ЦИФРОВАЯ СОТОВАЯ СИСТЕМА ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ США СТАНДАРТА D-AMPS

12.1 Общий подход к развитию цифровых сотовых систем в США

В США работы по национальному стандарту на цифровые сотовые системы подвижной связи (ССПС) проводились с 1987 года [12.1]. В отличие от Европы, где разрабатывался стандарт GSM, Федеральная комиссия связи (FCC) не смогла выделить отдельную полосу частот в диапазоне 900 МГц для перспективной цифровой ССПС США.

В условиях, когда национальная аналоговая ССПС стандарта AMPS уже не отвечала современным требованиям к подвижной связи из-за отсутствия необходимой пропускной способности, недостаточного качества связи, ограниченного набора услуг, отсутствия засекречивания передаваемых сообщений, Ассоциация промышленности сотовой связи (CTIA), совместно с Ассоциацией промышленности связи (TIA) приняли решение о совмещении в одной полосе частот аналоговой и цифровой ССПС, сохранив существовавший в AMPS разнос каналов, равный 30 кГц [12.1, 12.2].

Стандарт на цифровую сотовую систему связи был разработан в 1990 году и система связи на его основе получила условное обозначение D-AMPS или ADC. В 1991-1992 годах проводились полевые испытания системы D-AMPS, по результатам которых TIA и CTIA были приняты три стандарта: IS-54 - на систему сотовой связи D-AMPS (ADC); IS-55 - на двухмодовую подвижную станцию, обеспечивающую связь как по аналоговому (AMPS), так и по цифровому (D-AMPS) каналам связи; IS-56 - на базовые станции [12.2].

Внедрение этих стандартов явилось временным шагом для того, чтобы как можно быстрее внедрить цифровую технологию на рынок сотовой связи США. Ожидалось, что стандарт IS-54 позволит увеличить емкость трафика существующих сетей сотовой связи AMPS до трех раз, но с использованием аналоговых каналов управления. Переход к полной цифровой версии AMPS затормозил бы внедрение цифровой технологии сотовой связи в США еще на три года [12.2, 12.3].

Хотя стандарт IS-54 и не совсем цифровое решение, он оказался более прогрессивным, чем AMPS, и в настоящее время более 2 млн. абонентов в 14 странах мира, включая Россию, используют эту технологию [12.4].

В 1994 году был сформулирован новый стандарт США IS-136 на полностью цифровую систему сотовой связи, представляющую собой усовершенствованный вариант стандарта IS-54 [12.2, 12.3]. Стандарт IS-136 по своим функциональным возможностям и предоставляемым услугам приближается к стандарту GSM. Стандарт IS-136 открывает возможность внедрения международного роуминга.

В настоящее время США приступили к созданию цифровых сетей персональной связи (PCS). Развитие технологии PCS осуществляется в условиях активной конкуренции.

Федеральная комиссия связи США в марте 1995 года выдала 102 лицензии операторам сетей PCS в диапазоне 1900 МГц.

Одним из направлений создания сетей PCS явился перевод стандарта IS-54 (D-AMPS) в диапазон 1900 МГц. Абоненты будут иметь возможность пользоваться двухдиапазонным терминалом, обеспечивающим доступ к услугам связи в диапазонах 800 МГц и 1900 МГц.

Многие из операторов сетей PCS, получивших лицензии, выбрали для реализации сетей персональной связи версию стандарта GSM для диапазона 1900 МГц - PCS-1900.

Значительным успехом у операторов сетей PCS пользуется стандарт CDMA IS-95,

Развитие цифровых сетей персональной связи в США будет осуществляться на фоне активных позиций сетей сотовой связи стандартов AMPS/D-AMPS, абонентами которых, в настоящее время, являются около 10% населения страны [12.2-12.4].

12.2 Структурная схема, характеристики и радиоинтерфейс D-AMPS

Структурная схема цифровой ССПС D-AMPS (IS-54) показана на рис. 12.1. Основные характеристики D-AMPS (IS-54) приведены в таблице 3.2. На рис. 12.2 показана структура кадров в сис-| теме D-AMPS для перспективного варианта с полускоростным речевым кодеком, когда будут ис-| пользоваться шесть временных окон (вместо трех сегодня) [12.5, 12.6]. |

Структурная схема подвижной станции изображена на рис. 12.3 [12.5, 12.6].

Аналоговый речевой сигнал преобразуется в цифровую форму VSELP кодером [12.1]. Ре* вой сигнал разбивается на сегменты по 20 мс, которые преобразуются в 159 кодированных бит передаваемых со скоростью 7,95 кбит/с.

Для канального кодирования используется сверточный код со скоростью г=1/2. В этом процессе пакет в 159 бит от речевого кодера разбивается на две группы бит: класс 1 - 77 бит, класс' - 82 бита. В группе бит 1 класса осуществляется указанное сверточное кодирование, причем 7 би' используются для обнаружения ошибок, биты второго класса передаются без кодирования. В рб-зультате преобразований в канальном кодере речевой фрагмент 20 мс представляется 260 битами, что соответствует скорости передачи 13,0 кбит/с. Структурные схемы канального кодировав приведены на рис. 12.4 [12.1], Результирующая скорость (по результатам формирования TDM^ кадра) составляет 16,2 кбит/с в расчете на одного абонента.

Пакет в 260 кодированных бит подвергается перемежению, принцип которого иллюстрируй ся рис. 12.5. Речевой фрагмент Y разбивается на две части. Одна часть передается в окне 1, вторая часть - в окне 4. Следующий фрагмент речи Z, длительностью 20 мс, передается в окне 4 и6 окне 1 в следующем кадре.

Для передачи сообщений по радиоканалу используется спектрально-эффективная я/4 DQP^ модуляция, реализуемая квадратурной схемой с прямым переносом на несущую частоту [121 12.6].

В целом, потенциальные характеристики стандарта IS-54 уступают характеристикам стандарта GSM. Для примера, на рис. 12.6 показаны графики зависимостей вероятности ошибки от отно-шения сигнал/помеха (C/I) в сетях стандартов GSM и D-AMPS (ADC) с учетом замираний сигна^ при скорости перемещения подвижной станции 55 миль в час. [12.7]. Стандарт GSM обладает также преимуществами по отношению к стандарту IS-54 в части обеспечения безопасности связи' функциональных возможностей. Кроме того, распространение GSM в глобальном масштабе (Европа, Азия, Африка, Австралия) позволяет абонентам этих сетей путешествовать по всему миру^ своим радиотелефоном в рамках автоматического международного роуминга. Стандарт D-AMPSvt принят в Европе, за исключением России, где он ориентирован на региональное использование

Структура кадров в стандарте 18^54 с полускоростным речевым каналом.

G: Guard Time

R: Ramp Time

DVCC: Digital Verification Color Code

RSVD: Reserved for Future Use

Рис. 12.2

Как следует из графиков рис. 12.6, в реальных каналах связи для одинаковых значений вероятности ошибки в D-AMPS требуется отношение сигнал/помеха на 6-10 дБ больше, чем в GSM.

На рис, 12.7 [12.8] показана зависимость качества приема речи от отношения сигнал/помеха (C/I) в аналоговых и цифровых (ADC и GSM) сетях сотовой связи. Как следует из этих графиков, Для обеспечения "приемлемого качества речи" энергетические затраты в каналах D-AMPS должны быть на 6-7 дБ выше, чем в GSM.

Худшие энергетические характеристики радиоканалов D-AMPS по отношению к GSM сказываются также и при планировании сети. Для размещения сот с одинаковыми частотами в D-AMPS ^ебуются большие координационные расстояния, что снижает эффективность повторного использования радиочастот.

Рис. 12.3

Рис. 12.4 Перемежение в стандарте ADC.

Рис. 12.5

Рис.12.6.

Рис.12.7.

Литература к Главе 12

12.1 E.J, Schimmel. Digital Cellular in North America. The 1991 Pan European Digital Cellular Radio Conference. February 1991. Proc.

12.2 The Evaluation of Digital Celular Mobile Communications International. September/October 1995. P.P. 10-11.

12.3 Ericsson. Technology in the US PCS Race. Mobile Communications International. September/October. 1995. p.p. 8-9.

12.4 PCS-1900 - The New Personal Commmunications System for North America. Documents useful for a comparative evaluation of GSM (DCS-1800), PCS-1900 and IS-95 CDMA. Ericsson inc. 1994.

12.5 D.J. Goodman. Trends in Cellular and Cordless Communications. IEEE Communications. IEEE Magazine, June 1991. p.p. 31-40.

12.6 A. Mehrotra. Cellular Radio: Analog and Digital Systems. Artech House. Boston-London. 1994. p. 460.

12.7 J. Swerup. J. Uddenfeld. Personal Communications Based on Digital Cellular. Ericsson Review:

Trends in Mobile Communications. N 3, 1991. р.р. 51-56.

12.8 P. Bjorndahl, В. Lind. CME-20 - A Total Solution for GSM Networks. Ericsson Review: Trends in

Mobile Communications. N3, 191. p.p. 8-15.