канал is95b что это такое

CDMA One (IS-95)

Введение

История CDMA One

Система предполагала перемножение (одновременную передачу в радио эфире в одном частотном диапазоне) данных с различными скоростями. Специальная последовательность, известная под названием расширяющий код (spreading code), использовалась для распределения энергии сигнала в широком частотном диапазоне = 1,25 МГц. Исходная информация может быть восстановлена лишь с использованием исходной последовательности. Таким образом, имея достаточное количество расширяющих кодов можно построить систему с множественным доступом.

Спустя 3 года компанией Hutchison Telecom была запущена в эфир первая система сотовой связи стандарта CDMA One. Позднее сети IS-95 нашли широкое распространение в Северной Америке и странах Азии. Однако некоторые сети также были развернуты в Южной Америке, Африке, Среднем Востоке, также как и в некоторых странах Восточной Европы.

Система CDMA в дальнейшем была улучшена и преобразована в систему стандарта третьего поколения, которая предусматривала гораздо более высокие скорости передачи данных и новые услуги для абонентов. В результате перехода к 3G стандарт получил новое название CDMA2000, а после дальнейшего улучшения появились стандарты CDMA 2000 1x и CDMA 2000 1x ev-do (evolution data only or data optimised), которые предоставляли абонентам еще более высокие возможности, особенно в области передачи данных.

Особенности стандарта IS-95

Как отмечалось ранее, стандарт IS-95 использует кодовый принцип разделения абонентов (CDMA). Именно с его использованием связаны основные особенности и отличия от стандартов предыдущих поколений (NMT, AMPS, GSM и т.п.). Рассмотрим ключевые особенности стандарта CDMA One, которые дают преимущества перед системами других стандартов:

1. Мягкая передача (Soft handoff). В связи с тем, что в каждой соте используются одинаковые частоты, единственное отличие между пользовательскими каналами заключается в используемой расширяющей последовательности. Поэтому, при переходе абонента из одной соты в другую нет перехода между частотами, как это было в стандартах с частотным разделением. Мобильный терминал (MS) получает аналогичный сигнал, как в соте-источнике, так и в новой соте, поэтому нет необходимость в перенастройке приемника на другую частоту. При этом мобильный терминал может получать сигнал от двух, трех и более сот. Поэтому резкое снижение качества сигнала от одной соты не приведет к разрыву соединения. В свою очередь, сразу несколько базовых станций (BTS) могут принимать сигнал от MS и контроллер базовых станций (BSC) может сравнить два и более сигнала и выбрать наилучший. Оба этих фактора снижают вероятность обрыва соединения во время хэндовера.

Пример Soft handoff с 3 базовыми станциями

Теоретически, это не важно: разделен ли спектр на частоты, таймслоты или коды – емкость сети будет одинаковой. Однако для CDMA все абоненты разделены с помощью кодов. Поэтому дополнительные пользователи могут быть добавлены за счет незначительного снижения качества соединений. Таким образом, емкость CDMA-систем в случае возникновения необходимость может варьироваться.

3. Терпимость к многолучевому распространению. Расширение спектра эффективно в борьбе с частотно-селективными замираниями, которые могут возникать при многолучевом распространении сигналов. В случае использования CDMA, энергия полезного сигнала распределяется в широкой полосе пропускания. Поэтому возникающие частотно-селективные замирания, которые являются сосредоточенными в узком частотном канале не могут нанести существенных искажений для всего сигнала. Для систем, в которых энергия полезного сигнала сосредоточена в узкой области частотно-селективные замирания могут повлечь существенное снижение качества передачи, либо даже временную блокировку каналов системы.

Пример многолучевого распространения сигнала

Кроме того, в CDMA One, многолучевое распространение сигнала может принести пользу для получателя сообщения при использовании, так называемого, Rake-приемника. Он принимает все переотраженные лучи сигнала и, анализируя их, может выявить ошибки и устранить их, тем самым улучшить качество связи.

4. Нет необходимости использовать эквалайзер. Когда скорость передачи намного превышает 10 кбит/сек в FDMA и TDMA системах, необходимо использовать эквалайзер для снижения межсимвольной интерференции. Это связано с тем, что при увеличении скорости уменьшается длительность интервала и межсимвольные интервалы, соответственно. Поэтому энергия последующих символов может быть наложена одна на другую. В CDMA One, за счет того что энергия каждого символа передается в широкой полосе, межсимвольная интерференция не так опасна. Кроме того, значительную помощь в борьбе с этим негативным явлением оказывает Rake-приемник.

5. Высокая скрытность и устойчивость к воздействиям извне. Важная особенность расширенных сигналов заключается в том, что они становятся шумоподобными или псевдослучайными. Эти два термина означают, что спектр сигнала становится похож на спектр белого шума, как по форме, так и по мощности. Поэтому в эфирt такой сигнал оказывается замаскирован в покрывающих его внешних помехах и становится достаточно тяжело определить наличие сигнала, и тем более попытаться оказать на него воздействие, подслушать или подменить.

Кроме преимуществ, системы с CDMA обладают и некоторыми недостатками:

1. Системы CDMA являются само интерферирующими. Это означают, что работающие в эфире устройства оказывают влияние на работу других устройств, создавая им помехи. Это связано с тем, что в системе используются не совсем ортогональные (независимые) коды. Поэтому MS различных абонентов могут создавать влияние друг на друга. Причем чем больше мобильных терминалов работает в сети, тем большее влияние они оказывают друг на друга. Именно не полная ортогональность кодов является основным ограничивающим фактором для пропускной способности и емкости системы.

Проблема ближней-дальней зоны

Стандарт IS-95 в России

История стандарта CDMA One в нашей стране достаточно богата. В первые годы повсеместного распространения сотовой связи в России (на рубеже XX-XXI столетий) было даже трудно сказать, какой из стандартов является превалирующим: IS-95 или GSM. До 2001 года в некоторые периоды CDMA имел даже большее число абонентов, чем GSM. Однако изначально в нашей стране именно стандарт GSM предусматривался как основной при строительстве сетей сотовой связи. Трудности в правовых аспектах строительства сетей CDMA One создали значительную задержку в его распространении. Хотя это не единственный сдерживающий фактор. Мобильные аппараты, работающие в стандарте IS-95 были запрограммированы на работу в определенной сети и было невозможно сменить оператора также легко, как и с MS стандарта GSM, где для этого достаточно было поменять SIM-карту.

В то же время, многие специалисты отмечают, что CDMA One гораздо экономичнее стандарта GSM и позволяет более эффективно использовать радио ресурсы. Это и другие вышеотмеченные преимущества не позволили этому стандарту быть забытым. В результате на основе CDMA One были реализованы другие стандарты уже третьего поколения.

При использовании материалов ссылка на сайт обязательна

Источник

Slay blog

Все действительно полезное одном месте

CDMA технологии

CDMA технологии

Основные технические требования к системе CDMA были впервые опубликованы в 1993г. в ряде стандартов Ассоциации промыленности связи США (TIA) — Telecommunications Indastry Association/Indastries Association Interim Standard:

— IS-95 — CDMA радиоинтерфейс

— IS-96 — CDMA речевые службы

— IS-97 — CDMA подвижная станция

— IS-98 — CDMA базовая станция

— IS-99 — CDMA службы передачи данных

Первым стандартом сотовой мобильной связи с кодовым разделением каналов стал стандарт IS-95A, который был опубликован в мае 1995 года как улучшенная и переработанная версия стандартов системы CDMA. В разработке IS-95A принимали активное участие американские фирмы Qualcomm, Motorola, Lucent Technologies, InterDigital, к которым в последствии подключились NEC, Samsung, LG и ряд других компаний. Эксплуатация первой коммерческой сети сотовой подвижной связи на базе технологии CDMA (IS-95) была начата компанией Hutchison Telephone (Гонконг) в сентябре 1995 года. До этого стандарт IS-95 получил одобрение в Международном Союзе электросвязи (ITU) и вошел в состав Рекомендации М.1073 ITU-R.

Основная цель разработки компанией Qualcomm системы сотовой подвижной связи с кодовым разделением каналов (CDMA) заключалась в необходимости увеличения пропускной способности сети сотовой связи стандарта IS-95 по сравнению с аналоговой системой AMPS (IS-19) не менее, чем на порядок в диапазоне 800 МГц. Эта цель была успешно достигнута, в результате чего стандарт IS-95 по своей спектральной эффективности превосходит все существующие в настоящее время стандарты цифровой сотовой связи второго поколения (2G) — GSM и D-AMPS (IS-136).

В стандарте IS-95, помимо традиционных услуг голосовой связи предусмотрена возможность передачи данных со скоростью 14,4 кбит/с в режиме коммутации каналов. В стандарте IS-95A при трехсекторной конфигурации базовых станций (БС) может быть организовано от 60 до 100 одновременно работающих каналов голосовой связи со скоростью 9,6 кбит/с в полосе частот радиоканала 1,25 МГц. Стандарт IS-95А также используется в диапазоне 1900 МГц, в котором работают американские цифровые сети персональной связи (PCS).

Стандарт IS-95B, IS-96C, IS-95HDR

Компания Qualcomm в 1995 году предложила к внедрению несколько эволюционных технологий на базе стандарта IS-95, которые на основе объединения нескольких логических каналов CDMA позволяют увеличить в несколько раз скорость передачи данных в прямом направлении в прямом канале от базовой станции к мобильной.

Версия стандарта IS-95B позволяет: — увеличить скорость до 76,8 кбит/с путем объединения 8 CDMA каналов по 9,6 кбит/с, 5-2 раза частотной эффективности (IS-95C) и скорости передачи данных выше 1 Мбит/с (IS-95-HDR) в прямом канале в той же полосе частот 1,25 МГц. 9,6 кбит/с (8×9,6 кбит/с) или получить скорость 115,2 кбит/с путем объединения 8 каналов по 14,4 кбит/с (8×14,4 кбит/с) — повысить точность системы управления мощностью передатчика мобильной станции до 0,25 дБ (вместо 0,5 дБ в IS-95А) — ввести дополнительные каналы приоритетного доступа и ряд других усовершенствований в стандарте IS-95B обеспечивается одновременная работа каналов передачи данных и голосового трафика.

С точки зрения нынешней классификации технологий сотовой подвижной связи, стандарт IS-95B относится к поколению 2,5G, т. е. по скорости передачи данных до 115 кбит/с он стоит выше, чем стандарты 2G, но не обеспечивает скорость передачи данных от 144 кбит/с, которая относится к системам сотовой связи третьего поколения (3G).

Первая сеть стандарта IS-95B была запущена в сентябре 1999 года в Южной Корее. Дальнейшее усовершенствование стандарта TIA/EIA-IS-95 предполагалось проводить в направлении повышения в 1 Такой вариант построения радиосети с асимметричным трафиком по линии вниз (БС-МС) до 1 Мбит/с и по линии вверх (МС-БС) до 14,4 кбис/с хорошо согласуется с требованиями сети Интернет и других сетей передачи данных. В конце 90-х годов прошлого столетия предполагалось, что развитие сетей сотовой ствязи второго поколения (2G) в направлении систем третьего поколения (3G) будет проходить через эволюционный период, как это показано на рис.1

В настоящее время семейство технологий, основанных на стандартах CDMA TIA/EIA IS-95 получили название cdmaOne и включают стандарты IS-95A и IS-95B (cdmaOne = IS-95 + IS-95B).

В связи с бурным развитием семейства стандартов третьего поколения CDMA2000, стратегия перехода действующих сетей cdmaOne к сетям 3G предпорлагает их прямой переход к системам CDMA2000 1x с последующим переходом к высокоскоростным стандартам CDMA2000 1xEV-DO и CDMA2000 1xEV-DV. Причем перечисленные системы CDMA2000 требуют прежнюю ширину спектра частот 1,25 МГц и эти новые сети обратно совместимы с сетями cdmaOne. Это означает, что пользователи сетей cdmaOne будут обслуживаться и в новых системах CDMA2000, не меняя своего абонентского оборудования.

На основе радиоинтерфейса cdmaOne разработан новый стандарт сотовой связи третьего поколения CDMA2000 1x (IS-2000). Этот стандарт является первой фазой (1x) развития систем 3G в системе стандартов cdma2000 и позволяет удвоить количество активных каналов голосовой связи по сравнению с сетями cdmaOne и одновременно обеспечивает пакетную передачу данных со скоростью 153,6 кбит/с (редакция 0) и 307 кбит/с (редакция 1) на одном стандартном радиоканале с шириной полосы 1,25 МГц. CDMA 1x поддерживает передовые услуги, такие как e-mail, игры, передачу цветных изображений и фотографий, и многое другое.

Источник

CDMA: IS-95

Прежде всего — несколько слов о «происхождении» стандарта IS-95 (коммерческое название cdmaOne).

Его первая версия была разработана компанией Qualcomm в 1994 г. Аббревиатура IS (interim standard — временной стандарт) используется для учета в Ассоциации телекоммуникационной промышленности TIA (Telecommunications Industry Association), а цифра означает порядковый номер.

Из полного названия стандарта TIA/EIA/IS-95 видно, что в его рассмотрении принимал также участие Альянс представителей электронной промышленности EIA (Electronic Industies Alliance), который объединяет семь крупных организаций США.

Изначально система связи cdmaOne была предназначена для работы в диапазонах частот 824—849 МГц (линия «вверх») и 869—894 МГц (линия «вниз») с дуплексным разносом 45 МГц. Общая полоса частот, занимаемая в эфире, — 1,25 МГц. Основные технические параметры оборудования сетей CDMA определены в ряде стандартов (IS-95, IS-96, IS-97, IS-98 и IS-99).

Передача речи и данных по стандарту IS-95 осуществляется кадрами длительностью 20 мс. При этом скорость передачи в пределах сеанса связи может изменяться от 1,2 до 9,6 кбит/с, но в течение одного кадра она остается неизменной. Если количество ошибок в кадре превышает допустимую норму, то искаженный кадр удаляется.

В IS-95 допускается использование нескольких типов речевых кодеков: CELP (8 кбит/с), QCELP (13 кбит/с) или EVRC (8 кбит/с). Типовые значения оценки качества по шкале MOS для алгоритма CELP составляет 3,7 балла (9600 бит/с) и 3,0 балла (4800 бит/с). Вносимая алгоритмом CELP задержка не превышает 30 мс. Качество передачи речи в вокодере QCELP (Qualcomm CELP) очень близко к качеству передачи по проводным линиям (4,02 балла).

Схема формирования сигналов для стандарта IS-95

Спецификации IS-95 в части формирования сигналов (см. схему) предусматривают использование метода прямого расширения спектра (DS-CDMA) на основе ансамбля из 64 ортогональных функций Уолша, который строится с помощью матрицы Адамара. При этом могут применяться три группы кодов: коды Уолша, короткие и длинные коды. Все они являются общими для базовых и мобильных станций, однако реализуют разные функции (табл.1).

Базовая станция (БС) может одновременно передавать до 64 CDMA-каналов на основе кодов Уолша. Преобразование сигналов на базовой станции осуществляется в несколько этапов. Вначале входной сигнал с переменной информационной скоростью (от 1,2 до 9,6 кбит/с) преобразуется в кодированный поток данных, имеющий фиксированную скорость 19,2 кбит/с. Затем он расширяется по полосе и передается с чиповой* скоростью 1,2288 Мчип/c. И наконец, на третьем, завершающем этапе выходной поток в каждом канале разделяется на синфазную (I) и квадратурную (Q) составляющие (на схеме не показаны), которые после весового линейного сложения поступают на модулятор QPSK (квадратурной фазовой модуляции).

Все базовые станции используют короткие коды с идентичной структурой, но разными циклическими сдвигами, кратными 64, т. е. всего в сети 511 кодов. Циклические сдвиги различных станций не должны совпадать друг с другом, иначе в работе системы возникнет сбой. На практике синхронизация базовых станций в сети осуществляется с помощью спутниковых навигационных систем GPS или «Глонасс».

На базовой станции формируется четыре типа каналов: канал пилот-сигнала (PI), синхроканал (SYNC), вызывной канал (PCH) и канал трафика (TCH). Число одновременно передаваемых каналов и их параметры указаны в табл.2.

Примечание. Н/п — неприменимо.

Сигналы разных каналов взаимно ортогональны, что гарантирует отсутствие взаимных помех между ними на одной базовой станции. Внутрисистемные помехи в основном возникают от передатчиков других базовых станций, работающих на той же частоте, но с иным циклическим сдвигом.

Излучение пилот-сигнала (PI) происходит непрерывно. Для его передачи используют нулевую функцию Уолша (W0), т. е. код типа «все нули». Обычно на пилот-сигнале излучается около 20% общей мощности, что позволяет мобильной станции обеспечить точность выделения несущей частоты и осуществить когерентный прием сигналов.

В синхроканале (SYNC) входной поток со скоростью 1,2 кбит/c перекодируется в поток, передаваемый со скоростью 4,8 кбит/c. Синхросообщение содержит технологическую информацию, необходимую для установления начальной синхронизации на мобильной станции: данные о точном системном времени, о скорости передачи в канале PCH, о параметрах короткого и длинного кода. Скорость передачи в синхроканале ниже, чем в вызывном (PCH) или канале трафика (TCH), благодаря чему повышается надежность его работы. По завершении процедуры синхронизации мобильная станция настраивается на канал вызова PCH и постоянно контролирует его.

При передаче сигнала от базовой станции используется сверточное кодирование со скоростью R=1/2 и кодовым ограничением K=9 (см. табл. 2). Для борьбы с замираниями в стандарте IS-95 предусмотрено поблочное перемежение символов, позволяющее декоррелировать пакеты ошибок. Скорость передачи по каналу TCH может изменяться от 1,2 до 9,6 кбит/с, что позволяет гибко адаптировать трафик к условиям распространения радиоволн. Для приема сигналов используется RAKE-приемник, имеющий несколько каналов для их параллельной обработки.

Сигналы в мобильной станции формируются несколько иначе, чем в базовой. Для нее предусмотрено два типа информационного обмена: доступ (ACH) и трафик (TCH). Кодирование сигнала осуществляется сверточным кодеком с кодовой скоростью R=1/3, в результате скорость в информационном канале увеличивается до 28,8 кбит/с (см. табл. 2). Другое отличие состоит в том, что мобильная станция не излучает пилот-сигнала. Поэтому базовые станции CDMA осуществляют некогерентную обработку сигналов, а помехоустойчивость обеспечивается в основном за счет пространственного разнесения.

В кодеках мобильных станций тоже применяются ортогональные коды Уолша, но не для уплотнения каналов (как на базовой станции), а для повышения помехоустойчивости. С этой целью входной поток данных со скоростью 28,8 кбит/с разбивается на пакеты по 6 бит, и каждому из них однозначно ставится в соответствие одна из 64 последовательностей Уолша. В итоге скорость кодированного потока на входе модулятора возрастает до 307,2 кбит/с.

Все мобильные станции в сети используют один и тот же длинный код, но с разными циклическими сдвигами. Величина сдвига длинного кода является адресным признаком, по которому базовая станция различает абонентов при приеме сигнала.

Число абонентов в системе CDMA зависит от уровня взаимных помех. Согласованные фильтры базовых станций весьма чувствительны к эффекту «ближний—дальний». Чем выше точность управления мощностью, тем ниже уровень взаимных помех. В стандарте IS-95 регулировка мощности мобильной станции осуществляется в динамическом диапазоне 84 дБ с шагом 1 дБ. Биты управления мощностью передаются по каналу трафика со скоростью 800 бит/с (см. схему). Раздельная обработка многолучевых сигналов с последующим их сложением обеспечивает требуемое отношение сигнал/шум в 6—7 дБ. Применение нескольких параллельно работающих каналов при раздельной обработке лучей позволяет осуществить «мягкий» режим переключения мобильной станции при переходе абонента из одной соты в другую.

Эволюция стандарта IS-95

Одно из важных требований, предъявляемых к системам второго поколения, — гибкость технологии и возможность ее постепенного развития, проходящего без кардинального изменения существующей инфраструктуры сетей.

Современные сети, базирующиеся на стандарте IS-95, обеспечивают передачу сигнала со скоростью 9,6 кбит/с (с кодированием) и 14,4 кбит/с (без кодирования), тогда как исходные спецификации cdmaOne предполагали скорость передачи 8 кбит/с, 13 кбит/с и 8 кбит/с EVRC (Enhanced Variable Rate Vocoder). В настоящее время повсеместно применяется версия стандарта IS-95A.

Версия IS-95B основана на объединении нескольких каналов CDMA, организуемых в прямом направлении (от базовой станции к мобильной). Скорость может увеличиваться до 28,8 кбит/с (при объединении двух каналов по 14,4 кбит/с) или до 115,2 кбит/с (8 каналов по 14,4 кбит/с). Сети на основе IS-95B смогут обеспечивать доступ в Internet до появления систем третьего поколения. Однако для того, чтобы предоставлять услуги пакетной передачи, контроллер базовой станции нужно дооснастить маршрутизатором. В спецификациях этого стандарта предусмотрено качественное улучшение характеристик обслуживания за счет снижения потерь при переходе абонента от одной базовой станции к другой, а также повышение точности контроля мощности до 0,25 дБ, организация каналов приоритетного доступа и другие усовершенствования.

В версии IS-95С модификации коснулись повышения частотной эффективности и увеличения емкости телефонной сети в два раза. Спецификациями предусматривается дополнительный канал с ортогональным сдвигом несущей, по которому может передаваться полный кодовый ансамбль сигналов (т. е. 64 кода Уолша), такой же как и по синфазному каналу. Системы на базе IS-95C будут обратно совместимы с сетями на основе IS-95A и IS-95В и сохранят прежнюю полосу частот — 1,25 МГц. По сравнению с предыдущими версиями скорость передачи в системе возрастет до 144 кбит/c; при этом сократится энергопотребление терминала.

В настоящее время разрабатывается новая модификация IS-95-HDR (High Data Rate), которая призвана расширить возможности высокоскоростной передачи данных. В прямом канале передачи, поддерживающем этот стандарт, предполагается повышение скорости до 1 Мбит/с и даже более. В обратном канале скорость по сравнению с IS-95С не меняется. Возможности, которые предоставит IS-95-HDR, в первую очередь ориентированы на совместную работу с сетями передачи данных, имеющими асимметричный трафик.

Несмотря на то, что предлагаемые усовершенствования продлят срок жизнеспособности нынешнего поколения систем, имеющиеся в радиоинтерфейсе IS-95 ограничения не позволят выполнить все требования нового поколения. Последующее развитие технологии СDМА будет проходить в рамках создания сетей семейства IMT-2000.

* Чиповая скорость (от англ. chip rate) определяется как скорость следования символов сигнала с расширенным спектром (шумоподобного сигнала). Обычно измеряется в Мчип/с, что эквивалентно английской аббревиатуре Mcps (megachip per second).

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями

Источник