Стандарт связи CDMA: подробная характеристика
В этом обзоре мы поговорим о стандарте связи CDMA – обсудим характеристики и принцип работы, приведем полное подробное описание. Рассмотрим отличия от других стандартов, распространение технологии в России и расскажем про особые смартфоны.
Описание и характеристики
Обратите внимание, это не взаимозаменяемые технологии, а два способа связи, конкурирующие друг с другом. Чем отличается CDMA от GSM? Подробно поговорим чуть ниже.
Соединение двух абонентов в рамках данной технологии происходит с помощью выделения спектра частот, идентификация соединений проводится с помощью специальных кодов.
Пока рассмотрим преимущества технологии:
CDMA-450 или CDMA 2000 появился в 2000 году – стандарт работает в широте 450 МГц и активно распространялся и в России, в основном стандарт связи CDMA присутствовал в Москве.
На данный момент – в 2018 году в России все CDMA операторы закрыты, ни одна телекоммуникационная компания не оказывает подобных услуг. В нашей стране используется более привычный формат – GSM.
Отличия от GSM
Выделим отличия между описанной выше технологией и GSM. Несмотря на то, что оба стандарта относятся к одному поколению, они имеют небольшую разницу в принципах работы:
А в чем разница между WCDMA и CDMA — технология WCDMA является производной от СДМА и принадлежит третьему поколению мобильной связи (3G). В данный момент эти технологии не могут быть использованы одновременно и являются переходным этапом к самому последнему стандарту – LTE.
Смартфоны
В этой части раздела мы обсудим двухстандартные смартфоны. На данный момент оба описанных выше стандарта второго поколения распространены во всем мире и не могут использоваться одновременно – но есть одно исключение.
Это специальные устройства, ориентированные на применение в двух сетях одновременно – возможности расширены за счет установки специального программного обеспечения. Смартфоны оснащены возможностью получать сигнал двумя разными способами, характерными для этих сетей.
Существует достаточно большое количество производителей смартфонов, предлагающих двухдиапазонную продукцию с двумя сим-картами – это такие гиганты, как Xiaomi, Леново, Huawei, HTC и многие другие. Кроме того, вы можете приобрести модем, работающий в нужном диапазоне.
Система сотовой подвижной связи CDMA
Общая характеристика и принципы функционирования
Принцип работы систем сотовой связи (ССС) с кодовым разделением каналов можно пояснить на следующем примере.
Предположим, что вы сидите в ресторане. За каждым столиком находится два человека. Одна пара разговаривает между собой на английском языке, другая на русском, третья на немецком и т.д. Получается так, что в ресторане все разговаривают в одно и то же время на одном диапазоне частот (речь от 3 кГц до 20 кГц), при этом вы, разговаривая со своим оппонентом, понимаете только его, но слышите всех.
Так же и в стандарте CDMA передаваемая в эфире информация от базовой станции к мобильной или наоборот попадает ко всем абонентам сети, но каждый абонент понимает только ту информацию, которая предназначена для него, т.е. русский понимает только русского, немец только немца, а остальная информация отсеивается. Язык общения в данный момент является кодом. В CDMA это организовано за счет применения кодирования передаваемых данных, если точнее, то за это отвечает блок умножения на функцию Уолша.
Ширина спектра излучаемого cигнала:
по уровню минус 3 Дб
по уровню минус 40 Дб
1 канал синхронизации
7 каналов персонально вызова
Скорость передачи данных:
В канале синхронизации
В канале перс.вызова и доступа
9600, 4800, 2400, 1200 бит/с
В стандарте используется раздельная обработка отраженных сигналов, приходящих с разными задержками, и последующее их весовое сложение, что значительно снижает отрицательное влияние эффекта многолучевости. При раздельной обработке лучей в каждом канале приема на базовой используется 4 параллельно работающих коррелятора, а на подвижной станции 3 коррелятора. Наличие параллельно работающих корреляторов позволяет осуществить мягкий режим «эстафетной передачи» при переходе из соты в соту.
Мягкий режим «эстафетной передачи» происходит за счет управления подвижной станцией двумя или более базовыми станциями. Транскодер, входящий в состав основного оборудования, проводит оценку качества приема сигналов от двух базовых станций последовательно кадр за кадром. Процесс выбора лучшего кадра приводит к тому, что результирующий сигнал может быть сформирован в процессе непрерывной коммутации и последующего «склеивания» кадров, принимаемых разными базовыми станциями, участвующими в «эстафетной передаче».
Протоколы установления связи в CDMA, так же как в стандартах AMPS основаны на использовании логических каналов.
Прямые каналы в CDMA:
Обратные каналы в CDMA:
Структура каналов передачи базовой станции показана на рис:
Каждому логическому каналу назначается свой код Уолша. Всего в одном физическом канале логических каналов может быть 64, т.к. последовательностей Уолша, которым в соответствие ставятся логические каналы, всего 64, каждая из которых имеет длину по 64 бита. Из всех 64 каналов на 1-й канал назначается первый код Уолша (W0) которому соответствует «Пилотный канал», на следующий канал назначается тридцать второй код Уолша (W32), следующим 7-ми каналам так же назначаются свои коды Уолша (W1,W2,W3,W4,W5,W6,W7) которым соответствуют каналы вызова, и оставшиеся 55 каналов предназначены для передачи данных по «Каналу прямого трафика».
При изменении знака бита информационного сообщения фаза используемой последовательности Уолша изменяется на 180 градусов. Так как эти последовательности взаимно ортогональны, то взаимные помехи между каналами передачи одной базовой станции отсутствуют. Помехи по каналам передачи базовой станции создают лишь соседние базовые станции, которые работают в той же полосе радиочастот и используют ту же самую ПСП, но с другим циклическим сдвигом.
Порядок прохождения речевых данных в мобильной станции до момента отправки в эфир.
Давайте подробней рассмотрим структурную схему обратного канала трафика. В прямом и обратном канале эта схема повторяется; в зависимости от того, какой канал используется в данный момент, некоторые блоки этой схемы исключаются.
В настоящее время оборудование стандарта CDMA является самым новым и самым дорогим, но в то же время самым надежным и самым защищенным. Европейским Сообществом в рамках исследовательской программы RACE разрабатывается проект CODIT по созданию одного из вариантов Универсальной системы подвижной связи (UMTS) на принципе кодового разделения каналов с использованием широкополосных сигналов с прямым расширением спектра (DS-CDMA).
Основным отличием концепции CODIT будет эффективное и гибкое использование частотного ресурса. Как мы раньше пояснили, на широкополосный сигнал CDMA влияние узкополосной помехи практически не сказывается. За счет этого свойства в стандарте CODIT для передачи данных дополнительно будут использоваться защитные интервалы между несущими частотами.
GSM и CDMA: В чём разница и что лучше?
Здравствуйте уважаемые читатели. Большинству владельцев мобильных телефонов приходится беспокоиться только об одной технологии под названием глобальная система для мобильных коммуникаций или GSM. Как следует из названия, этот стандарт был принят повсеместно и используется для общения при помощи сотовой связи.
Но не все запрыгнули на GSM поезд. Альтернативный стандарт, известный как множественный доступ с кодовым разделением или CDMA, так же используется множеством операторов по всему миру. Этот стандарт наиболее популярен в США и России, но так же применяется в некоторых африканских и азиатских странах, где конкурирует с GSM.
Вот что владельцам мобильных телефонов следует знать, прежде чем покупать устройство, поддерживающее одну из этих технологий.
GSM против CDMA: Что лучше?
Это первый вопрос, который зададут потенциальные владельцы, и он вполне оправдан. Но в этом случае простого ответа на него нет.
GSM и CDMA — это разные способы достижения одной и той же цели. А тот факт, что на основе каждой их них построены популярные сети доказывает, что важен не стандарт, а качество сети. К примеру, в США два из четырёх крупнейших операторов (Verizon и Sprint) используют CDMA, тогда как другие два (AT&T и T-Mobile) выбрали GSM.
С технической точки зрения ни один стандарт не имеет преимущества в плане качества. Но кое-что вы должны принять во внимание. GSM телефоны можно разблокировать и переносить к другим операторам, а CDMA телефоны чаще всего заблокированы на одного оператора и с этим ничего нельзя поделать.
В дополнение, большинство телефонов поддерживают либо GSM, либо CDMA, так что выбор телефона может определить, какой стандарт вы в конечном итоге будете использовать. Кроме этого, всё зависит от того, какие операторы доступны на вашей территории. Некоторые зоны лучше покрываются провайдерами GSM, тогда как в других преимущество может быть на стороне провайдеров CDMA.
Какие телефоны поддерживают каждый из стандартов?
Многие телефоны совместимы с GSM или CDMA, но не с обоими вместе. В случае CDMA телефонов, вам придётся приобрести устройство, сделанное специально для вашего оператора. Проще всего купить его напрямую у этого оператора. Например, если вы хотите использовать iPhone в сети Verizon, вам необходимо приобрести фирменный iPhone именно от Verizon, а не Sprint или AT&T. Однако, если вы решите перейти на другого оператора, то не сможете забрать телефон с собой, так как он заблокирован.
Если вы не хотите ограничивать себя одним оператором, можете поискать разблокированные GSM телефоны от сторонних ритейлеров. Такие телефоны будут работать с любым GSM оператором, вам достаточно лишь сменить SIM-карту. К примеру, Amazon продаёт множество разблокированных GSM телефонов. Модель Nexus 5 от Google и некоторые устройства в версиях Google Play так же разблокированы. Любой розничный или интернет-магазин, занимающийся продажей сотовых телефонов, должен предоставлять информацию о том, с какими сетями может работать каждое конкретное устройство.
Будьте внимательны с совместимостью телефонов. Устройства, продаваемые на рынках, где работают оба стандарта, чаще всего поддерживают либо GSM, либо CDMA. Лишь некоторые телефоны совместимы с обоими стандартами. Если вы купили CDMA телефон у стороннего ритейлера, вам придётся позвонить своему оператору, чтобы активировать его. В случае приобретения GSM телефона, вам потребуется купить SIM-карту и вставить её в устройство, чтобы активировать его сетевые возможности.
Владельцам CDMA телефонов не нужно беспокоиться о SIM-картах, но это скорее проклятие, а не благословение. CDMA устройства погрязли в ограничениях совместимости, которые сложно обойти, а владельцы GSM телефонов могут просто вынуть SIM-карту и заменить её на другую. Большинство CDMA сетей не позволяют использовать телефон, купленный у другого оператора, даже если он совместим с технической точки зрения. Очень важно помнить об этом ограничении, выбирая CDMA сеть. Если позже вы решите сменить оператора, вам, скорее всего, придётся купить новый телефон, даже если сеть, на которую вы переходите, тоже использует CDMA.
Несмотря на то, что GSM более открыт, доступ всё равно может быть ограничен диапазоном частот, поддерживаемым телефоном. Частоты варьируются от 380 до 1900 МГц и зависят от местных операторов. Вам стоит проверить, на каких частотах работает ваш оператор и убедится в том, что телефон, который вы собираетесь купить, их поддерживает. Впрочем, GSM сконцентрирован вокруг четырёх основных полос: 850, 900, 1800 и 1900 МГц. Телефон, поддерживающий все четыре, будет работать в большинстве стран. Именно поэтому GSM телефоны, совместимые со всеми основными полосами частот называют «всемирными телефонами».
Пришествие LTE и смятение операторов
Если вы поняли важности GSM и CDMA, отлично! Теперь давайте полностью разрушим вашу самонадеянность, поговорив о новичке, LTE (долговременное развитие).
LTE — это новый стандарт, вошедший в моду за последние несколько лет. Хотя он и основан на принципах GSM, но всё же является отдельным стандартом, работающим вне сетей GSM и CDMA. Это настоящее четвёртое поколение передачи сотовых данных.
Шире всего LTE распространён в Южной Корее, где этот стандарт используется большей частью рынка, но он так же популярен в Японии, Австралии, Швеции и США. Пока что он в основном применяется для передачи данных, но LTE может послужить и в качестве замены традиционным сотовым сетям. Американская компания Verizon Wireless, например, сообщила о своих планах по выпуску LTE телефонов в конце 2014 года.
В этом стандарте используются SIM-карты, так что пользователи смогут переключаться на другие сети, если конечно устройство их поддерживает, просто сменив SIM-карту. Впрочем, сейчас LTE используется в основном для передачи данных, а не голоса. Это означает, что владельцы CDMA/LTE телефонов всё равно не смогут использовать другие сети. Ситуация изменится, когда операторы вроде Verizon полностью перейдут на LTE сети. Но на это может потребоваться несколько лет.
Хотя у этого стандарта есть большой потенциал, на пути его распространения есть препятствия. За границами Южной Кореи, ни на одном из рынков LTE не занимает более четверти. Южная Корея, в общем, и Verizon Wireless в США фактически являются исключением из правила. На большинстве рынков, даже операторы, работающие с LTE, предлагают его только в ограниченных зонах.
Ещё существует проблема со спектром. Помните, что GSM/CDMA оперируют на множестве различных частот? То же самое справедливо для LTE. Вам придётся проверять, совместимость своего телефона с полосами частот, поддерживаемыми оператором, и вы не сможете использовать LTE телефон в другой сети с тем же стандартом, но отличными частотами. Пока не ясно, станет ли этот стандарт «всемирным», в том же смысле что и GSM, который остановился на четырёх основных частотах, поддерживаемых большинством GSM телефонов.
Подведение итогов
Сделайте глубокий вдох. Пора подвести итоги всего сказанного.
Во-первых, ни GSM, ни CDMA не имеют преимущества друг перед другом с технической точки зрения. Они предназначены для одной цели, а качество сети зависит от оператора, а не используемого им стандарта.
Во-вторых, GSM телефоны можно разблокировать и использовать с другим оператором, тогда как CDMA привязаны к одному оператору. Обычно дешевле приобретать разблокированные GSM телефоны, чем CDMA устройства, связанные контрактами.
В-третьих, вам нужно внимательно проверять частоты, поддерживаемые телефоном. Большинство совместимы либо с GSM, либо с CDMA, и оба стандарта могут работать на различных полосах частот, зависящих от региона.
И наконец, LTE может стать глобальным стандартом, но становится жертвой ещё большего деления частот, чем GSM и CDMA. Эта технология сравнительно новая и пока внедрена недостаточно широко.
Надеюсь, что всё прояснил. Сотовые сети постоянно развиваются и стандарты, поддерживаемые телефонами, могут меняться из года в год. Не стесняйтесь задавать интересующие вас вопросы в комментариях.
Приятного просмотра! 
Что такое CDMA
Последнее обновление: 27/08/2020
Многие современные смартфоны поддерживают работу в CDMA сети. Из-за этого многих пользователей интересует вопрос о типе связи, возможностях и преимуществах в сравнении с существующими сетями. Поэтому мы подготовили статью с развернутыми ответами на перечисленные вопросы.
Что такое CDMA
Сокращение CDMA — Code Division Multiple Access, что в переводе с английского означает «множественный доступ с кодовым разделением». Технология связи относится к сети третьего поколения 3G. Наибольшее распространение сеть получила в США, Китае и Японии.
Особенности CDMA
В радиосистеме выделяют два основных ресурса – время и частоту. Разделение по времени предполагает выделение для приемника и передатчика весь спектр или большую часть на определенное время. Разделение по частоте – выделение части спектра на всё время соединения. Соответственно в сети GSM абонент ограничен по времени разговора или ширине канала.
В CDMA для каждого абонента выделяется весь спектр и время, а для передачи сигнала используется вся ширина канала в 5 ГГц, против 200 кГЦ на канал в GSM. Каждый передатчик внутри мобильного устройства модулирует сигнал с использованием присвоенного кода, что способен выделить приемник сотовой вышки и передать на приемник другого абонента. Благодаря использованию всей ширины канала качество связи заметно лучше, чем в GSM, а так же чище за счет отсутствия шумов. Кроме того CDMA сеть безопаснее, поскольку вещание абонентов накладывается друг на друга и выделить определенный сигнал из эфира не так просто.
Ещё одна особенность CDMA – возможность работы без SIM карты. В таком случае номер зашивается внутрь устройства через программное обеспечение посредством компьютера, после чего мобильный аппарат работает как обычный GSM телефон. Поэтому большинство CDMA аппаратов выпускаются без слота под установку SIM карты. Если же телефон или смартфон оснащен слотом для карточки, то возможна традиционная установка посредством R-UIM карты.
Кроме того в сравнении с GSM на работу CDMA уходит меньше энергии, следовательно мобильное устройство работает дольше на одном заряде батареи. Причем на энергопотребление влияет расстояние к базовой станции. Чем ближе вышка, тем ниже энергопотребление.
Актуальность CDMA
Стандарт мало распространен. Страны с поддержкой CDMA легко сосчитать на пальцах одной руки. Кроме того стандарт сотовой связи устарел и активно замещается сетью 4G LTE, ввиду увеличенной емкости и скорости передачи данных. Поэтому в США, где ещё 3-4 года назад стандарт CDMA считался востребованным, операторы постепенно сворачивают работу. Пока новые абоненты не могут быть зарегистрированы в CDMA.
Если же в вашей стране имеются операторы, предоставляющие услуги связи в сети CDMA, рассматривать подключение следует только в качестве альтернативы. Поскольку развитие стандарта не предполагается, в дальнейшем операторы либо закроются, либо перейдут на 4G LTE.
Вывод
В статье детально описано, что такое CDMA. Стандарт завоевал высокую популярность в начале и середине 2000х годов благодаря высокому качеству связи, защищенности и скорости передачи данных. В современных реалиях CDMA уступает в возможностях сети LTE, что остается наиболее доминирующей на рынке телекоммуникационных услуг. Отчасти это объясняется высокой распространенностью и совместимостью с мобильными устройствами.
Какие у вас остались вопросы? Спрашивайте и делитесь мнением в комментариях под статьей.
Кратко о CDMA.
Таким образом, используя разные псевдослучайные последовательности (коды) можно организовать несколько независимых каналов передачи данных в одной и той же полосе частот.
Нужно сказать что вышеприведенное описание технологии DSSS сильно упрощено, хотя, надеюсь, даёт представление о том, как это всё работает.
И чем CDMA лучше других?
В системах с частотным разделением каналов (как в FDMA, так и в TDMA) существует проблема так называемого «многократного использования» (reuse) частотных каналов. Чтобы не мешать друг другу, соседние базовые станции должны использовать разные каналы. Таким образом, если у БС 6 соседей (наиболее часто рассматриваемый случай, при этом зону каждой БС можно представить как шестиугольник, а всё вместе выглядит как пчелиные соты 🙂 ) то количество каналов, которые может использовать эта БС в семь раз меньше чем общее количество каналов в отведённом для сети диапазоне. Это приводит к уменьшению ёмкости сети и необходимости увеличивать плотность установки БС в густонаселённых районах. Для CDMA такой проблемы вообще нет. Все БС работают на одном и том же канале. Таким образом, частотный ресурс используется более полно. Ёмкость CDMA сети обычно в несколько раз выше, чем TDMA, и на порядок выше чем FDMA сетей.
Для того, чтобы телефоны находящиеся близко к БС не забивали своим сигналом более отдалённых абонентов, в CDMA предусмотрена плавная регулировка мощности, что приводит к значительному сокращению энергопотребления телефона вблизи БС и, соответственно, увеличению времени работы телефона без подзарядки.
Одной из приятных особенностей CDMA сетей является возможность «мягкого» перехода от одной БС к другой (soft handoff). При этом, возможна ситуация когда одного абонента «ведут» сразу несколько БС. Абонент просто не заметит, что его «передали» другой БС. Естественно, чтобы такое стало возможным, необходима прецизионная синхронизация БС. В коммерческих системах это достигается использованием сигналов времени от GPS (Global Positioning System) американской спутниковой системы определения координат.
CDMA это практически полностью цифровой стандарт. Обычно все преобразования информационного сигнала происходят в цифровой форме, и только радиочасть аппарата является аналоговой, причём гораздо более простой, чем для других групп стандартов. Это позволяет практически весь телефон выполнить в виде одной микросхемы с большой степенью интеграции, тем самым значительно снизив стоимость телефона.
Цифровая сущность CDMA весьма располагает к использованию этой технологии для беспроводной передачи данных. В рассмотренном выше примере мы задали не очень высокую скорость, однако существующие реализации CDMA позволяют многократно увеличивать скорость передачи данных, правда за счет сокращения ёмкости сети.
Стандарты CDMA используют более современный кодек для оцифровки речи, что субъективно повышает качество передачи аналогового сигнала по сравнению с действующими TDMA стандартами.
Из минусов CDMA можно отметить необходимость использования достаточно широкой и неразрывной полосы, что не всегда возможно в современной обстановке дефицита частотного ресурса и большую сложность реализации данной технологии в «железе»
Перспективы CDMA
В мире, развитие CDMA идет нарастающими темпами. Наибольшее распространение получили стандарты IS-95 ( 800 MHz ) и CDMA PCS ( 1900 MHz ). На май 2000г в 43 странах использующих CDMA насчитывалось более 57 миллионов абонентов, причём с мая 1999 количество пользователей удвоилось. Исторически сложилось так, что CDMA наиболее распространён в Северной и Южной Америке и Юго-Восточной Азии. С принятием Китаем CDMA как федерального стандарта сомнений в том, что этот стандарт станет основным на нашей планете, практически не осталось.
Cтандарты CDMA изначально включали в себя функцию передачи данных и на сегодня, почти все современные CDMA телефоны способны предоставлять пользователю 14.4 Kbps цифровой канал. А сама сеть использует IP протокол для передачи данных. Таким образом, CDMA уже сейчас полностью Internet-совместима. Нет проблем и с более высокими скоростями. Некоторые операторы CDMA в US уже предоставляют услуги передачи данных со скоростями до 144 Kbps. Кроме того, система используемая этими операторами позволяет динамически изменять пропускную способность канала в зависимости от активности клиента и загрузки сети, тем самым оптимизируя использование ресурсов сети. По заявлениям CDMA Development Group уже сейчас достижима скорость 300 Kbps, что вплотную приближает существующие CDMA стандарты к 3-му поколению.
cdma2000 был принят в группу IMT-2000, которая определяет глобальное виденье организацией ITU (International Telecommunication Union) систем 3-го поколения, в качестве одного из основных радиоинтерфейсов, что позволяет предполагать его дальнейшее распространение. Причём из-за преимуществ перед TDMA технологиями ( стандарт UWC-136 также предлагается в качестве одного из возможных радиоинтерфейсов в IMT-2000 ) вполне возможно распространение CDMA и в Европе, которая на данный момент является вотчиной TDMA стандарта GSM.
CDMA в России
В России у CDMA тяжелая судьба. На мой взгляд есть несколько причин, по которым CDMA всячески «не пущают» на отечественный «рынок» сотовой телефонии.
