Принципы построения цифровых систем сотовой связи стандарта CDMA. Определение технических характеристик и компонентов цифровой системы связи стандарта CDMA. Расчет потерь мощности на трассе прохождения сигнала и определение мощности передатчиков.
Аннотация к работе
Основное достоинство таких сетей - большая помехоустойчивость по сравнению с FDMA-системами, хотя такое сравнение не совсем уместно для систем с аналоговой и цифровой передачей. Широкополосной эта система называется потому, что полоса частот излучаемого антенной сигнала значительно выше той минимальной полосы частот, необходимой для классических методов модуляции. Например, сигнал с амплитудной модуляцией (АМ) занимает полосу в два раза большую, чем полоса модулирующего сигнала; полоса частот сигнала с одной боковой полосой (ОБП) равна полосе информационного сигнала. Теоретически при подборе "хороших" ШПС количество таких сигналов, передаваемых в общей полосе частот, можно сравнять с количеством тех же АМ сигналов, которые без взаимных помех размещаются в той же полосе. Т.е. в нашем примере для АМ сигнала требуется полоса 2F=20 КГЦ и при самой "плотной" упаковке в полосе 10 МГЦ можно расположить 500 каналов.Метод мягкой передачи абонента (переключения абонента с одного радиоканала на другой), применяемой в системах CDMA, обеспечивает почти прозрачную передачу вызовов между сотами. Секретность связи.Цифровая форма сигналов, передача в широкой полосе частот, защита информации для каждого адресата - все это обеспечивает значительно более высокую, чем в других системах, секретность связи. Цена и наличие оборудования.Существующие оценки стоимости системы CDMA в отношении сетевого и абонентского оборудования показывают, что по стоимости эта система эквивалентна существующим аналоговым системам. Более высокая пропускная способность позволяет организовать связь при значительно меньшем числе сот, чем в аналоговых системах и системах с TDMA, что снижает капитальные и эксплуатационные затраты. 2.
Введение
Европейскими странами была собрана группа ученых (Group Special Mobile) с целью разработки нового стандарта цифровой связи. Результатом их работы было создание системы GSM (1990 г.), которая позже стала расшифровываться как Global System for Mobile communications. Это - TDMA-сеть. TDMA - Time Division Multiple Access (множественный доступ с временным разделением каналов) - протокол, в котором цифровой поток разбивается на пакеты и каждый пакет передается с постоянным периодом в определенном временном окне. В остальных временных окнах передаются сигналы других абонентов сети. Основное достоинство таких сетей - большая помехоустойчивость по сравнению с FDMA-системами, хотя такое сравнение не совсем уместно для систем с аналоговой и цифровой передачей. США также не отставали от Европы и в 1990 г. создали свой стандарт D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone Service). В Японии в 1991 г. появился схожий стандарт JDC (Japanese Digital Cellular).
С появлением цифровых систем связи американская фирма Qualcomm начала разработку принципиально нового стандарта с кодовым разделением каналов (CDMA - Code Division Multiple Access). В отечественных трудах этот метод называется также уплотнение каналов по форме или широкополосная передача с помощью ШПС. Широкополосной эта система называется потому, что полоса частот излучаемого антенной сигнала значительно выше той минимальной полосы частот, необходимой для классических методов модуляции. Например, сигнал с амплитудной модуляцией (АМ) занимает полосу в два раза большую, чем полоса модулирующего сигнала; полоса частот сигнала с одной боковой полосой (ОБП) равна полосе информационного сигнала. Т.е. с первого взгляда кажется нецелесообразным проектировать такого рода систему, где промодулированный сигнал, скажем, занимает полосу частот в 1000 раз больше, чем исходный модулирующий. Однако это предположение в корне ошибочно как минимум по трем причинам. Во-первых, широкополосные сигналы, образованные с помощью различных ШПС, могут иметь одну и ту же среднюю частоту, т.е. передаваться в одной и той же полосе. Например, если информационный сигнал занимает полосу частот 0…10 КГЦ, то F=10 КГЦ (в системах сотовой связи примерно это значение имеет место быть). При соответствующей модуляции ШПС этим сигналом полоса сигнала на выходе становится равной 1000П или 10000 КГЦ. Теоретически при подборе "хороших" ШПС количество таких сигналов, передаваемых в общей полосе частот, можно сравнять с количеством тех же АМ сигналов, которые без взаимных помех размещаются в той же полосе. Т.е. в нашем примере для АМ сигнала требуется полоса 2F=20 КГЦ и при самой "плотной" упаковке в полосе 10 МГЦ можно расположить 500 каналов.
Высокая устойчивость к воздействию как широкополосных, так и узкополосных помех, что весьма актуально в условиях напряженной электромагнитной обстановки в пределах большого города. Высокая энергетическая скрытность систем с ШПС и, как следствие, высокая конфиденциальность передаваемых данных. Суть сказанного состоит в том, что широкополосный сигнал не только трудно раскодировать - его трудно просто обнаружить, т.е. выявить сам факт работы абонентской станции.
1. Общие сведения по системам сотовой связи
1.1 Принципы построения цифровых систем сотовой связи стандарта CDMA
CDMA (Code Division Multiple Access) - система множественного доступа с кодовым разделением. Беспроводной абонентский доступ WLL (Wireless Local Loop), реализованный на базе новейшей цифровой технологии с кодовым разделением каналов CDMA. Для данного стандарта характерны отличное качество звука и низкий уровень фоновых шумов. Повышенная емкость системы, которая в 10 раз выше чем у AMPS и в 3-5 раз больше чем у GSM, определяется максимально возможным количеством активных пользователей системы на территории зоны ее обслуживания. CDMA улучшает качество связи в перенаселенных районах, и местностях с холмистым рельефом, где возникают помехи от отраженных сигналов. CDMA увеличивает емкость системы, "виртуально" отсеивая занятые, перекрестные и повисшие вызовы. Это становится возможным благодаря многократному использованию одного частотного канала во всех сотах. Повышению емкости системы способствует применение механизма контроля мощности и речевой активности, что уменьшает взаимные помехи, влияющие на емкость системы и другие факторы. В результате абоненты не страдают от блокировки вызовов в часы наибольшей нагрузки на сеть.
1.2 Особенности построения цифровой системы связи стандарта CDMA
Существенным отличием абонентских аппаратов CDMA является малая излучаемая мощность, которая составляет менее 10МВТ, что на порядок меньше, чем в сетях DAMPS и GSM. Столь низкие требования к мощности позволяют использовать портативные аппараты с более длительным временем работы без подзарядки. CDMA использует более 4,4 триллиона кодов для разделения индивидуальных вызовов, обеспечивая полную защиту и предотвращая несанкционированные подключения. CDMA использует уникальный код для каждого вызова, что позволяет надежно защитить частную информацию. Провайдеры могут использовать одну из трех систем множественного доступа, и разделить абонентов так, чтобы они не мешали.
Технология CDMA обеспечивает высокое качество сигнала при снижении излучаемой мощности и уровня шумов. В результате можно добиться минимальной средней выходной мощности, значение которой в сотни раз меньшее значений выходной мощности других, используемых в настоящее время стандартов. Это позволяет уменьшить воздействие на организм человека и увеличить продолжительность бесперебойной работы без подзарядки аккумулятора. Так, излучаемая мобильными аппаратами средняя мощность в сотовых системах CDMA составляет менее 10 МВТ, что на порядок ниже мощности, требуемой в системах с временным разделением каналов TDMA. Эффективное использование радиочастотного диапазона с возможностью многократного использования одних тех же частот в сети (высокая спектральная эффективность) увеличивает емкость CDMA в 10-20 раз по сравнению с аналоговыми системами и в 3-6 раз превышает плотность других цифровых систем. Это способствует применению механизма контроля мощности и речевой активности, что, в свою очередь, уменьшает взаимные помехи, влияющие на емкость системы и другие факторы, а также позволяет обойти проблему блокировки канала в связи с большой нагрузкой. Соответственно CDMA обеспечивает меньшую задержку в передаче голосового сообщения, чем другие системы подвижной связи, поэтому не требуется уделять повышенное внимание растягиванию задержки сигнала и усугублению эффекта Доплера. Кроме этого, проблема многолучевого распространения эффективно решается на уровне коррекции ошибок. Наконец, плавный переход между сотами (или секторами в пределах одной соты) позволяет осуществлять "мягкий" переход от одной соты к другой, в отличие от TDMA, где такой переход происходит скачкообразно, что приводит к "жесткому", но очень короткому временному разрыву соединения.
1.3 Технические характеристики и компоненты цифровой системы связи стандарта CDMA
Таблица№ 1.3.1
Список литературы
1. Комашинский В. И. Системы подвижной радиосвязи с пакетной передачей информации / А.В. Максимов Горячая линия 2007. 173 с.
2. Шахнович И.В. Современные технологии беспроводной связи / И.В. Шахнович Техносфера 2006. 288 с.
3. Бабков В.Ю Сети мобильной связи: частотно-территориальное планирование 2007. 224 с.
4. Ветошкина Г.Н. Надежность технических систем и техногенный риск 2003. 258 с.
5. Половко А.М. Основы теории надежности 2008. 324 с.