблемный рынок. По словам Генри Вонга, главного инженера компании Hutchison,
"CDMA требует сот на тридцать - сорок процентов меньше, чем GSМ, чтобы обслуживать ту же территорию, включая все
низменности и возвышенности Гонконга, десять станций метро, тоннели вокруг
города и Коулунский полуостров".
Корея
В Корее взяли на вооружение CDMA две компании.
Первая, Korea Mobile
Telecom (KMT), начала функционировать в январе этого года. Так же, как Hutchison в Гонконге, КМТ наложила CDMA (используя базовое
оборудование Goldstar) на уже существующую аналоговую
сеть. Рассчитывая на все увеличивающийся приток клиентов, КМТ продолжает
расширять свою сеть, которая к концу года будет способна охватить 75 процентов
жителей Кореи.
В апреле Shinsengi
Telecom также начала создавать сеть на основе CDMA, используя базовое
оборудование Samsung и телефоны нескольких компаний,
таких как Sony и Qualсomm. Shinsengi Telecom ориентирован, в основном, на провинции страны.
Вместе эти две компании обслуживают уже
более 200 000 клиентов - и каждый день регистрируют 2 000 новых.
Северная Америка
CDMA начала свой путь именно в Северной
Америке - крупнейшем рынке услуг мобильной связи. Среди сотовых сетей в США уже
70 процентов готовы к адаптации под CDMA.
В мае этого года AirTouch
Communications начала переоборудование своих сетей АМPS под CDMA в Лос-Анджелесе, занимающем площадь в 3500
квадратных миль в долине Сан-Фернандо. В сентябре
начата подобная модернизация и в Сан-Диего. Терминальное оборудование для новой
сети было поставлено объединением Qualcomm Personal Electronics, созданном Qualсomm и Sony.
AirTouch Communications
планирует завершить полный охват Сан-Диего, шестого по величине города США,
сетью CDMA в первом квартале 1997 года.
В Лас-Вегасе, Невада, компания
360-Communications, бывшая Sprint Cellular,
закончила переоборудование своей сети в августе этого года. В существовавшей
сети AMPS требовалось 80 сот для покрытия территории города. Сеть CDMA уже
обслуживает 85% абонентов в Лас-Вегасе 37-ю сотами.
Bell Atlantic Nynex Mobile (BANM) в прошлом апреле начала предоставление услуг
CDMA небольшой группе абонентов в Трентоне,
Нью-Джерси. В сети было использовано оборудование Lucent Technologies, и там
впервые использовалась скорость передачи оцифрованной речи 13 кбит/с.
Прогнозы
Сегодня коммерческие телекоммуникационные
компании в основном эксплуатируют и развивают сотовые системы. В последнее время стали популярны системы PCS (Personal Communications Services) и WLL (Wireless Local Loop). PCS работают на частотах от 1,9 ГГц и сейчас начали
повсеместно использоваться как в США, так и других странах. Хотя стоимость оборудования
одной микросоты PCS значительно ниже, чем у сотовых,
но для охвата той же территории требуется гораздо больше сот. Это усложняет
обслуживание сети и общая стоимость в итоге
оказывается не ниже, чем в сотовых системах.
Для подобных применений преимущества
CDMA перед другими цифровыми технологиями очевидны. Используя широкополосные
сигналы, CDMA распространяет сигнал намного дальше и, соответственно,
обслуживает большую площадь, чем системы, GSM и PCS-1900, использующие TDMA.
CDMA требует от трети до одной пятой того количества сот, которое необходимо
GSM для охвата той же территории. Это означает существенную экономию ресурсов,
снижение затрат на обслуживание сети, меньшую итоговую стоимость обслуживания и
меньшее количество антенн, чрезмерно урбанизирующих ландшафт, что отнюдь не
приветствуется во многих странах.
CDMA имеет также другое неоспоримое
преимущество. Поскольку эта технология основана на распределении кодов, а не
частот, она может повторно использовать один и тот же участок спектра в смежных
сотах, не требуя сложных частотных планов. Для масштабных сетей это приводит к
значительному сокращению работ по планированию сети.
Кроме передачи голоса, данных и факсов в
системах CDMA можно передавать видеоизображения в реальном масштабе времени и
пейджинговые сообщения. Разумеется, при подобном выборе телекоммуникационных
услуг, одной из важнейших проблем становится энергоемкость аккумуляторов. Мощность, излучаемая телефоном CDMA составляет всего 2
милливатта. Благодаря этому большинство телефонов CDMA способно непрерывно
работать в течение 5-ти часов на передачу и 48-ми часов - в режиме ожидания
звонка.
Наиболее известные компании,
использующие PCS в США, такие как Sprint Spectrum и PCS PrimeCo. уже
остановили свой выбор на технологии CDMA и в настоящий момент приступили к
развертыванию своих сетей в диапазоне 1,9 ГГц. Полное ее завершение ожидается к
концу этого года. Другие операторы PCS, такие как NextWave
в США и Clearnet в Канаде также уже принимают эту
технологию на вооружение.
Границы использования CDMA будут все
более расширяться. Системы PСS и WLL с использованием
CDMA развертываются в Африке, Пуэрто-Рико, на Виргинских островах, в Перу,
Бразилии, Аргентине, Венесуэле, Китае, Сингапуре, Малайзии, Таиланде, Канаде,
России и Индии.
Департамент Индустриального Развития
Канады принял технологию CDMA в качестве телекоммуникационного стандарта
Канады.
Bell Mobility в Торонто приступила к развертыванию обширной сети
CDMA-PCS. В июле Clearnet Communications
объявила о создании в крупнейших городах Канады большой сети
CDMA-ориентированных систем PCS, которая начнет функционировать в 1997 году.
Сейчас для технологии CDMA стратегически
важным является быстрый выход на азиатский рынок. Японская Cellular
Telephone Company Group - конфедерация частных радиотелефонных компаний,
крупнейшими из которых являются DDI и IDO, - объявила о том, что они отдали
предпочтение CDMA и намерены модернизировать свои сети к 1998 году. После США,
Япония является вторым крупнейшим рынком телекоммуникационных услуг в мире. В
стране насчитывается 11 миллионов абонентов и каждый
месяц прибавляется 400 000 новых.
Таиланд также выбрал технологию CDMA.
Компания TAC на сегодняшний день обслуживает 150 000 клиентов. В Сингапуре
компания MobileOne приступила к созданию сети PCS,
используя оборудование Motorola. Ее запуск
планируется в апреле 1997 года.
WLL обеспечат быструю телефонизацию населения
Самыми благоприятными возможностями с точки
зрения потребительского спроса располагают сейчас не PCS и сотовые системы, а
WLL. Ее нередко называют "спящим гигантом" телекоммуникаций. CDMA-WLL
является оптимальным методом для территорий с высокой плотностью населения. Он
имеет ряд преимуществ как перед другими беспроводными
технологиями, так и проводными сетями. В первую очередь, WLL существенно
дешевле как в развертывании, так и эксплуатации. Создание инфраструктуры WLL
требует гораздо меньше времени и усилий, и для развивающихся стран этот фактор
может стать решающим при выборе метода телефонизации.
CDMA-WLL-системы начинают создаваться в
Индии, где Министерство связи сейчас занимается сертификацией WLL-оборудования Qualсomm. Первоначально система
будет установлена в Нью-Дели, что уже означает тысячи
потенциальных абонентов.
Россия также приступила к установке
систем CDMA-WLL. Подобный опыт уже проводится в Челябинске и, если он будет
признан удачным, системы на основе CDMA получат в этой стране широкое
распространение.
Совместимость
Несмотря на появление новых цифровых
технологий, "старые" проводные и аналоговые системы будут
существовать еще долго. Поэтому новые технологии должны сочетаться с уже существующими. В частности, стандарты CDMA (IS-95)
предусматривают совместную работу как с проводными,
так и беспроводными аналоговыми и TDMA-ориентированными сотовыми системами.
Для обеспечения всемирной и всесистемной совместимости Globalstar
планирует в 1998 году развертывание спутниковой системы, основной функцией
которой будет обеспечение телекоммуникационной совместимости всех видов сетей.
Используя технологию CDMA, пользователи Globalstar
смогут связываться между собой через портативные и мобильные спутниковые
телефоны, подобные тем, которые используются сегодня в сотовых сетях. Поскольку
Globalstar будет полностью интегрирован с сотовой
системой GSM, телефоны Globalstar смогут
переключаться из режима сотовой связи на спутниковую.
В слабо телефонизированных или вовсе не
имеющих телефонных сетей сельских районах абоненты смогут использовать
стационарные спутниковые телефоны. А Globalstar будет
перенаправлять любые звонки, в том числе и
международные, на существующие наземные сети.
CDMA работает везде, независимо от того,
расположена система под землей или на небе и может быть использована в сотовых
системах, в PCS и в WLL. Она одинаково удобна и выгодна как для операторов, так
и для пользователей во всем мире.
Мобильные телефоны наступающего века будут
мало похожи на те трубки, к которым мы успели привыкнуть. Не изменится разве
что их размер. Зато начинка обеспечит такие функциональные возможности, которые
доступны сегодня не во всяком офисе. Глобальная телефонная связь с возможностью
выхода в Интернет, одновременная передача данных, голоса, видеоизображения и
другой информации, - всем этим придется оснащать мобильные телефоны уже
буквально через несколько лет. Однако разнообразие плохо совместимых между
собой стандартов мобильной связи пока не позволяет использовать единственный
телефонный аппарат в любой стране. К тому же возможности сегодняшних стандартов
весьма ограничены, особенно для передачи видео- или
большого объема информации.
Таким образом, назрела необходимость принятия
единого стандарта мобильной связи, который называют мобильной связью третьего
поколения (сокращенно 3G). Формирование этого стандарта уже ведется под эгидой
Международного союза электросвязи (ITU) - и вокруг него успела развернуться
нешуточная борьба. Оно и понятно: тот производитель, чьи технологии будут
приняты за основу 3G, получит на новом рынке значительные преимущества. Поэтому
за право стать основоположником нового стандарта сейчас соревнуются практически
все основные игроки мирового рынка телекоммуникаций: Ericsson,
AT & T, Qualcomm, Siemens,
Motorolla, Lucent, Nortel, Samsung и другие.
Наиболее вероятным
претендентом на роль базовой технологии мобильной связи будущего считается так
называемая CDMA (Code Division
Multiple Access),
обладающая рядом преимуществ как с точки зрения качества и разнообразия
сервиса, так и по стоимости и быстроте развертывания сети. Технология CDMA зарождалась в области военной связи,
причем разработки по этой тематике велись и в России (и ведутся
по сей день). За рубежом пионером коммерческого внедрения CDMA и
обладателем ряда технологических патентов является американская компания Qualcomm, предлагающая в качестве 3G-стандарта расширение
CDMA под названием CDMA2000. Среди европейских участников рынка CDMA выделяется
Ericsson, продвигающая в том
числе и в качестве 3G-стандарта другую версию широкополосной CDMA, так
называемую WCDMA (Wideband CDMA).
Противостояние Qualcomm
и Ericsson в течение полугода было в центре внимания
западной прессы и аналитиков. В активе Qualcomm - ряд
разработок и патентов в области CDMA, ведущих начало от американских военных
программ. У Ericsson тоже есть множество разработок и
патентов, но главное, эту фирму поддерживает Европейское Сообщество. Особняком
держится группа американских компаний во главе с AT & T, которая
эксплуатирует в США крупную сеть беспроводной связи на базе конкурирующей
технологии TDMA (Time Division
Multiple Access).
Технологическое противостояние усугубляется
противостоянием геополитическим: ЕС не торопится пускать американские компании
на европейский рынок беспроводной связи. С требованиями "обеспечить
честную конкуренцию" на европейском рынке беспроводной связи выступали
многие первые лица американской администрации, в том числе госсекретарь Мадлен
Олбрайт.
Можно только догадываться, каким образом
небольшая молодая компания (Qualcomm создана в 1985
году, акционирована в 1991-м, в ней работают около 8000 служащих) сумела
заполучить столь мощное лобби.
Сложилась довольно редкая в последние годы
ситуация, когда США вынуждены всерьез учитывать позицию европейских стран. В
самом деле, американским фирмам чрезвычайно интересен европейский рынок
мобильных коммуникаций, но организовать и регулировать этот рынок они не в
состоянии. Вопросы выделения частот, принятия в Европе единых стандартов и т.
п. могут решаться только на уровне местных европейских организаций.
Но когда стороны
наконец осознали, что дальнейшая "война патентов" фактически
блокирует разработку 3G-стандарта, произошло знаменательное событие. В конце
марта нынешнего года Qualcomm и Ericsson
договорились о порядке взаимного лицензирования своих разработок. Ericsson, согласно соглашению, покупает часть производства
и исследовательского комплекса Qualcomm. Тема
интеллектуальной собственности до поры до времени снята с повестки дня. Бывшие
враги условились также, что разрабатываемый стандарт 3G будет предусматривать
работу телефона в нескольких модах (режимах), что обеспечит совместимость
аппарата с CDMA-разработками обеих фирм.
Однако вряд ли это позволит существенно
удешевить абонентскую трубку. Как выразился один американский аналитик,
"оборудование, видимо, подешевеет - от дико дорогого до просто
дорогого".
Что будет дальше? Очередное противостояние с
лидерами третьей технологии, например с AT & T, поддерживающей TDMA, а
потом очередное соглашение, предусматривающее работу абонентского
3G-аппарата еще в нескольких режимах? Решающие события могут произойти совсем
скоро: рекомендации по новому стандарту должны быть сформированы к исходу 1999
года.
Но в России местные операторы воюют не за 3G,
а за то, какому из нынешних стандартов суждено выжить.
Можно сказать, что технологии CDMA в России не
повезло: широкое внедрение систем сотовой связи в нашей стране началось в
начале 90-х годов, а CDMA-устройства появились только в 1995-1996 годах, когда
рынок был уже в значительной степени поделен. Тем не менее
весьма перспективная технология, обладающая рядом привлекательных для пользователя
характеристик, постепенно становится все более серьезным конкурентом для
прижившихся на российском рынке стандартов.
Во многих городах уже развернуты и
функционируют сети CDMA. В Москве подключением к сотовой сети CDMA занимается
компания "Персональные коммуникации" (торговая марка
"Сонет"). Среди других регионов, где успешно используется CDMA, можно
назвать Санкт-Петербург, Владивосток, Ивановскую, Липецкую, Краснодарскую,
Новосибирскую, Ростовскую, Рязанскую и Челябинскую области. Там операторами
сетей CDMA выступают, как правило, местные полугосударственные
АО "Электросвязь". Кстати, стоят услуги операторов CDMA весьма
недорого.
Высокая помехоустойчивость (что важно для
крупного города и промышленных объектов), уверенный прием (в том числе внутри
зданий), возможность передачи данных, высокая защищенность от прослушивания,
низкие тарифы, - все это делает CDMA весьма привлекательной для использования в
качестве корпоративного стандарта сотовой мобильной
связи.
Однако вокруг CDMA в России уже давно разгорается
конфликт с участием Госкомсвязи и ассоциаций операторов, работающих в
стандартах сотовой связи AMPS/DAMPS и GSM. Очередным этапом этого конфликта
стал недавний приказ Госкомсвязи N67 от 14 апреля, вводящий ограничения на
используемое абонентское оборудование. Фактически приказ ужесточает уже
существующие ограничения на использование CDMA, запрещая подключение мобильных
CDMA-терминалов (трубок) к действующим сетям. Дело в том, что формально Госкомсвязью в России для сетей CDMA отведен строго определенный
сегмент рынка, а именно предоставление услуг фиксированной сотовой связи. Стало
быть, абонентский терминал (собственно телефон) должен использоваться только
стационарно. По замыслу Госкомсвязи (в то время эта организация называлась еще
Министерством связи РФ) сети CDMA должны использоваться в России в основном для
телефонизации отдаленных и малонаселенных территорий и в других случаях, когда
обычное проводное подключение невозможно или займет значительное время.
Эту позицию Госкомсвязи активно (и вполне
содержательно) критикуют операторы CDMA, но с определенной точки зрения она
вполне оправдана. С одной стороны, специфические свойства CDMA позволяют более
эффективно использовать частотный диапазон для фиксированной связи. С другой -
появление в России еще одного стандарта до принятия рекомендаций по стандарту
третьего поколения затруднит как переход на новый стандарт, так и обеспечение
совместимости с уже действующими. И
наконец, отчетливая ориентация Госкомсвязи на GSM как на основной стандарт,
обеспечивающий международный роуминг, также имеет свои резоны: GSM чрезвычайно распространен в Европе, а наши люди ездят туда гораздо чаще,
чем в Америку.
Однако несмотря на то что операторы сетей CDMA "не
гарантируют" работу телефона в мобильном режиме, технология построения
сети позволяет его в таком режиме использовать. Дело в том, что большинство
операторов предусматривают в своих сетях так называемое мобильное
резервирование, т. е. дополнительные ресурсы, которые позволяют легко довести
функциональность сети до полноценной мобильной связи и допускают возможность
передвижения абонентов.
По мнению членов Ассоциации-800, образованной
операторами AMPS и D-AMPS, некоторые операторы CDMA в нарушение лицензии
оказывают услуги мобильной связи, что в сочетании с их низкими тарифами создает
"недобросовестную конкуренцию на рынке мобильной связи". Такая
практика и послужила поводом для выпуска приказа, подтверждающего жесткую
позицию Госкомсвязи в отношении CDMA.
Операторы GSM тоже не восторге
от растущей популярности CDMA. Несмотря на важное преимущество GSM перед
AMPS/DAMPS и CDMA - возможность автоматического
роуминга в европейских странах, новый стандарт может стать серьезным
конкурентом на российском рынке благодаря лучшему качеству связи, более низким
тарифам, широкому спектру дополнительных услуг.
Так что пока возможности использования CDMA
для производственных целей выглядят весьма ограниченными: Мобильное применение
формально запрещено, да и упомянутый приказ может сильно усложнить жизнь
"нелегальным" мобильным абонентам сетей CDMA. Если вы все же решитесь
использовать СDMA-аппарат в
качестве мобильного средства связи, еще раз внимательно прочтите разрешение на
него. Если там записан стационарный режим использования, то не удивляйтесь, что
однажды вы можете потратить массу времени и нервов на общение с милицией после
рядовой проверки документов. Ведь, как показывает жизнь, мобильный телефон
звонит именно в тот момент, когда работник ГИБДД, проверяющий ваши документы,
уже начинает скучать, не находя ничего предосудительного.
Напомним также, что приказ Госкомсвязи
запрещает эксплуатацию мобильных трубок CDMA, даже сертифицированных ранее. Не
вдаваясь в рассуждения о том, насколько это корректно по отношению к продавцам,
посоветуем все же до прояснения ситуации воздержаться от покупки такого рода
оборудования.
Но вот если вам надо срочно обеспечить
телефонную связь для нового офиса, промышленных или складских помещений, гаража
и т. п., CDMA может стать весьма приемлемым решением. Персонал
вашей фирмы будет избавлен от массы таких проблем, связанных с традиционной
телефонизацией, как наличие номеров на ближайших АТС, наличие свободных пар в
"шкафу" неподалеку от вас, возможность подать эти пары в ваш офис
(местные связисты, хозяева здания, балансодержатели телефонной проводки) и т.
п. Тут, как правило, дело растягивается на месяцы. С CDMA же телефонная
связь вашей фирмы становится предметом взаимоотношений только вас и оператора,
и это несомненный плюс. Заметим также, что использование других стандартов сотовой
связи (AMPS/DAMPS, GSM и т. п.) для фиксированного подключения по сравнению с
CDMA малоэффективно и дорого.
Таким образом, можно сделать вывод, что
традиционный CDMA завоевал в России определенную нишу и стараниями операторов
пытается выйти на рынок услуг мобильной связи. Технология по ряду параметров
привлекательна, однако в связи с действующими ограничениями может применяться
скорее в составе комбинированного решения, чем в качестве единого
корпоративного стандарта.
Теперь попытаемся заглянуть
на несколько лет вперед и представить, какие возможности разрабатываемого
стандарта-3G могут быть актуальными для вашего бизнеса.
Даже если сегодня ваши сотрудники 90% рабочего
времени проводят в офисе, завтра ситуация может измениться. Скажем, возникнут
новые направления деятельности, и вашим коллегам потребуется персонально
принимать важные решения вдали от офиса. Может расшириться география клиентов.
У вас могут появиться зарубежные партнеры. Изменения в структуре бизнеса должны
оперативно находить отражение в возможностях корпоративной информационной
системы и средствах связи.
Кроме того, зачастую не потребности определяют
спрос на новые технологии, а представление о новых возможностях и технологиях
позволяет задуматься о новых, более эффективных способах управления.
Если же деятельность вашей фирмы уже сейчас
связана с постоянными передвижениями части персонала и необходимостью
обеспечивать этих сотрудников следующими возможностями:
- постоянным высокоскоростным доступом к
корпоративной информации;
- возможностью эффективной совместной работы с
партнерами, клиентами, другими мобильными сотрудниками или офисами фирмы;
- доступом к мультимедийной (звук,
изображения, видео) информации;
- высокоскоростным доступом в глобальные сети
и т. п.,
то ваша корпорация, несомненно, потенциальный
пользователь мобильной связи третьего поколения.
Приведем примеры ситуаций, в которых указанные
сервисы могут быть необходимы.
Оперативное проведение переговоров. Как известно, при общении доля информации, получаемой
через слух, составляет около 9%. Четыре процента приходятся на другие органы
чувств и 87% на зрение. Разве можно верить собеседнику "с закрытыми
глазами"?! Мобильные же трубки 3G будут снабжены цветным дисплеем и
миниатюрной видеокамерой, позволяющими собеседникам видеть друг друга.
Адвокатская, страховая или консалтинговая
деятельность. Адвокат, страховой агент
или консультант, выезжая к клиенту (домой, в офис, на производственную площадку
или буровую вышку), получит качественное преимущество, если его обеспечить
мобильным доступом к корпоративной базе знаний, информационным ресурсам
Интернета.
Принятие решений о выделении кредитов под
залог собственности. Казалось бы,
весьма узкая тема, однако сколько совершено махинаций,
потеряно денег и написано киносценариев благодаря тому, что ответственному
работнику, принимающему оперативное решение, приходится делать это фактически
единолично!
Работа коммивояжера, сдача/приемка грузов. Оперативные консультации со специалистами по порядку
перевозки, погрузки/разгрузки товара, отработка нештатных ситуаций. Доступ к
корпоративной информации из любой точки маршрута.
Работа медицинских и спасательных служб. Медицинская или спасательная бригада в сложном случае
сможет на месте получить экстренную консультацию специалиста, доступ к базам
данных при поиске и опознании пострадавших в случае стихийных бедствий.
Работа правоохранительных органов. Оперативное и достоверное доведение обстановки до
руководства. Проведение следственных действий без этапирования
подозреваемых (очные ставки и опознание, осмотр места преступления,
следственные эксперименты и т. п.). Доступ к ведомственным базам данных
непосредственно с места преступления, расследование по горячим следам.
Надо отметить, что уже сейчас некоторые
зарубежные операторы начинают предоставлять услуги, претендующие по своей
полноте и качеству на стандарт третьего поколения. Однако торопиться
приобретать такое оборудование все-таки не следует: возможна несовместимость с
будущим 3G-стандартом.
Ждать осталось не так уж долго: появление первых
3G-устройств ожидается в 2001-2002 годах. Когда они станут
доступны на российском рынке, зависит от многих факторов: позиции Госкомсвязи,
инвестиций в модернизацию действующих сетей, готовности к этому российских
операторов и, наконец, от спроса на такого рода услуги. На основе опыта
внедрения в России других телекоммуникационных новинок можно прогнозировать
отставание российского рынка от зарубежного примерно на 2-3 года.
В системах беспроводной сотовой связи CDMA (в
России используется стандарт IS-95) применяется шумоподобная
широкополосная связь с несущими шириной около 1,25 МГц.
Все абоненты сети работают в одном частотном
диапазоне, а выделение нужного из общего шумоподобного
сигнала происходит за счет специального уникального для каждого абонента
кодирования/декодирования.
Технология СDMA
обеспечивает:
- лучшее качество связи по сравнению с другими
стандартами, особенно внутри зданий, "мягкую" передачу абонента от
станции к станции;
- высокую помехоустойчивость (даже при наличии
постоянной узкополосной помехи в используемом частотном диапазоне);
- высокий уровень информационной безопасности
(не зная уникальный код абонента, выделить его трафик из общего сигнала
практически невозможно);
- ряд дополнительных служб (передача коротких
текстовых сообщений между абонентами, передача данных и факсимильных
сообщений);
- пониженный уровень энергопотребления и
мощности излучения по сравнению с другими стандартами;
- более эффективное использование частотного
диапазона (в 3-4 раза выше, чем GSM, и в 8-10 раз выше, чем AMPS); при
фиксированной связи эти соотношения повышаются примерно вдвое.
CDMA уже сейчас широко используется в США,
странах Юго-Восточной Азии.
В России использование CDMA ограничено
обеспечением беспроводного доступа к существующим проводным телефонным сетям.
Ширина полосы сигнала, используемого в
нынешних системах CDMA, недостаточна для передачи качественного видеосигнала,
высокоскоростного доступа к данным и т. п.
Развитие CDMA в направлении стандарта третьего
поколения предполагает расширение несущих до 5 МГц. Условно такую технологию
называют широкополосный CDMA. Примером реализации широкополосного CDMA является стандарт WCDMA, разработанный
компанией Ericsson и представленный на последней
выставке CeBIT.
Аналогичные разработки по расширению полосы
передачи ведет AT & T, но уже в отношении другого стандарта, TDMA.
Эффективно ли используется радиоспектр
Технология CDMA имеет целый ряд
фундаментальных преимуществ, которые и обусловили устойчивый интерес к ней, в
первую очередь, со стороны военных специалистов, первыми начавших ее применение как в СССР, так и в США. В частности, отдельные
системы CDMA способны работать под уровнем шумов, затрудняя не только
возможность перехвата информации, но даже определения самого факта наличия ее
передачи. Возвращаясь к коммерческим радиотелефонным системам CDMA, следует
отметить, что с момента принятия в США в 1993г. первого стандарта IS-95/cdmaOne многие фундаментальные качества технологии CDMA,
интересные при массовом обслуживании абонентов, перешли из чисто теоретической
плоскости в практическую.
Итак, в первую очередь, к уникальным качествам
технологии CDMA, привлекающим операторов, относится максимальная из всех
существующих технологий подвижной связи 2G эффективность использования радиоспектра (Эрл/МГц× кв.км).
По этому весьма важному показателю системы стандарта cdmaOne
превосходят цифровые системы на базе технологии TDMA: GSM - в 3 раза, DAMPS - в
5 раз, не говоря уже об аналоговых системах на базе технологии FDMA: AMPS - в 15
раз. Стоит ли говорить, что в условиях ограниченного
частотного ресурса, что наблюдается отнюдь не только в России (где исторически
приоритет имеют средства связи специального и военного назначения, а
гражданские системы связи часто работают на вторичной основе), экономия
радиочастотного природного ресурса способствует снижению затрат на
развертывание сетей и, в конечном счете, созданию предпосылок для снижения
тарифов.
Мало ли в сетях CDMA абонентов
Смотря с чем и как сравнивать. Коммерческие
сети cdmaOne, начавшие массово развертываться только
в 1996 году, стали необычайно быстро развиваться. Об этом у нас говорят
нечасто, но ныне сетями cdmaOne занимаются в обеих
Америках, в Австралии, в Юго-Восточной Азии, в Африке и на Ближнем Востоке. К
началу 2000г. они уже обслуживали свыше 50 млн. абонентов (эти данные быстро
устаревают), а темпы их роста за прошедший год дали феноменальный результат -- почти 160% (http://www.cdg.org)! В результате в сотовом мире сейчас оперируют приблизительно такой
формулой: сети cdmaOne будут обгонять по темпам роста
самые массовые на сегодня сети GSM (которые имели изрядную временную фору), но
догнать не успеют, потому что в 2003-2005 г.г. весь мир перейдет опять же на
сети CDMA, но уже широкополосные (cdma2000, W-CDMA и пр.). А вот спрос
на абонентские терминалы CDMA растет быстрее, чем на абонентские терминалы GSM.
Кроме того, ожидается, что за период с 1999г. по 2003г. объем
доходов мирового рынка сетей GSM увеличится с 15,5 до 24,5 млрд. долл. США при
среднегодовом приросте 12,1%, а CDMA - с 3,5 до 20,4 млрд. долл.
США, что означает ежегодный рост 55,9%. При этом доля сетей других
стандартов в рынке сотовой связи будет не существенна.
Трудно ли планировать сеть
Вторым важным качеством CDMA является
интеллектуальная система адаптации базовых параметров сотовой сети: пропускной
способности, мощности излучения абонентских терминалов, межстанционного
пространственного разнесенного приема (soft hand-off) и многолучевого когерентного приема (система
RAKE), помехозащиты от узкополосных помех . В сети cdmaOne используется
весьма изощренный алгоритм управления их мощностью излучения с динамическим
диапазоном регулировки более 80 дБ с шагом через 1 дБ. При этом через интервалы
в 1,25 мс базовая станция регулирует мощность расположенных в зоне ее
обслуживания абонентских терминалов. Это позволяет не только поддерживать на одном уровне качество приема на каждом радиоканале вне
зависимости от расстояния абонентского терминала до базовой станции, но
и в качестве приятного дополнения позволяет увеличить время работы терминала
без подзарядки аккумуляторов.
Зато поскольку в системе CDMA не требуется
никакого частотного планирования, а соседние ячейки могут использовать одни и
те же радиочастоты, снимается часть проблем, которые являются постоянной
головной болью планировщиков сетей других технологий и связаны с необходимость
обеспечить оптимальный частотный разнос всех секторов базовых станций,.
Сеть CDMA, где базовые станции работают на
одних и тех же радиоканалах, не похожа на сети других технологий и
функционирует как единый организм. На практике три основных параметра сотовой
сети, а именно покрытие, качество и емкость, в системе CDMA взаимосвязаны и
влияют друг на друга. Таким образом, операторы имеют возможность обеспечения оптимальным обслуживанием заданной территории,
варьируя параметры сети. Все это, вероятно, достаточно сложно для
неспециалистов и весьма непривычно для специалистов в области более привычных
радиотелефонных технологий. Ну и закономерно вызывало и вызывает на первых
порах со стороны последних настороженное отношение. Впрочем, все это не столько
трудно, сколь непривычно.
Повышение пропускной способности сети
Действительно, есть у технологии CDMA такие
полезные потребительские свойства, как возможность повышения пропускной способности
сети в час наибольшей нагрузки (ЧНН). В отличие от всех других технологий
сотовой связи 1G и 2G с жестко фиксированным количеством каналов "n" трафика на каждой базовой станции, в технологии
CDMA количество предоставляемых каналов трафика может увеличиваться (> n) при незначительном и кратковременном снижении качества
обслуживания в ЧНН. Так, например, пропускная способность базовой станции
технологии CDMA может возрасти не менее чем на 15% при увеличении количества
ошибок по принятым кадрам с 1% до 3% . Однако известно, что при таком
возрастании количества ошибок по принятым кадрам качество передаваемой речи
практически не ухудшается . Только при возрастании
количества ошибок свыше 5% отмечается незначительное снижение качества связи.
Заметим, что при этом получается увеличение пропускной способности более чем на
20%! Заметим, что подсчеты возможных дополнительных доходов оператора не входят
в нашу текущую задачу.
Так есть подвижность или нет, многие задают этот вопрос, ответ на него, с
одной стороны, довольно прост, с другой, - еще проще
Начнем с того, что даже самый первый стандарт
CDMA, IS-95/cdmaOne (на основе которого разработаны,
в частности, отечественные ОТУ), изначально разрабатывался и разработан как
стандарт подвижной связи и изобилует упоминанием слова "mobile". Поэтому остановить "бегущего
бизона", оперируя понятиями типа "фиксированный самолет",
непросто. Что уж говорить о его потомках и других широкополосных родственниках
типа W-CDMA и cdma2000. К тому же именно технология CDMA позволяет осуществлять
наиболее качественное и незаметное для абонента переключение управления при
перемещении абонента между сотами (так называемое "мягкое"
переключение или soft hand-off),
что так ценится компаниями-операторами и абонентами.
Здесь следует отметить ключевую роль
механизмов hand-off, как неотъемлемого механизма
обеспечения работоспособности сети технологии CDMA (при использовании других
технологий режим hand-off может
как иметь место, так и отсутствовать, превращая "подвижную" сотовую
сеть в "фиксированную"). Как известно, отсутствие этих механизмов в
системе CDMA приведет к резкому падению емкости сети и качества обслуживания
абонентов , к ухудшению экологичности
и повышенному расходу емкости батарей абонентского терминала .
Именно hand-off, по
существу, и обеспечивает возможность работы отдельных базовых станций и
секторов базовых станций сотовой сети технологии CDMA, на одной и той же
частоте. Только для случаев строительства
"изолированных" друг от друга односекторных базовых станций в далеко,
на десятки километров, расположенных друг от друга населенных пунктах, можно
было бы работать без механизма hand-off . Но для
таких случаев, конечно же, нет никакого смысла использовать технологию CDMA,
поскольку здесь могут быть использованы более эффективные частные решения,
основанные на более простых технологиях. Следует заметить, что при
развертывании сетей CDMA в регионах с высокой и средней плотностью абонентов в
условиях городской и сельской застройки (где необходимо использовать более
одной базовой станции), то перекрытие их зон обслуживания просто неизбежно. При этом для значительной части абонентов, особенно расположенных
на средних и верхних этажах зданий, маловероятно определенно предсказать, от
какой базовой станции в это место придет наибольший сигнал, уровень которого, к
тому-же, зависит от изменений окружающей среды..
Поэтому " жесткое закрепление" абонента только за данной базовой
станцией, что равносильно "отмене" механизма hand-off,
привело бы к снижению емкости, качества и надежности связи в сети
технологии CDMA. В общем, соты сети CDMA "дышат" в зависимости от
расположения обслуживаемых абонентов, а этом случае часть наиболее удаленных от
центра абонентов может попросту "выпасть" из зоны обслуживания одной
базовой станции и не будет подхвачена соседней, что, мягко говоря, нехорошо для
обеспечения надежности связи.
Абонентский терминал CDMA имеет не один
демодулятор, что позволяет принимать разнесенные сигналы при многолучевом
распространении, а также поддерживать связь с несколькими базовыми станциями
одновременно.
При многолучевом приеме (переотражение
от зданий и пр.) случае сигналы выравниваются во времени и складываются, что
улучшает качество приема. То есть то, что для систем FDMA или TDMA плохо (они
выбирают принятый сигнал с наибольшим уровнем и довольствуются только им), для
CDMA - хорошо.
При переезде из одной соты в другую
абонентский терминал, используя, например, два демодулятора, работает
одновременно с двумя базовыми станциями, сигналы от которых поступают на
сетевой коммутатор (контроллер), где из обоих каналов связи каждые 20 мс
выбирается наилучший речевой пакет. То есть весь процесс абсолютно незаметен
для абонента сети. Вот это и есть "мягкое" переключение.
В самом деле, если убрать hand-off,
то сигналы от соседних базовых станций сети CDMA будут не помогать приему,
улучшая соотношение сигнал-шум, а создавать конкретную дополнительную помеху. А
одновременная работа с несколькими базовыми станциями делает вообще неважным
сам факт перемещения между сотами. Зато в сетях других стандартов процесс
передачи вызова от соты к
соте является не всегда качественным, в результате чего происходит ухудшение
качества или даже прерывание связи. Дело в том, что центр коммутации сотовой
сети поддерживает связь (соединение) только между одной базовой станцией и
абонентом. Когда же абонент начинает перемещаться в соседнюю соту, центр коммутации организует новый канал связи через
соседнюю базовую станцию и в определенный момент времени (при заданном
соотношении уровней сигналов от соседних базовых станций) принимает решение о
переключении каналов (так называемое "жесткое переключение" или
"hard hand-off").
Неприятность тут в том, что линия связи с одной базовой станцией разрывается до
того, как установится новая линия связи с другой базовой станцией. В результате
в течение некоторого интервала времени абонентский терминал не связан ни с
одной базовой станцией. Иногда абонентский терминал перебрасывается базовыми
станциями как теннисный мячик. Вот этот момент обычно ощутим для абонента в
виде кратковременной (или не очень) помехи, шума, а иногда он заканчивается и
обрывом связи. Для исключения таких ситуаций разработчики сотовых систем связи
вынуждены предпринимать дополнительные усилия.
Так можно ли исключить подвижность, не трогая hand-off? Наверное, все же можно. Но для этого в рамках
системы сотовой связи CDMA необходимо создать, например, дополнительную систему
сигнализации, чтобы не позволять абонентам входить в связь в тех сотах, где они
"не прописаны". Поскольку, как представляется, идея превращения
"подвижной" сети в "фиксированную" до сих пор еще не
овладела ни одним поставщиком оборудования cdmaOne,
такая новая разработка, скорее всего, "влетит в копеечку". Впрочем,
мы не будем дискутировать не тему, кто должен за это платить. Заметим лишь, что,
например, для осуществления более гибкого биллинга с
дифференциацией тарифов для "подвижных" и "фиксированных"
абонентов указанные возможности были бы полезны оператору сети CDMA и позволили
бы ему регулировать соотношение тех, кто стоит на месте или перемещается по
всей зоне обслуживания сети. Вероятно, задавшись целью фиксации абонентов,
можно делать и другие разработки, но... это будет уже не стандарт IS-95.
Как облучают абонента
Экологичность абонентского терминала - это то, чем наконец-то
серьезно озаботилось в последние годы человечество. Наверное, как это уже
бывало ранее (с радиацией, с различной химией и пр.), реальные результаты
массового "знакомства" человечества с сотовой связью будут известны
еще нескоро. Поэтому наименьшая степень облучения всегда более приятна, чем та,
что побольше, хотя и в пределах существующих норм. Как
известно, проводимые в течении 6 лет медицинские
исследования выявили факт тройного увеличения риска опасных заболеваний мозга
при использовании сотового телефона с повышенной мощностью излучения.
Американским Институтом электро- и радиоинженеров
разработал стандарт 802.11, устанавливающий нормы на характеристики сетей
глобальной подвижной связи. В соответствии с этим стандартом мощность излучения
портативного абонентского терминала из соображений охраны здоровья не должна
превышать 10мВт . Как известно, паспортная
максимальная мощность абонентских терминалов, используемых в сотовых сетях
стандартов NMT, GSM, AMPS/DAMPS, cdmaOne составляет
соответственно 3Вт; до 2Вт; 0,6Вт и более; 0,2Вт .
Приведенный ряд максимальных мощностей
потенциально отражает наивысшую чувствительность приемников CDMA за счет
использования самых эффективных методов обработки сигналов (когерентный прием
многолучевых сигналов). Правда, для случая стандарта GSM, нужно ввести поправку
на более высокую скорость передачи информации по радиоинтерфейсу.
Однако указанная выше
максимальная величина мощности излучения абонентского терминала cdmaOne в 200мВт могла бы иметь место (за счет действии
автоматической регулировки мощности абонентского терминала по поддержанию
энергетического баланса между прямым и обратным каналами базовой станции)
только в случае максимальной разрешенной мощности на передатчике базовой
станции (20 Вт), при отсутствии разнесенного приема на базовой станции и без
учета энергетического выигрыша за
счет механизма hand-off для абонентов на краю зоны
обслуживания. Вместе с тем, согласно разрешительным документам Главгоссвязьнадзора (ГСН) России, допустимая мощность
излучения базовых станций технологии CDMA снижена относительно
максимально-возможной в 2,5 - 10 раз по разным регионам России. В результате, с
учетом применения в России на всех базовых станциях сетей технологии CDMA
разнесенного приема (что в "релеевском"
канале дает выигрыш в 3-5 раз по мощности и что, к примеру, подтверждено
экспериментально на московской сети cdmaOne
"Сонет"), а также, принимая во внимание дополнительный энергетический
выигрыш в 4дБ( 2,5 раза) для абонентов на краю зоны
обслуживания (у них-то как раз мощность передачи максимальна) за счет действия
механизма hand-off , получаем, что даже максимально
возможная мощность излучения абонентского терминала технологии CDMA при любой
зоне обслуживания не превышает допустимой медицинской нормы 10 мВт, а именно:
200 мВт: 2,5 : 4 : 2,5 = 8 мВт. Как известно,
наибольшее облучение абонента будет наблюдаться на краю зоны обслуживания,
поскольку при приближении к базовой станции мощность излучения абонентских
терминалов автоматически снижается (правда, в разных пределах и с разным шагом).
Вместе с тем, из
известно, что требуемое для качественной работы
системы типовое отношение сигнал/шум на приеме базовой станции составляет 6 дБ,
9 дБ и 16 дБ соответственно для стандартов cdmaOne,
GSM, DAMPS. В результате, принимая во внимание, что стандарты GSM и DAMPS не
поддерживают режим soft hand-off
и следовательно не имеют выигрыша в 4 дБ для
абонентов, находящихся на краю зоны обслуживания, а на их базовых станциях
применяется разнесенный прием, максимальные мощности абонентских терминалов для
этих стандартов будут соответственно в 5 и 25 раз больше, чем у абонентских
терминалов cdmaOne. Отметим, что при этом еще не
учтено возрастание максимальной мощности абонентских терминалов этих стандартов
из-за работы базовых станций с максимальной штатной мощностью, а не пониженной
в 2,5 раза, как это имеет место в cdmaOne. Что уж
говорить, что по сравнению с абонентскими терминалами стандарта NMT выигрыш еще
более впечатляющий.
Таким образом, получается, что только
абонентские терминалы технологии CDMA (в нашем случае это cdmaOne)
обеспечивают выполнение требуемых медицинских норм по максимально-допустимой
мощности излучения вне зависимости (!!!) от радиуса зоны
обслуживания базовых станций сотовой сети связи. Если перевести
вышесказанное в шутку, то превзойти этот результат абонентский терминал,
выполненный по другой технологии, может только в выключенном состоянии.
Хороша ли конфиденциальность связи
Коротко говоря, она, как, впрочем, и
скрытность связи, максимальная из всех технологий подвижной связи.
Это обусловлено типом используемого
радиосигнала с широкой базой D=BT=100, где D - база или коэффициент сжатия
сигнала, В (МГц) - полоса сигнала cdmaOnе
в эфире, а Т (мксек) - длительность информационной
посылки. Обнаружить сам факт наличия такого сигнала специальными средствами в
эфире гораздо сложнее, чем "простых" узкополосных сигналов,
используемых в стандартах GSM, DAMPS, NMT, поскольку спектральная плотность
мощности сигнала cdmaOnе в
эфире на получается 20дБ ниже при равных скоростях передачи информации и
мощности передатчика. Следует попутно отметить, что именно благодаря
использованию такого "широкобазового" типа
сигнала в радиоинтерфейсе технологии CDMA
обеспечивается максимальная надежность связи в условиях многолучевых замираний
по сравнению с технологиями стандартов GSM, DAMPS, NMT .
Наивысшая конфиденциальность связи обусловлена
многоступенчатым кодированием, расшифровка которого потребует попросту
нескольких весьма напряженных лет упорного труда. Так, если сигналы аналоговых
стандартов можно прослушать самыми простыми измерительными приемниками, которые
свободно продаются в магазинах, то для прослушивания с эфира сигналов сигналов стандартов GSM и DAMPS
поставляется уже более совершенная аппаратура радиоконтроля.
Что касается обнаружения из эфира сигналов
технологии CDMA, то из-за их повышенной криптостойкости
и скрытности под шумами эта задача является архисложной.
Интересно, что совокупность таких качеств, как криптостойкость,
помехоустойчивость и помехозащищенность в сочетании с пониженным расходом
емкости аккумуляторной батареи было бы целесообразным применять технологию CDMA
для нужд силовых структур и ведомств.
Есть ли проблема распределения радиочастот
Как следует из вышесказанного, получается, что
в настоящее время в России не существует более эффективной по совокупности
параметров радиоинтерфейса технологии 2G, чем cdmaOnе. Справедливости ради
следует сказать, что, например, в стандарте GSM наилучшим образом проработаны
вопросы стыковки сотовой сети с ТфОП (неспроста над
этим долго трудились лучшие европейские умы), а также создания различных
дополнительных услуг, что, впрочем, является достоинством исключительно центра
коммутации GSM. Интересно, что еще 2 года назад в Великобритании (компаниями Vodafone и Qualcomm) была
осуществлена успешная попытка "скрещивания" базовой станции cdmaOne и коммутатора GSM, что позволяло интегрировать
достижения обоих стандартов. Но в тот момент Западной Европе это было уже не
так нужно: местные операторы уже глубоко погрузились в сети GSM.
Совершенно очевидно, что даже самую
прогрессивную технологию нельзя противопоставлять сближению распределения и
использования радиочастотного спектра в России с распределением, принятым в
Районе 1. Но в таком противопоставлении нет никакой необходимости, поскольку
существует ряд технических и организационно-технических решений, обеспечивающих
реализацию одного из важнейших принципов концепции построения сотовых сетей
подвижной связи - первоочередное использование наиболее эффективных технологий.
Во-первых, для огромной
территории России и малой плотности населения наиболее эффективным диапазоном
построения сотовых сетей связи являются диапазоны 800 МГц и 900 МГц (DAMPS, cdmaOne, GSM), а частотные диапазоны 1,8 ГГц (GSM) и 2,1
ГГц (3G) менее выгодны, и могут использоваться лишь в крупных населенных
пунктах, обеспечивая поддержку по нагрузке уже существующим сетям диапазонов
800 МГц и 900 МГц. Для остальной
части России такие проекты, похоже, просто нерентабельны.
Возможно использование диапазона 800 МГц и
дальнейшее развитие в этом диапазоне наиболее эффективной технологии сотовой
связи CDMA, например, путем эволюционного развития к стандарту третьего
поколения cdma2000 через поэтапные модификации 1ХRTT и 3XRTT, предполагающие
повышение скорости передачи данных с 144 Кбит/с до 2 Мбит/с соответственно на
одном и трех каналах CDMA шириной 1,23 МГц . Тем
более, что такое развитие соответствует последним решениям МСЭ.
Технические достижения в области оптимальных
методов обработки информации и повышения эффективности использования спектра
уже сегодня позволяют передавать 2,5 Мбит/с и даже 5 Мбит/с
в полосе одного частотного канала шириной 1,23 МГц
(например, технические предложения Qualcomm по
технологии HDR и Motorola/Nokia по технологии
1XTREME) .
Как известно, из официально
выделенного соответствующими решениями ГКРЧ для строительства сетей технологии
CDMA в России частотного диапазона 828-831МГц / 873-876 МГц, операторами
используется (а точнее выделен им ГСН) лишь один частотный канал шириной 1,23
МГц, а второй частотный канал в разрешенном диапазоне пустует.... Для сравнения
укажем, что, например, в Московском регионе стандарт технологии AMPS-DAMPS
занимает полосу от 7 до 10 МГц, а
стандарт технологии GSM - в общей сложности не менее 12 МГц и при этом больше
нет ни одного свободного участка спектра. Между тем сегодня практически все
сети технологии cdmaOne в мире используют несколько
частотных каналов шириной 1,23 МГц (обычно не менее трех). Это обстоятельство
связано не с тем, что стандарт технологии CDMA не может развиваться, используя
лишь один частотный канал шириной 1,23 МГц, а с будущим предоставлением новых
услуг передачи высокоскоростной информации (в настоящее время до 144 Кбит/с и в перспективе до 2 Мбит/с).
Кроме того, использование нескольких частотных каналов позволяет снизить тарифы
на услуги связи за счет снижения затрат на обслуживание меньшего количества
мест установки многочастотных базовых станций (это общая проблема сотовых сетей
связи).
При этом, вне зависимости от технологии сети
сотовой связи, основанной на механизмах рассеяния и дифракции электромагнитных
волн , существует минимальное расстояние между
базовыми станциями микросот (порядка 500-700м), при
котором электромагнитные волны между абонентским терминалом и базовой станцией
распространяются, преимущественно, в условиях прямой видимости (показатель
степени m экспоненты в функции затухания
электромагнитных волн равен двум). В результате резко повышается уровень
внутрисистемных помех и снижается качество связи. Для случая технологии CDMA,
кроме того, снижается пропускная способность канала связи
. Так, например, для микросот с m=2 увеличение
уровня внутрисистемных помех приводит к снижению пропускной способности более
чем в два раза по сравнению с m=4 , что соответствует, в среднем, макросотам с расстоянием более 2 км между базовыми
станциями и преобладанию механизмов рассеяния и дифракции при распространении
электромагнитных волн.
Помимо указанных негативных
последствий "неиспользования" свободного
частотного канала в разрешенном диапазоне CDMA в России можно было бы сказать
об убытках, которые несет государство, не получая платы за свободный частотный
канал и налогов с той расширенной социальной группы населения, которая могла бы
быть абонентами сети в результате снижения цен на услуги и тем самым
способствовать повышению экономической активности региона.
Мешают ли сети cdmaOne сетям GSM
Если такие факты и есть, то проблемы как
таковой нет. В процессе коммерческой эксплуатации в России сотовых сетей
технологии cdmaOne действительно были выявлены случаи
влияния внеполосных излучений отдельных передатчиков базовых станций cdmaOne "Сонет" на приемные тракты базовых
станций технологии GSM сети МТС (в диапазоне выше 890 МГц) при близком
территориальном расположении антенн обеих систем. С целью исследования этих
явлений и выработки мер их устранения в Московском Управлении ГСН (УГСН) в свое
было проведено техническое совещание с участием заинтересованных
компаний-операторов (УГСН, ЗАО "Мобильные ТелеСистемы"
(МТС), ОАО "Персональные коммуникации"). В результате проведенных
исследований УГСН и ГСН обязали операторов сетей cdmaOne
за свой счет в согласованные с МТС сроки установить на выходах передатчиков
базовых станций дополнительные полосовые фильтры для снижения уровня
внеполосных излучений на 45 дБ. После установки таких фильтров (это не слишком
дорогое мероприятие) помеховые влияния со стороны
сетей технологии CDMA на приемники технологии GSM полностью исчезли, о чем, в
частности, свидетельствует протокол, подписанный руководством ЗАО МТС и ОАО
"Персональные коммуникации".
Для устранения подобных явлений в будущем, в
новых поставках базовых станций cdmaOne установлен
специальный дуплексер, обеспечивающий требуемое
подавление внеполосных излучений спектра на частотах работы стандарта GSM
(свыше 890 МГц). Таким образом, в настоящее время не существует никаких
технических препятствий для обеспечения ЭМС РЭС cdmaOne
с РЭС силовых структур и гражданскими средствами.
Кто мешает цифровому ТВ
Да кто только не мешает на самом деле. Что
касается перспективы использования диапазона 800 МГц для нужд цифрового
телевидения, для чего в России намечено постепенно свести на
нет сети cdmaOne и AMPS/DAMPS, то следует отметить
следующее:
- В России практически весь диапазон, на
первичной основе, занят в настоящее время радиоэлектронными средствами (РЭС)
военного и специального назначения, что отмечено, кстати, в документах МСЭ. При
этом электромагнитная совместимость (ЭМС) между РЭС военного и специального
назначения и РЭС цифрового телевидения не обеспечивается практически во всем
диапазоне 800 МГц. В то же время, вывод РЭС военного и специального назначения
за пределы диапазона 800 проблематичен из-за неизбежных огромных материальных
затрат.
- Один канал цифрового ТВ занимает полосу не
более 8 МГц. Весь выделенный диапазон для размещения основных и резервных
каналов цифрового ТВ простирается от 470 до 862 МГц. Между тем, полоса,
занимаемая в этом диапазоне сетями стандарта cdmaOne,
составляет всего 1,23 МГц. Максимальная полоса, которая может потребоваться
стандарту cdmaOne для обеспечения, например, в полном
объеме услуг связи 3G (почему бы и нет, ведь в хозяйстве все может пригодиться)
при эволюционном пути развития составляет не более 3х1,23 МГц.
Совершенно очевидно, что есть ли в диапазоне
800 МГц один или даже целых 3 радиоканала cdmaOne или
их нет вовсе - цифровому ТВ от этого не легче. Даже на один ТВ-канал частот не
наскрести. Такими образом, сохранение и развитие в приведенных ограниченных
рамках в диапазоне 800 МГц стандарта cdmaOne
практически не может сдерживать развитие в России цифрового ТВ. Скорее, оно
само себя сдерживает, потому что подразумевает замену оборудования как у телевещателя, так и у всех абонентов. Ведь
владельцам дециметровых ТВ-каналов с технической
точки зрения и сейчас ничего не мешает перейти на "цифру" и вещать вместо
одной сразу 6 или более высококачественных ТВ-программ.
Где же вы, телевизионщики?
Есть ли помехи другим РЭС
В соответствии с поручениями ГСН России, под
руководством московского НИИ Радио были проведены НИР по расчету норм
электромагнитной совместимости (ЭМС) между РЭС строящихся сетей cdmaOne, с одной стороны, и РЭС МО и сотовых сетей
стандарта AMPS-DAMPS - с другой [ 25] . В ходе
исследований определены нормы частотно-территориального разноса (ЧТР), при
которых обеспечивается ЭМС между указанными средствами. В соответствии с
разработанными нормами ЧТР операторам сетей технологии cdmaOne
выданы Разрешения ГСН России на строительство сетей. В ходе проведения
рассмотренных НИР были проведены исследования возможности ЭМС подвижных
терминалов технологии cdmaOne c
РЭС силовых структур и сотовыми сетями технологии AMPS-DAMPS. Исследования
показали полную ЭМС данных РЭС.
над 3G безоблачное небо
Действительно на Западе наряду с
многочисленными восторгами по поводу грядущего внедрения сетей 3G с
соответствующим широким набором новых услуг и подсчетами миллиардов долларов
США, которые удастся выручить от продажи новых лицензий, изредка все же
раздаются и призывы к возможной преждевременности всеобщей эйфории. Ведь пока с
достаточной долей оптимизма можно говорить о внедрении новых услуг в рамках
сетей 2G+ (TDMA и CDMA) с помощью известных решений в рамках WAP, GPRS и т.д.,
потому что это очевидно дешевле, чем строительство совершенно новых сетей. Если
кратко обратиться к чисто техническим аспектам развития сетей 3G, то необходимо
сказать о следующем.
Во-первых, выделенный поначалу для сетей 3G
диапазон 1,9 - 2,1 ГГц не располагает к оптимизму с точки зрения какого-либо
дешевого охвата сколько-нибудь обширной территории. Российские специалисты
хорошо знакомы, например, с тем, что случилось в России с федеральной сетью
DCS-1800 (если таковую еще помнят). Ведь стандарт GSM, перенесенный
"вверх" по частоте, потребовал чуть ли не в
15 раз большее количество базовых станций для покрытия аналогичной территории
(не говоря уже об организации новых соединительных линий).
Во-вторых, применяемые в ряде систем 3G
сложные виды модуляции, дополнительное значительное
расширение спектра радиосигнала, повышение требований к достоверности передачи
цифровой информации серьезно усиливают чувствительность к межсимвольным
искажениям и многолучевому приему. Поэтому то, что, например, сравнительно
легко достигается в системах cdmaOne, отнюдь не
означает, будто также легко "пойдут" более сложные системы. В
результате радиус зоны обслуживания базовой станции дополнительно уменьшится,
что еще раз заставит обратиться к решению предыдущей проблемы. Интересно, что
меньше всего проблем с распространением и приемом радиосигналов, как
представляется, должно быть именно у систем cdma2000, потому что они построены
на параллельном приеме нескольких традиционных каналов cdmaOne
(что технологически решено уже сравнительно давно).
И последнее. Если будущего пользователя более
всего интересует, например, доступ в Интернет, то следует понаблюдать за
стремительным развитием других беспроводных технологий, причем более широкополосных и, похоже, относительно более дешевых,
чем будущие сети 3G (беспроводные ЛВС со скоростями до 100 Мбит/с, LMDS, MVDS,
MWS и пр.). А развитие универсального беспроводного доступа с ПК к узлам
доступа в телекоммуникационные сети (например, типа "Bluetooth") во
многом уравнивает степень обслуживания подвижных клиентов в наиболее
привлекательных с точки зрения бизнеса местах с помощью совершенно разных сетей
связи (от беспроводных до кабельных). Главное, чтобы
был соответствующий узел доступа в здании. А уж в какую сеть
- какая разница. Обеспечивалось бы нужное качество связи по приемлемым тарифам.
Можно ли интегрировать сотовые сети разных стандартов
Как говорится, было бы желание. Об одном из
них в рамках систем 2G (коммутатор GSM + базовые станции cdmaOne)
уже упоминалось выше. Несомненно, одним из основных направлений развития и
совершенствования техники подвижной связи является поиск новых технических
решений по повышению эффективности использования радиоспектра
(не говоря уже о более эффективном использовании тех средств и сетей связи,
которые уже работают на территории страны). Это связано как с высокой
стоимостью используемых полос частот в ряде государств (сотни миллионов и
миллиарды долларов США), так и общей нехваткой полос частот в наиболее
«выгодных» диапазонах радиочастот (в первую очередь, 800 МГц и 900 МГц).
Одним из эффективных путей вложения инвестиций
в развитие подвижных сетей сотовой связи 2G и 3G может стать строительство так
называемых «наложенных» сетей. При этом, на той же территории
(на тех же зданиях и с использованием тех же антенн) и в той же рабочей полосе
частот можно развернуть одновременно сети стандартов GSM (DAMPS) и CDMA . Так,
например, при строительстве наложенной сети стандарта CDMA на сеть стандарта
GSM (занимаемая полоса частот около 5 МГц, число несущих на базовой станции -
3, коэффициент повторения частот - 9) возможен выигрыш в пропускной
способности не менее, чем в 2-3 раза. Эффект
достигается, в первую очередь, за счет уже упоминавшейся «широкобазовости»
используемых сложных сигналов CDMA, обеспечивающих пониженную спектральную
плотность мощности излучаемых сигналов и возможность режекции
участков спектра, занятых сигналами GSM, на передатчиках и приемниках
радиосредств сети CDMA. Кроме того, уже заложенные в оборудование технологии
CDMA 3G новые методы обработки сигналов (например, оптимальный прием с
компенсацией интерференции и винеровская фильтрация)
являются дополнительными средствами повышения эффективности работы наложенных
сетей .
Учитывая всеобщую заинтересованность и
экономическую выгоду при использовании наложенных сетей и готовность техники
для их реализации, представляется возможным построение таких сетей на базе
новых версий оборудования технологий GSM (2G) и CDMA (3G) с опциями для
наложенных сетей. При этом, например, используемое ранее оборудование стандарта
GSM оператор может перенести в другое место сети, где нагрузка меньше. Впрочем,
такой путь развития наиболее целесообразен для тех производителей оборудования,
которые выпускают технику сразу нескольких стандартов и поколений подвижной
связи.
Чем можно завершить
Конечно, значительные капитальные затраты,
которые видны невооруженным глазом при попытке оценки строительстве сетей связи
3G неизбежно отзовутся высокими тарифами на обслуживание абонентов. Между тем
согласно концепции IMT-2000 технические возможности передачи высокоскоростной
информации (384 Кбит/с - 2 Мбит/с) в системах 3G могут быть реализованы только
в микросотах. Все это, конечно, мало соответствует
экономическому состоянию и потребностям России ближайшего десятилетия. В
подобных условиях актуальным является такое направление развития систем
подвижной связи ближайших лет, которое отвечало бы государственным интересам России.
В связи с этим, как представляется, наиболее целесообразным является
эволюционный путь с акцентом на наиболее эффективные технологии 2G и
использование наиболее «эффективных» диапазонов частот.
Успешное развитие сетей
технологии CDMA в мире, бесспорное лидерство этой технологии, как наиболее
эффективной по совокупности уникальных технических параметров и экономии
природного радиочастотного ресурса, а также наличие весомых технических
предпосылок и перспективы развития, предполагают определенную актуальность
использования этой технологии в России как для построения подвижных систем
сотовой связи 2-го поколения, так и для их эволюционного перехода к системам
связи следующего поколения в
диапазоне 800 МГц. Но, пожалуй, наиболее интересной для
российских просторов на ближайшие годы будет все же сетевая инфраструктура
(«простая», как танк Т-34) с лучшими техническими характеристиками, наивысшей
абонентской емкостью и минимальным набором самых необходимых услуг (прежде
всего обычной телефонии), на роль которой подходят системы 2G в лице, быть
может, даже и cdmaOne, как наиболее
ресурсосберегающей, эффективной, менее затратной, а потому более доступной
населению.