Качество связи

Общеизвестно, что мобильный телефон обеспечивает не слишком высокое качество связи. Причин тому много. В городах, где обычно и развертываются сети мобильной связи, имеется много индустриальных помех. Распространяясь между базовой станцией и мобильным аппаратом, радиоволна многократно отражается от препятствий; в результате интерференции сигналов, прошедших разными путями, интенсивность принимаемого сигнала может внезапно упасть. Такие явления, называемые в радиотехнике федингами (fading), обычно наблюдаются в ограниченных пространственных областях, чьи форма и расположение определяются расположением зданий и длиной волны, на которой ведется передача. Наконец, качество связи заметно снижается при переходах мобильного абонента от одной ячейки сети к другой: в обычных стандартах осуществляется так называемое "жесткое переключение" (hard handoff), при котором сначала разрывается связь с покидаемой ячейкой и только после этого устанавливается связь с новой.

Конечно, сравнивать качество связи, устанавливаемой с фиксированных телефонов, с качеством мобильной связи не вполне корректно: в последнем случае действует значительно больше факторов, обуславливающих ухудшение связи. Тем не менее факт остается фактом - CDMA позволяет получить значительно более высокое качество связи, чем стандарты, основанные на FDMA и TDMA. Причины этого следующие: во-первых, CDMA - чисто цифровая связь (аналоговый сигнал попросту невозможно передавать тем способом, какой принят в CDMA), а во-вторых, в CDMA используется широкополосная модуляция сигнала.

Цифровой сигнал значительно меньше уязвим для помех, чем аналоговый. Кроме того, в CDMA применяются новейшие алгоритмы коррекции ошибок передачи, а в аппаратуре обычно используются самые современные методы сжатия голосового сигнала. Это позволяет достигнуть большой степени сжатия голоса при достаточно высоком качестве связи.

Очень большие преимущества с точки зрения качества связи дает применение широкополосной модуляции сигнала (рис. 18). Широкополосный сигнал значительно меньше страдает от помех, особенно узкополосных. Узкополосная помеха способна "испортить" широкополосный сигнал только в каком-то относительно узком частотном диапазоне, и полезная информация может быть восстановлена по неповрежденным участкам несущего диапазона. Это относится и к федингам, о которых говорилось выше: интерференция прошедших разными путями сигналов приводит к снижению суммарной интенсивности лишь в достаточно узком частотном диапазоне, и снова полезную информацию можно восстановить по неповрежденной части сигнала. Конечно, сигнал несколько ухудшается, однако это несопоставимо с потерями качества связи при использовании обычных методов модуляции.

Рис. 18. Воздействие узкополосных помех (а) и федингов (б) на широкополосный сигнал.

Помимо повышения качества связи, устойчивость CDMA к федингам приводит к значительной экономии ресурса источников питания и улучшению экологических параметров мобильных телефонов. В других сетях мобильные телефоны обычно работают на более высокой мощности, чем это нужно для устойчивой связи с базовой станцией, что позволяет при внезапном возникновении фединга не потерять связь (происходит лишь значительное снижение ее качества). В CDMA же такой резерв не нужен, поэтому телефон может работать с меньшей мощностью передаваемого сигнала.

Этим не ограничиваются преимущества технологии CDMA, связанные с использованием широкополосной модуляции сигнала. Вместо жесткого переключения (hard handoff или break before make) от ячейки к ячейке, принятого во всех прочих сотовых сетях, в CDMA можно использовать мягкий переход (soft handoff или make before break): мобильный аппарат сначала устанавливает связь с базовой станцией, в зону действия которой он переходит, и только после этого освобождает канал в покидаемой ячейке. Это возможно за счет того, что и в покидаемой, и в новой ячейке используется одна и та же несущая частота. Данное преимущество заметнее всего сказывается на работе телефонов, находящихся в пограничной зоне между двумя ячейками, где уровни сигналов от базовых станций примерно одинаковы. Тогда выбор базовой станции в значительной степени определяется случайными причинами, и абонент подключается то к одной, то к другой станции. При жестком переходе частые переключения значительно ухудшают качество связи и даже могут привести к ее обрыву, а при мягком переходе ничего подобного не происходит.

Далее, для работы системы CDMA необходимо, чтобы все приходящие на базовую станцию сигналы имели одинаковую интенсивность, - в противном случае возникнут проблемы с декодировкой информации. Ясно, что чем дальше телефон от базовой станции, тем выше должна быть мощность передаваемого им сигнала. Базовая станция следит за тем, чтобы сигналы, приходящие к ней от разных телефонов, были строго одинаковой интенсивности, и дает указания индивидуальным телефонам о повышении или понижении мощности передаваемого сигнала. Такая схема управления мощностью реализована во многих стандартах мобильной связи, однако в CDMA удается управлять мощностью передатчиков мобильных телефонов с очень высокой точностью. Мощность удерживается на том минимальном уровне, который обеспечивает уверенный прием сигнала базовой станцией. При этом снижается общий уровень взаимных помех в системе, что повышает качество связи. Кроме того, точное управление мощностью позволяет продлить срок службы аккумуляторов мобильных телефонов и улучшить экологические параметры технологии.

Недостатков у CDMA относительно немного. Главный из них - новизна технологии. Стандартизирована она была лишь в 1994 г. (соответствующий документ называется IS-95), поэтому значительно менее устоялась, чем другие технологии мобильной связи.

Другими недостатками являются большая сложность оборудования и, как следствие, довольно ограниченный круг производителей. В настоящее время базовые станции для этой технологии выпускают фирмы QUALCOMM, Samsung, Motorola, Lucent Technologies, Nortel и некоторые другие. Намного больше компаний выпускают абонентское оборудование, однако их тоже меньше, чем аналогичных производителей для других технологий.

Определенные проблемы вызывает и использование "мягкого переключения". В частности, если абонент находится в зоне действия нескольких базовых станций, то правило make before break может привести к тому, что для работы с ним будут одновременно резервироваться каналы в нескольких ячейках сети, что приведет к снижению эффективной емкости сети. В настоящее время разрабатываются различные способы, позволяющие избежать такой ситуации.

Помимо своего, так сказать, основного амплуа, сети CDMA могут обеспечивать целый ряд других функций. Прежде всего, следует упомянуть приложения так называемой "беспроводной последней мили" (Wireless Local Loop, WLL).     Такое     приложение     реализуется     в     "фиксированных"     сетях, не поддерживающих мобильных абонентов. Следует, впрочем, подчеркнуть, что совершенно неподвижными абоненты таких сетей быть не обязаны, - допускается, например, перемещение с места на место в пределах территории, на которой развернута сеть.

Наибольший интерес к фиксированным сетям проявляют компании-операторы из развивающихся стран, где необходимо быстро обеспечить связь на большой территории, и на прокладку разветвленной кабельной сети просто нет времени. Помимо недостаточно развитой коммуникационной инфраструктуры, существует и еще одна причина интереса к беспроводным технологиям "последней мили" - большие расстояния. Этот фактор не зависит от уровня экономического развития страны - проложить кабель к удаленному ранчо в Соединенных Штатах ничуть не дешевле (а скорее всего, значительно дороже), чем к какой-нибудь глухой российской деревушке на десять домов. Переход от мобильной связи к фиксированной сопряжен со значительным повышением качества передачи голоса и увеличением емкости сети. По данным корпорации QUALCOMM, максимальная емкость ячейки сети в этом случае возрастает до 45 каналов на одну несущую частоту.

В настоящее время испытания систем WLL на базе CDMA проходят в Канаде, Бразилии, Индии, России, Китае, Польше.

Другим весьма перспективным применением технологии CDMA будет, как предполагается, начинающая развиваться в США система сотовой связи в диапазоне 1900 МГц под названием PCS (Personal Communications Services). Идея PCS состоит в том, чтобы превратить сотовую связь во всепроникающую телекоммуникационную технологию. Ожидается, что ячейки такой сети будут мельче, мобильные аппараты - легче и дешевле и что эта система позволит связываться с абонентами в любое время и из любого места. Согласно прогнозам, одно из наиболее эффективных решений для организации PCS - применение технологии CDMA, в первую очередь благодаря большей емкости таких сетей, более высокому качеству связи (в частности, малый размер ячеек означает частые переключения, а они, как мы помним, в CDMA происходят менее болезненно, чем при использовании других технологий), а также малой стоимости в расчете на одного абонента. В настоящее время в США уже развернуты первые системы PCS на базе CDMA.

Расчет межсистемной ЭМС

Требуется провести анализ ЭМС между двумя базовыми станциями (БС) двух различных стандартов сотовой связи (CDMA и D-AMPS), с целью их взаимной беспомеховой (корректной) работы.

Ниже приведены исходные данные, необходимые для расчета: