Множественный доступ с кодовым разделением CDMA
ГОУ ВПО «Брянский государственный технический университет»
Кафедра «Электронные, радиоэлектронные и электротехнические системы»
Реферат
по дисциплине «Системы и средства технического обеспечения обработки, хранения и передачи данных»
на тему
«Сотовая связь стандарта CDMA»
Студент группы 10-ОЗИ
Аниканов В.В.
Преподаватель
Дракин А.Ю.
Брянск 2012
Содержание
Введение. 3
Множественный доступ с кодовым разделением CDMA.. 4
Принципы кодового разделения каналов. 9
Организация каналов в стандарте CDMA.. 11
Преимущества CDMA.. 13
Проблемы функционирования CDMA.. 16
Заключение. 18
Список используемой литературы.. 19
Введение
CDMA (англ. Code Division Multiple Access — множественный доступ с кодовым разделением). В отличие от других технологий радиосвязи, в которых имеющийся частотный спектр разбивается на узкополосные каналы и временные интервалы, в системе CDMA сигналы распределяются в широкой полосе частот. Таким способом система CDMA обеспечивает более эффективное использование имеющегося частотного спектра, обеспечивая значительное увеличение пропускной способности. Пропускная способность системы CDMA в 10-20 раз выше, чем у аналоговых систем AMPS, и по меньшей мере втрое по сравнению с другими технологиями цифровой связи, такими как TDMA и GSM. В существующих сотовых системах эта пропускная способность может быть увеличена поэтапно.
Множественный доступ с кодовым разделением CDMA
Понятие множественного доступа связано с организацией совместного использования ограниченного участка спектра многими пользователями. В системах сотовой связи существует три варианта множественного доступа: с частотным, с временным и с кодовым разделением каналов.
FDMA (множественный доступ с частотным разделением) - метод в котором каждому вызову назначается отдельная частота, и для других вызовов в это время она использоваться не может. На этой базе работают стандарты NMT и AMPS.
TDMA (множественный доступ с временным разделением) - метод, в котором несколько абонентов используют одну частоту в разные промежутки времени. По этому принципу работает сотовая связь GSM.
CDMA (множественный доступ с кодовым разделением) - метод, при котором абоненты используют широкий спектр частот, а разделение каналов связи происходит по уникальному коду.
В методе CDMA большая группа пользователей одновременно использует общую относительно широкую полосу частот (не менее 1 МГц). Каналы трафика при таком способе разделения среды создаются присвоением каждому пользователю отдельного кода, который распространяется по всей ширине полосы. В данном случае не существует временного разделения, и все абоненты постоянно используют всю ширину канала. Вещание абонентов накладывается друг на друга, но поскольку их коды отличаются, они могут быть легко дифференцированы.
Основные принципы метода - расширение спектра за счет модуляции в сочетании с кодовым разделением физических каналов - определяют и общие достоинства методе CDMA: высокую помехоустойчивость, хорошую приспособленность к условиям многолучевого распространения, высокую емкость системы.
В CDMA регулировка уровней сигналов, применение секторных антенн на базовых станциях и использование принципа «речевой активности» (станция излучает лишь тогда, когда абонент говорит, и не излучает в паузах речи), оперативное изменение числа задействованных каналов связи в пределах имеющегося ресурса позволяет практически реализовать предельно малое допустимое отношение сигнал/помеха, т.е. получить предельно большие пропускную способность и емкость системы. Это технические особенности CDMA обеспечивают высокие характеристики метода. С другой стороны, их реализация достаточно сложна.
В методе нет частотного планирования, во всех ячейках используется одна и та же полоса частот. Если, в терминах разработки Qualcomm, под CDMA отведена полоса более широкая чем минимально необходимые 1,23 МГц, то каждый из поддиапазонов в 1,23 МГц используется во всех ячейках с однотипной организацией работы во всех поддиапазонах. При этом в качестве коэффициента эффективности повторного использования частот указывается величина порядка 2/3, т.е. вследствие помех от других ячеек число используемых в каждой ячейке каналов снижается в 1,5 раза по сравнению с одной изолированной.
Метод CDMA требует точной синхронизации БС системы. Это может быть реализовано, например, при помощи спутниковой геодезической системы GPS, но в результате система сотовой связи оказывается не автономной.
В методе CDMA нет защитных интервалов (бланков), как в методе TDMA, а большое число знаков в используемых кодовых последовательностях облегчает сохранение конфиденциальности передаваемой информации. Высокая помехоустойчивость CDMA и распределение энергии по широкой полосе частот допускают совместную с CDMA работу некоторого числа узкополосных каналов связи в пределах той же широкой полосы при относительно небольшом уровне взаимных помех.
Метод CDMA обладает сравнительно высокой помехоустойчивостью и хорошо работает в условиях многолучевого распространения. Кроме того, он отличается высокой скрытностью, не использует частотного планирования, допускает «мягкую передачу обслуживания», но все это требует обязательного использования достаточно сложных технических решений: аккуратной регулировки уровня сигналов, применения секторных антенн и отработки «речевой активности», точной синхронизации БС, причем последнее может быть связано с потерей автономности системы.
В качестве оценки емкости системы, в терминах эквивалентного числа физических каналов на ячейку, иногда приводят коэффициент увеличения порядка 20 в сравнении с методом FDMA стандарта AMPS. Если учесть, что переход от FDMA к TDMA увеличивает число физических каналов в три раза, а при полу скоростном кодировании в шесть раз, получается, что переход от TDMA к CDMA может обеспечить примерно трехкратное увеличение числа каналов.
Однако фактически возможно более сильное влияние помех в CDMA, чем принималось в расчетах, а также в некоторых ситуациях может возникнуть необходимость более плотного расположения БС. Эти факторы ведут к снижению емкости системы. Кроме того, метод TDMA имеет дополнительные возможности: скачки по частоте (предусмотренные, в частности, стандартом GSM), которые, в сочетании с прерывистым излучением (отработкой «речевой активности») и оперативной регулировкой мощности излучения, смягчают влияние релеевских замираний и снижают средний уровень помех, т.е. позволяют реализовать большие значения коэффициента повторного использования частот. К той же цели ведет и использование адаптивного распределения каналов, в том числе в сотовых сетях иерархической структуры; в отношении построения последних TDMA имеет преимущества по сравнению с CDMA. В результате методы CDMA и TDMA оказываются примерно сопоставимыми по обеспечиваемой ими емкости[1].
В системах с частотным разделением каналов (как в FDMA, так и в TDMA) существует проблема так называемого "многократного использования" (reuse) частотных каналов. Чтобы не мешать друг другу, соседние базовые станции должны использовать разные каналы. Это приводит к уменьшению ёмкости сети и необходимости увеличивать плотность установки БС в густонаселённых районах. Для CDMA такой проблемы вообще нет. Все БС работают на одном и том же канале. Таким образом, частотный ресурс используется более полно. Ёмкость CDMA сети обычно в несколько раз выше, чем TDMA, и на порядок выше чем FDMA сетей.
Для того, чтобы телефоны находящиеся близко к БС не забивали своим сигналом более отдалённых абонентов, в CDMA предусмотрена плавная регулировка мощности, что приводит к значительному сокращению энергопотребления телефона вблизи БС и, соответственно, увеличению времени работы телефона без подзарядки.
Одной из приятных особенностей CDMA сетей является возможность "мягкого" перехода от одной БС к другой (soft handoff). При этом, возможна ситуация когда одного абонента "ведут" сразу несколько БС. Абонент просто не заметит, что его "передали" другой БС. Естественно, чтобы такое стало возможным, необходима прецизионная синхронизация БС. В коммерческих системах это достигается использованием сигналов времени от GPS (Global Positioning System) - американской спутниковой системы определения координат.
CDMA это практически полностью цифровой стандарт. Обычно все преобразования информационного сигнала происходят в цифровой форме, и только радиочасть аппарата является аналоговой, причём гораздо более простой, чем для других групп стандартов. Это позволяет практически весь телефон выполнить в виде одной микросхемы с большой степенью интеграции, тем самым значительно снизив стоимость телефона.
Стандарты CDMA используют более современный кодек для оцифровки речи, что субъективно повышает качество передачи аналогового сигнала по сравнению с действующими TDMA стандартами.
Из минусов CDMA можно отметить необходимость использования достаточно широкой и неразрывной полосы, что не всегда возможно в современной обстановке дефицита частотного ресурса и большую сложность реализации данной технологии в аппаратной части[2].