ВЫСОКОЙ, чем достигнута в системах второго поколения. С этой точки зрения часто рассматриваются следующие скорости передачи данных: до 144 кбит/с для сотовых сетей большой площади и до 2 Мбит/с для систем, обслуживающих объекты с низкой подвижностью на небольшой по площади территории. Другими важными требованиями, предъявляемыми к системам третьего поколения, являются поддержка гибкого интерфейса и более высокое по сравнению с сетями второго поколения качество обслуживания.

Можно сказать, что определенная технологическая совместимость между GSM и высокоскоростным интерфейсом, работающим в полосе частот систем третьего поколения, принесет огромную пользу. Это позволит терминалам с такими интерфейсами работать в сельской местности с имеющимися сетями GSM или DCS, а высокоскоростной обмен данными осуществлять, используя полосу, которая зарезервирована для систем третьего поколения. Операторы, производители терминалов и пользователи - все выиграют от создания недорогих и простых терминалов, работающих в разных режимах и в разных полосах частот. Для упрощения совместимости при создании высокоскоростного интерфейса следует придерживаться нескольких основных правил, в частности использовать:

♦ разнесение каналов GSM;

♦ похожие эквалайзеры для разных каналов;

♦ похожие методы обработки сигналов.

Технологии, описанные выше, в некоторой степени решают проблемы гибкости и улучшения качества. При движении в направлении систем третьего поколения эти базовые технологии будут развиваться и широко внедряться. Основная идея новых технологий состоит ВТОМ, что пользователь всегда может обмениваться данными с максимально возможной скоростью. При хороших условиях распространения и низкой загруженности сети скорость передачи данных может быть увеличена путем уменьшения числа битов, используемых для кодирования канала. На границе сот должна реализовываться более сильная защита от ошибок (поэтому и более низкая скорость передачи данных) для достижения требуемого качества обслуживания, В основе эта идея схожа с идеей, касающейся увеличения размера соты. Конечно, повышение гибкости системы может быть реализовано в GSM и в более общем виде, для улучшения качества и увеличения площади обслуживания. Еще одна весьма существенная область -развитие GSM как системы в целом. К этой области относится разработка средств взаимодействия систем DECT и GSM, призванных обеспечить соединение стационарного оборудования DECT с центрами коммутации подвижной связи GSM. Такое взаимодействие позволит достичь высоких скоростей передачи данных, расширения зоны уверенного приема внутри помещений и увеличения емкости сис-

тем мобильной связи там, где сдерживающим фактором является ограниченность частотного спектра. Оно даст также экономичные решения в области офисных услуг благодаря потенциально низкой стоимости учрежденческих АТС.

Взаимодействие между системами DECT и GSM - только одно из возможных решений проблемы ограниченной емкости. Сама система GSM может быть доработана (без каких-либо существенных изменений ее стандартов) для передачи трафика высокой плотности. В дополнение к использованию скачущей частоты и дискретной передачи (discontinuous transmission) широко распространенным методом увеличения емкости и зоны устойчивого приема сетей является иерархическая сотовая структура, т.е. перекрытие макро-, микро- и пикосот. Все из этих хорошо известных методов уже внедрены или будут внедрены в сети GSM, где емкость находится на пределе. Более того, существует несколько других методов, возможности которых до конца еще не изучены, например, интеллектуальные антенны (Space Division Multiple Access - SDMA) и динамическое выделение каналов (Dynamic Channel Allocation - DCA). Оба метода обпадают потенциалом для дальнейшего увеличения емкости систем GSM.

Сейчас GSM развивается в направлении к третьему поколению сотовых систем.

Цифровые сотовые системы подвижной радиосвязи с кодовым разделением каналов [1-16]. Несмотря на то, что кодовые методы разделения каналов были известны давно, первая в мире цифровая система подвижной связи с кодовым разделением каналов, разработанная фирмой Qualcomm (США), вступипа в эксплуатацию только в 1995 г

Особенностью систем с кодовым разделением каналов CDMA (Code Division Multiple Access) является использование так называемых широкополосных сигналов (ШПС). Их еще называют сигналами с большой базой, шумоподобными.

Напомним, что база сигнала определяется как произведение ширины спектра, занимаемого сигналом AF, на его длительность Xq-.

V = AFcTq.

В системах связи с узкополосными сигналами v = AFcToФ. Получить V 1 можно путем формирования сигналов с Тд (при AFc =Fc) или с AFc Fc (при Tq =То). Простое удлинение сигналов приведет к снижению скорости передачи в ТоДо раз. Для того чтобы этого не произошпо, сигналы S(t) передаются с перекрытием во времени, а для того чтобы на приеме их можно быпо разделить, они должны быть ортогональными, т.е.

SAt)S,(t)dt =

[1 S,(0 = SO О S,(OS(0.

Рис. 13.10. Передатчик ШПС

Использование длинных сигналов позволяет обеспечить качественный прием в условиях действия в канале сосредоточенных во времени помех.

В разработанной фирмой Qualcomm системе с кодовым разделением каналов используется так называемый метод прямого расширения спектра частот, позволяющий получить AFJ AFc Сущность прямого расширения спектра частот заключается в умножении несущей на псевдослучайную последовательность с периодом повторения Г = То, включающую Л/ бит последовательности длительности то каждый (рис. 13,10, 13.11). В этом случае база ШПС числено равна количеству элементов ПСП v = Tq/to =Л/. В качестве псевдослучайных последовательностей используются последовательности на основе функций Уолша, которые являются ортогональными.

Прием ШПС осуществляется оптимальным приемником, который вычисляет интеграл

Z= js(OSo(Odf,

где Sit) - сумма полезного сигнала и помехи, SqCO - опорный сигнал, который для /-го канала определяется как S, (f).

Схема приемника, осуществляющего корреляционный прием, приведена на рис. 13.12.

Адрес абонента определяется формой псевдослучайной последовательности (в данном случае одним из вариантов функции Уолша), используемой для расширения спектра частот.

При изменении знака бита информационного сообщения фаза используемой последовательности Уолша изменяется на 180°. Так как

5(/)

4TTW

/н-1/Т0 /н /н+1Ао /

Рис. 13.11. Спектр ШПС

Рис. 13.12. Приемник ШПС

последовательности Уолша взаимно ортогональны, то взаимные помехи между каналами передачи отсутствуют. Помехи по каналам передачи базовой станции создают лишь соседние базовые станции, которые работают в той же полосе частот и используют ту же ПСП, но с другим циклическим сдвигом.

В подвижных станциях ортогональные функции Уолша также используются при передаче, но не для разделения (уплотнения) каналов, а для повышения их помехоустойчивости. В этом случае каждой группе из 6 бит информационной последовательности соответствует при передаче одна из 2 = 64 ортогональных последовательностей Уолша. При передаче каждая подвижная станция использует ПСП с разными циклическими сдвигами, что дает возможность базовой станции при приеме разделять сигналы от подвижных станций.

Метод доступа с кодовым разделением каналов в настоящее время рассматривается как метод доступа для третьего поколения систем сотовой подвижной связи. Следует заметить, что технология CDMA не требует специального оборудования для шифрования, так как при большом числе элементов в ПСП чрезвычайно велико число вариантов ПСП.

Остановимся на еще одной интересной и полезной технической детали, примененной в системе с кодовым разделением каналов стандарта CDMA Qualcomm.

В стандарте используются раздельная обработка отраженных сигналов, приходящих с разными задержками, и последующее их весовое сложение, что позволяет осуществлять качественный прием в условиях многолучевости. При раздельной обработке лучей в каждом канале приема на базовой станции используются 4 параллельно работающих коррелятора, а на подвижной станции - 3 коррелятора. Наличие параллельно работающих корреляторов позволяет осуществить мягкий режим эстафетной передачи при переходе из соты в соту. Для этого в системе подвижной сотовой связи производится оценка качества приема сигналов от двух базовых станций последовательно кадр за кадром, при этом выбирается кадр с наилучшим качеством. Процесс выбора лучшего кадра позволяет сформировать результирующий сигнал путем склеивания лучших кадров, прини-

маемых разными базовыми станциями, участвующими в эстафетной передаче . Мягкое переключение обеспечивает высокое качество приема речевых сообщений и устраняет перерывы в сеансах связи, что имеет место в сотовых сетях связи других стандартов.

В заключение остановимся на достоинствах CDMA. Стандарт CDMA позволяет использовать одну и ту же частоту по всей сети, во всех сотах. Следовательно, коэффициент повторного использования частот для CDMA с = 1. Таким образом, в зависимости от того, с каким кластером проводится сравнение (с = 7 или с = 4), увеличение емкости по отношению к AMPS составит 7-10 раз [1].

Другим фактором, способствующим снижению взаимных помех в системе CDMA и, следовательно, увеличению ее емкости, является применение, аналогично GSM, системы прерывистой передачи речи на основе использования детектора активности речи. Последний фиксирует интервалы активности речи, вызывая команду на прекращение излучения сигнала подвижной станции в пассивные интервалы - интервалы, соответствующие паузам и прослушиванию разговора противоположной стороны, на которые приходится 65 % сеанса связи.

Ожидается, что сети сотовой связи, использующие метод CDMA, обеспечат вдвое большую пропускную способность по сравнению с традиционными цифровыми сотовыми сетями.

Кроме того, метод CDMA на основе применения шумоподобных сигналов должен сыграть важнейшую роль в создании широкополосных служб персональной связи (Personal Communication Services -PCS), в которых многие видят достойного конкурента существующим

PSTN ISDN PDN

Рис. 13.13. Обобщенная схема сети подвижной радиосвязи CDMA

сотовым сетям подвижной радиосвязи и стационарным телефонным сетям. Обобщенная структурная схема сети сотовой подвижной радиосвязи CDMA приведена на рис. 13.13. Основные элементы BTS, BSC, MSC, ОМС аналогичны используемым в сотовых сетях с частотным и временным разделением каналов (NMT-450, GSM-900 и др.). На рис. 13.13 DB (Data Base) - база данных об абонентах и оборудовании. Основное отличие заключается в том, что в состав сети CDMA включены устройства оценки качества и выбора кадров (Selector Unit - SU). Кроме того, для реализации процедуры мягкого перекпю-чения между базовыми станциями, управляемыми разными контроллерами (BSC), вводятся линии передачи между SU и BSC. Развитие стандарта 18-95.

Наиболее существенным дополнением, предусмотренным в стандарте IS-95B, является увеличение верхней границы скорости передачи данных. Благодаря возможности объединения до восьми каналов трафика CDMA скорость передачи данных может достигать значений 115 кбит/с (8 X 14,4 кбит/с), причем производитепи оборудования смогут постепенно наращивать число объединяемых каналов, поддерживаемое инфраструктурным оборудованием.

Так, компания Qualcomm на начальном этапе предпопагает использовать два или четыре объединенных канала в прямом направпении (от БС к АС), что обеспечит скорость 28,8 или 57,6 кбит/с соответственно, и один канал в обратном направлении. Данный набор отражает асимметричную природу трафика, характерную для таких припожений, как электронная почта и доступ к сети Интернет.

Последующая версия стандарта (!S-95C) направлена на повышение частотной эффективности и емкости системы CDMA. Для этого испопьзуемый набор из 64 кодов Уолша будет допопнен группой из 64 кодов, передаваемых по квадратурному каналу. Несмотря на изменения, система сохранит обратную совместимость со стандартами IS-95A и В и будет занимать прежнюю поносу частот, равную 1,25 МГц. Ожидаемое повышение эффективности использования спектра составит от 1,5 до 2 раз по сравнению с предыдущими стандартами. Изменения также будут направлены на сокращение энергии, потребляемой портативными терминанами, что позволит увеличить время работы такой абонентской станции в режиме ожидания до 200 ч. В результате стандарт IS-95C будет удовлетворять значительной части требований, сформулированных МСЭ для систем третьего поколения.

Помимо этого разрабатывается модификация стандарта IS-95-Hdr, которая призвана расширить возможности стандарта по высокоскоростной передаче данных. Эта версия даст возможность организовать канап передачи данных со скоростью свыше 1 Мбит/с в прямом канале (от БС к АС) при значитепьно более низкой скорости в обратном