Технология CDMA: принцип работы, преимущества и применение в сотовой связи

Внедрение и стандартизация технологии CDMA. Множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA) является фундаментальной технологией для беспроводных сетей, включая локальные вычислительные сети (WLAN). На территории США данный метод получил широкое распространение в качестве основы для мобильной связи. Первоначально технология CDMA применялась в военной сфере благодаря высокой помехозащищенности и низкой вероятности обнаружения передаваемого сигнала. Легитимизация CDMA для коммерческой сотовой связи произошла после принятия Ассоциацией телекоммуникационной промышленности (TIA) Промежуточного стандарта IS-95 в июле 1993 года. Этот стандарт предусматривал использование полосы радиочастот шириной 1,25 МГц.

Основной принцип кодового разделения каналов. Ключевой принцип технологии CDMA заключается не в разделении частот или времени, а в кодировании данных. Вместо модуляции несущей простым потоком битов, исходные данные подвергаются кодированию, которое значительно увеличивает их битовую скорость и, как следствие, ширину занимаемой полосы спектра. Если в этой же полосе начинает работу другой абонент, использующий идентичную несущую частоту, но иной уникальный код, его сигнал не будет оказывать влияния на первый. Это происходит потому, что приемник каждого устройства настроен на распознавание только своего кода. Таким образом, в одном частотном диапазоне одновременно могут существовать множество независимых каналов связи.

Механизм расширения спектра и обработки сигнала. Данный метод известен как расширение спектра (Spread Spectrum). Цифровой речевой сигнал в системе CDMA первоначально передается со скоростью 9600 бит/с. Затем его скорость искусственно увеличивается до примерно 1,23 Мбит/с путем умножения каждого бита данных на псевдослучайную последовательность (PN-код), состоящую, например, из 128 бит. Этот высокоскоростной цифровой поток модулирует несущую, занимая широкую полосу. Все абоненты в соте передают сигналы в одном частотном диапазоне. Приемник базовой станции выделяет нужный сигнал, коррелируя принятый поток с идентичной PN-последовательностью, и после обработки восстанавливает исходные данные со скоростью 9600 бит/с.

Управление мощностью и синхронизация в сети CDMA. Для корректной работы системы CDMA критически важно, чтобы уровни сигналов от всех мобильных телефонов на входе базовой станции были примерно равны. Если сигнал одного аппарата будет доминировать, он может "заглушить" остальные. Поэтому базовая станция в реальном времени осуществляет строгое управление мощностью передатчиков абонентских устройств. Что касается синхронизации, то, в отличие от других стандартов, в CDMA смежные ячейки используют одну и ту же частоту. Для их различения каждая базовая станция добавляет к сигналу уникальный временной сдвиг PN-кода. Высокоточная синхронизация всех станций обеспечивается с помощью сигналов Глобальной системы позиционирования (GPS).

Ключевые преимущества системы CDMA. Основными преимуществами CDMA являются значительное увеличение пропускной способности системы, повышенное качество звука и высокая конфиденциальность переговоров. Емкость сетей CDMA примерно в 10 раз превышает возможности аналоговой системы AMPS и примерно в 5 раз — емкость сетей GSM. Процесс проектирования и развертывания сети упрощается, поскольку в каждой соте используется одна и та же несущая частота, что облегчает частотное планирование и процедуру хэндовера (передачи обслуживания абонента между сотами). Эти факторы сделали CDMA конкурентоспособной технологией для сетей второго и третьего поколений.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Шемякин А. Н., Прудыус А. С. и др.

Источник: Публикации представляет собой компиляцию из открытых источников, описывающих принципы работы ранних систем беспроводной связи (DECT, PACS, PHS). Устройство, монтаж и эксплуатация контактной сети и высоковольтных линий электропередачи

Публикации предназначены для подготовки и повышения квалификации специалистов, обслуживающих электроснабжение железных дорог, студентов и начинающих специалистов в области телекоммуникаций, радиотехники и электроники.