Цифровое будущее, которое уже здесь: CDMA

iPhone 4 0çin Programlar

Начало CDMA. История

Мы продолжаем цикл статей, посвященных технологиям NMT и CDMA. Настало время рассказать о развитии в России стандарта CDMA-800…

С чего все начиналось

Требовалось создать открытый стандарт, для того чтобы на рынок могли прийти многие компании-производители оборудования. В итоге был создан стандарт, принятый Федеральной комиссией по связи США (FCC) в июле 1993 г. Он получил название IS-95 (сотовая система CDMA с шириной полосы радиоканала 1,23 МГц), он же cdmaOne.

После опубликования стандарт IS-95 начал свое триумфальное шествие сначала по Северной Америке, а затем и на остальных континентах (развернутые в Южной Корее и Японии сети CDMA 3-го поколения показали высокую надежность и удобство связи во время проведения последнего чемпионата мира по футболу). Сегодня в мире насчитается более 100 млн. абонентов сетей CDMA. Прирост во многом идет за счет резкого увеличения пользователей мобильной связи в Азии, в частности, в Китае, Японии и Корее.

Стандарты CDMA

IS-95 стал первым “коммерческим” стандартом CDMA. Нужно отметить, что до появления в конце 90-х годов других стандартов, базирующихся на технологии CDMA, обозначения IS-95 и CDMA были практически синонимами. О других CDMA-разработках мы расскажем чуть ниже.

Нужно понимать, что любая цифровая радиосвязь характеризуется возможностью мультидоступа, то есть возможностью одновременной передачи информации многими пользователями по общему каналу через одно устройство. При этом разделение общего канала может идти по одному из нескольких путей: FDMA, TDMA и CDMA.

Первыми были запущены в эксплуатацию сети, базирующиеся на FDMA (Frequency Division Multiple Access), мультидоступе с разделением каналов по частоте (Frequency). Так работали аналоговые стандарты NMT, AMPS и некоторые другие, ни один из которых уже давно широко не применяется.

Затем пришел черед стандартов Time Division Multiple Access (TDMA), в которых разделение общего канала производилось на одной и той же радиочастоте, но в разное время (Time). Это позволило увеличить объем речевого трафика и получить ряд других преимуществ, характерных для цифровых систем связи. Часто (хотя и не совсем корректно) стандарты TDMA называются Digital-AMPS — D-AMPS (Advanced Mobile Phone Service). Из непосредственных обозначений стандартов, принятых FCC США, к TDMA относятся IS-54 и IS-136 (TDMA следующего поколения, с возможностью передачи данных со скоростью до 43,2 Кб/с и возможностью эволюции в систему третьего поколения — 3G).

К TDMA относятся такие узкополосные цифровые стандарты сотовой связи, как уже упоминавшийся DAMPS, а также GSM, который является общеевропейской версией TDMA.

Позже других появились стандарты, в которых разделение общего канала может производиться по коду (Code) — Code Division Multiple Access, CDMA. К семейству CDMA относится, собственно, IS-95, а также International Mobile Telecommunications Year 2000 Initiative (IMT-2000). В России пока наибольшим успехом пользуется IMT-MC (CDMA 2000). Этот стандарт в марте 2002 г. получил статус федерального, на его основе будут разворачиваться цифровые сети в диапазоне 450 МГц. Переходить на него планируют компании “Московская сотовая связь” и “Дельта Телеком” (рассказ об этом читайте в третьей части нашего цикла).

О достоинствах CDMA

FDMA и TDMA имеют ряд недостатков. Из наиболее ощутимых для большинства жителей крупных городов нужно отметить не всегда высокое качество связи в условиях многолучевого приема. Проще говоря, проблемы абонента возникают среди плотной городской застройки, например, в “колодце” из домов. Иногда возникает эффект эха, который довольно часто сопровождает связь не только в сетях NMT, но и GSM. В результате разработчикам приходится прибегать к различным хитростям, чтобы выделить наиболее качественный сигнал. Отмечу, что не всегда идеален hand-off, т. е. передача (движущегося) абонента от одной ячейки к другой. В результате происходит ухудшение качества связи или даже потеря сигнала. Момент переключения можно даже почувствовать, так как при перемещении из зоны действия одной базовой станции (БС) в зону действия другой коммутатор находит станцию с наилучшим сигналом, после чего сначала отключается один (текущий) канал связи, и лишь затем включается новый. Помимо всего прочего, сотовые системы FDMA и TDMA требуют немалых усилий по радиочастотному планированию спектра, чтобы исключить наличие одних и тех же радиочастот в соседних ячейках.

В некоторых ситуациях установка новой БС может приводить к необходимости радиочастотного перепланирования всей сети.

Еще один “дестабилизирующий” фактор — “мощность” или ресурсоемкость сети. Не секрет, что чем больше абонентов обслуживает сеть, тем хуже становится качество связи, сложнее бывает дозвониться. Единственная мера борьбы — уменьшение размеров сот, т. е. установка большего количества БС.

Это может быть непросто при ограниченном числе выделенных частот (проблема, которую сейчас приходится решать в Москве оператору “Соник-Дуо” в сети “МегаФон”). Чем больше абонентов сосредоточено на ограниченном пространстве, тем вероятнее не только отказ в обслуживании конкретного абонента, но и перегрузка всей сети.

Сетям CDMA перегрузка угрожает в меньшей степени, т. к. емкость среднестатистической сети CDMA выше примерно в 4—7 раз, чем у сетей TDMA (GSM) и более чем на порядок (а то и в 20 раз), по сравнению с аналоговыми сетями FDMA.

Если еще раз вернуться на чемпионат мира по футболу, то можно только восхититься мастерством компаний-операторов, обслуживавших первенство, ведь “падений” сети было не более трех в самые пиковые моменты матчей. И это при том, что на стадионах собирались десятки тысяч абонентов сотовой связи!

Очевидно, что стандарт CDMA от рождения свободен от многих описанных выше проблем. В сложном городском рельефе CDMA-телефон дает более устойчивую связь, чем, например, GSM-аппарат (об опытах, проведенных Александром Карачевым, вы можете прочитать в “Алло плюс”, №10’2001).

Перегрузки сети (создание достаточных резервов) — проблема, решаемая с меньшими затратами (чем, например, в GSM). Еще два больших плюса — помехозащищенность и малая излучаемая мощность (именно это свойство дало жизнь рекламному слогану “Безопасная связь” сети “Сонет”).

Значение выходной мощности сигнала в CDMA в сотни раз меньше, чем все в том же GSM, что позволяет утверждать, что аппараты, работающие в CDMA, оказывают меньше вредного воздействия за счет электромагнитного излучения на организм человека. При этом телефонные аппараты могут дольше работать без подзарядки.

С чего все начиналось в России

В нашей стране первая станция CDMA заработала в Челябинске в 1996 г. В сентябре 1997 г. к новой сети был подключен первый абонент. Вскоре была запущена вторая сеть CDMA, на этот раз — в Ростове-на-Дону, а оператором вновь стала местная телефонная компания — ОАО “Ростов-Электросвязь”. В Москве услуги в этом стандарте стали доступны осенью 1998 г., когда компания “Персональные коммуникации” — сотовая сеть “Сонет” — начала коммерческую эксплуатацию своей сети. Любопытная деталь — если в случае распространения других стандартов столица пусть и не имела приоритета, но очень быстро вырывалась в лидеры, то в случае с CDMA фора регионов составила же не месяцы, а почти год.

В настоящий момент услугами пионера — ОАО “Челябинсксвязьинформ” пользуются почти 30 000 абонентов, а сервисом лидера рынка (компании “Персональные коммуникации”) более 45 000 (по другим данным более 60 000) человек. По итогам 2001 г. суммарная доля сетей CDMA-800 на рынке сотовой связи России составила 2,6%. Совокупно в нашей стране действуют более 20 сетей CDMA во всех федеральных округах. При этом на долю Центрального округа (где работают 8 сетей) приходится почти половина всех абонентов (очевидно, что достигнуто это большей частью стараниями сети “Сонет”). Темпы роста базы CDMA-операторов в относительных показателях впечатляют — последние 1,5 года существует устойчивая тенденция к более чем двукратному росту. Однако в абсолютных цифрах (по данным за 2001 г. количество абонентов российских сетей связи стандарта CDMA составило чуть более 200 тыс.), эти показатели внушительными не назовешь, особенно с учетом того, что общее количество абонентов сотовой связи в России уверенно движется к отметке в 11 млн.

Сети CDMA стоят недорого. В Москве предложения от “Сонет”, например, считаются одними из наиболее выгодных при чрезвычайно высоком качестве связи (а в регионах цена минуты связи начинается от 1 руб. за минуту, и такая низкая стоимость не предел). Следовало бы ожидать высокого темпа роста подобных сетей. Однако все “портят” два важных обстоятельства. Первое — зона покрытия (“Сонет” сейчас обслуживает своих абонентов в Москве, помимо этого полностью “закрыта” зона примерно в 15—20 км за МКАД, плюс на 30—40 км — некоторые ведущие из Москвы магистрали. Кроме того, сейчас идет экспансия в города Московской области (Троицк, Подольск, Домодедово, Чехов), а также центры областей, пограничных с Московской (Тула, Тверь, Ярославль, Владимир). Второй недостаток — отсутствие роуминга. Хотя, справедливости ради нужно заметить, что очень привлекательные цены и высокое качество связи с лихвой эти недостатки искупают.

CDMA: вся жизнь — борьба

После начала активной коммерческой эксплуатации сети CDMA столкнулись с двумя важными ограничениями (которые, в свою очередь, благоприятствовали развитию прочих стандартов мобильной связи, особенно GSM). Во-первых, CDMA не получил статус “мобильного” стандарта (т. е. абоненты компаний — операторов не имели права пользоваться устройствами связи в месте, отличном от указанного в договоре с оператором). Во вторых, в апреле 2000 г. Министерство РФ по связи и информатизации ограничило “срок жизни” CDMA-800 2010-м годом, что, конечно, ставило под определенные сомнения возможность вернуть вложенные средства в развитие сети. Нужно отметить, что вместе с CDMA-800 “пострадал” и DAMPS-800 (крупнейшим оператором которого в России является “Вымпелком”). Тем не менее главными борцами с отраслевым министерством выступили именно операторы CDMA-800, и, прежде всего, компания “Персональные коммуникации”.

Двухлетний спор увенчался в апреле 2002 г. решением Министерства по антимонопольной политике, которое признало незаконным постановление Минсвязи об ограничении срока коммерческой эксплуатации стандартов сотовой связи в диапазоне 800 МГц 2010 годом и предписало связистам устранить нарушения (фактически — отменить пресловутый приказ).

Вперед в будущее?

Что ожидает CDMA в России? Безусловно, опрометчиво думать, что стандарт завоюет всю страну быстро и сразу. Можно предполагать, что CDMA-450 (развертыванием сети которого уже в 2002 г. собираются озаботиться МСС и питерская “Дельта-Телеком”) может со временем как-то переломить ход борьбы. Не исключена вероятность появления многодиапазонных трубок — 450/800 МГц. Быть может, IS-95 будет продвигаться более активно за счет еще более низких тарифов (как на трафик, так и на оборудование) и предоставления полного спектра цифровых услуг.

Главное, и это можно заявить со всей ответственностью, CDMA пришел в России всерьез и надолго. Теперь это очевидно…

В следующей статье мы подробно поговорим о перспективах CDMA-450, будущем МСС и “Сонет”. Расскажем о новом проекте МСС — Аларис (ориентированном на предоставление выделенного доступа в Интернет), а также просто помечтаем о будущем стандарта CDMA в России.

Парфенов Александр