Вступ

<-На зміст->

Основні тенденцій розвитку СРД у світі

Головною закономірністю розвитку СРД за останні 10-15 років стає використання зростаючих можливостей мікроелектроніки для дедалі складніших видів обробки інформаційних і радіосигналів з метою поліпшення техніко-економічних характеристик СРД та розширення на цій основі сфери застосування СРД. З огляду на невпинність прогресу мікроелектроніки цю тенденцію можна прогнозувати і на найближчі 10-15 років. Основними напрямками розвитку СРД є вирішення трьох принципових проблем застосування радіотехнологій:

підвищення стабільності передавання інформаційних сигналів в умовах природної нестабільності прогресу поширення радіохвиль, особливо в застосуваннях СРД для рухомого зв'язку;
підвищення спектральної ефективності СРД, тобто інформаційної пропускної здатності персональної радіолінії за наявного радіочастотного ресурсу, який можна виділити для СРД, та даного відношення потужності сигналу до потужності шумів і завад;
освоєння все більш високочастотних діапазонів радіохвиль для подолання як нинішнього, так і майбутнього дефіциту радіочастотного ресурсу.

Перша і третя проблеми є суто специфічними для радіотехнологій. Друга проблема вже поставала і була успішно розв'язана для ПСД (у модемах для каналів тональної частоти та в DSL-модемах) з доведенням спектральної ефективності ПCД до теоретичної межі, визначеної формулою Шеннона. У радіосистемах вирішення другої проблеми істотно ускладнюється наявністю першої та третьої проблем.
Кожна із зазначених проблем при її докладному розгляді розпадається на низку дуже складних у практичному розв'язанні питань. Тому весь процес удосконалення (розвитку) СРД дає вельми складну й заплутану картину, що швидко змінюється. Характерним у цьому плані є процес зародження і розвитку широко відомої технології СРД-CDMA (Code Division Multiple Access). Перша реалізація системи CDMA (CDMA One або IS-95), за визнанням авторів цієї технології, завдячує своєю появою небаченим досі можливостям мікроелектроніки та підтвердженням перспективи їх подальшого зростання за законом Мура. У цьому комерційному продукті окрім принципу кодового поділу каналів було реалізовано також цілу низку інших прогресивних на той час технічних рішень. До основних нововведень технології CDMA, що грунтувалися на можливостях мікроелектроніки кінця 1980-х років, належать:
- множинний доступ із прямим розширенням спектра для збільшення спектральної ефективності;
- ортогонально-кодове розділення каналів на низхідному напрямі передавання;
- випадковий доступ для ефективного розподілу ресурсів радіодоступу між користувачами;
-   швидке регулювання потужності у висхідному напрямі передавання для зменшення взаємних завад між каналами;
- багатоканальна обробка багатопроменевих і радіосигналів у точці приймання (Rake-приймач);
- «м'яке» переведення сеансу зв'язку між базовими станціями;
- «м'якіше» переведення сеансу зв'язку між секторами базової станції (БС);
- активний набір функцій «м'якого» переведення сеансу зв'язку для «безшовного» обслуговування користувачів при високій спектральній ефективності;
- повторне використання «однієї частоти» (виділеної смуги частот) усіма БС для збільшення загальної ємності СРД;
- виклик із часовим поділом у низхідному напрямі передавання для зменшення енергоспоживання абонентською станцією (АС) у режимі чергування;
-   автоматичне розпізнавання швидкості кодування мови без додаткового навантаження на радіоканал;
- опорний низхідний канал з єдиним пілот-сигналом для збільшення пропускної здатності всіх каналів;
- спрощена низхідна канальна структура з використанням функцій Уолша;
- скремблювання групового сигналу для рівномірного розподілу завад, розподілу каналів у висхідному напрямі, а також для криптозахисту зв'язку;
- вокодери з мовним контролем для зменшення завад та збільшення системної пропускної здатності.
Подальше вдосконалення CDMA-систем (CDMA-2000) на основі зростаючих можливостей мікроелектронних технологій дало змогу реалізувати такі додаткові функціональні можливості:
- ортогональне кодування зі змінною довжиною коду для підтримки змінних швидкостей передавання даних;
- комплексне розширення спектра у висхідному напрямі передавання для збільшення швидкості передавання даних і пропускної здатності СРД;
- швидке керування потужністю в низхідному напрямі для зменшення потужності передавача БС та збільшення швидкості передавання даних і пропускної здатності СРД;
- конфігурування каналів під швидкість передавання даних для підтримки необхідного діапазону швидкостей такого передавання;
- двостадійний низхідний виклик для подальшого зниження споживання енергії в АС;
- вдосконалення висхідної структури каналів для оптимального мультиплексування каналів даних і управління;
- випадковий доступ із режимом резервування для більш ефективного доступу до СРД;
- паралельні турбокоди для збільшення пропускної здатності СРД завдяки ефективнішому прямому виправленню помилок;
- когерентне детектування висхідного каналу для збільшення швидкостей передавання та радіопокриття;
- безперервна робота висхідного каналу для збільшення дальності передавання за рахунок зменшення перешкод у процесі прослуховування всіх наявних пристроїв СРД.
Реалізація цих додаткових можливостей системи CDMA відбувається зі збереженням рівня цін на термінали рухомого зв'язку в діапазоні          40-130 дол. США, що цілком прийнятно для значної частини населення в розвинених країнах світу. Сьогодні системою CDMA користуються близько 300 млн. абонентів фіксованого і рухомого зв'язку.
Підтвердженням зазначеної тенденції розвитку СРД на базі зростаючих можливостей мікроелектроніки, зокрема можливостей мікропроцесорної обробки сигналів, стала розробка в останні кілька років сукупності технологічних вирішень, стандартизованих в IEEE групою 802.16 (WiMAX – Worldwide Interoperability for Microwave Access). Головним ініціатором-розробником WiMAX, як і попередньої технології локального радіодосту WiFi (за стандартом IEEE 802.11), став лідер мікропроцесорної індустрії – корпорація Intel.
Очевидно, що той надлишок мікропроцесорної потужності, який з огляду на зростаючі можливості мікроелектронних технологій може масово продукувати на своїх заводах корпорація Intel, з найбільшим комерційним ефектом може бути застосований для випуску засобів за вдосконаленими радіотехнологіями наступних поколінь.
Технологія WiMAX спочатку (2000-2002 роки) була націлена на вдосконалення технології пакетних локальних радіомереж за стандартом IEEE 802.11 (WiFi – Wireless Fidelity, 1997 рік), і які забезпечували на той час пакетний доступ до і базових (проводових) мереж передавання даних з якістю тодішніх проводових локальних мереж на швидкості передавання до 11 Мбіт/с у радіочастотному каналі шириною спектра 20 МГц (за стандартом 802.11b) на відстанях, характерних для проводових локальних мереж, – до 100 метрів. Простота розгортання та зручність користування послугами системи WiFi сприяла значному поширенню її у світі – на кінець 2007 року в усьому світі діяло близько 2,3 млн. БС (точок доступу) WiFi, а мікроелектронна промисловість виробила близко 250 млн. комплектів мікросхем для комп'ютерних адаптерів WiFi. Успіх технології WiFi та перспектива значного поліпшення її техніко-економічних характеристик за рахунок більш складної сигнальної обробки, яку забезпечують стрімко зростаючі можливості мікроелектроніки, слугували основними стимулами розробки технології WiMAX.
Метою вдосконалення нових пакетних технологій радіодоступу було створення універсальної пакетної мережі доступу масштабу міста або великого сільського району для забезпечення швидкісного доступу до Інтернету та розгортання багатьох нових мультимедійних застосувань провайдерами інфокомунікаційних послуг (відеозв’язок, телебачення, торгівля тощо). Удосконалення велося в напрямках подолання принципових проблем поширення радіохвиль, як це робили творці технології CDMA, але на основі вже пакетного (часового розподілу інформаційних потоків користувачів та використання ортогональної частотної багатоканальної модуляції (OFDM) для зменшення впливу багатопроменевості при поширенні радіосигналів. Зрештою в робочій групі 802.16 IEEE у 2005 році було стандартизовано нову технологію радіодоступу WiMAX для швидкостей передавання 35 Мбіт/с у радіочастотному каналі шириною 10 МГц при дальності передачі до 50...70 км. Успіх стандартизації технології WiMAX з новітніми технічними рішеннями дозволив IEEE буквально через півроку запропонувати вдосконалений стандарт 802.16е, який уже дає змогу обслуговувати й рухомих користувачів. Удосконалений стандарт використовував більш складну методику багатоканального ортогонально-частотного доступу (OFDMA) та систему кількох передавачів і приймачів (МІМО). Цей варіант стандарту технології WiMAX розглядається вже як прямий конкурент численним технологіям рухомого зв’язку 3-го покоління, зафіксованих у стандартах і документах ITU (ІМТ-2000), ETSI, 3GPP.
Варто зазначити, що останніми роками й технологія WiFi не стояла на місці. Одна з нових редакцій стандарту WiFi (802.1In) дозволяє здійснювати доступ до мереж передавання даних на швидкостях 90 та      150 Мбіт/с у радіочастотних каналах відповідно 20 і 40 МГц. У ній також за допомогою сучасних мікроелектронних технологій уже реалізовано методи OFDMA та МІМО.
Можливості сучасної мікроелектроніки інтенсивно використовуються і для вдосконалення традиційних наземних й супутникових СРД, які забезпечують поширення програм телерадіомовлення. Тут основні вдосконалення спрямовані і на підвищення спектральної ефективності та поліпшення якості інформаційних сигналів за рахунок упровадження цифрової форми їх подання й обробки. Мікроелектроніка допомагає водночас підвищувати коефіцієнт корисної дії передавачів за рахунок переходу від вакуумних ламп до транзисторних схем у вихідних каскадах передавачів, а також за рахунок спеціальних схем формування радіосигналу та діаграм спрямованості антенних систем. Підвищення спектральної ефективності традиційних СРД дає змогу вивільнювати дефіцитний радіочастотний ресурс у діапазонах метрових і дециметрових радіохвиль.
Попри всю складність і багатоплановість процесу розвитку СРД у технічно розвинених країнах, можна сформулювати основні результати цього розвитку для СРД у цілому, які особливо важливі для постановки та виконання завдань розвитку СРД в Україні:
1) СРД стали масовим, достатньо надійним і якісним телекомунікаційним середовищем для доступу користувачів до базових (проводових) інфокомунікаційних мереж та для отримання потрібних інфокомунікаційних послуг з будь-якого місця перебування користувачів, включно з місцями у транспортних засобах, що швидко рухаються;
2) питома вартість (на одного абонента) основних засобів для побудови СРД (АС та БС) поступово зменшується і стає прийнятною для побудови масових МРД в усіх, а не лише високорозвинених, країнах. Наприклад, компанія Ericsson створила сім'ю БС, які дозволяють провайдерам послуг вести рентабельний бізнес при середніх доходах на одного користувача близько 2 дол. США на місяць. Зустрічаються повідомлення і про підготовку масового виробництва АС вартістю не більш як 10 дол. США;
3) швидшому зниженню вартості засобів для побудови СРД перешкоджає тенденція розширення застосувань СРД у напрямку більш швидкісних інфокомунікаційних послуг (з відеосупроводом) і подальшого вдосконалення радіотехнологій на базі дедалі складніших та ресурсомісткіших (а отже, і дорожчих) процесів обробки інформаційних радіосигналів;
4) спектральна ефективність індивідуального радіоканалу між АС та БС () у сучасних СРД досягла 3...4 біт/(с·Гц) і є перспектива її подальшого збільшення до 30...40 біт/(с·Гц) за рахунок складнішої сигнальної обробки;
5) спектральна ефективність системи СРД (), яку можна визначити як відношення сумарної бітової швидкості одночасного передавання інформації всіма активними АС у СРД до сумарної ширини смуг радіочастот, виділених для всієї системи СРД, може значно перевищувати і спектральну ефективність радіоканалу АС-БС за рахунок повторного географічно-просторового використання радіочастотного ресурсу, виділеного для системи СРД. Системну спектральну ефективність можна орієнтовно оцінити за виразом:

, (10.1)
де – кількість БС у СРД;
– середня кількість секторів (передавально-приймальних систем) в одній БС;
– коефіцієнт досконалості радіопокриття території обслуговування.
Коефіцієнт залежить, в основному, від коефіцієнта повтору частот БС і їхніми секторами, а також від чіткості меж радіопокриття між секторами однієї і суміжних БС. Для систем СРД 2-го покоління (GSM, CDMA-One, WiFi) коефіцієнт приблизно дорівнює 0,15, а для систем МРД 3-го і 4-го поколінь (WCDMA, WiMAX) він може сягати 0,9.