Свежий номер №37 (366) / «Последняя миля» мобильной связи Евгений Шильников, shl@pronto.msk.ru 25.10.2000
Одновременно с GSM появился стандарт для беспроводных учрежденческих телефонных станций — DECT (Digital European Cordless Telecommunications). Еще один очень интересный стандарт, Bluetooth, разработан для беспроводной связи компьютера с периферией на расстоянии до 10 м, его коммуникационный интерфейс обеспечивает работу до восьми устройств одновременно. Bluetooth-устройства работают на частотах, выделенных для безлицензионного использования (2,4 ГГц), и могут передавать сигналы со скоростью от 720 кбит/с до 1 Мбит/с. Строятся они на дешевых компьютерных чипах (приемопередатчик и модем). По своему назначению Bluetooth — нечто среднее между описанным выше стандартом DECT и инфракрасным iRDA (infra Red Data Association), давно и широко используемым средством беспроводного соединения компьютерной техники.
Продвигаемый компанией Ericsson (разработан вместе с Nokia, IBM, Intel и Toshiba), Bluetooth постепенно выходит за первоначальные рамки — связь в пределах одной компьютерной станции. Теперь он рассматривается как универсальная технология беспроводного соединения любых устройств — карманных компьютеров, мобильных терминалов и пр. — в локальной зоне диаметром порядка 10 м. Планируется также применение этой технологии в «бытовых» целях, например, для оплаты парковки, приобретения билетов в кассах, для автоматического включения света в доме при появлении хозяина и т. д. Рабочая версия Bluetooth была обнародована на конференции в Женеве «Телеком ’99», где были продемонстрированы оборудованные этой технологией лаптопы, смартфоны, карманные компьютеры и другая техника. На сегодня к альянсу Bluetooth присоединились многие компании, в том числе One2One, Но, пожалуй, самым совершенным и перспективным способом передачи данных является стандарт CDMA (Code Division Multiplex Access, IS-95 — множественный доступ с кодовым разделением), предложенный компанией Qualcomm лет пять тому назад. В CDMA для формирования каналов используются специальные шумоподобные сигналы (ШПС), или сигналы с распределенным спектром (Spread Spectrum), которые ранее широко применялись в радиолокации, навигации и военных системах связи (рис. 6). Суть ШПС-кодирования заключается в том, что цифровые данные складываются с импульсными последовательностями (длиной N+1 на каждый бит), имеющими ортогональные корреляционные функции (рис. 7). Ортогональность корреляционных функций позволяет на приеме уверенно различать последовательности — при их детектировании в корреляционных фильтрах вырабатывается сигнал, амплитуда которого равна либо N (для «своей» последовательности), либо очень мала («чужая» последовательность). Известно несколько видов таких импульсных последовательностей, причем чем больше N, тем сильнее отклик на выходе фильтра и тем больше взаимно ортогональных (то есть однозначно различаемых) кодов можно сформировать в системе. Кодирование двоичных битов полезного сигнала импульсными последовательностями, которые можно легко разделять на приеме, позволяет передавать их в одном частотном канале с полосой, расширенной в N+1 раз. Зато в пределах этой полосы теоретически можно передавать столько отдельных каналов, сколько наберется в импульсной В стандарте CDMA было взято N=127. Речь, преобразованная с помощью кодека речи в цифровой поток скоростью 9,6 кбит/с, кодируется последовательностью длиной 128 символов, и на выходе получается многосимвольный импульсный сигнал с частотой 1,228 мегасимволов в секунду, занимающий спектр в 1,25 МГц. За счет кодового разделения в одной и той же полосе передается в десять раз больше каналов, чем в стандарте AMPS, и в три-четыре раза больше, чем TDMA-каналов стандарта GSM. Теоретически можно передать и в сто раз больше, но другие факторы (допустимая вероятность ошибки, борьба с помехами и т. п.) заставляют вводить специальные кодовые промежутки. Это делается для того, чтобы искажение импульсов последовательности, вызванное ошибками при передаче, не приводило к неправильному детектированию кода. Наверное, одно из главных достоинств CDMA — единая частота группового сигнала для всех базовых станций. Поэтому их можно ставить так далеко друг от друга, как позволяют «зоны видимости», а количество одновременно действующих каналов уже не определяется количеством БС. Значит, станций требуется меньше по сравнению с системами AMPS. На практике получается, что даже при двойном резервировании кодовых последовательностей можно устанавливать БС в три раза реже аналоговых и GSM-станций. При этом не нужны переключения частот мобильного телефона при переходе между сотами. Более того, сама природа метода — детектирование принятых сигналов на корреляционных фильтрах — позволяет складывать энергию сигналов в условиях многолучевого приема (при отражениях, при получении сигнала от нескольких БС и т. д.), что выгодно отличает его от других видов связи. Можно перечислить еще целый ряд объективных преимуществ CDMA (чистый от помех голос, хорошая защита от постороннего доступа, большая скрытность передачи, меньшая мощность выходного сигнала телефонной трубки, меньше потенциальный вред здоровью, больше время работы трубки без подзарядки и т. д.). Кроме того, в пересчете на одного абонента себестоимость канала связи в системах CDMA по крайней мере втрое ниже, чем у любого другого из рассмотренных стандартов. А раз так — то и тарифы меньше. Этот фактор и обусловил выбор CDMA в качестве стандарта для сетей фиксированной (стационарной) связи в России. Причем тарифы и абонентская плата ненамного выше, нежели у обычных телефонных линий, правда, сама трубка обходится недешево. Конечно, как и всякое техническое решение, CDMA имеет свои минусы. Первый и, пожалуй, самый серьезный — сравнительная сложность аппаратуры, что тормозит широкое внедрение технологии. Второе неприятное свойство многоканальных CDMA-систем заключается в том, что в приемном тракте мобильного терминала сигналы от других терминалов оказываются помехами, причем все они складываются по абсолютной величине, тем самым повышая порог шума. При разных расстояниях терминалов от БС уровень их сигналов отличается на несколько порядков (пропорционально квадрату расстояния, как известно), то есть на десятки децибел. Для уменьшения этого эффекта применяют нормирование выходной мощности передатчиков в зависимости от расстояния между терминалом и БС, что требует передачи специальных управляющих сигналов. О другом недостатке, свойственном любым системам с кодовой модуляцией, вспоминают реже. Речь идет об интерференционном В России CDMA особого признания пока не получил. Почему — читайте во врезке. В заключение скажем, что в ближайшее время в системах беспроводной связи цифровая передача полностью вытеснит аналоговые стандарты ввиду явного превосходства в эффективности использования частотных ресурсов (см. статью «Молчание —золото») и в качестве передачи, причем стандартам, основанным на кодовом разделении, будет отводиться все большая роль. До тех пор, пока очередные умные головы не придумают еще более экономичного и дешевого способа построения «последней мобильной мили».
|