Э. Таненбаум, Д. Уэзеролл - Компьютерные сети (1114668), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Более реалистично выглядит выделение 2 Мбит/сстационарным абонентам, которые сидят дома (в этом случае такая система будетсерьезным конкурентом ADSL), 384 Кбит/с для людей, которые не спеша прогуливаются по парку, и 144 Кбит/с для связи с абонентами, движущимися в автомобилях.Несмотря на эти начальные неудачи, с тех пор было многое достигнуто. Быловыдвинуто несколько технических предложений, впоследствии некоторые отсеялись и остались две основные технологии. Первая из них называется WCDMA —широкополосный CDMA (Wideband CDMA), была предложена фирмой Ericssonи продвинута Европейским союзом, который назвал ее UMTS (Universal MobileTelecommunications System — универсальная система мобильной связи). Вторымпретендентом стала система CDMA2000, предложенная Qualcomm.У этих систем больше сходств, чем различий. Базовый принцип обеих систем — этоCDMA. WCDMA использует полосу пропускания 5 МГц, а CDMA2000 — 1,25 МГц.Если бы инженеров из Ericsson и Qualcomm посадили за стол переговоров и поставилизадачу выработать единую систему, они, наверное, справились бы с этим довольно быстро.
Беда в том, что настоящей проблемой, как всегда, является отнюдь не инженерноерешение, а политика. Европе требовалась система, умеющая работать с GSM; Соединенным Штатам нужна была система, совместимая с одной из уже существующих тамсистем (IS-95). Каждая сторона поддерживала свою компанию (Ericsson находитсяв Швеции, Qualcomm — в Калифорнии). В конце концов, обе компании оказалисьвовлечены во множественные тяжбы, связанные с патентами на технологию CDMA.Во всем мире 10—15 % абонентов мобильной связи уже используют технологии 3G.В Северной Америке и Европе, приблизительно одна треть мобильных абонентов —3G. Япония была ранним последователем, и теперь почти все мобильные телефоныв Японии — 3G.
Эти числа включают и UMTS, и CDMA2000, и 3G продолжает бытьодним большим котлом деятельности, поскольку рынок трясет. Чтобы добавить беспорядка, UMTS стал единственным стандартом 3G с разнообразными несовместимымиопциями, включая CDMA2000. Это изменение было попыткой объединить конфликтующие стороны, но оно только сглаживает технические различия. Мы будем говоритьUMTS, подразумевая WCDMA, а не CDMA2000.Мы ограничим наше обсуждение использованием CDMA в сотовых связях, поскольку это — отличительный признак обеих систем.
В CDMA не происходит нивременно`го, ни частотного разделения каналов, но осуществляется соединение, прикотором каждый пользователь работает на том же диапазоне частот в то же самоевремя. Когда это было предложено для сотовых систем впервые, промышленность2.7. Мобильная телефонная система 199отреагировала приблизительно так же, как королева Изабелла на предложение Колумба достигнуть Индии, направляясь на запад. Однако благодаря упорству компанииQualcomm CDMA преуспел как 2G система (IS-95) и окреп до такой степени, что сталтехническим основанием для 3G.Заставить CDMA работать в мобильном телефоне требует большего, чем основнойметод CDMA, который мы описали в предыдущем разделе.
А именно, мы описалисинхронный CDMA, в котором элементарные последовательности являются строгоортогональными. Эта схема работает, когда все пользователи синхронизированы навремени начала элементарных последовательностей, как в случае передачи от базовойстанции к мобильным телефонам.
Базовая станция может передать элементарные последовательности, начинающиеся в одно время, так чтобы сигналы были ортогональными и могли быть отделены. Однако трудно синхронизировать передачи независимых мобильных телефонов. Без специальных усилий их передачи достигли бы базовойстанции в разное время, без гарантии ортогональности. Чтобы мобильные телефонымогли передавать сигналы базовой станции без синхронизации, нужны кодовые последовательности, которые будут ортогональны при всех возможных смещениях.Хотя и невозможно найти последовательности, которые являются ортогональнымидля этого общего случая, длинные псевдослучайные последовательности достаточноблизки к этому. У них есть характерная особенность — низкая взаимная корреляциядруг с другом при любых смещениях. Это означает, что когда одна последовательность умножена на другую последовательность, в итоге внутреннее произведениебудет маленьким; это был бы ноль, если бы они были ортогональными.
(Интуитивно,случайные последовательности должны всегда отличаться друг от друга. Их перемножение должно давать случайный сигнал низкого уровня.) Это позволяет приемникуфильтровать нежелательные помехи из полученного сигнала. Кроме того, автокорреляция псевдослучайных последовательностей также является малой, кроме случаянулевого смещения. Это означает, что, когда одна последовательность умножена насвою отсроченную копию и просуммирована, результат будет маленьким, кроме техслучаев, когда задержка — ноль. (Интуитивно, отсроченная случайная последовательность похожа на другую случайную последовательность, и мы вернулись к случаювзаимной корреляции.) Это позволяет приемнику обнаруживать начало требуемойпередачи в полученном сигнале.Использование псевдослучайных последовательностей позволяет базовой станцииполучать сообщения CDMA от несинхронизированных мобильных телефонов.
Однаконеявное предположение в нашем обсуждении CDMA — то, что уровни мощности всехмобильных телефонов в приемнике одинаковы. В противном случае маленькая взаимная корреляция с сильным сигналом может превзойти большую автокорреляцию сослабым сигналом.
Таким образом, уровнем сигнала передачи мобильных телефоновнужно управлять, чтобы минимизировать интерференцию между конкурирующимисигналами. Именно это вмешательство ограничивает пропускную способность системCDMA.Уровни мощности, полученные на базовой станции, зависят от того, как далеконаходятся передатчики, а также с какой мощностью они передают.
Может быть многомобильных станций на различных расстояниях от базовой станции. Хороший эвристический алгоритм, позволяющий уравнять полученную мощность, — использовать200 Глава 2. Физический уровеньинверсию уровня мощности сигнала базовой станции. Другими словами, мобильнаястанция, получающая слабый сигнал от базовой станции, будет использовать большуюмощность, чем получающая мощный сигнал. Для большей точности базовая станциятакже дает каждой мобильной станции обратную связь, чтобы увеличить, уменьшитьили считать устойчивым передаваемый уровень сигнала. Обратная связь передаетсячасто (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 которойпередаются чипы и назначая пользовательские последовательности чипов различнойдлины.
Например, в WCDMA скорость чипов — 3,84 Мчипов/с, а кодовые последовательности содержат от 4 до 256 чипов. При использовании кода с 256 чипами послеисправления ошибок остается приблизительно 12 Кбит/с, и эта скорость достаточнадля голосового вызова. Для кода с 4 чипами пользовательская скорость передачиданных близка к 1 Мбит/с. Коды промежуточной длины дают промежуточные уровнискорости; чтобы достигнуть больших мегабит в секунду, мобильный телефон должениспользовать более одного канала шириной 5 МГц.Теперь давайте опишем преимущества CDMA, учитывая, что мы имели делос проблемами заставляя его работать. У CDMA есть три основных преимущества.Во-первых, CDMA может улучшить пропускную способность, используя в своихинтересах маленькие периоды, когда некоторые передатчики молчат.
В вежливыхголосовых вызовах одна сторона молчит в то время, когда другая говорит. В среднемзанято только 40 % времени. Однако паузы могут быть маленькими и трудно предсказуемыми. При использовании временного или частотного уплотнения невозможноповторно назначить время или каналы частоты достаточно быстро, чтобы извлечь выгоду из этих маленьких пауз. Однако в CDMA просто отсутствие передачи от одногопользователя понижает влияние на других пользователей, и вероятно, что некотораячасть 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 отGSM и AMPS, частотное уплотнение для отделения передач разных пользователейне требуется. Это устраняет сложные задачи планирования частоты и улучшаетпропускную способность.
Это также облегчает для базовой станции использованиеразнонаправленных антенн, или секторные антенны, вместо всенаправленной антенны. Направленные антенны концентрируют сигнал в намеченном направлениии уменьшают сигнал, и следовательно, интерференцию в других направлениях. Это,в свою очередь, увеличивает пропускную способность. Распространены три способаразделения на секторы. Базовая станция должна отследить мобильный телефон, когдаон 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-2.7. Мобильная телефонная система 201дача показана на рис. 2.43. Это легко в CDMA, потому что все частоты используютсяв каждой соте. Альтернатива — жесткая передача (hard handoff ), при которой предыдущая базовая станция обрывает вызов до того, как его возьмет новая. Если новаястанция 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
