Введение

Как известно, наиболее прогрессивная часть человечества ныне стоит на пороге вступления в эру глобального информационного общества и соответствующего коренного улучшения телекоммуникационного обслуживания населения. И достигнуто это будет путем предоставления широкого пакета новых услуг сетей сотовой подвижной связи нового, вот уже третьего по счету, поколения, называемого иначе 3G (или просто Third Generation). К указанному набору услуг относится не только цифровая телефонная связь, но и высокоскоростной доступ в Интернет, и даже передача видеоизображения (доступная скорость передачи информации для высокоподвижных абонентов - до 384 Кбит/с, и скорости от 384 Кбит/с до 2 Мбит/с - для фиксированной связи в пределах микросот). Сама же беспроводная связь уже в ближайшие годы готовится перехватить пальму первенства в обслуживании огромной армии абонентов у традиционной проводной телефонии, в результате чего расстановка приоритетов на мировом телекоммуникационном рынке обещает измениться самым коренным образом.

Именно поэтому, как представляется, рассказ об основных технологических решениях, которые уже используются или только будут использоваться в телекоммуникационных сетях будущего, с ответами на наиболее часто встречающиеся вопросы по их внедрению и определению некоторых грядущих проблем должен быть интересен широкому кругу читателей. Тем более, что среди авторов настоящей статьи есть как инженеры-разработчики современных радиосистем, так и те, кто имеет практический опыт работы с реальными сотовыми системами, а также те и другие одновременно. Кроме того, все приведенные факты будут подкреплены ссылками на соответствующие источники. В общем, сегодня это должен знать каждый.

В заключение заметим, что вот уже несколько лет на международных выставках исчезла реклама GSM, как, впрочем, и других стандартов сотовых систем 2G. Ведь с точки зрения современных технологий все это уже устаревшая техника в наступающую эпоху 3G.

Как окончательно подтверждено Международным Советом Электросвязи (МСЭ), в наиболее массовых североамериканских и западноевропейских подвижных системах связи 3G c использованием радиоинтерфейсов, называемых cdma2000 и W-CDMA (работающих в радиодиапазоне 1,9 - 2,2 ГГц), будет широко использована технология мультидоступа с кодовым разделением каналов МДКР (или CDMA) . Вывод, который можно сделать из того, что мировое сообщество сделало такой выбор, - это признание на высшем техническом уровне лидерства технологии CDMA, как своеобразной "вестницы связи" будущего и как наиболее эффективной по сравнению с другими технологиями (TDMA и FDMA), используемыми в системах сотовой подвижной связи (2G и 1G) стандартов GSM, DCS, DAMPS, AMPS, NMT. Именно поэтому вот уже давно большинство серьезных зарубежных технических журналов отводит весьма достойное место материалам по разнообразным аспектам использования технологии CDMA.

Если попытаться наиболее коротко выразить общую концепцию перехода к новым телекоммуникационным услугам, характерным для систем 3G, то к предоставлению услуг по высокоскоростной передаче данных всем операторам предлагается идти двумя путями: революционным (путем развертывания новой телекоммуникационной инфраструктуры) или эволюционным (путем усовершенствования уже существующих цифровых сотовых сетей 2G в 2G+ с помощью набора специальных технологий: протокол WAP, стандарты HSCSD, GPRS, технология EDGE и пр.). Поскольку развертывание совершенно новой сетевой инфраструктуры (3G) - дело изначально дорогое и требующее наличия свободного диапазона радиочастот (а это напрямую связано с абонентской емкостью и стоимостью сети), МСЭ решил расширить возможности национальных операторов сотовой связи. Как гласят последние решения МСЭ, принятые недавно на форуме WCR-2000, проходившем в Стамбуле в июне 2000г., на всей планете (а не в каком-либо отдельном регионе) решено выделить три дополнительных диапазона для строительства сетей сотовой связи 3G. В связи с этим открываются частоты в диапазонах 800 МГц, 1700 МГц и 2500 МГц. Таким образом, операторы, уже работающие в указанных диапазонах (главным образом, это относится к диапазону 800 МГц), потенциально могут не только преобразовывать свои сети 2G в 2G+, но и сразу переходить к сетям следующего поколения в соответствии с рекомендациями МСЭ.

Как известно, технология CDMA используется не только в перспективных разработках систем сотовой связи 3G, но и в системах 2G в лице систем стандарта IS-95 (ныне работают в диапазонах 800 МГц и 1,9 ГГц), называемого еще cdmaOne, что, по-видимому, должно означать что-то типа "они были первыми". Справедливости ради следует сказать, что многие технологические достижения, которые будут применены в системах 3G, являются логическим продолжением того, что уже можно наблюдать в работе систем cdmaOne. В том числе и в России, где также работают сотовые сети cdmaOne в диапазоне 800 МГц.

Итак, никоим образом не собираясь выходить за пределы чистой техники или существующей статистики, постараемся ответить на основные вопросы, которые наиболее часто возникают в связи с использованием технологии CDMA в сотовых сетях, что будет полезным и для будущих операторов сетей на базе систем 3G. Начнем с самого простого, cdmaOne, что, как говорится, можно пощупать.

CDMA используется Вооруженными Силами США уже на протяжении десятков лет, и эта беспроводная технология проверена, как никакая другая. Многие скептики замолчали, когда 42 оператора со всех частей света остановили свой выбор именно на технологии CDMA, а 37 ведущих компаний мира приобрели лицензии на производство оборудования. Причем большинство из них принадлежит к гигантам современного телекоммуникационного бизнеса. Сначала интерес к CDMA проявили компании из США и стран Азии, что и сформировало первичный рынок этой технологии. Сегодня, когда системы CDMA переходят от успешных полевых испытаний к коммерческому использованию, стандарт IS-95 (CDMA) начинает быстро распространяться по всему миру.

Что выгодно отличает CDMA от других цифровых технологий? Емкость CDMA от десяти до двадцати раз выше, чем у аналоговых систем, и в три - шесть раз превышает емкость других цифровых систем. Сети, построенные на ее основе, эффективно используют радиочастотный ресурс, благодаря возможности многократного использования одних и тех же частот в сети. Использование CDMA значительно улучшает качество связи, в том числе и за счет практически полного устранения помех. "Код" служит не только для идентификации разговора того или иного пользователя, но и является одновременно своеобразным фильтром, устраняющим искажения и фоновые помехи. Встроенный алгоритм кодирования обеспечивает высокую степень конфиденциальности, а совершенный метод коррекции ошибок позволяет эффективно бороться с многолучевым распространением сигнала. Это свойство дает дополнительные преимущества CDMA в условиях гористой местности или городов с высотными застройками.

 По характеристикам качества передачи речи параметры CDMA сопоставимы с качеством проводных каналов. Многие системы CDMA сейчас используют вокодеры 13 кбит/с, вокодеры на 8 кбит/с с высоким качеством.

 Поскольку по каналам CDMA передается не только голос, но и любая другая цифровая информация, особую ценность имеет отсутствие в ней помех. Если рядовой пользователь, по большому счету, безразличен к тому, звучит ли его голос при телефонном разговоре с безупречной чистотой или с небольшими помехами, то ошибки, допущенные при передаче файлов, могут нарушить, например, целостность корпоративной базы данных. Абонент не хочет оставаться без связи при пересылке факса, когда телефон продолжительное время бывает занят. CDMA предоставляет дополнительный сервис, обеспечивая одновременную передачу голоса и факса по одному каналу. В технологии CDMA реализованы оригинальные алгоритмы упаковки данных для большей скорости их передачи.

Торжественное шествие CDMA

В сентябре 1995 года Hutchison создал первую в мире коммерческую сеть CDMA, используя базовое оборудование Motorola и мобильные телефоны Qualcomm. Сегодня эта сеть, состоящая всего из 113 сот и работающая только на одном канале шириной 1,23 МГц, обслуживает более

 40 000 абонентов. Причем соты CDMA были наложены на существующую сеть AMPS. Система работает гораздо более надежно, чем ее предшественница, несмотря на значительно больший трафик в сети. Из-за гористого ландшафта, окруженности водой, множества тоннелей и яростной конкуренции между семью провайдерами Гонконг рассматривается как чрезвычайно проблемный рынок. По словам Генри Вонга, главного инженера компании Hutchison, "CDMA требует сот на тридцать - сорок процентов меньше, чем GSМ, чтобы обслуживать ту же территорию, включая все низменности и возвышенности Гонконга, десять станций метро, тоннели вокруг города и Коулунский полуостров".

Корея

В Корее взяли на вооружение CDMA две компании. Первая, Korea Mobile Telecom (KMT), начала функционировать в январе этого года. Так же, как Hutchison в Гонконге, КМТ наложила CDMA (используя базовое оборудование Goldstar) на уже существующую аналоговую сеть. Рассчитывая на все увеличивающийся приток клиентов, КМТ продолжает расширять свою сеть, которая к концу года будет способна охватить 75 процентов жителей Кореи.

 В апреле Shinsengi Telecom также начала создавать сеть на основе CDMA, используя базовое оборудование Samsung и телефоны нескольких компаний, таких как Sony и Qualсomm. Shinsengi Telecom ориентирован, в основном, на провинции страны.

 Вместе эти две компании обслуживают уже более 200 000 клиентов - и каждый день регистрируют 2 000 новых.

Северная Америка

CDMA начала свой путь именно в Северной Америке - крупнейшем рынке услуг мобильной связи. Среди сотовых сетей в США уже 70 процентов готовы к адаптации под CDMA.

 В мае этого года AirTouch Communications начала переоборудование своих сетей АМPS под CDMA в Лос-Анджелесе, занимающем площадь в 3500 квадратных миль в долине Сан-Фернандо. В сентябре начата подобная модернизация и в Сан-Диего. Терминальное оборудование для новой сети было поставлено объединением Qualcomm Personal Electronics, созданном Qualсomm и Sony. AirTouch Communications планирует завершить полный охват Сан-Диего, шестого по величине города США, сетью CDMA в первом квартале 1997 года.

 В Лас-Вегасе, Невада, компания 360-Communications, бывшая Sprint Cellular, закончила переоборудование своей сети в августе этого года. В существовавшей сети AMPS требовалось 80 сот для покрытия территории города. Сеть CDMA уже обслуживает 85% абонентов в Лас-Вегасе 37-ю сотами.

 Bell Atlantic Nynex Mobile (BANM) в прошлом апреле начала предоставление услуг CDMA небольшой группе абонентов в Трентоне, Нью-Джерси. В сети было использовано оборудование Lucent Technologies, и там впервые использовалась скорость передачи оцифрованной речи 13 кбит/с.

Прогнозы

Сегодня коммерческие телекоммуникационные компании в основном эксплуатируют и развивают сотовые системы. В последнее время стали популярны системы PCS (Personal Communications Services) и WLL (Wireless Local Loop). PCS работают на частотах от 1,9 ГГц и сейчас начали повсеместно использоваться как в США, так и других странах. Хотя стоимость оборудования одной микросоты PCS значительно ниже, чем у сотовых, но для охвата той же территории требуется гораздо больше сот. Это усложняет обслуживание сети и общая стоимость в итоге оказывается не ниже, чем в сотовых системах.

 Для подобных применений преимущества CDMA перед другими цифровыми технологиями очевидны. Используя широкополосные сигналы, CDMA распространяет сигнал намного дальше и, соответственно, обслуживает большую площадь, чем системы, GSM и PCS-1900, использующие TDMA. CDMA требует от трети до одной пятой того количества сот, которое необходимо GSM для охвата той же территории. Это означает существенную экономию ресурсов, снижение затрат на обслуживание сети, меньшую итоговую стоимость обслуживания и меньшее количество антенн, чрезмерно урбанизирующих ландшафт, что отнюдь не приветствуется во многих странах.

 CDMA имеет также другое неоспоримое преимущество. Поскольку эта технология основана на распределении кодов, а не частот, она может повторно использовать один и тот же участок спектра в смежных сотах, не требуя сложных частотных планов. Для масштабных сетей это приводит к значительному сокращению работ по планированию сети.

 Кроме передачи голоса, данных и факсов в системах CDMA можно передавать видеоизображения в реальном масштабе времени и пейджинговые сообщения. Разумеется, при подобном выборе телекоммуникационных услуг, одной из важнейших проблем становится энергоемкость аккумуляторов. Мощность, излучаемая телефоном CDMA составляет всего 2 милливатта. Благодаря этому большинство телефонов CDMA способно непрерывно работать в течение 5-ти часов на передачу и 48-ми часов - в режиме ожидания звонка.

 Наиболее известные компании, использующие PCS в США, такие как Sprint Spectrum и PCS PrimeCo. уже остановили свой выбор на технологии CDMA и в настоящий момент приступили к развертыванию своих сетей в диапазоне 1,9 ГГц. Полное ее завершение ожидается к концу этого года. Другие операторы PCS, такие как NextWave в США и Clearnet в Канаде также уже принимают эту технологию на вооружение.

 Границы использования CDMA будут все более расширяться. Системы PСS и WLL с использованием CDMA развертываются в Африке, Пуэрто-Рико, на Виргинских островах, в Перу, Бразилии, Аргентине, Венесуэле, Китае, Сингапуре, Малайзии, Таиланде, Канаде, России и Индии.

 Департамент Индустриального Развития Канады принял технологию CDMA в качестве телекоммуникационного стандарта Канады.

 Bell Mobility в Торонто приступила к развертыванию обширной сети CDMA-PCS. В июле Clearnet Communications объявила о создании в крупнейших городах Канады большой сети CDMA-ориентированных систем PCS, которая начнет функционировать в 1997 году.

 Сейчас для технологии CDMA стратегически важным является быстрый выход на азиатский рынок. Японская Cellular Telephone Company Group - конфедерация частных радиотелефонных компаний, крупнейшими из которых являются DDI и IDO, - объявила о том, что они отдали предпочтение CDMA и намерены модернизировать свои сети к 1998 году. После США, Япония является вторым крупнейшим рынком телекоммуникационных услуг в мире. В стране насчитывается 11 миллионов абонентов и каждый месяц прибавляется 400 000 новых.

 Таиланд также выбрал технологию CDMA. Компания TAC на сегодняшний день обслуживает 150 000 клиентов. В Сингапуре компания MobileOne приступила к созданию сети PCS, используя оборудование Motorola. Ее запуск планируется в апреле 1997 года.

WLL обеспечат быструю телефонизацию населения

Самыми благоприятными возможностями с точки зрения потребительского спроса располагают сейчас не PCS и сотовые системы, а WLL. Ее нередко называют "спящим гигантом" телекоммуникаций. CDMA-WLL является оптимальным методом для территорий с высокой плотностью населения. Он имеет ряд преимуществ как перед другими беспроводными технологиями, так и проводными сетями. В первую очередь, WLL существенно дешевле как в развертывании, так и эксплуатации. Создание инфраструктуры WLL требует гораздо меньше времени и усилий, и для развивающихся стран этот фактор может стать решающим при выборе метода телефонизации.

 CDMA-WLL-системы начинают создаваться в Индии, где Министерство связи сейчас занимается сертификацией WLL-оборудования Qualсomm. Первоначально система будет установлена в Нью-Дели, что уже означает тысячи потенциальных абонентов.

 Россия также приступила к установке систем CDMA-WLL. Подобный опыт уже проводится в Челябинске и, если он будет признан удачным, системы на основе CDMA получат в этой стране широкое распространение.

Совместимость

Несмотря на появление новых цифровых технологий, "старые" проводные и аналоговые системы будут существовать еще долго. Поэтому новые технологии должны сочетаться с уже существующими. В частности, стандарты CDMA (IS-95) предусматривают совместную работу как с проводными, так и беспроводными аналоговыми и TDMA-ориентированными сотовыми системами.

 Для обеспечения всемирной и всесистемной совместимости Globalstar планирует в 1998 году развертывание спутниковой системы, основной функцией которой будет обеспечение телекоммуникационной совместимости всех видов сетей. Используя технологию CDMA, пользователи Globalstar смогут связываться между собой через портативные и мобильные спутниковые телефоны, подобные тем, которые используются сегодня в сотовых сетях. Поскольку Globalstar будет полностью интегрирован с сотовой системой GSM, телефоны Globalstar смогут переключаться из режима сотовой связи на спутниковую.

 В слабо телефонизированных или вовсе не имеющих телефонных сетей сельских районах абоненты смогут использовать стационарные спутниковые телефоны. А Globalstar будет перенаправлять любые звонки, в том числе и международные, на существующие наземные сети.

 CDMA работает везде, независимо от того, расположена система под землей или на небе и может быть использована в сотовых системах, в PCS и в WLL. Она одинаково удобна и выгодна как для операторов, так и для пользователей во всем мире.