Читаем Компьютерные сети. 5-е издание полностью

Несмотря на эти начальные неудачи, с тех пор было многое достигнуто. Было выдвинуто несколько технических предложений, впоследствии некоторые отсеялись и остались две основные технологии. Первая из них называется WCDMA — широкополосный CDMA (Wideband CDMA), была предложена фирмой Ericsson и продвинута Европейским союзом, который назвал ее UMTS (Universal Mobile Telecommunications System — универсальная система мобильной связи). Вторым претендентом стала система CDMA2000, предложенная Qualcomm.

У этих систем больше сходств, чем различий. Базовый принцип обеих систем — это CDMA. WCDMA использует полосу пропускания 5 МГц, а CDMA2000 — 1,25 МГц. Если бы инженеров из Ericsson и Qualcomm посадили за стол переговоров и поставили задачу выработать единую систему, они, наверное, справились бы с этим довольно быстро. Беда в том, что настоящей проблемой, как всегда, является отнюдь не инженерное решение, а политика. Европе требовалась система, умеющая работать с GSM; Соединенным Штатам нужна была система, совместимая с одной из уже существующих там систем (IS-95). Каждая сторона поддерживала свою компанию (Ericsson находится в Швеции, Qualcomm — в Калифорнии). В конце концов, обе компании оказались вовлечены во множественные тяжбы, связанные с патентами на технологию CDMA.

Во всем мире 10—15 % абонентов мобильной связи уже используют технологии 3G. В Северной Америке и Европе, приблизительно одна треть мобильных абонентов — 3G. Япония была ранним последователем, и теперь почти все мобильные телефоны в Японии — 3G. Эти числа включают и UMTS, и CDMA2000, и 3G продолжает быть одним большим котлом деятельности, поскольку рынок трясет. Чтобы добавить беспорядка, UMTS стал единственным стандартом 3G с разнообразными несовместимыми опциями, включая CDMA2000. Это изменение было попыткой объединить конфликтующие стороны, но оно только сглаживает технические различия. Мы будем говорить UMTS, подразумевая WCDMA, а не CDMA2000.

Мы ограничим наше обсуждение использованием CDMA в сотовых связях, поскольку это — отличительный признак обеих систем. В CDMA не происходит ни временного, ни частотного разделения каналов, но осуществляется соединение, при котором каждый пользователь работает на том же диапазоне частот в то же самое время. Когда это было предложено для сотовых систем впервые, промышленность отреагировала приблизительно так же, как королева Изабелла на предложение Колумба достигнуть Индии, направляясь на запад. Однако благодаря упорству компании Qualcomm CDMA преуспел как 2G система (IS-95) и окреп до такой степени, что стал техническим основанием для 3G.

Заставить CDMA работать в мобильном телефоне требует большего, чем основной метод CDMA, который мы описали в предыдущем разделе. А именно, мы описали синхронный CDMA, в котором элементарные последовательности являются строго ортогональными. Эта схема работает, когда все пользователи синхронизированы на времени начала элементарных последовательностей, как в случае передачи от базовой станции к мобильным телефонам. Базовая станция может передать элементарные последовательности, начинающиеся в одно время, так чтобы сигналы были ортогональными и могли быть отделены. Однако трудно синхронизировать передачи независимых мобильных телефонов. Без специальных усилий их передачи достигли бы базовой станции в разное время, без гарантии ортогональности. Чтобы мобильные телефоны могли передавать сигналы базовой станции без синхронизации, нужны кодовые последовательности, которые будут ортогональны при всех возможных смещениях.

Хотя и невозможно найти последовательности, которые являются ортогональными для этого общего случая, длинные псевдослучайные последовательности достаточно близки к этому. У них есть характерная особенность — низкая взаимная корреляция друг с другом при любых смещениях. Это означает, что когда одна последовательность умножена на другую последовательность, в итоге внутреннее произведение будет маленьким; это был бы ноль, если бы они были ортогональными. (Интуитивно, случайные последовательности должны всегда отличаться друг от друга. Их перемножение должно давать случайный сигнал низкого уровня.) Это позволяет приемнику фильтровать нежелательные помехи из полученного сигнала. Кроме того, автокорреляция псевдослучайных последовательностей также является малой, кроме случая нулевого смещения. Это означает, что, когда одна последовательность умножена на свою отсроченную копию и просуммирована, результат будет маленьким, кроме тех случаев, когда задержка — ноль. (Интуитивно, отсроченная случайная последовательность похожа на другую случайную последовательность, и мы вернулись к случаю взаимной корреляции.) Это позволяет приемнику обнаруживать начало требуемой передачи в полученном сигнале.