Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Использование псевдослучайных последовательностей позволяет базовой станции получать сообщения CDMA от несинхронизированных мобильных телефонов. Однако неявное предположение в нашем обсуждении CDMA — то, что уровни мощности всех мобильных телефонов в приемнике одинаковы. В противном случае маленькая взаимная корреляция с сильным сигналом может превзойти большую автокорреляцию со слабым сигналом. Таким образом, уровнем сигнала передачи мобильных телефонов нужно управлять, чтобы минимизировать интерференцию между конкурирующими сигналами. Именно это вмешательство ограничивает пропускную способность систем CDMA.

Уровни мощности, полученные на базовой станции, зависят от того, как далеко находятся передатчики, а также с какой мощностью они передают. Может быть много мобильных станций на различных расстояниях от базовой станции. Хороший эвристический алгоритм, позволяющий уравнять полученную мощность, — использовать инверсию уровня мощности сигнала базовой станции. Другими словами, мобильная станция, получающая слабый сигнал от базовой станции, будет использовать большую мощность, чем получающая мощный сигнал. Для большей точности базовая станция также дает каждой мобильной станции обратную связь, чтобы увеличить, уменьшить или считать устойчивым передаваемый уровень сигнала. Обратная связь передается часто (1500 раз в секунду), потому что хорошее управление важно, чтобы минимизировать интерференцию.

Другое усовершенствование базовой схемы CDMA, которую мы описали ранее, должно позволить различным пользователям посылать данные на различных скоростях. Эта уловка достигнута естественно в CDMA, фиксируя скорость, на которой передаются чипы и назначая пользовательские последовательности чипов различной длины. Например, в WCDMA скорость чипов — 3,84 Мчипов/с, а кодовые последовательности содержат от 4 до 256 чипов. При использовании кода с 256 чипами после исправления ошибок остается приблизительно 12 Кбит/с, и эта скорость достаточна для голосового вызова. Для кода с 4 чипами пользовательская скорость передачи данных близка к 1 Мбит/с. Коды промежуточной длины дают промежуточные уровни скорости; чтобы достигнуть больших мегабит в секунду, мобильный телефон должен использовать более одного канала шириной 5 МГц.

Теперь давайте опишем преимущества CDMA, учитывая, что мы имели дело с проблемами заставляя его работать. У CDMA есть три основных преимущества. Во-первых, CDMA может улучшить пропускную способность, используя в своих интересах маленькие периоды, когда некоторые передатчики молчат. В вежливых голосовых вызовах одна сторона молчит в то время, когда другая говорит. В среднем занято только 40 % времени. Однако паузы могут быть маленькими и трудно предсказуемыми. При использовании временного или частотного уплотнения невозможно повторно назначить время или каналы частоты достаточно быстро, чтобы извлечь выгоду из этих маленьких пауз. Однако в CDMA просто отсутствие передачи от одного пользователя понижает влияние на других пользователей, и вероятно, что некоторая часть пользователей не будет передавать в занятой соте в данный момент времени. Таким образом CDMA использует в своих интересах ожидаемые паузы, чтобы произвести большее число одновременных звонков.

Во-вторых, с CDMA каждая сота использует одни и те же частоты. В отличие от GSM и AMPS, частотное уплотнение для отделения передач разных пользователей не требуется. Это устраняет сложные задачи планирования частоты и улучшает пропускную способность. Это также облегчает для базовой станции использование разнонаправленных антенн, или секторные антенны, вместо всенаправленной антенны. Направленные антенны концентрируют сигнал в намеченном направлении и уменьшают сигнал, и следовательно, интерференцию в других направлениях. Это, в свою очередь, увеличивает пропускную способность. Распространены три способа разделения на секторы. Базовая станция должна отследить мобильный телефон, когда он перемещается из сектора в сектор. В CDMA это легко, потому что все частоты используются во всех секторах.

В-третьих, CDMA облегчает мягкую передачу( soft handoff), при которой мобильный телефон обнаруживается новой базовой станцией раньше, чем отключится предыдущая. Таким образом, нет никакой потери непрерывности. Мягкая пере-

дача показана на рис. 2.43. Это легко в CDMA, потому что все частоты используются в каждой соте. Альтернатива — жесткая передача (hard handoff), при которой предыдущая базовая станция обрывает вызов до того, как его возьмет новая. Если новая станция неспособна принять вызов (например, потому что нет доступной частоты), вызов обрывается. Пользователи замечают это, но недостаток связан с текущей конструкцией. Жесткая передача — норма при использовании частотного уплотнения, чтобы избежать затрат мобильной передачи или приема на двух частотах одновременно.

Рис. 2.43. Мягкая передача: а — перед; б — во время и в — после

О системах 3G написано много, причем отзывы в основном восторженные. Большинство пишет о третьем поколении мобильной связи в том духе, что это самое большое достижение со времен изобретения хлеборезки. Тем временем некоторые операторы связи уже делают первые осторожные шаги в направлении 3G, предлагая, что называется, 2,5G, хотя более точно было бы назвать это 2,1G. Одна такая система называется EDGE (Enhaced Data rates for GSM Evolution — повышенные скорости передачи для развития GSM) и представляет собой обычный GSM с увеличенным числом бит на символ. Проблема состоит в том, что чем больше бит на символ используется, тем больше вероятность ошибок. Поэтому в EDGE применяются девять различных схем модуляции и коррекции ошибок. Отличаются они друг от друга процентом пропускной способности, выделяемым на исправление ошибок, возникающих вследствие повышенной скорости.

Технология EDGE — это один шаг вдоль эволюционного пути, который разделяет GSM от WCDMA. Точно так же есть эволюционный путь, определенный для операторов, чтобы обновить сети от IS-95 к CDMA2000.

Даже при том, что сети 3G еще не полностью развернуты, некоторые исследователи расценивают 3G как решенное дело. Эти люди уже работают над системами четвертого поколения под названием LTE (Long Term Evolution). Некоторые из предложенных особенностей 4G: высокая пропускная способность; вездесущность (связь всюду); плавная интеграция с другими проводными и беспроводными IP-сетями, включая точки доступа 802.11; адаптивный ресурс и управление спектром; и высокое качество сервиса для мультимедиа. Для получения дополнительной информации см. Astely et al. (2009) и Larmo et al. (2009).