Стандарт CDMA2000 

Стандарт CDMA2000 - це представник стандартів стільникового зв'язку третього покоління (3G). Він також відомий під іменами IMT-CDMA Multi-Carrier або IS-2000. Основною метою створення CDMA2000 було збільшення пропускної здатності та максимально дозволених швидкостей передачі даних, в порівнянні з попереднім стандартом cdmaOne/IS-95. Розробка CDMA2000 почалася в 2000 році, організацією 3GPP2. В результаті був випущений цілий набір стандартів, що описують новий радіо інтерфейс і значні поліпшення в мережі радіо доступу (Radio Access Network, RAN) і системі комутації (CN), які дозволили добитися зазначених вище вимог. Таким чином, CDMA2000 - це технологія, яка забезпечила еволюцію мережам cdmaOne (IS-95) до стандартів третього покоління. 

CDMA2000 може бути розглянутий в декількох фазах. Перша фаза: CDMA2000 1x, який підтримує середню швидкість передачі даних 144 кбіт / сек. Наступною фазою є стандарт, який отримав абревіатуру: 1x-EV-DO (evolution data only or data optimised). Він дозволяє передавати дані зі швидкістю до 2Мбіт / сек на одній несучої. Останнім, поки ще технічною характеристикою серії CDMA2000 є 1x-EV-DV (EVolution Data / Voice). Він передбачає швидкості передачі даних до декількох десятком Мбіт / сек, а також поліпшення в якості передачі даних. 

У стандарті CDMA One дані передавалася по тим же системам, що і голос. Це значно обмежувало максимальну швидкість передачі даних і загальну ємність мережі. У стандарті CDMA2000 була введена спеціальна мережа для передачі даних: Packet Core Network (PCN) - мережу з комутацією пакетів, яка дозволяє передавати дані з більшою швидкістю і безпекою. 

 

Особливості стандарту CDMA2000 

Також як і CDMA One стандарт CDMA2000 використовує для роботи той же частотний діапазон, розділений на аналогічні смуги частот 1,25 МГц. Це значно полегшує перехід операторів до нового стандарту, так як відпадає необхідність в придбанні нової частотної ліцензії, що є одним з основних стримуючих чинників в розгортанні мереж нового стандарту. Завдяки подібній наступності оператори можуть поступово заміщати обладнання більш новим і тим самим знизити до мінімуму проблеми, що виникають при оновленні стандарту, такі як низька поширеність абонентського обладнання, великі початкові витрати, організація транспортних каналів і т.п.

 

Структура мережі стандарту CDMA2000 

За рахунок того, що спектр та якість послуг мережею CDMA2000 послуг розширилися, в структурі мережі з'явилися деякі нові елементи, а функції колишніх зазнали зміна. Нижче представлені нові елементи мережі та розглянуто їх основні функції.

Мобільна станція (MS - Mobile Station). У мережі CDMA2000 мобільна станція - це абонентський пристрій, не обов'язково мобільний телефон. Це може бути якесь інше пристрій з модулем доступу до послуг мережі та використовуване, наприклад, для доступу в мережу Інтернет з комп'ютера. 

Мобільна станція взаємодіє з RAN для отримання необхідних ресурсів мережі з метою доступу до пакетної мережі, і далі стежить за станом виділених ресурсів (зайняті, вільні, режим очікування). MS може буферізіровать дані користувача, якщо в поточній момент необхідні ресурси мережі недоступні. 

Після включення, MS автоматично реєструється в мережі, і в HLR відзначається її поточний стан. Ця процедура відбувається в наступному порядку: 

1. Аутентификация MS. 

2. Поточне місце розташування MS заноситься в HLR. 

3. Далі MSC повідомляється набір дозволених послуг мережі. 

Після успішного проходження зазначених процедур мобільна станція може здійснювати голосові виклики і передавати дані. Остання послуга може бути надана з використанням однієї з двох мереж: з комутацією пакетів або каналів, залежно від того факту: чи підтримує MS стандарт CDMA2000. У разі якщо мобільний пристрій сумісний тільки зі стандартом IS-95 (cdmaOne) передача даних можлива лише через мережу з комутацією пакетів. При цьому швидкість передачі не перевищуватиме 19,2 кбіт / сек. Якщо ж термінал сумісний з IS-2000 (CDMA2000), то може бути зроблений вибір між двома можливими способами передачі даних через мережу оператора. Швидкість передачі пакетних даних для мережі CDMA2000 1x може досягати 144 кбіт / сек. 

Мережа радіо доступу (RAN - Radio Access Network). Мережа радіо доступу є вхідний точкою абонента у всю мережу оператора, незалежно від наданої послуги. Через додавання в мережу оператора нового домену з комутацією пакетів на мережу доступу були покладені нові функції: ідентифікація абонентів у мережі, обслуговування з'єднань до мережі з комутацією пакетів, перевіряти права доступу абонента до запитуваного сервісу. 

Базова станція (BTS - Base Station Transceiver) - контролює всі дії на радіо інтерфейсі між BTS і MS, а також служить інтерфейсом між мережею та мобільними пристроями. Управління радіо ресурсами, наприклад, призначення частотних каналів, поділ сот, управління потужністю передачі і т.п. належить до завдань базової станції. На додаток до цього, BTS організує наскрізні з'єднання для проходження трафіку між MS і BSC для забезпечення мінімальних тимчасових затримок у процесі передачі даних користувача та сигналізації. 

Контролер базових станцій (BSC - Base Station Controller) - передає повідомлення сигналізації та голосові дані між сотами і MSC (Mobile Switching Centre). Крім того, BSC виконує деякі процедури пов'язані з мобільністю абонентів, наприклад, контролює процедуру хендовера між сотами в разі потреби. 

Пристрій контролю пакетних з'єднань (PCF - Packet Control Function) - новий елемент мережі CDMA2000, якого не було в CDMA One. Його головним завданням є маршрутизація пакетів між BTS і PDSN. В процесі пакетної сесії PCF призначатиме доступні радіо ресурси для абонентів мережі, відповідно до їх потреб і оплаченим обсягом послуг. Головна задача PCF полягає в плануванні розподілу ресурсів мережі доступу, включаючи радіо ресурси, так щоб вони могли бути максимально ефективно використані і при цьому не допустити зниження якості наданих послуг. 

Мережа комутації (NSS (Network Switching System)) не зазнала істотних змін порівняно з системою CDMA One. В неї також входять MSC, який відповідає за встановлення голосових з'єднань в системі, а також ряд регістрів (HLR, VLR і ін.), В яких зберігається інформація про абонентів. 

Мережа пакетної комутації (PCN - Packet Core Network). Це абсолютно нова система в мережі стільникового зв'язку, що відповідає за передачу користувальницьких пакетів з / в зовнішні мережі (наприклад Інтернет), а також за аутентифікацію абонентів, призначення IP-адрес і деякі інші. 

Обслуговуючий вузол пакетної мережі, об'єднаний із зовнішнім агентом (PDSN / FA - Packet Data Serving Node / Foreign Agent) - це шлюз між мережею радіо доступу та зовнішніми пакетними мережами. Цей пристрій виконує наступні функції: 

• управляє з'єднаннями між системою базових станцій і пакетної мережею, включаючи встановлення, підтримання та завершення сесій; 
• надає IP-адреси абонентам мережі; 
• виконує маршрутизацію пакетом між мережею оператора і зовнішніми мережами передачі даних; 
• формує і передає рахунки за надані послуги в систему білінгу; 
• управляє абонентськими послугами, відповідно до профілів абонентів, отриманими з AAA-сервера; 
• проводить аутентифікацію самостійно. Або передає запит на аутентифікацію до AAA-сервер. 

ААА (Authentication, Authorization, and Accounting) - сервер використовується для проведення процедур аутентифікації і авторизації абонентів, а також для зберігання абонентських даних з метою білінгу і виставлення рахунків. 

Домашній агент (HA - Home Agent) надає безшовний роумінг до інших мереж стандарту CDMA2000. HA надає якірний IP-адреса для MS, службовець для передачі будь-яких даних користувача через вихідну мережу. Крім того, домашній агент підтримує реєстрацію абонентів, передачу пакетів до PDSN, а також (опціонально) створення захищеного з'єднання. 

 

Стандарти CDMA2000 1x-EV-DO і CDMA2000 1x-EV-DV 

З появою стандарту CDMA2000 першої фази, слідом почалася розробка наступних поколінь даного стандарту. Такий стрімкий розвиток технологій було обумовлено стрімким зростанням потреб абонентів у послугах передачі даних. В результаті проведеної роботи організацією 3GPP2 в 2002 році був випущений стандарт CDMA2000 1x-EV-DO (evolution data only) який пропонував швидкості передачі даних до 2,4 Мбіт / сек, що в 20 разів вище ніж, попередній стандарт. Таке досягнення було зроблено в першу чергу за рахунок впровадження нових технологій на радіо інтерфейсі. Зокрема поряд з кодовим поділом каналів, був впроваджений тимчасової метод доступу абонентів в мережу (TDMA - Time Division Multiple Access). Для кожного абонента, при цьому, виділявся окремий таймслот, який запобігав можливість виникнення інтерференції в соте. 

Завдяки подальшим розробкам, більш пізні релізи стандарту CDMA2000 1x-EV-DO дозволяли використовувати одночасно кілька таймслотов і несучих, що збільшувало максимальну швидкість передачі даних понад 70 Мбіт / сек (Rel. B). А в планованому Rel. C швидкість вже може досягати 280 Мбіт / сек що відповідає стандарту LTE, належала до 4G. 

Розроблений в 2003 році стандарт CDMA2000 1x-EV-DV (EVolution Data / Voice) припускає можливість одночасної передачі в радіо ефірі на одній несучої і голоси, і даних. Однак така концепція не знайшла істотного розвитку у зв'язку з розвитком напряму ALL-IP, яке передбачало передачу голосу по мережах з IP-комутацією.

 

CDMA 2000 1X EVDO (3G) - надбудова над мережами CDMA2000, що дозволяє розвивати швидкість передачі до абонента до 2,4 Мбіт / сек. Швидкість від абонента залишається колишньою - 153 кбіт / сек. Ця технологія використовується всіма трьома вищевказаними CDMA-операторами. 

CDMA2000 1X EVDO rev.A (3,5G) - наступна надбудова над CDMA-мережами. Дозволяє збільшити швидкість передачі даних в обидві сторони: до абоненту- до 3,1 Мбіт / сек, від абонента - до 1,8 Мбіт / сек. Технологія використовується всіма українськими CDMA-операторами. 

CDMA2000 1X EVDO rev.B (3,75G) - новітня, на сьогодні, CDMA-надбудова, яка дозволяє на одному частотному каналі досягти швидкості прийому даних до 4,9 Мбіт / сек, а передачі від абонента інформації - до 2,4 Мбіт / сек. Технологія дозволяє об'єднувати частотні канали для збільшення швидкості. Так, якщо об'єднати 15 каналів (теоретичний максимум), то швидкість download може скласти 73,5 Мбіт / сек, а upload - 27 Мбіт / сек. В Україні rev.B використовують оператори Інтертелеком (3 канали, до 14,7 Мбіт / сек) і МТС-Україна (3 канали, до 14,7 Мбіт / сек). До жовтня 2013 цю технологію використав і PEOPLEnet (ті ж 3 канали). Однак, компанія вирішила відмовитися від подальшого використання rev.B (за деякою інформацією - з фінансових міркувань) і мережа була демонтована.