Многостанционный доступ с кодовым  разделением  ( CDMA – Code Division Multiple Access) –технология, отличающаяся от доступа с частотным разделением и доступа с временным разделением.

Каждый входной цифровой сигнал складывается (модулируется) с отдельной несущей, в качестве которой выступает псевдослучайная последовательность (ПСП). Она передается со скоростью большей, чем скорость исходного сигнала. Полученные сигналы объединяются в единый поток. При этом полоса частот, используемая в радиоканале, гораздо шире, чем полоса исходного сигнала. Этот процесс получил название расширение спектра (spreadingspectrum). ПСП выбираются таким образом чтобы на приемном конце их можно было разделить (отфильтровать) и отделить сигнал от своей ПСП. Передача единого объединенного потока осуществляется в одной полосе частот с помощью одного из видов фазовой манипуляции. Поэтому системы, основанные на CDMA, не требуют разделения полосы частот на отдельные каналы, что в свою очередь облегчает процесс хэндовера( переход из одной соты в другую). ПСП должны иметь нулевую корреляцию, т.е. должны быть взаимонезависимыми.

Основные элементы  этой сети ( BTS, BSC, MSC, OMC) по составу совпадают с элементами, используемыми в сотовых сетях с временным разделением каналов ( например, GSM) .Основное отличие заключается в том, что состав сети CDMA стандарта IS-95 включены устройства оценки качества и выбора блоков ( SU- Selector Unit). Кроме того, для реализации процедуры мягкого переключения между базовыми станциями, управляемыми разными BSC, вводятся линии передачи между SU и BSC. В центре коммутации мобильной связи (MSA) устанавливается преобразователь-транскодер TDE, который преобразует выборки речевого сигнала из одного цифрового формата в другой.

В CDMA каналы для передачи от базовой станции к мобильной станции называются прямыми ( forward ). Каналы для приема информации от мобильной станции к базовой называются обратными (reverse). Для обратного канала стандарт IS-95 определяет полосу частот от 824 до 849 МГц. Для прямого канала-869…894 МГц. Прямой и обратный каналы разделены интервалом в 45 МГц. Пользовательские данные передаются со скоростью 1.2288 Мчип/с. Пропускная способность прямого канала – 128 телефонных соединений со скоростью трафика 9.6 кбит/с.

В прямом канале БС передает одновременно данные для всех пользователей, находящихся в соте, используя для разделения каналов различные кодовые комбинации для каждого пользователя. Также передается пилотный сигнал, имеющий высокий уровень мощности и обеспечивающий возможность синхронизировать частоты. В обратном направлении подвижные станции отвечают асинхронно( без пилот-сигнала), при этом уровень мощности, приходящий к БС от каждой подвижной станции, одинаков.

Пилотный сигнал( PICH-Pilot Channel) предназначен для установления начальной синхронизации, контроля уровня сигнала БС по времени, частоте и фазе, идентификации БС.

Канал синхронизации( SCH- Synchronizing Channel) обеспечивает поддержание уровня излучения пилотного сигнала, а также фазу ПСП БС.

Широковещательный канал коротких  сообщений, канал вызова ( PCH- Paging Channel) – используется для вызова МС. После приема сигнала вызова МС передает сигнал подтверждения на БС. После этого по каналу широковещательного вызова на подвижную станцию передается информация об установлении соединения и назначения канала связи.

Канал  прямого трафика ( FTCH- Forward Traffic Channel) предназначен для передачи речевых сообщений и данных, а также управляющей информации с БС на МС, передает любые пользовательские данные.

Канал  доступа (ACH – Access Channel) обеспечивает связь подвижной станции с базовой, когда подвижная еще не использует канал трафика. Канал доступа используется для установления вызовов и ответов на сообщения ,передаваемые по каналу вызова( PCH) , команды и запросы на регистрацию в сети. Каналы доступа совмещаются (объединяются) с каналами вызова.

Канал  обратного трафика( RTCH- Reserve Traffic Channel) обеспечивает передачу речевых сообщений и управляющей информации с мобильной на базовую станцию.

 

Радиосигнал с передатчика поступает на блок демодуляции. После этого потоки данных преобразуются с помощью длинного кода и логической операции  «исключающее или». Далее с помощью ПСП1 и ПСП2 происходит сжатие сигнала., т.е. сужение спектра. В дешифраторе и деперемежителе осуществляются операции, обратные шифратору и перемежителю. В сверточном кодере происходит прямая коррекция ошибок (без повторного запроса и передачи сообщений). Речевой декодер преобразует цифровую последовательность в звукой сигнал.

 Достоинствами  CDMA являются:

- высокая помехоустойчивость к узкополосным помехам, трансформируемым в процессе свертки полезного сигнала в обычный шум. Причем по мере расширения спектра передаваемого сигнала выигрыш становится все больше;

- эффективная работа приемных устройств в условиях многолучевого распространения сигнала. Поскольку длительность одного символа ШПС меньше разности времен прихода двух лучей, то при приеме можно суммировать энергии разных лучей и тем самым повысить значение сигнал/шум.

- достаточно простая процедура мягкого переключения каналов (soft handover) при переходе абонента из одной соты в другую, поскольку реализация базового принципа этой технологии («разрыв после установления нового соединения», make before break) позволяет избежать скачков уровня сигнала и помех. Отметим для сравнения: в системах, основанных на стандарте TDMA, абонентская станция сначала завершает связь с БС одной соты и лишь затем устанавливает новое соединение.

- связь между соседними сотами или секторами одной БС организуется на одной несущей частоте, что обеспечивает более эффективное использование частотного ресурса (особенно если положения абонентов фиксированы). Это дает возможность избежать частотного планирования, упрощает развертывание сети и ее развитие.

- достаточно высокая конфиденциальность и защищенность от несанкционированного доступа, поскольку каждому абоненту присваивается своя, индивидуальная, кодовая последовательность.

Недостатков  у CDMA немного, хотя на решение некоторых проблем понадобился не один десяток лет. Главным сдерживающим фактором ее практического применения долгие годы была, как уже отмечалось, сложность оборудования. И хотя появление DSP-процессоров привело к некоторому его упрощению, круг производителей, которым по плечу создавать такую аппаратуру (особенно базовые станции), не назовешь широким.

Другой недостаток — возникновение взаимных помех, ухудшающих условия приема при возрастании числа активных абонентов, что сказывается на связи периферийных удаленных абонентских станций,а также важной проблемой являетсявысокая чувствительность к разбросу мощностей абонентских станций и сложность синхронизации базовых станций.

При многостанционном доступе с кодовым разделением используется раздельная обработка отраженных сигналов, приходящих с разными задержками, и последующее их весовое сложение, что значительно снижает отрицательное влияние эффекта многолучевости.

-Определить позиции временной задержки сигналов, поступающих со значительной энергией и выделить для них корреляционные приемники, т.е. те тракты -  каналы Rake, которые настроены на эти пики. В каждом корреляционном приемнике требуется проследить быстроизменяющиеся значения фазы и амплитуды, обусловленные процессом битовых замираний, и убрать их. Этот процесс слежения должен быть очень быстрым при скорости обновления порядка 1 мс или меньше.

-Просуммировать демодулированные и отрегулированные по фазе символы во всех активных трактах и передать их в декодер для дальнейшей обработки.

На рисунке 5 представлена блок-схема приемника Rake с тремя трактами. Оцифрованные выборки входных сигналов принимаются от входных каскадов ВЧ и представляются в виде квадратурных ветвей I и Q (т.е. в формате комплексного числа фильтра нижних частот на выходе приемника). Генераторы кода и коррелятор осуществляют сжатие и суммирование символов передачи данных пользователя. Устройство канала использует пилот-символы для оценки состояния канала, влияние которого затем будет скомпенсировано фазовращателем для принятых символов. Задержка компенсируется разницей во времени прибытия символов в каждый тракт. Далее сумматор Rake складывает компенсированные канальные символы, обеспечивая тем самым разнесение при многолучевом распространении как средство борьбы с замираниями. Показан также согласованный фильтр, используемый для определения и обновления текущего профиля задержки при многолучевом распространении в канале. Этот измеренный и возможно усредненный профиль задержки при многолучевом распространении используется затем для сложения сигналов с выходов трактов приемника Rake с наибольшими пиковыми значениями. Множество приемных антенн может приспосабливаться так же, как множество лучей, принимаемых от одной антенны: просто путем использования дополнительных трактов Rake к антеннам мы можем принять всю энергию от множества лучей и антенн. С позиции приемников Rakeпо сути нет разницы у этих двух видов разнесенного приема.

 Архитектура  систем CDMA является открытой и имеет три уровня: физический ,канальный и сетевой .Канальный уровень подразделяется на 2 подуровня: управление доступом к каналу и управление доступом к среде. На сетевом уровне и подуровне : управление доступом к каналу используется совокупность протоколов, охватывающая области управления и абонентскую область. Использование трехуровневой модели вместо общепринятой семиуровневой позволяет не только упростить описание взаимосвязей между объектами разных уровней, но и более эффективно использовать модульный принцип при проектировании радиосистем. Иерархическая трехуровневая структура ориентирована на предоставление различных видов услуг, включая передачу речи, данных и мультимедиа. Для их реализации на канальном уровне создается множество логических каналов, функционирующих с различными показателями качества сервиса (QoS), при этом физический канал может адаптивно подстраиваться под требуемые режимы обслуживания. 

На физическом уровне  реализуются все функции, связанные с непосредственным доступом к радиоканалу, обработкой символов модулирующих и демодулирующих последовательностей, с синхронизацией, передачей символов пилот-сигнала, а также управлением мощностью передатчика и переключением режимов приема передачи. 

1. А.Н. Берлин. Цифровые сотовые системы связи ЭкоТрендз Москва,2007 

2. WCDMA for MTS  Широкополосный множественный доступ с кодовым разделением каналов для универсальных систем подвижной связи Глава 3

3. http://www.osp.ru/nets/2000/01/140816/ 

4. http://www.osp.ru/nets/1999/12/144414/