CDMA 2000 1x (IMT-MC-450)

Введение

CDMA 2000 — Североамериканский цифровой стандарт IMT MC-450 (International Mobile Telephone Multi Carrier). CDMA 2000 был предложен в 2002 году фирмой "Lucent Technologies", как альтернатива выработавшему себя аналоговому стандарту NMT-450 специально для России и стран СНГ с их значительными территориальными пространствами.
Стандарт IMT-MC входит в группу стандартов 3G, одобренных решением Международного Союза Электросвязи (International Telecommunication Union, ITU) в ноябре 1999 г.
Стандарт CDMA-450 (IMT-MC) рассчитан на частоты диапазона 450 МГц, в котором на момент его создания работали сети сотовой связи аналогового стандарта NMT450. Однако сети не мешают друг другу. Большинство выбранных для IMT-2000 (Международная система мобильной связи) систем радиодоступа базируется на технологии с кодовым разделением каналов (CDMA). CDMA — Цифровая система многостанционного доступа с кодовым разделением каналов на основе шумоподобных сигналов (Code Division Multiple Access). В системе CDMA пользователи сотовой связи дифференцируются уникальными цифровыми кодами, а не отдельными частотами или каналами.
Стандарт CDMA 2000 объединил в себе все преимущества новейших цифровых стандартов и "дальнобойность" диапазона 450 МГц.

Как известно, в сетях cdmaOne для передачи сигналов используются радиоканалы с шириной полосы частот 1,25 МГц. Повысить скорость передачи первоначально планировалось путем параллельного использования нескольких радиоканалов. Однако впоследствии выяснилось, что необходимые скорости передачи могут быть достигнуты и в пределах одной полосы частот — при реализации другого алгоритма кодирования и модуляции сигналов.
Стандарт, описывающий это решение, получил длинное наименование CDMA2000 1x RTT, в котором «1x» и означает использование одного типового радиоканала шириной 1,25 МГц. При обеспечении совместимости с cdmaOne новая технология позволила бы повысить скорость передачи данных сразу в несколько раз, до 153 Кбит/с. На основе этого стандарта американская компания Lucent Technologies модифицировала технологию cdmaOne для работы в диапазоне 450 МГц. Данная модификация получила обозначение IMT-MC-450, или, как ее называют в России, CDMA-450.
Однако исследования, нацеленные на совершенствование систем cdmaOne, на этом не закончились. Была разработана целая группа совместимых технологий, различающихся максимальными скоростями передачи данных:

• CDMA2000 1x EV-DO (1x EVolution — Data Only) — вариант технологии 1xRTT только для передачи данных; обеспечивает скорость до 2,4 Мбит/с;
  
• CDMA2000 1x EV-DV (1x EVolution — Data and Voice) — вариант 1xRTT для передачи как данных, так и речи; повышает скорость передачи до 5 Мбит/с и, по оценкам специалистов ряда крупнейших компаний, полностью соответствует статусу технологии 3G.
  

Преимущества стандарта IMT-MC-450

Благодаря своей структуре стандарт IMT-MC-450 обладает следующими преимуществами по отношению к другим сотовым стандартам:

• Большая абонентская емкость за счет большего количества используемых частотных каналов и за счет их повторного использования. Емкость IMT-MC-450 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 тех же частот в сети.
  
• Использование новейших методов обработки сигналов. В системе IMT-MC-450 используются шумоподобные (псевдослучайные) сигналы и расширение спектра, а также более эффективные, чем в системах 2G, методы модуляции и кодирования (в частности, энергетический выигрыш от кодирования в системе cdma2000 на 5 дБ больше, чем в GSM-системах) и т.д. В целом это обеспечивает более высокую спектральную эффективность систем IMT-MC при передаче как речи, так и данных.
  
• Повторное использование частот и спектральная эффективность систем IMT-MC. Спектральная эффективность систем IMT-MC является результирующим параметром, который обусловливается совместным действием перечисленных выше свойств этих систем. Как известно, в системах с ортогональными сигналами (NMT, GSM, AMPS, DAMPS и др.) Используются следующие типовые кластеры: кластер 7/21 в аналоговых системах и кластер 4/12 — в цифровых. При этом весь выделенный оператору частотный ресурс распределяется между базовыми станциями, входящими в один кластер. В сети может быть несколько кластеров и, соответственно, частоты могут использоваться многократно.
  В системах IMT-MC благодаря использованию квазиортогональных сигналов применяются кластеры типа 1/1, т.е. во всех ячейках кластера используются одинаковые частоты. Таким образом, системы IMT-MC имеют самую высокую степень использования частот, что обеспечивает преимущество по емкости этих систем перед системами с ортогональными сигналами и более высокую спектральную эффективность.
  
• Использование энергии нескольких лучей при многолучевом распространении радиоволн. Одно из замечательных свойств систем IMT-MC — эффективная работа в условиях многолучевого распространения сигналов, особенно ярко проявляющегося в условиях плотной городской застройки.
  
  • Разнесенная передача. Каждая антенна может принимать/передавать до 6 различных сигналов. При этом МС выбирает частоту с наибольшим уровнем сигнала. Благодаря Transmit diversity можно значительно снизить уровень ошибок в канале связи и увеличить качество сигнала.
    Многолучевое распространение сигналов резко отрицательно сказывается на работе сотовых систем первого и Второго поколений, которые используют сигнал только одного из лучей, а остальные лучи создают помехи и могут приводить к значительным замираниям сигнала (федингу). В системах IMT-MC многолучевое распространение не ведет к ухудшению связи благодаря использованию rake-приемников, которые имеют несколько каналов корреляционного приема. Rake-приемники обрабатывают сигналы, прошедшие разными путями (лучами), выравнивая их по фазе и складывая по амплитуде, что позволяет использовать практически всю мощность принимаемого сигнала. Rake-приемники позволяют складывать мощности не только разных лучей от одной ячейки базовой станции (БС), но и от разных ячеек одной БС (сверхмягкий хэнд-овер), а также от разных БС (мягкий хэнд-овер), что позволяет снизить мощность излучения БС и повысить емкость системы.
    
    
  • Умные антенны. Они позволяют формировать отдельные пучки сигнала для каждого абонента с точностью в несколько десятков метров. Благодаря Smart antenna реализован так называемый пространственный метод множественного доступа абонентов (SDMA — Space Division Multiple Access). Это позволяет значительно снизить общий уровень интерференции в радио эфире и существенно расширить емкость сети.
    
    
• Самое высокое из существующих в настоящее время в сотовых стандартах, "цифровое" качество передачи речи.
  
• Высокая скорость передачи данных. Одним из важнейших преимуществ технологии IMT-MC является изначально заложенная в стандарт возможность высокоскоростной пакетной передачи данных (ВСПД) на скорости до 153 кбит/с. Спецификации используемой сейчас версии стандарта (IS-2000 rev. 0) были разработаны в 1999 г. На базе стандарта IS-95b. Причем заложенные в спецификации возможности ВСПД максимально ориентированы на пользователей интернета, работающих в интерактивном режиме. Так, скорость, которая будет предоставляться пользователю мобильного интернета, зависит в том числе от ресурса, к которому обращен запрос. В режиме ВСПД пользователю кроме фундаментального канала (со скоростью 9,6 Кбит/с) может быть предоставлен дополнительный канал со скоростью 19,2; 38,4; 76,8 или (максимум) 153,6 кбит/с.
  При незначительном объеме запрашиваемого ресурса, например, скачивании из интернета текстовых страниц размером в десятки килобайт, полноскоростной (153 кбит/с) дополнительный канал не предоставляется, а средняя скорость во время сеанса составляет 40—60 кбит/с. Напротив, если запрос обращен к ресурсу объемом несколько мегабайт, то адаптивный алгоритм стремится предоставить такому пользователю полноскоростной дополнительный канал при наличии в системе свободного ресурса (т.е. кодов Уолша и канальных элементов на БС). В этом случае средняя скорость передачи данных за сессию у пользователя, как правило, превышает 100 кбит/с (с учетом более низкой скорости при установлении соединения и условий радиоэфира).
  Измерения показывают, что средняя скорость передачи данных в сети "Скай Линк" составляет 60—70 кбит/с, что обеспечивает абоненту мобильность и комфортную работу в интернете при просмотре не только текстов, но и изображений. Это превосходит параметры проводного коммутируемого доступа к интернету и конкурирует по скорости с ADSL-доступом.
  
• Высокая помехоустойчивость (технология создавалась как военная система связи, с высокой степенью защиты от специально создаваемых сверхмощных помех).
  
• Способность взаимодействовать с другими радиосистемами, в том числе с низкоорбитальными спутниковыми системами связи, обратная совместимость с аналоговыми сетями, что позволяет использовать двухмодовое пользовательское оборудование IMT-MC-450/AMPS, дающее возможность свободного перемещения из зоны действия одного стандарта в зону действия другого.
  
• Высокая надежность связи в движении за счет "мягкой" передачи канала связи от одной базовой станции к другой ("мягкий", устойчивый "hand-off"). В отличных от IMT-MC-450 системах связи, например в NMT-450i или GSM, используется так называемый "жесткий hand-off", когда в момент перемещения абонента из соты в соту происходит моментальный обрыв и восстановление связи, воспринимаемое абонентом как щелчок в трубке или даже временное прерывание разговора. Иногда в такой момент связь с трубкой может быть потеряна, так как соединение с радиотелефоном одномоментно поддерживает только одна базовая станция. В IMT-MC-450, напротив, трубку постоянно "отслеживают" две или более базовых станций, радиотелефон одномоментно "говорит" сразу с двумя базовыми станциями пока уровень сигнала от одной из них не станет таким, что она сможет обслужить данного абонента эксклюзивно. Так реализуется принцип "мягкого hand-off".
  
• Более надежная защита от несанкционированного доступа конфиденциальность переговоров (благодаря уникальной системе кодирования речи).
  
• Большая дальность работы базовых станций в системах IMT-MC-450 (до 60 км, а с ретранслятором — до 120 км) достигается также благодаря относительно длинноволновому рабочему диапазону частот (450 МГц), сигналы которого меньше ослабляются при распространении в атмосфере. Для России это может оказаться решающим фактором, поскольку позволяет с минимальными затратами охватить сотовой связью не только крупные города, но и огромные малонаселенные территории.
  
• Регулировка мощности. Динамическая регулировка мощности передачи абонентских терминалов и базовых станций — одна из принципиальных особенностей систем IMT-MC, без которой было бы невозможно реализовать их основные преимущества и, прежде всего, обеспечить высокую спектральную эффективность. В системах cdma2000 используется весьма сложная и эффективная система регулировки мощности с параметрами, которые существенно превосходят аналогичные параметры в системе GSM: глубина — 80 дБ, шаг — 0,5 дБ, точность — 0,5 дБ, скорость передачи команд — 800 Гц. Это позволяет передатчикам абонентских и базовых станций работать на минимально возможной мощности и тем самым максимизировать емкость системы. Одновременно это уменьшает влияние электромагнитных излучений терминалов на абонентов и увеличивает время работы аккумуляторов между подзарядками в 1,5—2 раза. Максимальная мощность, излучаемая телефоном IMT-MC-450, составляет около 200 мВт (в системах GSM эта величина равна 2 Вт). С учетом регулировки мощности среднее значение мощности, излучаемое передатчиками абонентских и базовых станций стандарта IMT-MC, значительно меньше максимальных значений.
  
• Уменьшение воздействия электромагнитного излучения на организм человека (благодаря низкому уровню средней излучаемой мощности и самому характеру излучения). Радиотелефоны стандарта IMT-MC — самые экологичные, так как их мощность не превышает 0,2 Вт.
  
• Отсутствие "эффекта эха", характерного для других систем сотовой связи.
  
• Возможность улучшения одних параметров за счет других. В системах IMT-MC все основные параметры сети — зона обслуживания, пропускная способность (емкость) подсистемы радиодоступа и качество обслуживания — взаимосвязаны, и есть возможность улучшения одних параметров за счет других. Поэтому в системах IMT-MC нет жестких ограничений по емкости (soft capacity), и при возрастании нагрузки на некоторые сектора их пропускная способность может быть увеличена за счет уменьшения зоны покрытия и/или некоторого увеличения вероятности ошибочных фреймов (frame error rate, per), которое не приводит к существенному снижению качества речи и параметров передачи данных. Преимущества систем cdma2000 при голосовой связи вокодеры, применяемые в системе cdma2000 (EVRC), обеспечивают не только более эффективную передачу речи, чем в системе GSM (8 кбит/с вместо 13 кбит/с), используют адаптивную скорость передачи в зависимости от степени активности речи, но и обеспечивают снижение уровня окружающего шума за счет адаптивной регулировки порогов перехода к различным скоростям передачи в зависимости от уровня шума.
  
  Таким образом, повышение скорости передачи происходит только при увеличении активности речи, а не при возрастании уровня окружающего шума.
  
  Опыт эксплуатации сети "Скай Линк" показал, что базовые станции стандарта IMT-MC-450 имеют большой запас емкости и уникальные алгоритмы работы в условиях повышенной (экстремальной) нагрузки. В обычных условиях алгоритм работы БС IMT-MC-450 во многом аналогичен алгоритму работы БС GSM, а именно: каждый сектор базовой станции обслуживает те вызовы, которые генерируются в зоне данного сектора (как правило, 120 градусов по азимуту). В системах GSM количество таких вызовов ограничено числом канальных элементов в данном секторе, которое, в свою очередь, определяется количеством в этом секторе блоков приемопередатчика (TRX).
  
  Таким образом, существует жесткое ограничение количества вызовов, обслуживаемых одним сектором, при превышении которого наблюдаются отказы по вызовам. В системе IMT-MC-450 реализован адаптивный алгоритм, который позволяет любому из секторов базовой станции в условиях экстремальной нагрузки обслуживать в 3—6 раз больше вызовов. При возрастании нагрузки в одном из секторов базовой станции IMT-MC-450 ему может быть отдан весь пул свободных канальных элементов двух других секторов, утраивая таким образом его ресурс. Более того, если абоненты (часть абонентов) находятся вблизи базовой станции (это означает, что их терминалы работают на минимальной мощности), то каждый сектор БС может динамически перейти на работу с использованием 128 кодов Уолша (в радиоконфигурации 4 RC4) вместо 64 (в конфигурации RC3). Это соответствует мгновенному удвоению числа каналов в каждом секторе (до 128) при некотором уменьшении обслуживаемой базовой станцией территории. В системах GSM этому соответствовало бы динамическое назначение дополнительных частотных каналов, но такой возможности в этих системах нет.
  
  В системе IMT-MC в прямом канале конфигурации RC3 и RC4 могут использоваться одновременно. Подтверждение устойчивости системы IMT-MC к перегрузкам было получено в Санкт-Петербурге во время футбольных матчей, массовых мероприятий на дворцовой площади и др., когда один сектор ближней базовой станции в течение нескольких часов нес нагрузку более 90 Эрл вместо нормативной нагрузки 20 Эрл, причем была задействована только одна несущая 1,23 МГц из трех доступных в полосе 4,4 МГц, отведенных для IMT-MC-450.
  
  Следует также отметить, что для обеспечения одинаковой пропускной способности по передаче речи системе GSM потребуется в несколько раз более широкая полоса частот по сравнению с системой IMT-MC-450.
  
  Для примера сравним систему IMT-MC-450 с тремя несущими и систему GSM. Пропускная способность одной ячейки трехсекторной базовой станции IMT-MC составляет 3 × 20,2 = 60,6 Эрл. Такая нагрузка при потерях не более 2% требует 78 каналов трафика. Это число каналов трафика в системе GSM требует использования 10 несущих частот (для упрощения расчетов пропускной способности системы GSM примем, что первая несущая частота имеет семь каналов трафика и один тайм-слот используется для общего канала сигнализации (ВССН), остальные несущие имеют по восемь каналов трафика). Кластер типа 4/12 требует полосу частот, равную 0,2 × 12 = 2,4 МГц.
  
  Таким образом, при одинаковой плотности установки базовых станций на заданной территории емкость (спектральная эффективность) системы cdma2000 1х в 6—7 раз выше, чем системы GSM.
  

Цифровой стандарт IMT-MC-450 предусматривает наличие следующих дополнительных услуг, многие из которых невозможно реализовать в аналоговых и некоторых цифровых сотовых сетях:

• SMS — передача коротких сообщений (обмен буквенно-цифровыми сообщениями между пользователями и посылка сообщений по схеме сеть—пользователь).
  
• Режим пониженного потребления мощности аккумуляторной батареи. В этом режиме телефон периодически реагирует на получение коротких сообщений, абонент сам решает, получать ли ему короткие сообщения, или нет. Эта функция позволяет увеличить и так очень продолжительный в сети IMT-MC-450 цикл жизни аккумуляторной батареи до нескольких дней.
  
• Активация радиотелефона через радиоинтерфейс, то есть возможность автоматического, "удаленного" программирования номера и присвоения ключа аутентификации без посещения сервисных центров или технических служб.
  
• Изменение профиля услуг через радиоинтерфейс.
  
• Передача данных (возможность инициации передачи данных в любой момент от начала разговора).
  
• Пакетная передача данных.
  
• Одновременная передача голосовых сообщений и данных/пакетов данных.
  
• Передача цифровых факсимильных сообщений (цифровой факс), одновременная передача голоса и факса по одному каналу.
  
• Видеоуслуги с высоким разрешением в дополнение к речи/факсу.
  
• Высокоскоростной доступ в Интернет.
  

Перечень услуг, предоставляемых оборудованием IMT-MC-450, постоянно расширяется.

Мобильные устройства IMT-MC-450 подключаются к компьютерным устройствам через последовательный порт и выполняют функцию высокоскоростных модемов для передачи данных. Сейчас средняя скорость работы обычных компьютерных модемов — 56 кбит/с, а сотовые телефоны связываются с Интернетом не на много быстрее. Новая технология позволит поддерживать скорость в 153 Кбит/с. А в принципе, IMT-MС может обеспечивать передачу информации со скоростью 2,4 Мбит/с. Возможность просмотра Интернет в формате HTML непосредственно на экране телефона.

Сравнение CDMA 2000 1X с GPRS и EDGE

В стандарте GSM изначально не была заложена возможность передачи данных на скоростях более 9,6 кбит/с. Возможность увеличить скорость передачи до 13 кбит/с появилась позднее. Следующий шаг состоял во внедрении технологии GPRS. Однако это потребовало от операторов, во-первых, значительных инвестиций, а во-вторых, и это главное, не обеспечило высокой скорости передачи данных в реальных ситуациях. Наиболее распространенные терминалы работают в режиме GPRS по схеме 4/2(1), т.е. 4 тайм-слота на линии "вниз" и 1—2 слота на линии "вверх".
Таким образом, пиковые скорости GPRS равны 4 × 13,4 = 53,2 кбит/с на линии "вниз" и 26,8 (13,4) кбит/с — на линии "вверх". В условиях значительной загруженности сетей GSM голосовым трафиком средняя скорость, которую получает абонент GPRS, как правило, не превышает 20—30 кбит/с, особенно в часы наибольшей нагрузки.
Кроме того, зоны покрытия GPRS при использовании базовых станций диапазона 1800 МГц крайне малы, а использование для этой цели базовых станций диапазона 900 МГц ограничено недостаточностью ресурса (емкости) этих станций, который необходим для пропуска голосового трафика. Внедрение на сети GSM технологии EDGE означает внедрение новой модуляции в радиоканале между базовой станцией и мобильным терминалом. Для этого нужно иметь EDGE-совместимые передатчики на базовых станциях и, соответственно, телефоны, поддерживающие EDGE. Большинство коммерчески доступных терминалов — двуслотовые, что при максимальной скорости в одном EDGE-слоте 59,2 кбит/с обеспечивает в среднем около 100 кбит/с, т.е. ненамного больше, чем в сети IMT-MC-450 1x (rel. 0).

Технические характеристики

Параметр	Значение
Частотный диапазон	восходящие линии связи: 453,0…457,5 МГц нисходящие линии связи: 463,0…467,5 МГц
Тип дуплекса	FDD
Дуплексный разнос	10 МГц
Тип модуляции сигнала	1х: DBPSK, QPSK EVDO (в направлении от БС): QPSK, 8-PSK, 16-QAM EVDO (в направлении к БС): DBPSK, QPSK
Мощность передатчика БС (до комбайнера!)	до 40 Вт
Мощность передатчика переносной мобильной станции	не более 0,25 Вт
Ширина полосы одного частотного канала	1,875 МГц (включая защитные интервалы: 0,625 МГц (защита с обеих сторон спектра) + 1,25 МГц — основная несущая)
Интервал между соседними частотами	примерно 2 МГц
Скорость передачи данных в канале связи	нисходящие линии связи: 14,4 кбит/с, 307,2 кбит/с, 2457,6 кбит/с восходящие линии связи: 14,4 кбит/с, 153,6 кбит/с
Канальное кодирование	сверточное кодирование, турбокодирование
Тип используемого кодека	данных нет
Эффективность использования спектра частот	примерно 25 кГц на логический канал
Коэффициент повторного использования частот	1 (на всех БС фрагмента используются одни и те же разрешенные частоты)
Количество логических каналов на одной несущей	примерно 48 при трехсекторной соте
Радиус соты	до 45 км для мобильных носимых терминалов до 70 км для стационарных или возимых терминалов

здесь:
FDD (Frequency Division Duplex) — дуплексный канал с частотным разделением;
DBPSK — двоичная фазовая манипуляция;
QPSK — квадратурная фазовая модуляция;
8-PSK — 8-позиционная фазовая манипуляция;
16-QAM — 16-позиционная квадратурная амплитудная манипуляция.

Уровни побочных излучений

Отклонения частоты в диапазоне	Ограничения на уровень побочных излучений
0,885 МГц — 1,98 МГц	Меньшая из величин: −42 дБн и −54 дБм / 1,23 МГц
1,98 МГц — 4,00 МГц	Меньшая из величин: −54 дБн и −54 дБм / 1,23 МГц
> 4,00 МГц (для категории А)	-13 дБм / 1 кГц; 9 кГц < f < 150 кГц -13 дБм/10 кГц; 150 кГц < f < 30 МГц -13 дБм/100 кГц; 30 МГц < f < 1 ГГц -13 дБм/1 МГц; 1 ГГц < f < 5 ГГц
> 4,00 МГц (для категории В)	-36 дБм / 1 кГц; 9 кГц < f < 150 кГц -36 дБм/10 кГц;150 кГц < f < 30 МГц -36 дБм/100 кГц; 30 МГц < f < 1 ГГц -36 дБм/1 МГц; 1 ГГц < f < 12,5 ГГц

Скорости передачи, поддерживаемые абонентской радиостанцией

Скорость передачи, кбит/с	38,4	76,8	153,6	307,2	614,4	921,6	1228,8	1843,2	2457,6
Количество битов в пакете	1024	1024	1024	1024	1024	3072	2048	3072	4096

Допустимые значения выходных мощностей абонентских радиостанций
Допустимые значения выходных мощностей абонентских радиостанций:

Тип абонентской радиостанции	Нижний предел максимальной выходной мощности	Верхний предел максимальной выходной мощности
III		10 дБВт (10 Вт)
II	−2 дБВт (0,63 Вт)	5 дБВт (3,2 Вт)
I	−7 дБВт (0,2 Вт)	0 дБВт (1,0 Вт)

Допустимые значения выходных мощностей абонентских радиостанций в режиме 1x-EVDO (класс 0):

Тип абонентской радиостанции	Нижний предел максимальной выходной мощности	Верхний предел максимальной выходной мощности
III	1 дБВт (1,25 Вт)	8 дБВт (6,3 Вт)
II	−3 дБВт (0,5 Вт)	4 дБВт (2,5 Вт)
I	−7 дБВт (0,2 Вт)	0 дБВт (1,0 Вт)

Допустимые значения выходных мощностей абонентских радиостанций в режиме 1x-EVDO (класс 1):

Тип абонентской радиостанции	Нижний предел максимальной выходной мощности	Верхний предел максимальной выходной мощности
III	−2 дБВт (0,63 Вт)	3 дБВт (2,0 Вт)
II	−7 дБВт (0,2 Вт)	0 дБВт (1,0 Вт)
I	−12 дБВт (0,063 Вт)	−3 дБВт (0,5 Вт)

Допустимые значения выходных мощностей абонентских радиостанций в режиме 1x-EVDO (класс 5/11):

Тип абонентской радиостанции	Нижний предел максимальной выходной мощности	Верхний предел максимальной выходной мощности
III	−3 дБВт (2,0 Вт)	10 дБВт (10,0 Вт)
II	−2 дБВт (0,63 Вт)	5 дБВт (3,2 Вт)
I	−7 дБВт (0,2 Вт)	0 дБВт (1,0 Вт)

Преимущества использования диапазона 450 МГц

Диапазон 450 МГц, как наиболее низкочастотный из диапазонов, используемых для сотовой связи, обеспечивает минимальное затухание на трассе распространения сигнала, что обусловливает максимально возможный радиус действия соты IMT-MC-450.
В сочетании с другими преимуществами сетей IMT-MC-450, о которых говорилось выше, это позволяет иметь большее по сравнению с другими системами затухание на трассе: система cdma2000 имеет выигрыш в бюджете по сравнению с системой NMT-450 около 10 дБ, а по сравнению с системой GSM — около 3—4 дБ.
Требуемое число БС резко растет с ростом рабочей частоты (в 3 раза при использовании диапазона 900 МГц, в 10—12 раз — для диапазона 1800 МГц и в 15—16 раз — для диапазона 2100 МГц).
Развитие семейства систем cdma2000 1x необходимо особо отметить, что развитие семейства систем cdma2000 1x (и соответственно IMT-MC-450 1х) не закончилось и его отличает эволюционный подход. Определилось два направления развития систем cdma2000 1х:

• усовершенствование исходной системы cdma2000 1х;
  
• HDR (high data rate) или EV (evolution).
  

Второе из указанных направлений включает в себя две фазы: 1x EV-DO (evolution data only или в более поздней трактовке — data optimized) и 1x EV-DV (evolution data/voice). В основе системы HDR лежит идея раздельной передачи речи и данных, поскольку эти два вида информации принципиально отличаются по характеру создаваемого трафика и требованиям к основным параметрам качества обслуживания (QOS): скорости, допустимым задержкам, доле потерянных пакетов, джиггеру.
Оптимизация системы с точки зрения передачи данных позволяет максимально повысить ее спектральную эффективность — до 1,6 Мбит/МГц (для версий стандарта EV-DO rev. О и EV-DV rel. С) и 2,07 Мбит/с (для EV-DO rev. А и EV-DV rel. D). При этом системы 1x EV-DO требуют использования отдельной несущей и других (двухмодовых) абонентских терминалов, а системы 1x EV-DV обеспечивают полную обратную совместимость с системой cdma2000 1х, в том числе работу на общей несущей частоте (в одной полосе частот) и допускают использование старого абонентского оборудования 1х.
В системе 1x EV-DO передача речи может осуществляться только в режиме голос-поверх-ip (VoIP), в то время как в системе EV-DV rel. D обеспечивается также передача речи в режиме коммутации каналов (режим 1х).
Необходимо отметить, что с развитием систем помимо основного параметра — скорости передачи данных — улучшается ряд других важных параметров, в частности уменьшается время соединения, что позволит реализовать некоторые возможности транкинговых сетей, в частности групповую связь нажатием одной кнопки (push-to-talk, PTT), и повысить эффективность передачи речи в режиме VoIP. Наконец, увеличение скорости на линии "вверх" наряду с уменьшением времени реакции системы существенно расширяет возможности предоставления мультимедийных услуг.

Услуги для абонентов

Среди услуг, которыми технология IMT-MC-450 позволит дополнить традиционный перечень (голосовая связь, SMS, WAP и другие), уже сейчас можно назвать следующие:

• одновременная передача голоса и данных;
  
• получение и прослушивание высококачественных музыкальных записей;
  
• быстрый доступ к Internet (вплоть до возможности просмотра ТВ-программ);
  
• мультимедийная почта с присоединяемыми файлами для обмена данными, аудио- и видеооткрытками);
  
• видеоконференц-связь, передача качественных фото- и видеоизображений;
  
• развертывание охранных и телеметрических систем с функциями видеонаблюдения;
  
• полноценная реализация концепции мобильного офиса (быстрый доступ к корпоративным БД, оперативный обмен данными, совместная обработка информации и т. д.);
  
• мобильная электронная коммерция (оплата товаров и услуг, поиск и выбор товаров на сайте, управление банковским счетом);
  
• организация служб, основанных на местоположении абонента;
  
• интерактивные игры.
  

Идентификация абонентов

В аппаратах IMT-MC предусматривается использование специальных RUIM-карт (Removable User Identity Module — съёмный модуль идентификации пользователя). Эти компоненты являются аналогом SIM-карт стандарта GSM.

Оборудование

Изначально было ограниченное число поставщиков оборудования.

Серийное базовое оборудование сперва была готова поставлять только компания Lucent Technologies, причем отнюдь не по низким ценам. Правда, ситуация начинает меняться, и о возможностях поставки альтернативных решений заявили две китайские компании — Huawei Technologies и ZTE Corporation. Затем стало известно, что сети стандарта NMT-450 могут быть реорганизованы с использованием и отечественных разработок. Соответствующее оборудование может выпускаться на предприятиях отечественной радиопромышленности, но после некоторой их модернизации. В результате стоимость таких устройств и затраты на развертывание цифровых сетей должны существенно снизиться.

Схожим образом обстояли дела и с абонентским оборудованием. Сперва для работы в новых сетях были применимы лишь две модели телефонов — НХ-510В и S200, выпускаемые на базе микросхем Qualcomm южно-корейскими фирмами Curitel Communications и Synertek. Это вполне современные аппараты, мало отличающиеся по внешнему виду, функциям и параметрам от привычных телефонов стандарта GSM. Пожалуй, главное отличие заключается в мощности радиопередатчика: 0,2 Вт против типовых 2 Вт. Однако из-за малой серийности выпуска розничные цены таких устройств на тот момент времени превышали 300 долларов США.
Затем к производству абонентского оборудования подтянулись и другие производители микроэлектроники.
Абонентские терминалы IMT-MC 450 в России предоставляются фирмами Hyundai-Curitel, Synertek, Pantech-Curitel, Ubiquam, Huawei:

• Pantech-Curitel HX-550C, Curitel HX-525B, Hyundai-Curitel HX-510B;
  
• Ubiquam U-100, Ubiquam UM-100;
  
• Synertek S-500e, Synertek S-200;
  
• Huawei ETS 2000, Huawei ETS 1000, Huawei ETS 688, Huawei ETS 678, Huawei ETS 668, Huawei ETS 388.
  

Сети стандарта IMT-MC 450 в России и мире

Первая коммерческая сеть IMT-MC-450 запущена 7 декабря 2001 года в Румынии — сеть оператора ZAPP. Первая беспроводная сеть cdma-2000 запущена в коммерческую эксплуатацию корейской компанией-оператором SK Telecom, а в декабре 2001 г. единая сеть IMT-MC (1X) соединила пользователей мобильной связи Кореи, Японии и Китая. Американские операторы Sprint PCS, Verizon Wireless, Теlus также заявили о своих планах развертывания сети IMT-MC (1X).

Компания "Дельта телеком" первой в России начала предлагать услуги мобильной связи, запустив сеть стандарта NMT450. В первой половине 2000-х операторы, входящие в федеральную ассоциацию «СОТЕЛ» и работающие в стандарте NMT-450, обеспечивают связь более чем в 600 городах. К середине 2000-х годов технологические и бизнес-возможности этой сети были полностью исчерпаны. Компании Nokia и Ericsson, бывшие основные поставщики для сетей NMT450, прекратили выпуск коммутационного оборудования и базовых станций этого стандарта еще в 2000 г. К тому моменту уже несколько лет не выпускаются и новые абонентские терминалы. Также в сети NMT450 не было возможности внедрять новые услуги. А в марте 2005 года истёк срок лицензии "Дельта телеком" на предоставление услуг связи в стандарте NMT450. Таким образом, переход от действующей аналоговой сети к цифровым технологиям стал неизбежен. В течение последних нескольких лет они искали оптимальный вариант решения такой задачи. Выяснилось, что с инженерных и экономических позиций наиболее эффективен переход на технологию IMT-MC-450. Это позволит поставщикам услуг постепенно осваивать новую технологию без получения дополнительных частотных присвоений и обеспечит сохранение лояльности клиентов. Не исключено даже, что на переходный период абонентам будут предоставлены возможности подключения сразу двух телефонов (аналогового и цифрового) по одному номеру и использования переадресации вызовов.
Кроме того, не последнюю роль играет экономичность и скорость развертывания сети IMT-MC-450. Для нее может пригодиться большая часть инфраструктуры прежней сети NMT-450 — линии связи, площадки для базовых станций, мачты, антенны и т. д.
Началом перехода на новый стандарт можно считать 2001 год, когда путём модернизации сетей стандарта NMT450 в России Министерством связи было признано внедрение технологии IMT-MC-450 (cdma2000 1х в диапазоне 450 МГц). В июле 2001 года «Московская Сотовая Связь» заключила договор с компанией Lucent Technologies на поставку оборудования для создания опытной зоны сети IMT-MC-450 (центра мобильной коммутации и семи базовых станций Flexent 450 МГц Modular Cell). Несколько позже, в октябре 2001 года, аналогичный договор с Lucent на поставку такого же комплекта оборудования заключил петербургский оператор «Дельта Телеком». В декабре 2002 года компания "Дельта телеком" запустила сеть IMT-MC-450 под торговой маркой "Скай Линк".

Многочисленные исследования и испытания, проводившиеся в опытных зонах, подтвердили высокие технические, эксплуатационные и экономические характеристики новой технологии. Дальность связи при мощности передатчика сотового телефона всего 0,25 Вт составила 50 км, а фактическая скорость передачи данных для стационарных и движущихся абонентов достигала 153 Кбит/с.

По результатам опытной эксплуатации Министерство связи и ГКРЧ РФ приняли ряд документов. Так, решением ГКРЧ от 24 декабря 2001 года компании МСС было выдано разрешение на развертывание на территории Москвы и Московской области коммерческой сети сотовой связи стандарта IMT-MC-450. «Дельта Телеком» получила аналогичное разрешение в конце апреля 2002 года. Кроме того, решением Минсвязи от 20 марта 2002 года стандарт IMT-MC-450 получил статус федерального, что позволяет внедрять его во взаимоувязанной сети связи России наравне с GSM и NMT-450. Другими словами, курс на «цифровизацию» аналоговых сотовых сетей (переход от стандарта NMT-450 к технологии IMT-MC) можно считать утвержденным в общероссийском масштабе.

Как уже говорилось, первой к коммерческой эксплуатации своей сети приступила компания «Дельта Телеком». Основной сегмент ее сети, состоящий из 60 базовых станций и коммутатора на 300 тыс. абонентов, был построен буквально за пару месяцев. Он обеспечил охват услугами связи территории всего Санкт-Петербурга и его ближайших пригородов. К концу 2003 года «Дельта Телеком» рассчитывает расширить зону действия CDMA-450 на всю Ленинградскую область и большую часть Северо-Западного региона (республику Карелия, Псковскую и Новгородскую области).

В масштабах всей страны в первую очередь будут модернизироваться сети крупных операторов, действующих в районах с устойчивым спросом на мобильные услуги. Затем намечено дальнейшее расширение географии применения CDMA-450, вплоть до построения федеральной сети с национальным роумингом. По оценкам «СОТЕЛ», к 2009 году в новой сети могут обслуживаться более 6,5 млн клиентов. При этом территория действия услуг вырастет в 1,4 раза — по сравнению с зоной охвата сетей NMT-450. Потенциальная численность абонентов сетей CDMA-450 в России оценивается экспертами не менее чем в 13 млн человек (в том числе 3 млн — в Москве и Санкт-Петербурге).

Что касается «Московской Сотовой», недавно был подписан контракт на развертывание коммерческой сети мобильной связи IMT-MC-450 в Москве и московском регионе. Основу решения составит оборудование Lucent Technologies (его поставку выполняет компания Verysell Telecom). В рамках проекта построения сети IMT-MC-450 в столице и ближнем Подмосковье будет установлена платформа FlexentO Autoplex Wireless Network System, включающая в себя ATM-оборудование семейства PSAX. Для организации транспортной сети планируется задействовать технологию SDH.

Сервисное подразделение Lucent Worldwide Services (LWS) выполнит целый комплекс работ — от шеф-монтажа и интеграции всего оборудования до ввода сети в коммерческую эксплуатацию. Кроме того, LWS совместно со специалистами МСС проведет радиочастотное планирование и оптимизацию новой сети. В результате реализации проекта в московской сети будут установлены до 150 базовых станций и существенно увеличится емкость центра мобильной коммутации. При этом будет обеспечено полное радиопокрытие территории, необходимое для предоставления качественных услуг передачи голоса и данных.

Всед за «Московской Сотовой» новый стандарт будут внедрять «Кузбасская сотовая связь», «Калининградские мобильные сети», «Ульяновская сотовая связь» и другие фирмы. В скором будущем на работу по технологии IMT-MC-450 планируют перейти 39 операторов сетей стандарта NMT-450, акционером которых является ЗАО «Аккорд-Тел». О желании перейти на IMT-MC, но уже в одном из «традиционных» для этой технологии диапазонов (1900 МГц), объявила в октябре 2002 года и российская Ассоциация операторов сетей CDMA, которая объединяет компании, действующие в стандарте IS-95.

Таким образом, перспективы внедрения технологий семейства IMT-MC на сотовом рынке России кажутся сейчас даже более определенными, чем у европейской разработки сетей третьего поколения — стандарта UMTS.

К середине 2000-х в четырех странах — Румынии, России, Белоруссии и Китае — сети CDMA-450 уже во всю работали, а суммарное число их абонентов превышало 300 тысяч человек. На том момент времени в России действуют 4 сети IMT-MC-450 (CDMA2000 1X). В первую очередь это «Скайлинк» операторов «Московская сотовая связь» и «Дельта Телеком». Количество абонентов — 70 тысяч («Дельта Телеком» — около 60 000 пользователей и МСС — около 10 000 человек). Работает «SkyNet» — сибирский сотовый оператор («Кузбасская сотовая связь»). Кроме того — сеть IMT-MC-450 оператора «Сотовая связь Башкортостана», запущенная в коммерческую эксплуатацию в мае 2004 года. К середине 2000-х коммерческие сети IMT-MC-450 работали в Московской, Псковской и Новгородской областях, в Карелии и в Челябинске, в Мурманске, в Калининграде, в Краснодарском крае и Хабаровске, а также в Северной Осетии. Таким образом, было покрыто 16% территории России, на которой проживало порядка 40% населения.

В странах СНГ, первым ввел в коммерческую эксплуатацию сеть 3-го поколения оператор сотовой связи Приднестровья СЗАО «Интерднестрком». Lucent Technologies провела модернизацию действующей сети «Интерднестркома», работающей в стандарте IS-95, и компания перешла к стандарту сотовой связи третьего поколения CDMA2000 1X. Для перехода мобильной сети «Интерднестркома» на стандарт следующего поколения не потребовалось существенного изменения действующей инфраструктуры.

Была запущена сеть работающая в стандарте CDMA2000 (IMT-MC-450) белорусским оператором сотовой связи «БелСел».

13 февраля 2004 года компания «Алтел», национальный оператор сотовой связи в Республике Казахстан, осуществила коммерческий запуск нового припейд-бренда — PAThWORD. Это первая в Казахстане сеть мобильной связи третьего поколения (3G) стандарта CDMA2000 1X, с карточной системой обслуживания. В настоящий момент пользоваться услугами 3G-связи можно в 11 крупных городах Казахстана.

Во марте 2004 года Комитет по электронным средствам связи (Electronic Communications Committee, ECC) Европейской конференции администраций почт и электросвязи (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations, CEPT) одобрил Решение «О доступности полос частот для развертывания широкополосных цифровых систем подвижной связи PMR/PAMR в диапазонах 400 и 800/900 МГц». Это решение, открывает возможности для широкого внедрения сетей CDMA-450 в Европе и, в частности, в России. Принятый документ определяет условия развертывания. В первую очередь — это диапазоны частот, а также технологии, которые могут быть использованы при развертывании широкополосных цифровых систем подвижной связи. В качестве таких технологий в Приложении к Решению обозначены TETRA TAPS с шириной канала 200 кГц (европейская система, построенная на основе спецификаций GSM) и CDMA-PAMR с шириной канала 1,25 МГц (американская система — по сути версия CDMA2000 с поддержкой типичных PAMR-услуг для диапазонов 400 и 800/900 МГц). Заявлено, что системы CDMA-PAMR полностью совместимы с российскими сетями IMT-MC-450, предоставляющими услуги под брэндом «Скай Линк».

Заключение

Итак, по сравнению с сетями NMT-450 и GSM сети IMT-MC-450 имеют следующие основные преимущества:

• значительно большую зону охвата (радиус действия базовых станций);
  
• более высокую емкость (в расчете на базовую станцию и на полосу частот);
  
• возможность высокоскоростной передачи данных в пакетном режиме, которая является основой для организации большого числа разнообразных мультимедийных услуг;
  
• обеспечение плавного перехода от сетей первого поколения к сетям следующего поколения;
  
• большую экологическую безопасность.
  

Кроме того, необходимо подчеркнуть, что сети IMT-MC-450 строятся за счет использования части полосы частот в диапазоне 450 МГц, ранее выделенной для сетей стандарта NMT-450.
Выделение дополнительных полос и/или диапазонов частот может потребоваться в дальнейшем при интенсивном росте абонентской базы и необходимости обеспечения высокой плотности трафика. Такая ситуация может возникнуть в мегаполисах и, может быть, в городах, имеющих более миллиона жителей.
Благодаря перечисленным преимуществам системы IMT-MC-450 должны получать и уже получают все более широкое распространение в странах, где есть обширные территории с невысокой плотностью населения. В то же время, эти сети могут эффективно использоваться и в мегаполисах, особенно при выделении дополнительных полос частот и/или при построении многочастотных сетей IMT-MC. В заключение следует отметить, что оборудование 1x EV-DO-450 уже прошло первые испытания в сети "Скай Линк" в Санкт-Петербурге и Москве. Внедрение системы 1x EV-DO в сети "Скай Линк" в Санкт-Петербурге входит в планы компании "Дельта телеком" на 2005 год.
Более дальняя перспектива развития сети "Скай Линк", и в частности, выбор той или иной версии стандарта cdma2000 1х, зависят от целого ряда факторов: наличия частотного ресурса, роста абонентской базы, ситуации на рынке услуг сотовой связи и т.д. Тем не менее очевидно, что развитие технологии cdma2000 1х и в будущем открывает все большие перспективы перед операторами, ее использующими, за счет повышения скорости передачи данных и улучшения других характеристик системы.

Литература

https://hamradio.mybb.ru/viewtopic.php?id=582&ysclid=m872f612ay419404961

http://www.mforum.ru/news/article/007391.htm?ysclid=m86zev0tdk756913719

https://www.osp.ru/nets/2003/16-17/150320?ysclid=m872wjuf7n332211665

Приказ Министерства информационных технологий и связи Российской Федерации № 61 от 18.05.2006 Об утверждении Правил применения абонентских радиостанций сетей подвижной радиотелефонной связи стандарта IMT-MC-450