Стандарты сотовой связи

Стандарт  СDMA

СDMA - система  множественного доступа с кодовым  разделением - стала, возможно, самой многообещающей системой, появившейся на мировом рынке. Десятилетия назад эта технология использовалась в военной связи (США), а сегодня известна всем как глобальный цифровой стандарт для коммерческих систем коммуникаций. За последние пять лет технология использования CDMA была протестирована, стандартизирована, лицензирована и запущена в производство большинством поставщиков беспроводного оборудования и уже применяется во всем мире. В отличие от других методов доступа абонентов к сети, где энергия сигнала концентрируется на выбранных частотах или временных интервалах, сигналы CDMA распределены в непрерывном частотно-временном пространстве. Фактически метод манипулирует и частотой, и временем, и энергией. 

Что выгодно отличает CDMA от других цифровых технологий?

В технологии CDMA возможно обеспечение высокого качества речи при одновременном снижении излучаемой мощности и уровне шумов. Результатом является постоянное высокое  качество передачи речи и данных с  минимальной средней выходной мощностью. 
В сотни раз меньшее значение выходной мощности в отличие от других, используемых в настоящее время стандартов - отличительное качество технологии CDMA при рассмотрении двух немаловажных факторов:  
воздействия на организм человека;  
продолжительности работы без подзарядки аккумулятора. 
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 тех же частот в сети. 
По характеристикам качества передачи речи параметры CDMA сопоставимы с качеством проводных каналов. Поскольку по каналам CDMA передается не только голос, но и любая другая информация, особую ценность имеет отсутствие помех. Если рядовой пользователь, по большому счету, безразличен к тому, звучит его голос при телефонном разговоре с безупречной чистотой или с небольшими помехами, то ошибки, допущенные при передаче файлов, могут нарушить целостность, например, корпоративной базы данных. Применяемый "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, обеспечивая защиту от несанкционированного доступа и прослушивания. 
Система CDMA обеспечивает меньшую задержку в передаче голосового сообщения, чем другие системы подвижной связи. При использовании CDMA не приходится применять изощренные средства для подавления эхо-сигнала. Совершенный метод коррекции ошибок позволяет эффективно бороться с многолучевым распространением сигнала. Это свойство дает дополнительные преимущества CDMA в условиях городов с высотными застройками. 
Абонент не хочет оставаться без связи при пересылке факса, когда телефон длительное время занят. CDMA предоставляет дополнительный сервис, обеспечивающий одновременную передачу голоса и факса по одному каналу. В технологии CDMA реализованы оригинальные алгоритмы упаковки данных для большей скорости их передачи.

Когда только появились  нормативные документы Министерства связи РФ, регламентирующие развитие сетей CDMA (1996 г.), в России был проведен тендер на поставку оборудования CDMA для  сети в Москве и Московской области. В нем участвовали основные на тот момент производители оборудования CDMA - Motorola, Lucent Technologies, Nortel, Qualcomm и Samsung. Хотя все названные компании изготавливают качественное оборудование CDMA, соответствующее всем необходимым стандартам - IS-95, IS-96, IS-97, IS-98 и др., - выбор пал на систему QCTel производства компании Qualcomm.

В середине того же 1996 г. молодая московская компания "Персональные коммуникации" первой в России получила лицензию на операторские услуги в стандарте CDMA (800 МГц). Учредителем ОАО "Персональные коммуникации" является достаточно известная в Москве телекоммуникационная компания "МТУ-Информ".

Главное направление  деятельности новой компании - развертывание  в ряде регионов России сетей радиотелефонной связи, использующих технологию CDMA (имеется в виду стандарт IS-95, который будем в дальнейшем именовать просто CDMA). Первым проектом стало строительство сети в Московском регионе, ее первая очередь 

Структура сети

Демонстрация  возможностей системы CDMA и обеспечиваемого ею высокого качества связи была проведенана московской выставке "СВЯЗЬ-ЭКСПОКОММ-97" совместно компаниями Qualcomm и "Персональные коммуникации" при поддержке компании "МТУ-Информ".

Структура сети является традиционной для систем сотовой связи и включает ( на 1997 год) в себя контроллер и 32 базовые станции (БС). Казалось бы, немного, ведь в Московском регионе у каждого оператора подвижной связи их несколькотысяч. Дело тут в существенном превосходстве технологии CDMA, особенно при обслуживании фиксированных абонентов, в обеспечении абонентской емкости. Кроме того, не требуется проведения частотного планирования сот (благодаря принципу кодового разделения каналов все соты одновременно используют общий радиоканал). Последнее облегчает разработку сети CDMA - ввод любой новой БС в сотовых сетях других стандартов требует перепланирования всех рабочих частот.

В функции контроллера  входит организация связи между  абонентами сети CDMA и телефонной сети общего пользования (ТфОП), поддержка интерфейсов с ТфОП и всеми БС, аутентификация абонентов сети CDMA, а также предоставление абонентам различных дополнительных услуг связи. Контроллер подключен к транзитной цифровой АТС компании "МТУ-Информ" типа DX-200 (производитель Nokia).

Цифровая телефонная сеть компании "МТУ-Информ" на базе транспортной сети SDH имеет примерно 100 точек подключения к МГТС. В результате снижается вероятность перегрузок в местах стыка с ТфОП. К слову сказать, именно это обстоятельство привело к тому, что номерную емкость компании "МТУ-Информ" с успехом используют ряд крупнейших банков и компаний, а также известные операторы сотовой подвижной связи "Би Лайн", МТС и МСС. Естественно, ОАО "Персональные коммуникации" также получает необходимую номерную емкость от компании "МТУ-Информ", которая учитывает в планах своего развития потребности дочерней компании.

Разумеется, контроллер присваивает абонентам внутри сети CDMA собственные логические номера, трансформируя их при выходе на ТфОП в привычный для пользователя код, например для москвичей это семизначный код. В Московской области, где до сих пор применяется старая пятизначная нумерация, выход на местную телефонную сеть осуществляется через код, начинающийся с цифры "2" (а не 096, как это оговорено регламентирующими документами). Поскольку для программного обеспечения контроллера сети CDMA не является большой проблемой работа с различной нумерацией, компания "Персональные коммуникации" будет предоставлять своим абонентам телефонные номера с традиционной для каждого конкретного региона нумерацией.

Для сравнения: радиотелефонные сети других операторов подключены к одной зоне сети междугородной  телефонной связи ("ABC"). Например, все абоненты "Би Лайн" и МТС  привязаны к Москве, а МСС - к  Московской области, независимо от того, где они находятся. Конечно, это проще реализовать, однако менее удобно для абонентов. Во-первых, им приходится набирать больше цифр в номере, во-вторых, из-за перегрузки междугородных АТС не всегда удается соединиться с первого раза (решением этой непростой проблемы сейчас занимается проектный институт Гипросвязь).

Типовая БС (приемопередатчик, блок цифровой обработки сигнала, блок питания и антенное хозяйство) сети компании "Персональные коммуникации" имеет трехсекторную конфигурацию, что позволяет одновременно обслуживать свыше 140 телефонных разговоров с помощью только одного радиоканала. Все БС соединяются с контроллером посредством волоконно-оптических линий связи транспортной SDH-сети компании "МТУ-Информ", а там, куда они еще "не дотянулись", используются радиорелейные линии (в дальнейшем они будут заменены на оптику).

Реальная мощность передатчиков БС составит от одного до нескольких Ватт. Она будет определяться как результатами планирования зон  покрытия, так и разрешением Госсвязьнадзора  РФ (в зависимости от условий электромагнитной совместимости), с другими радиоэлектронными средствами, действующими на территории обслуживаемого региона). 
Время и место

Где же конкретноустанавливают БС. Многое зависит и от чисто  технических аспектов, и от распределения потенциальной клиентуры в обслуживаемой зоне сети CDMA. Все прояснится после включения первых БС сети. Оператору сети фиксированной связи, в отличие от его "мобильных" коллег, не нужно обеспечивать относительно неплохое покрытие сразу всей обслуживаемой зоны (что требует больших временных затрат и серьезных инвестиций).

Это, правда, не означает, что в сетях CDMA не возникают  проблемы с планированием. Если организуется всего одна сота (где-нибудь "на отшибе"), никаких особых сложностей нет, и  абонентская емкость соответствует максимально возможной. Если же создается группа сот, необходимо учитывать влияние интерференции. В этом случае требуется оптимизировать работу БС: изменить направление и наклон антенн, уменьшить мощность передатчиков.

Изолированные соты (за счет слабого взаимодействия) не требуют такой увязки с "соседями", поэтому оператор фиксированной сети беспроводной связи может плавно наращивать сеть, добавляя новые соты постепенно. "Закрепляя" абонентов в зонах обслуживания отдельных БС, оператор стационарной сети способен регулировать абонентскую плотность, тогда как операторам сетей подвижной связи сделать это очень трудно. Начав работу с нескольких БС, компания "Персональные коммуникации" сможет корректировать свои планы по установке последующих в зависимости от спроса. Будут корректироваться и зоны обслуживания БС, радиус действия которых достигает 35 км (в зависимости от мощности передатчика, высоты подвеса антенны и ее наклона).

Размещение БС фиксированной сети CDMA производится по принципам, несколько отличающимся от исповедуемых операторами сетей подвижной связи. Последние озабочены прежде всего реализацией надежной связи вдоль основных автотрасс, а остальная территория охватывается по мере развития сетей. Цель компании "Персональные коммуникации" - обеспечить телефонной связью населенные пункты (органы местного управления, офисы компаний, население).

Во всем мире известно, что системам беспроводной фиксированной связи нет альтернативы там, где недостаточно развита или  вовсе отсутствует инфраструктура связи (на неосвоенных территориях). Однако при всем многообразии существующих радиотелефонных систем фиксированной связи, называемых WLL (Wireless Local Loop, что дословно означает "абонентский беспроводный шлейф"), полностью ассоциировать их с рассматриваемой нами системой QCTel производства Qualcomm нельзя.

Строго говоря, WLL - это системы, обеспечивающие абонентские  окончания АТС местной телефонной сети посредством группового или  индивидуального радиоинтерфейса. Разновидностей таких систем много, но их главная особенность состоит в том, что роль коммутационного оборудования выполняет АТС местной телефонной сети, являющаяся шлюзом между WLL и ТфОП. Самые мощные WLL-системы построены на базе стандарта DECT и обслуживают на квадратном километре до 10 тыс. абонентов.

Правда, чем сложнее  система WLL, тем больше проблем возникает  при стыковке с проводной телефонной сетью. Так, системы стандарта DECT будут  полностью выполнять все заложенные в них функции, если АТС, к которым  они подключены, являются достаточно современными и относятся к определенным типам станций (т. е. мало того, что необходимо купить АТС, надо еще, чтобы она входила в перечень разрешенных к применению на территории РФ). WLL-системы экономически эффективны при обслуживании абонентов, расположенных на сравнительно небольшой территории (офисные здания, коттеджи, поселки). Обслуживать большие территории с неравномерной плотностью абонентов они, конечно, тоже могут, но вряд ли это рационально с экономической точки зрения.

Другое дело - сети фиксированной беспроводной связи CDMA. Хотя их часто называют WLL, они отличаются от классического радиоудлинителя типа WLL, поскольку развивались из мобильных систем CDMA. Их контроллер - ни что иное, как своеобразный телефонный коммутатор (а в упрощенном виде все современные цифровые коммутаторы - всего лишь специализированные компьютеры, различающиеся программным обеспечением), на котором можно создавать номерную телефонную емкость. Таким образом, существующие системы фиксированной связи CDMA позволяют создавать беспроводные сотовые телефонные сети (понятие "сотовые" относится здесь к способу радиопокрытия обслуживаемой зоны), охватывающие, как и сети подвижной связи, огромные регионы.

Данное обстоятельство делает сети CDMA относительно дорогими. Не стоит забывать, что обязательный набор (контроллер и несколько базовых станций) стоит миллионы долларов США. Существующие сети CDMA предназначены не для обслуживания малой группы абонентов, сосредоточенной в одном месте, хотя технических проблем тут, конечно, нет. Как и все сотовые сети, они становятся экономически выгодными при обслуживании тысяч и десятков тысяч абонентов, разбросанных на значительной территории. В этом смысле они - прямая противоположность системам WLL. 
Борьба за сосуществование

Могут ли системы CDMA сосуществовать с сетями AMPS/D-AMPS и GSM?