СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ WLL - FDMA, TDMA и CDMA

Любая сотовая сеть строится по достаточно простому принципу: центр управления - базовые станции (не менее одной ;-) - абонентские терминалы. Естественно, что каждый оператор сотовой связи стремится к максимальному наполнению своей сети абонентами. Отсюда возникает проблема обеспечения множественного доступа (multiple access) к базовой станции, для чего ее общий ресурс, а, попросту говоря, лицензированный диапазон частот, делится на определенное количество "каналов", к которым и получают доступ пользователи. Естественно, что в одно и то же время один канал может использоваться только одним абонентом. Рассмотрим используемые на практике методы разделения каналов (см. Рис.1).

Рис.1. Методы организации множественного доступа

Исторически первыми появились методы множественного доступа, основанные на способах разделения каналов по частоте - FDMA (Frequency Division Multiple Access). В этом случае каждый канал занимает строго определенную полосу частот в закрепленной за сотой частотном диапазоне, и какое-либо совместное использование одной полосы частот несколькими абонентами исключено. В настоящее время реально используются следующие стандарты FDMA: AMPS (Advanced Mobile Phone Service, ширина канала 30 кГц) - именно в этом стандарте работает сотовая сеть ALTEL, NAMPS (Narrowband AMPS, ширина канала 10 кГц) и TACS (Total Access Communications System, ширина канала 25 кГц). Отметим, что все эти стандарты основаны на передаче аналогового сигнала.

Упомянув о невозможности совместного использования одной полосы частот несколькими абонентами в границах одной соты, мы не можем не задаться вопросами: какова стандартная ширина таких каналов и, соответственно, сколько их "умещается" в частотном диапазоне одной соты? Практика показывает, что общий диапазон частот, отведенный для конкретной сотовой сети, достаточно разделить на семь, чтобы обеспечить "разнесение" по частотам соседних ячеек сети (см. Рис.2). Таким образом, можно повторно использовать одни и те же частоты в неграничащих друг с другом сотах, а, значит, практически неограниченно расширять сеть даже в условиях ограниченного диапазон частот.

Рис.2. Схема распределения частотных поддиапазонов по ячейкам сотовой сети:
а) для FDMA, б) для TDMA, в) для CDMA

Из Рис.2 хорошо видно, что большей, по сравнению с FDMA, емкости сети можно достичь с помощью одного из многочисленных методов множественного доступа с временным разделением каналов (Time Division Multiple Access, TDMA). В TDMA используется интересная особенность работы базовой станции, заключающаяся в том, что, работая на определенной частоте, базовая станция какую-то часть времени работает на одного абонента, какую-то - на другого, и так далее. Перерывы связи между этими временными интервалами (time slot) достаточно малы, чтобы не восприниматься человеческим ухом, однако достаточны велики, чтобы обеспечивать беспроблемную работу нескольких абонентов в одной полосе частот. Понятно, что под "каналами" в TDMA понимаются уже не эти полосы частот, а временные интервалы, в которых и передается в оцифрованном и сжатом виде информация. Всем нам теперь хорошо известный GSM (восемь временных слотов при несущем диапазоне 200 кГц) и есть не что иное, как один многочисленных стандартов TDMA. Другими широко известными примерами TDMA являются стандарты IS-54 (частотные каналы AMPS шириной 30 кГц делятся на три временных слота) и PDC (каналы TACS на 25 кГц по три слота в каждом).

Наконец, третий герой моего рассказа - метод множественного доступа, хорошо известный военным связистам, но появившийся, что называется, "в широкой продаже" всего-то 3-4 года назад - это CDMA (Code Division Multiple Access). В отличие от FDMA и TDMA, где энергия сигнала концентрируется на выбранных частотах или временных интервалах, сигналы CDMA распределены в непрерывном частотно-временном пространстве. Таким образом, фактически метод манипулирует и частотой, и временем, и энергией (см. выше Рис.1).

Основная идея CDMA заключается в том, что в одной и той же полосе частот подбирается комбинация сигналов, свободных в точке приема от взаимных влияний друг на друга. Исходный сигнал от абонента смешивается с одним из этой комбинации (образно говоря, помечается "кодом") - в итоге формируется и передается через канал широкополосный сигнал с распределенной энергией. Ясно, что принять информацию можно, только зная последовательность, на которую был перемножен полезный сигнал при передаче, - в противном случае он будет выглядеть как шум (отсюда и название - шумоподобный сигнал). Отсюда следует, что сигналы от двух абонентов, находящихся в зоне действия одной базовой станции и работающих на общей частоте (1,25 Мгц), но с разными кодирующими последовательностями, практически не создают помех друг для друга.

Понятно, что у каждого из вышеперечисленных методов своя история развития и свои отличительные признаки.

КРАТКИЙ СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ WLL

Можно много говорить о технологических и эксплуатационных особенностях того или иного стандарта WLL, но в конечном итоге различия между ними сводятся: 1) к разнице в получаемой от эксплуатации сетей прибыли и 2) к степени удовлетворенности потребностей в услугах связи со стороны конечных пользователей. Для цифр в графе "Доходы оператора" особое значение имеют такие характеристики, как емкость системы и зона покрытия сети, так как именно они в первую очередь определяют объемы капитальных затрат и эксплуатационные расходы. Степень удовлетворенности пользователя в большой степени зависит от качества передачи речи и данных и процентного соотношения успешных вызовов.

Многочисленные статистические исследования доказали, что емкость сети, определяющая количество пользователей, способных работать в зоне действия одной базовой станции, наибольшая для CDMA-сетей и наименьшая для FDMA-сетей. Примерное соотношение таково: технология CDMA дает возможность получить емкость в 3-4 раза большую, чем TDMA, которая, в свою очередь, во столько же раз превосходит по этому показателю FDMA. К тому же, CDMA - единственная технология, не требующая, как правило, частотного планирования, этого постоянного "бича" FDMA- и TDMA-сетей, необходимого для эффективного использования имеющегося спектра частот и предоставления услуг большему числу абонентов.

Достижение максимально возможной емкости сети тесно увязано с таким фактором, как максимальная величина зоны покрытия. И по этому показателю CDMA в 3-4 раза превосходит своего ближайшего конкурента - TDMA. Ну а меньшее число ячеек сети означает более быстрое развертывание сети, меньшие начальные капвложения и последующие эксплуатационные расходы.

Емкость сети и зона покрытия, являясь жизненно важными критериями для оператора, не столь важны, однако, для абонентов сети, которых в первую очередь волнует качество связи и ее устойчивость. И с этой стороны преимущество у CDMA. Поскольку это чисто цифровая связь, к тому же использующая широкополосную модуляцию сигнала, она практически неподвержена узкополосным помехам и несанкционированному доступу к информации.

CDMA В КАЗАХСТАНЕ

В отличие от мировой практики, показывающей широкое распространение CDMA-технологий для мобильной связи (стандарт IS-95 был принят еще в 1994 году), в Казахстане (впрочем, как и в России) преимущества стандарта CDMA могут почувствовать на себе пока только фиксированные (стационарные) абоненты. Первым оператором WLL на основе CDMA в Казахстане является компания ИНСТАФОН, развернувшая в течение 1998 года сеть беспроводного доступа на базе оборудования Airspan, а теперь использующая и оборудование другого мирового лидера в производстве систем WLL - компании InnoWave ECI Telecom. Успешное партнерство "Инстафона" с такими ведущими казахстанскими телекоммуникационными компаниями, как ASTEL, TNS-Plus, Nursat, Spectrum и другими, позволяет с уверенностью говорить о хороших перспективах CDMA в Казахстане.