СDMA - система множественного доступа с кодовым разделением - стала, возможно, самой многообещающей системой, появившейся на мировом рынке. Десятилетия назад эта технология использовалась в военной связи (США), а сегодня известна всем как глобальный цифровой стандарт для коммерческих систем коммуникаций. За последние пять лет технология использования CDMA была протестирована, стандартизирована, лицензирована и запущена в производство большинством поставщиков беспроводного оборудования и уже применяется во всем мире. В отличие от других методов доступа абонентов к сети, где энергия сигнала концентрируется на выбранных частотах или временных интервалах, сигналы CDMA распределены в непрерывном частотно-временном пространстве. Фактически метод манипулирует и частотой, и временем, и энергией.
Что выгодно отличает CDMA от других цифровых технологий?
В технологии CDMA возможно обеспечение высокого качества речи при одновременном снижении излучаемой мощности и уровне шумов. Результатом является постоянное высокое качество передачи речи и данных с минимальной средней выходной мощностью.
В сотни раз меньшее значение выходной мощности в отличие от других, используемых в настоящее время стандартов - отличительное качество технологии CDMA при рассмотрении двух немаловажных факторов:
воздействия на организм человека;
продолжительности работы без подзарядки аккумулятора.
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 тех же частот в сети.
По характеристикам качества передачи речи параметры CDMA сопоставимы с качеством проводных каналов. Поскольку по каналам CDMA передается не только голос, но и любая другая информация, особую ценность имеет отсутствие помех. Если рядовой пользователь, по большому счету, безразличен к тому, звучит его голос при телефонном разговоре с безупречной чистотой или с небольшими помехами, то ошибки, допущенные при передаче файлов, могут нарушить целостность, например, корпоративной базы данных. Применяемый "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, обеспечивая защиту от несанкционированного доступа и прослушивания.
Система CDMA обеспечивает меньшую задержку в передаче голосового сообщения, чем другие системы подвижной связи. При использовании CDMA не приходится применять изощренные средства для подавления эхо-сигнала. Совершенный метод коррекции ошибок позволяет эффективно бороться с многолучевым распространением сигнала. Это свойство дает дополнительные преимущества CDMA в условиях городов с высотными застройками.
Абонент не хочет оставаться без связи при пересылке факса, когда телефон длительное время занят. CDMA предоставляет дополнительный сервис, обеспечивающий одновременную передачу голоса и факса по одному каналу. В технологии CDMA реализованы оригинальные алгоритмы упаковки данных для большей скорости их передачи.
Когда только появились нормативные документы Министерства связи РФ, регламентирующие развитие сетей CDMA (1996 г.), в России был проведен тендер на поставку оборудования CDMA для сети в Москве и Московской области. В нем участвовали основные на тот момент производители оборудования CDMA - Motorola, Lucent Technologies, Nortel, Qualcomm и Samsung. Хотя все названные компании изготавливают качественное оборудование CDMA, соответствующее всем необходимым стандартам - IS-95, IS-96, IS-97, IS-98 и др., - выбор пал на систему QCTel производства компании Qualcomm.
В середине того же 1996 г. молодая московская компания "Персональные коммуникации" первой в России получила лицензию на операторские услуги в стандарте CDMA (800 МГц). Учредителем ОАО "Персональные коммуникации" является достаточно известная в Москве телекоммуникационная компания "МТУ-Информ".
Главное направление деятельности новой компании - развертывание в ряде регионов России сетей радиотелефонной связи, использующих технологию CDMA (имеется в виду стандарт IS-95, который будем в дальнейшем именовать просто CDMA). Первым проектом стало строительство сети в Московском регионе, ее первая очередь
Структура сети
Демонстрация возможностей системы CDMA и обеспечиваемого ею высокого качества связи была проведенана московской выставке "СВЯЗЬ-ЭКСПОКОММ-97" совместно компаниями Qualcomm и "Персональные коммуникации" при поддержке компании "МТУ-Информ".
Структура сети является традиционной для систем сотовой связи и включает ( на 1997 год) в себя контроллер и 32 базовые станции (БС). Казалось бы, немного, ведь в Московском регионе у каждого оператора подвижной связи их несколькотысяч. Дело тут в существенном превосходстве технологии CDMA, особенно при обслуживании фиксированных абонентов, в обеспечении абонентской емкости. Кроме того, не требуется проведения частотного планирования сот (благодаря принципу кодового разделения каналов все соты одновременно используют общий радиоканал). Последнее облегчает разработку сети CDMA - ввод любой новой БС в сотовых сетях других стандартов требует перепланирования всех рабочих частот.
В функции контроллера входит организация связи между абонентами сети CDMA и телефонной сети общего пользования (ТфОП), поддержка интерфейсов с ТфОП и всеми БС, аутентификация абонентов сети CDMA, а также предоставление абонентам различных дополнительных услуг связи. Контроллер подключен к транзитной цифровой АТС компании "МТУ-Информ" типа DX-200 (производитель Nokia).
Цифровая телефонная сеть компании "МТУ-Информ" на базе транспортной сети SDH имеет примерно 100 точек подключения к МГТС. В результате снижается вероятность перегрузок в местах стыка с ТфОП. К слову сказать, именно это обстоятельство привело к тому, что номерную емкость компании "МТУ-Информ" с успехом используют ряд крупнейших банков и компаний, а также известные операторы сотовой подвижной связи "Би Лайн", МТС и МСС. Естественно, ОАО "Персональные коммуникации" также получает необходимую номерную емкость от компании "МТУ-Информ", которая учитывает в планах своего развития потребности дочерней компании.
Разумеется, контроллер присваивает абонентам внутри сети CDMA собственные логические номера, трансформируя их при выходе на ТфОП в привычный для пользователя код, например для москвичей это семизначный код. В Московской области, где до сих пор применяется старая пятизначная нумерация, выход на местную телефонную сеть осуществляется через код, начинающийся с цифры "2" (а не 096, как это оговорено регламентирующими документами). Поскольку для программного обеспечения контроллера сети CDMA не является большой проблемой работа с различной нумерацией, компания "Персональные коммуникации" будет предоставлять своим абонентам телефонные номера с традиционной для каждого конкретного региона нумерацией.
Для сравнения: радиотелефонные сети других операторов подключены к одной зоне сети междугородной телефонной связи ("ABC"). Например, все абоненты "Би Лайн" и МТС привязаны к Москве, а МСС - к Московской области, независимо от того, где они находятся. Конечно, это проще реализовать, однако менее удобно для абонентов. Во-первых, им приходится набирать больше цифр в номере, во-вторых, из-за перегрузки междугородных АТС не всегда удается соединиться с первого раза (решением этой непростой проблемы сейчас занимается проектный институт Гипросвязь).
Типовая БС (приемопередатчик, блок цифровой обработки сигнала, блок питания и антенное хозяйство) сети компании "Персональные коммуникации" имеет трехсекторную конфигурацию, что позволяет одновременно обслуживать свыше 140 телефонных разговоров с помощью только одного радиоканала. Все БС соединяются с контроллером посредством волоконно-оптических линий связи транспортной SDH-сети компании "МТУ-Информ", а там, куда они еще "не дотянулись", используются радиорелейные линии (в дальнейшем они будут заменены на оптику).
Реальная мощность передатчиков БС составит от одного до нескольких Ватт. Она будет определяться как результатами планирования зон покрытия, так и разрешением Госсвязьнадзора РФ (в зависимости от условий электромагнитной совместимости), с другими радиоэлектронными средствами, действующими на территории обслуживаемого региона).
Время и место
Где же конкретноустанавливают БС. Многое зависит и от чисто технических аспектов, и от распределения потенциальной клиентуры в обслуживаемой зоне сети CDMA. Все прояснится после включения первых БС сети. Оператору сети фиксированной связи, в отличие от его "мобильных" коллег, не нужно обеспечивать относительно неплохое покрытие сразу всей обслуживаемой зоны (что требует больших временных затрат и серьезных инвестиций).
Это, правда, не означает, что в сетях CDMA не возникают проблемы с планированием. Если организуется всего одна сота (где-нибудь "на отшибе"), никаких особых сложностей нет, и абонентская емкость соответствует максимально возможной. Если же создается группа сот, необходимо учитывать влияние интерференции. В этом случае требуется оптимизировать работу БС: изменить направление и наклон антенн, уменьшить мощность передатчиков.
Изолированные соты (за счет слабого взаимодействия) не требуют такой увязки с "соседями", поэтому оператор фиксированной сети беспроводной связи может плавно наращивать сеть, добавляя новые соты постепенно. "Закрепляя" абонентов в зонах обслуживания отдельных БС, оператор стационарной сети способен регулировать абонентскую плотность, тогда как операторам сетей подвижной связи сделать это очень трудно. Начав работу с нескольких БС, компания "Персональные коммуникации" сможет корректировать свои планы по установке последующих в зависимости от спроса. Будут корректироваться и зоны обслуживания БС, радиус действия которых достигает 35 км (в зависимости от мощности передатчика, высоты подвеса антенны и ее наклона).
Размещение БС фиксированной сети CDMA производится по принципам, несколько отличающимся от исповедуемых операторами сетей подвижной связи. Последние озабочены прежде всего реализацией надежной связи вдоль основных автотрасс, а остальная территория охватывается по мере развития сетей. Цель компании "Персональные коммуникации" - обеспечить телефонной связью населенные пункты (органы местного управления, офисы компаний, население).
Во всем мире известно, что системам беспроводной фиксированной связи нет альтернативы там, где недостаточно развита или вовсе отсутствует инфраструктура связи (на неосвоенных территориях). Однако при всем многообразии существующих радиотелефонных систем фиксированной связи, называемых WLL (Wireless Local Loop, что дословно означает "абонентский беспроводный шлейф"), полностью ассоциировать их с рассматриваемой нами системой QCTel производства Qualcomm нельзя.
Строго говоря, WLL - это системы, обеспечивающие абонентские окончания АТС местной телефонной сети посредством группового или индивидуального радиоинтерфейса. Разновидностей таких систем много, но их главная особенность состоит в том, что роль коммутационного оборудования выполняет АТС местной телефонной сети, являющаяся шлюзом между WLL и ТфОП. Самые мощные WLL-системы построены на базе стандарта DECT и обслуживают на квадратном километре до 10 тыс. абонентов.
Правда, чем сложнее система WLL, тем больше проблем возникает при стыковке с проводной телефонной сетью. Так, системы стандарта DECT будут полностью выполнять все заложенные в них функции, если АТС, к которым они подключены, являются достаточно современными и относятся к определенным типам станций (т. е. мало того, что необходимо купить АТС, надо еще, чтобы она входила в перечень разрешенных к применению на территории РФ). WLL-системы экономически эффективны при обслуживании абонентов, расположенных на сравнительно небольшой территории (офисные здания, коттеджи, поселки). Обслуживать большие территории с неравномерной плотностью абонентов они, конечно, тоже могут, но вряд ли это рационально с экономической точки зрения.
Другое дело - сети фиксированной беспроводной связи CDMA. Хотя их часто называют WLL, они отличаются от классического радиоудлинителя типа WLL, поскольку развивались из мобильных систем CDMA. Их контроллер - ни что иное, как своеобразный телефонный коммутатор (а в упрощенном виде все современные цифровые коммутаторы - всего лишь специализированные компьютеры, различающиеся программным обеспечением), на котором можно создавать номерную телефонную емкость. Таким образом, существующие системы фиксированной связи CDMA позволяют создавать беспроводные сотовые телефонные сети (понятие "сотовые" относится здесь к способу радиопокрытия обслуживаемой зоны), охватывающие, как и сети подвижной связи, огромные регионы.
Данное обстоятельство делает сети CDMA относительно дорогими. Не стоит забывать, что обязательный набор (контроллер и несколько базовых станций) стоит миллионы долларов США. Существующие сети CDMA предназначены не для обслуживания малой группы абонентов, сосредоточенной в одном месте, хотя технических проблем тут, конечно, нет. Как и все сотовые сети, они становятся экономически выгодными при обслуживании тысяч и десятков тысяч абонентов, разбросанных на значительной территории. В этом смысле они - прямая противоположность системам WLL.
Борьба за сосуществование
Могут ли системы CDMA сосуществовать с сетями AMPS/D-AMPS и GSM?
Предполагается, что сети CDMA могут работать, не мешая другим средствам связи. Это справедливо, если применяется широкополосный сигнал с достаточно большой базой (реальная база достигает 10 000). В таком случае полезный сигнал не превышает уровня шумов (чем, кстати, и пользуются военные для обеспечения скрытности связи) и действительно не мешает другим радиосредствам. Однако это ни в коей мере не относится к коммерческим системам стандарта IS-95, использующим радиоканал шириной 1,23 МГц, - они способны работать только в свободном радиочастотном диапазоне.
Российскими регулирующими органами разрешена работа сетей CDMA в полосе радиочастот 828 - 831 МГц (прием БС) и 873-876 МГц (передача БС), где и размещены два радиоканала CDMA шириной 1,23 МГц. В свою очередь, для стандарта GSM в России отведены частоты выше 900 МГц, поэтому рабочие диапазоны сетей CDMA и GSM никак не пересекаются. В Москве на работу сетей GSM влияют помехи, источником которых являются устройства, работающие в диапазоне 900 МГц и использующие принцип формирования сигнала, сходный с CDMA (речь идет об аппаратуре беспроводной передачи данных типа Airlink, часто применяемой для доступа в Internet). Однако к сети CDMA все это не имеет никакого отношения.
Несколько иная ситуация сложилась в России с сетями AMPS. В свое время им были отведены полосы радиочастот 824-828 МГц и 869-873 МГц. Для аналоговой системы это очень немного, поэтому в крупных городах, прежде всего в Москве, операторы стали переходить на обладающий большей емкостью цифровой стандарт D-AMPS или в другие полосы частот. Поскольку свыше 60% подвижных абонентов Москвы обычно концентрируются в центральной части города, именно там необходима высокая концентрация радиоканалов и, соответственно, БС.
По данной причине компания "Макроком" (московский оператор сети "Би Лайн" в стандарте AMPS/D-AMPS) после согласования с другими пользователями радиосредств вынуждена была начать работу в полосах радиочастот 831-834 и 876-879 МГц. Но и этого оказалось мало; в результате для организации микросот (радиус зоны обслуживания - не более нескольких сотен метров) в центре Москвы (в зоне диаметром 8 км) компании "Макроком" были выделены частоты 828-831 и 873-876 МГц. Позднее те же частоты получили сети CDMA, поэтому компания "Персональные коммуникации" была вынуждена искать приемлемые условия сосуществования в Московском регионе радиотелефонных сетей различных стандартов.
Так в Москве возникла уникальная в мировой практике ситуация: в центре зоны обслуживания сети CDMA находится зона сети AMPS. В США, например, все происходит ровно наоборот: в городах, где на одних и тех же частотах работают сети CDMA, и AMPS, последние вытесняются на окраины. Размер буферной зоны между сетями не столь принципиален (и ориентировочно равен среднему диаметру соты сети CDMA), поскольку она находится в зоне крайне низкой абонентской плотности. Да и оператор сетей CDMA и AMPS в США один. Таким образом, особых споров не возникает - чего не скажешь о нас.
Однако договариваться надо, и специалисты компании "Персональные коммуникации", "Макроком" и Qualcomm включились в работу. Кроме того, Главгоссвязьнадзор РФ поручил московскому НИИ "Радио" разработать нормы территориального разнесения радиоэлектронных средств обоих операторов, работающих в общей полосе частот. При этом микросоты узкополосного стандарта AMPS/D-AMPS (сеть "Би Лайн") расположены в центре Москвы в зоне диаметром 8 км, а базовые станции широкополосного стандарта CDMA ("Персональные коммуникации") должны отстоять от этой зоны на некотором расстоянии.
Его величину и требовалось определить, чтобы избежать противостояния сигналов двух типов - узкополосного (30 кГц) с базой, равной 1, и широкополосного (1,23 МГц) с базой много больше единицы, - каждый из которых оказывается помехой для другого. (Поясним, что под базой в радиотехнике понимается величина, численно равная отношению ширины полосы сигнала к скорости передачи информации в канале связи.) С точки зрения потенциальной помехоустойчивости сигнал с более широкой базой (CDMA) имеет преимущества в "электронной войне", но с учетом конкретных мощностей БС обеих систем и количества узкополосных каналов, попадающих в полосу приемника CDMA от многочисленных микросот в центре Москвы, влияние AMPS/D-AMPS на CDMA становится преобладающим.
Задача решалась в три этапа: участвующими сторонами были согласованы исходные данные, методика и проведены расчеты (с выводами работы согласились оба оператора). В ходе расчетов оценивалось взаимное влияние базовых станций и абонентских терминалов систем связи. Критерием допустимого влияния являлось снижение сервиса обслуживания абонентов, находящихся на границе собственной соты каждого оператора, на некую заданную величину.
В соответствии с принятой методикой были рассмотрены две модели расчета вариантов распространения электромагнитной волны между БС одной сети и абонентскими терминалами другой. Так, модель Хата устанавливала зависимость затухания в радиотракте от удаления от источника излучения и характера городской застройки, а модель полуоткрытого пространства учитывала ослабление радиосигнала при распространении радиоволн над зданиями, частично перекрывающими им путь. Принимались во внимание возможность размещения абонента на радиальной или рокадной улице (по отношению к чужой БС); расположение абонентов как на улице, так и на верхних этажах высоких зданий; различные коэффициенты усиления антенн БС сети CDMA, направленных в сторону восьмикилометровой зоны.
Точных экспериментальных значений, используемых при расчете параметров для городской застройки Москвы, не существует. Поэтому исходные данные изначально имели разброс, а рассчитанные величины территориального разнесения, соответствующие крайним и средним значениям исходных параметров, различались почти вдвое. Но даже это не помешало строительству сети CDMA, и на окраинах Москвы были развернуты БС. Для уточнения расчетной величины территориального разнесения в настоящее время проводится эксперимент в естественных условиях.
Совместная работа специалистов НИИ "Радио", компаний "Персональные коммуникации" и "Макроком" показала возможность получения объективных результатов и взаимосогласованных технических решений для уменьшения буферной зоны между двумя системами, способствовала укреплению взаимного доверия между операторами сетей и выявила необходимость координации действий при дальнейшем развитии каждой сети. Вместе с тем очевидно, что существующее частотное распределение не позволяет более эффективной сети CDMA удовлетворить высокий спрос жителей центральной части Москвы на услуги радиотелефонной связи. Не считая на данном этапе этот вопрос принципиальным, компании "Персональные коммуникации" и "МТУ-Информ" полагают, что оператору сети CDMA необходимо выделить свободный участок частотного диапазона в Москве.
Тарифы
Самой интригующей темой, связанной с сетью CDMA в Московском регионе, остаются, конечно же, тарифы на ее услуги. Рассчитывая на свой круг абонентов, компания "Персональные коммуникации" не намерена конкурировать с операторами подвижной связи. Скорее всего, стоимость ее услуг будет ближе к стоимости услуг операторов традиционной проводной телефонии (а они, кстати, вводят в 1998 г. повременную оплату за пользование местной телефонной связью).
Официальные тарифы не появятся до тех пор, пока сеть не будет готова к коммерческой эксплуатации. Можно, конечно, сравнить тарифы в сетях GSM, AMPS и CDMA в Челябинске или Ростове-на-Дону (как это иногда делают), однако эти данные ни в коем случае нельзя экстраполировать на Московский регион, где условия работы и количество абонентов подобных сетей совершенно другие.
Услуги
Главная услуга, которая будет доступна пользователям сети компании "Персональные коммуникации" в Московском регионе, - это высококачественная телефонная связь с обеспечением максимальной, по сравнению с другими радиотелефонными системами, конфиденциальности. Выделить из общего шумоподобного сигнала сети CDMA полезную информацию практически невозможно (а вот разговор в аналоговой сотовой сети можно прослушивать с помощью обыкновенного измерительного приемника). Кроме того, абоненты получат возможность передавать факсимильные сообщения, пользоваться голосовой почтой и службой передачи коротких сообщений, передавать данные со скоростью до 14,4 кбит/с. Будут также доступны услуги интеллектуальной телефонной сети компании "МТУ-Информ", которая уже начала работу. Все дополнительные услуги компания "Персональные коммуникации" планирует вводить постепенно, по мере роста спроса среди населения и корпоративных пользователей.
Чтобы воспользоваться широким спектром услуг телефонной связи, абонентам сети CDMA компании "Персональные коммуникации" потребуются стационарные или портативные радиотерминалы. Вначале будут использоваться уже хорошо известные стационарные терминалы QCT-1000 производства Qualcomm. Дополнительные возможности предоставляют многопользовательские абонентские терминалы QCT-6000, к которым подключается сразу несколько обычных телефонных или факсимильных аппаратов, и беспроводные УАТС QCT-8000 (готовятся к серийному производству), которые могут существенно удешевить телефонизацию офисов и целых домов.
Впрочем, о полном спектре услуг будет целесообразно поговорить позже, когда московская сеть CDMA начнет обслуживать значительное число абонентов.
CDMA в России
Почему компания "Персональные коммуникации" строит фиксированную, а не подвижную сеть CDMA? Во-первых, пока нормативными документами в России разрешен только фиксированный вариант сетей CDMA, а во-вторых, сейчас нужен именно он. У сетей подвижной связи другой круг абонентов. Все, кто хотел иметь в кармане или автомобиле радиотелефон, уже имеют его. Фиксированная же сеть CDMA рассчитана, прежде всего, на массового клиента.
Развитие сетей подвижной связи, которых у нас, казалось бы, предостаточно, не принесло существенных результатов в масштабе страны. Все вместе они обслуживают около полмиллиона абонентов в стопятидесятимиллионной стране При этом подавляющая часть подвижных сетей сосредоточена в Москве и Санкт-Петербурге, обслуживает относительно небольшие зоны, страдает отсутствием автоматического общенационального роуминга и т. п.
Поэтому и решено было сделать ставку на сети CDMA, обеспечивающие самое эффективное использование радиоспектра и наибольшую абонентскую емкость, особенно в фиксированном варианте. Благодаря этому стандарт CDMA должен был стать привлекательным как для операторов сетей, так и для пользователей (главным образом, за счет меньшей стоимости сетевой инфраструктуры и, как следствие, меньших тарифов).
Лицензии на сети CDMA стали выдавать операторам местной телефонной связи, обладающим собственной номерной емкостью (ранее операторы сетей подвижной связи вынуждены были ее арендовать). Это должно было стимулировать операторов местной связи на развитие беспроводного доступа и дополнительное уменьшение тарифов.
В отличие от других систем беспроводного доступа, сети CDMA могут охватывать значительные территории, а соответственно, являются оптимальным средством массовой телефонизации. Следовательно, сети CDMA могут существенно повысить уровень телефонизации страны.
Появление еще одного потенциального конкурента, да еще и в диапазоне рабочих частот стандарта AMPS, мягко говоря, не вызвало энтузиазма у операторов сетей подвижной связи. Производители, прозевавшие появление нового стандарта, и операторы сотовых сетей других стандартов не без участия отдельных чиновников пытаются противостоять развитию сетей CDMA.
В результате в прессе регулярно муссируются мнения, что, мол, в России уже и так слишком много стандартов на сотовую связь, что Россия - это Европа, а значит, и стандарты здесь должны быть европейские, что не надо распылять средства и т. п. Нет сомнения в том, что такое положение дел было бы очень выгодно для западноевропейских компаний, лоббирующих продвижение своего оборудования на наш рынок.
Понятно, что во всем этом есть доля лукавства, поскольку самая эффективная для России технология выявится в реальном экономическом и техническом соревновании - тем более, что платят за эти сети на свой страх и риск сами коммерческие операторы (а не Госкомсвязи, к примеру). Да и не вся Россия располагается, как известно, в Европе - не говоря уже о том, что по абонентской плотности, платежеспособности населения, характеру застройки и т. п. наша страна существенно отличается, скажем, от Германии или Швейцарии. Низкий уровень телефонизации России, определенные преимущества радиоинтерфейса СDMA (а с его помощью уже пробуют улучшить системы стандарта GSM), позволяют утверждать, что у сетей CDMA в России большое будущее. Зарубежные специалисты предсказывают: рынок таких систем увеличится в течение ближайших 5 лет в десятки раз.
