Сравнение технологий GSM и CDMA

В начале 90-х гг. стандарт GSM выступил реальным локомотивом, «втащившим» телекоммуникации в новую технологическую эру – эру цифровой сотовой мобильной связи.
Но уже на рубеже XX-XXI века у GSM появился серьезный конкурент – технология с кодовым разделением каналов (CDMA), причем борьба между ними началась сразу в двух главных бизнес-сегментах – голосовой связи и передачи данных.

Но было бы не совсем верным утверждать, что технология CDMA явилась совершенно новым поколением мобильной связи по сравнению GSM.
Достаточная проработка технического решения, продуманность процедур стандартизации, простота и надежность и, как результат, сверхпопулярность у производителей оборудования обеспечили технологии GSM удивительное техническое и маркетинговое долголетие, причем многие аналитики предрекают GSM благополучную рыночную «жизнь» как минимум до 2020 года.

CDMA скорее явилась удачной надстройкой над мощным техническим базисом GSM, хотя на сегодня в чем-то уже устаревшим.
Сейчас, когда человечество стоит на пороге внедрения технологий мобильной связи 4-го поколения (4G) споры о том, какая из технологий (GSM или CDMA) лучше, больше похожи на философские диспуты о вечных категориях.
Тем не менее, краткий сравнительный анализ возможностей GSM и CDMA будет весьма полезен для более глубокого понимания современных стратегий и тенденций развития новейших технологий мобильной связи, во многом определяемых заложенной этими решениями базой.

Базовые технические параметры. За счет примения более прогрессивной технологии кодового разделения каналов CDMA обеспечивает значительное снижение уровней излучаемой мощности, что удешевляет оборудование и улучшает его санитарно-экологические характеристики.
Кроме того, в CDMA применяется более эффективная по сравнению с GSM схема управления излучаемой мощностью мобильного терминала и организации эстафетной передачи (т.н. «мягкий хендовер»), чтоувеличивает размеры зоны радиопокрытия сети CDMA и улучшает показатели обслуживания, особенно, если абонент находится в движении, а также обслуживается в зонах с неравномерным рельефом или густой застройкой.
Низкий уровень излучения передатчика сети CDMA улучшает скрытность связи, а применение специализированных разделительных кодов повышает информационную безопасность.

Голосовая связь. GSM стал первым чисто цифровым стандартом мобильной телефонии со всеми достоинствами этого вида связи – более высокой по сравнению с аналоговой связью помехозащищенностью и защитой от перехвата, а также более высоким качеством из-за применения голосового кодека.
Тем не менее, главным недостатком голосовой связи GSM является ее реализация в режиме коммутации каналов (КК), что затрудняет прямое внедрение услуг пакетной передачи, в частности, IP-телефонии. Кстати, указанный недостаток режима голосовой связи GSM сохранился и при дальнейшей эволюции к технологиям 3G/UMTS, и его прийдется исправлять уже в системах 4G/LTE.

В свою очередь CDMA, начиная со стандарта IS-95B и до своих новейших разработок (CDMA Rev.A/B), голосовую связь реализует в режиме коммутации пакетов (КП), что позволяет ей поддерживать при однотипных кодеках «прозрачный» обмен голосом с сетями цифровой телефонии и IP, а также внедрять т.н. конвергентные услуги.
Дополнительным достоинством режима пакетной голосовой связи CDMA является возможность реализации интегрированного обслуживания абонента по схеме «голос+данные».

Поддержание качества связи. В отличие от GSM, где сигналы от абонентских станций (мобильных терминалов) базовые станции обрабатывают асинхронно (т.е. в любой момент времени сразу после их поступления), в CDMA это происходит в строго определенные моменты времени и одновременно для всех абонентов (т.н. синхронный прием) по единому управляющему сигналу от приемника GPS.
Это позволяет значительно уменьшить уровень межсотовых и внутрисотовых помех в сети CDMA, что абоненты могут реально ощущать в поддержании одинаково приемлемого качества связи в различных условиях, например, на открытом пространстве, при быстром движении в городе с плотной застройкой или глубоко под землей.
Сеть просто GSM не в состоянии обеспечить настолько равномерно приемлемое качество связи в любой точке любому абоненту в любой момент времени.

Технологическая адаптивность. Благодаря реализации синхронного приема и более эффективному режиму контроля мощности в CDMA все основные технические параметры сети (размер зоны обслуживания, пропускная способность (емкость) радиосети и качество обслуживания) не только взаимосвязаны, но и и есть возможность улучшения одних параметров за счет других.
Например, при увеличении абонентской нагрузки в CDMA возможно сохранение высокой скорости передачи за счет уменьшения размера соты радиопокрытия или некоторого некритичного ухудшения качества связи.
Технология GSM подобной адаптивностью своих технических параметров не обладает.
Базовые станции CDMA обладают большим запасом абонентской емкости и устойчивости в условиях экстремальной нагрузки, нежели базовые станции GSM.

Сотовое радиопланирование. На первый взгляд CDMA, как широкополосная система с расширением спектра, проигрывает в показателе эффективности использования частотного ресурса узкополосной GSM, и это справедливо в пересчете на одного абонента на радиоканал, но без привязки к общему сотовому радиопланированию.
Мобильная сеть обычно строится как совокупность сот (сайтов), обеспечивающих непрерывное радиопокрытие определенной территории.
Классическая сотовая сеть GSM предполагает использование т.н. кластеров – наборов соседних сот с неповторяющимися частотами (обычно таких сот в GSM-кластере 7), в то время как CDMA вообще не использует кластеры и может задействовать в соседних сотах одну и ту же частоту.
Это не только серьезно упрощает общее сотовое радиопланирование сети CDMA, но и позволяет для покрытия крупных территорий обойтись меньшим совокупным частотным ресурсом (1-2 рабочих радиоканала). Кроме того, это дает возможность на любом этапе добавлять базовые станции CDMA в местах повышения абонентской нагрузки без необходимости существенного перепланирования действующей радиосети. Вписывание дополнительных базовых станций GSM в действующую сотовую структуру или добавление новых радиоканалов в сотах может вызвать необходимость полного перепланирования значительного сегмента радиосети, на что из-за дополнительных затрат далеко не всегда готовы сотовые операторы.

Передача данных. CDMA как широкополосная технология с высокоэффективной системой помехозащиты существенно превосходит GSM по показателю скорости передачи абонентских данных в радиоканале.
Этому способствует как применение более эффективных алгоритмов цифровой модуляции и кодирования, так и реализация передачи данных по стеку протоколов TCP/IP.

Кроме того, с самого начала архитектурная концепция CDMA предполагала наличие высокопродуктивного пакетного транспортного ядра на базе IP протокола.
На сегодня роль внутренней IP транспортной платформы в системе CDMA выполняет протокол Ethernet, что дает возможность:
- в отличие от GSM осуществлять обмен трафиком между базовыми станциями CDMA без промежуточного преобразования (транскодирования);
- организовать взаимный обмен трафиком между сетями передачи данных различных стандартов, поддерживающих IP протокол, например, CDMA, Wi-Fi, WiMAX.
В результате оператор CDMA получает возможность предоставления на рынке сервисного пакета т.н. конвергентных «троичных услуг», т.е. голос+данные+видео.

Эволюция технологий. С момента своего появления на рынке и GSM, и CDMA разрослись в два независимых семейства технологий, эволюционируемых сначала к 3-му поколению (3G), а затем – к 4-му (4G).
Главное достоинство CDMA состоит в том, что ей удалось максимально сохранить приемственность технологических решений на пути к 3G/4G и в наибольшей степени реализовать обратную техническую и частотную совместимость, в то время как семейство технологий GSM на пути эволюции к 3G/4G претерпело значительные трансформации, не всегда одинаково эффективные с точки зрения современного рынка.
Уже не секрет, что эволюция от сетей 2G/GSM к сетям 3G/UMTS далеко не в полной мере оправдала ожидания операторов в сервисном и финансовом аспектах, в то время как эволюция CDMA EV-DO 1x/Rev.A оказалась более востребованной на рынке услуг мобильного Интернета.