Die Landschaft der mobilen Kommunikation entwickelt sich rasant weiter und die CDMA-Technologie (Code Division Multiple Access) bildet keine Ausnahme. Während wir uns bis 2024 und darüber hinaus bewegen, prägen neue Standards und Protokolle die Zukunft der CDMA-Netzwerke, mit dem Ziel, Geschwindigkeit, Sicherheit und Interoperabilität zu verbessern. Während LTE und 5G Schlagzeilen machen, bleibt CDMA in vielen Regionen ein wichtiges Rückgrat, unterstützt Legacy-Systeme und spezialisierte Anwendungen. Dieser Artikel untersucht die wichtigsten Standards, Protokolle und Branchentrends, die CDMA in den kommenden Jahren definieren werden, und bietet Stakeholdern eine Roadmap für Modernisierung und Koexistenz.

Historischer Kontext und die anhaltende Relevanz von CDMA

CDMA entwickelte sich in den 1990er Jahren zu einer revolutionären Luftschnittstelle, die Netzwerke wie IS-95 (cdmaOne) und später IS-2000 (CDMA2000) ermöglichte. Seine Spread-Spektrum-Technik ermöglichte es mehreren Benutzern, das gleiche Frequenzband gleichzeitig zu teilen, was erhebliche Kapazitäts- und Anrufqualitätsvorteile gegenüber früheren TDMA-basierten Systemen bietet. Anfang der 2000er Jahre wurde CDMA zur Grundlage für 3G-Netze weltweit, wobei sich Betreiber wie Verizon, Sprint und China Telecom darauf verlassen Sprach- und Datendienste.

Heute sind CDMA-Netzwerke rückläufig, aber sie sind bei weitem nicht ausgestorben. Nach der CTIA bedient CDMA immer noch Dutzende von Millionen Abonnenten in Nordamerika, Teilen Asiens und Afrika. Viele Betreiber unterhalten die CDMA-Infrastruktur für ländliche Abdeckung, Maschine-Maschine (M2M)-Kommunikation und als Rückfall für Sprachanrufe bei LTE-Ausfällen. Die geringe Latenz und die breite Abdeckung der Technologie machen sie ideal für bestimmte IoT-Anwendungen, einschließlich Flottenverfolgung und Versorgungsmessung.

2024 liegt der Schwerpunkt nicht auf dem Aufbau neuer CDMA-Netzwerke, sondern auf der Integration bestehender Assets mit modernen Protokollen. Dieser Ansatz ermöglicht es Carriern, die kostenintensive Frequenzumstellung zu verzögern und gleichzeitig Altgeräte zu unterstützen. Die im Folgenden beschriebenen neuen Standards und Protokolle sollen die Lücke zwischen Alt und Neu schließen und sicherstellen, dass CDMA für die kommenden Jahre ein tragfähiger Teil des Telekommunikationspuzzles bleibt.

Neue wichtige Standards für 2024 und darüber hinaus

Verbesserte Sprach- und Datenprotokolle: VoLTE, VoNR und 1xAdvanced

Voice over LTE (VoLTE) und Voice over New Radio (VoNR) sind zu Standard-Sprachlösungen für 4G- und 5G-Netzwerke geworden. Viele CDMA-Betreiber verlassen sich jedoch immer noch auf leitungsvermittelte Sprache für ihre älteren Abonnenten. Der aufkommende Standard für Sprachinterworking ist Single Radio Voice Call Continuity (SRVCC), der es einem VoLTE-Anruf ermöglicht, nahtlos an ein CDMA 1xRTT-kreisvermitteltes Netzwerk zu übergeben, wenn die LTE-Abdeckung endet. Verbesserte Versionen von SRVCC, wie eSRVCC, reduzieren die Übergabeverzögerung auf weniger als 100 Millisekunden, wobei die Anrufqualität erhalten bleibt.

Auf der Datenseite wurde der CDMA2000 1xEV-DO Rev. A/B-Standard weiter entwickelt und beinhaltet Multi-Carrier-Aggregation und Modulation höherer Ordnung (bis zu 64-QAM). Diese Verbesserungen ergeben Spitzendatenraten von 3,1 Mbps pro Carrier, wodurch CDMA-Daten für grundlegendes Web-Browsing und M2M-Telemetrie nutzbar werden. Betreiber können 1xAdvanced mit eHRPD (Evolved High Rate Packet Data)) koppeln, um einen reibungslosen Übergangspfad zu LTE bereitzustellen. eHRPD fungiert als Brücke, so dass Benutzer zwischen CDMA und LTE-Netzwerken wechseln können, ohne Datensitzungen zu verlieren.

Eine weitere bedeutende Entwicklung ist die Integration von CDMA mit 5G New Radio (NR). Die 3GPP-Standards-Körperschaft hat über Release 17 und höher Interworking-Mechanismen definiert, die es einem 5G-Standalone-Kern (SA) ermöglichen, ein CDMA-Gerät über ein Gateway zu authentifizieren und zu registrieren.

Interoperabilitätsnormen für nahtlose Übergaben

Die Spezifikation 3GPP Inter-RAT (Radio Access Technology) Handover (TS 23.216) umreißt Verfahren für das Bewegen aktiver Sitzungen zwischen CDMA, LTE und 5G.

  • CSFB (Circuit Switched Fallback): Ermöglicht einem LTE-Gerät, bei Sprachanrufen auf CDMA zu wechseln, wenn VoLTE nicht verfügbar ist.
  • SRVCC/eSRVCC: Wie erwähnt, bietet Sprachkontinuität von LTE zu CDMA. Neuere Iterationen unterstützen SRVCC von 5G zu CDMA über ein Fallback zu LTE zuerst.
  • IMS (IP Multimedia Subsystem) Interworking: Der IMS-Core unterstützt mehrere Zugangsnetzwerke, einschließlich CDMA (über eine P-CSCF-Schnittstelle).
  • ANSI-41 und MAP Signaling Interoperability: Updates der Signalisierungsprotokolle, die für das Mobilitätsmanagement und die Anrufsteuerung verwendet werden, stellen sicher, dass der IS-41 (ANSI-41) von CDMA über ein Signalisierungsgateway mit den durchmesserbasierten Protokollen von LTE kommunizieren kann.

Diese Standards werden in 3GPP- und 3GPP2-Kollaborationsgruppen kontinuierlich verfeinert. Das Ergebnis ist ein Netzwerk-Ökosystem, in dem ein Benutzer einen Aufruf auf 5G starten, zu LTE wechseln und ohne erkennbare Unterbrechung auf CDMA zurückgreifen kann.

Sicherheitsverbesserungen für CDMA-Netzwerke

Sicherheit ist in der Vergangenheit ein Schwachpunkt für CDMA. Der ursprüngliche CAVE-Authentifizierungsalgorithmus gilt als veraltet und anfällig für Klonen und Abhören. Neue Standards schreiben die Verwendung von Advanced Encryption Standard (AES) sowohl für die Sprach- als auch für die Datenverschlüsselung vor. Das UIM (User Identity Module) wurde aktualisiert, um die Java Card-Plattform und eine stärkere gegenseitige Authentifizierung zu unterstützen, um das Klonen von Telefonen oder SIM zu verhindern.

Im Jahr 2024 wird erwartet, dass die Betreiber die folgenden Sicherheitsprotokolle in CDMA-Netzwerken durchsetzen:

  • AES-128 für 1x und EV-DO-Verkehr: Ersetzt die älteren ORYX- und CMEA-Verschlüsselungsalgorithmen.
  • IPsec für die Signalisierung zwischen CDMA RAN und core: Verschlüsselt A-bis und A-Schnittstellen, um das Abfangen von Kontrollnachrichten zu verhindern.
  • MAPsec: Sichert die SS7-basierte Signalisierung innerhalb von CDMA-Netzwerken und mindert Angriffe wie SMS-Abfangen und Standortverfolgung.
  • Validierung des Gerätezertifikats: Verwenden einer Public Key Infrastructure (PKI), um sicherzustellen, dass nur autorisierte Geräte eine Verbindung zum Netzwerk herstellen.

Diese Verbesserungen sind besonders wichtig für unternehmenskritische CDMA-Anwendungen in den Bereichen Versorgungsunternehmen, Militär und Gesundheitswesen, wo Datenintegrität und Privatsphäre der Benutzer von größter Bedeutung sind.

Protokolle, die die Modernisierung des CDMA vorantreiben

IP Multimedia Subsystem (IMS) – Die konvergierte Steuerungsschicht

IMS ist das Rückgrat aller modernen Telekommunikationsdienste, die Sprach-, Video- und Messaging-Dienste über IP ermöglichen. Für CDMA-Betreiber bietet IMS einen Weg, um die Anrufsteuerung von der Funkzugangstechnologie zu entkoppeln. Durch den Einsatz eines IMS-Kerns kann ein Carrier Abonnenten auf CDMA, LTE und Wi-Fi mit der gleichen Dienstlogik bedienen.

Zu den wichtigsten IMS-Komponenten, die für CDMA relevant sind, gehören:

  • P-CSCF (Proxy-Call Session Control Function): fungiert als Einstiegspunkt für CDMA-Geräte und konvertiert proprietäre Signalisierung in SIP (Session Initiation Protocol).
  • AGCF (Access Gateway Control Function): Überbrückt das alte CDMA MSC (Mobile Switching Center) mit dem IMS-Netzwerk und ermöglicht so eine nahtlose Übergabe zwischen leitungsvermittelten und paketvermittelten Domänen.
  • MRF (Media Resource Function): Bietet Ansagen, Transcodierung und Konferenzdienste für CDMA-Benutzer, die über IMS verbunden sind.

Die Einführung von IMS ermöglicht es Betreibern, alte leitungsvermittelte Geräte schrittweise auszumustern und gleichzeitig die volle Servicefähigkeit beizubehalten. Viele Tier-1-Carrier haben bereits IMS-Einsätze für CDMA abgeschlossen, und kleinere Betreiber werden voraussichtlich 2024-2025 folgen, wenn die Ausrüstungskosten sinken.

Single Radio Voice Call Continuity (SRVCC) – Die Übergabe Lifeline

SRVCC ist vielleicht das kritischste Protokoll für das Überleben von CDMA in der LTE/5G-Ära. Es definiert, wie ein in einer paketvermittelten Domäne (VoLTE) initiierter Sprachanruf ohne Unterbrechung in eine leitungsvermittelte Domäne (CDMA) übertragen werden kann. Das Protokoll arbeitet auf der Ebene von MME (Mobility Management Entity) und MSC.

Verbessertes SRVCC (eSRVCC) reduziert die Übergabezeit durch frühe Medienweiterleitung und Vorreservierung von Ressourcen in der Zielzelle. Diese Verbesserung ist für Autobahnfahrszenarien von entscheidender Bedeutung, in denen sich die Abdeckung schnell ändert. SRVCC für CDMA wird in 3GPP Release 9 und höher unterstützt. Für 5G ermöglicht eine Variante namens vSRVCC (Video SRVCC) den Übergang von LTE/5G zu CDMA, indem die Videokomponente fallen gelassen und Audio beibehalten wird.

Betreiber, die CDMA vollständig untergehen lassen wollen, müssen sicherstellen, dass SRVCC bis zur Migration des letzten Abonnenten robust bleibt. Viele haben Sonnenuntergangsdaten für 2025-2026 festgelegt, aber Verzögerungen sind häufig aufgrund von IoT-Geräten und ländlichen Kunden, die auf CDMA-Handys angewiesen sind.

NB-IoT und LTE-M – CDMA für das Internet der Dinge ergänzen

CDMA ist seit langem die Technologie der Wahl für Low-Data-M2M-Anwendungen, von Smart Metern und Automaten bis hin zur Fahrzeugtelematik. Der Aufstieg der Schmalband-IoT-Standards hat jedoch eine kostengünstigere und skalierbarere Alternative geboten. LPWAN-Technologien wie NB-IoT (Narrowband IoT) und LTE-M (LTE für Maschinen) bieten eine bessere spektrale Effizienz, eine längere Batterielebensdauer (10+ Jahre) und eine tiefere Innendurchdringung.

Dennoch bleibt CDMA in vielen bestehenden M2M-Bereitstellungen verankert. Die aufkommenden Protokolle konzentrieren sich daher auf den Dual-Mode-Betrieb, bei dem ein einzelner Modem-Chipsatz sowohl CDMA als auch NB-IoT/LTE-M unterstützen kann. Die Spezifikationen des 3GPP Release 14+ definieren eine gemeinsame Kernnetzwerkschnittstelle, die es ermöglicht, diese Geräte über eine einzige IoT-Plattform zu verwalten.

Zu den wichtigsten Aspekten dieser Konvergenz gehören:

  • M2M-Interworking-Gateway: übersetzt die älteren Data Burst-Nachrichten von CDMA (die für kurze Nachrichten im Stromsparmodus verwendet werden) in moderne CoAP- oder MQTT-Formate.
  • Seamless Roaming zwischen CDMA und LTE-M: Geräte können Netzwerke basierend auf dem Abdeckungsbereich wechseln, ohne sich beim Anwendungsserver erneut zu registrieren.
  • Energieeffiziente Modusänderungen: Mit eDRX (extended Discontinuous Reception) auf LTE-M, während moderne CDMA-Geräte einen ähnlichen Leerlaufmodus-Mechanismus verwenden können, der von EV-DO geerbt wurde.

Diese Koexistenzstrategie ermöglicht es Unternehmen, ihre IoT-Flotten schrittweise von CDMA in Netzwerke der nächsten Generation zu migrieren, ohne dass alle Geräte auf einen Gabelstapler umgestellt werden.

Erweiterte Single-Carrier- und Multi-Carrier-Datenprotokolle

Obwohl die CDMA-Datenraten weit unter LTE liegen, können Betreiber ihr Spektrum durch fortschrittliche Funkprotokolle dennoch optimieren:

  • Multi-Carrier EV-DO (MC EV-DO): Kombiniert bis zu vier 1,25 MHz-Träger für aggregierte Datenraten von mehr als 12 Mbps. Obwohl bescheiden nach modernen Standards, ist dies ausreichend für festen drahtlosen Zugang in unterversorgten Gebieten.
  • Verbesserte Forward Link Trilateration (EFLT): Verbessert standortbasierte Dienste, die in CDMA-Netzwerken ausgeführt werden, eine Voraussetzung für die Einhaltung von E911 und das Flottenmanagement.
  • Adaptive Modulation and Coding (AMC): Die Basisstation kann die Modulation (QPSK, 8-PSK, 16-QAM, 64-QAM) basierend auf Echtzeit-Kanalbedingungen dynamisch anpassen und den Durchsatz in günstigen Umgebungen erhöhen.

Diese Protokolle sind vollständig rückwärtskompatibel mit bestehender CDMA-Hardware, was bedeutet, dass Betreiber sie über Software-Updates für Basisstations-Controller bereitstellen können.

Auswirkungen für die Interessenträger

Telekommunikationsbetreiber und Dienstleister

Für Spediteure bieten die neuen CDMA-Standards einen kontrollierten Migrationspfad, anstatt CDMA sofort stillzulegen, können Betreiber:

  • Verzögerung der Investitionsausgaben für die Frequenzumstellung durch Verlängerung der Laufzeit von CDMA mit IMS und SRVCC.
  • Pflegen Sie die ländliche Versorgung, wo die größere Zellengröße von CDMA wirtschaftliche Vorteile gegenüber LTE/5G bietet.
  • Nutzen Sie CDMA für M2M-Dienste, bei denen die Abwanderung von Geräten gering ist und die Interoperabilität mit Altgeräten geschätzt wird.

Zu den Herausforderungen gehören die abnehmende Verfügbarkeit von Ersatzteilen für CDMA-Basisstationen, steigende Energiekosten für ältere Geräte und die Notwendigkeit, das Personal für die Multitechnologie-Interworking auszubilden.

Gerätehersteller und Chipset-Anbieter

Chipset-Hersteller wie Qualcomm, MediaTek und Intel haben weitgehend aufgehört, neue CDMA-Modems zu entwickeln, produzieren jedoch weiterhin Multimode-Chipsätze, die neben LTE und 5G auch CDMA enthalten. Diese Chipsätze sind für das globale Roaming und für Märkte wie China, in denen CDMA weiterhin aktiv ist, unerlässlich.

  • Kostengünstige IoT-Modems, die CDMA mit NB-IoT auf einem einzigen Würfel kombinieren.
  • Smartphones, die vollständiges CDMA-LTE-5G-Interworking unterstützen, um die Anforderungen an die Carrier-Zertifizierung zu erfüllen.
  • Firmware-Updates, die die eSRVCC- und IMS-Registrierung für bestehende CDMA-Geräte ermöglichen.

Gerätehersteller müssen auch unterschiedliche Zeitlinien für den Sonnenuntergang über Regionen hinweg navigieren. Zum Beispiel kündigte Verizon einen CDMA-Sonnenuntergang im Jahr 2022 an, aber seine Implementierung wurde gestaffelt, und viele CDMA-IoT-Geräte bleiben über Roaming-Vereinbarungen aktiv. Standards für die Gerätebereitstellung und Over-the-Air-Updates (OTA) sind entscheidend, um diesen Übergang reibungslos zu bewältigen.

Endbenutzer und Unternehmenskunden

Verbraucher sollten eine verbesserte Anrufzuverlässigkeit aufgrund der Integration von eSRVCC und VoLTE erwarten, auch in CDMA-Abdeckungsbereichen. Für Unternehmen bedeuten die Sicherheitsupgrades, dass sensible Daten, die über CDMA übertragen werden, jetzt mit AES-Verschlüsselung geschützt sind, was sie für Gesundheits- und Finanztransaktionen zulässig macht. Darüber hinaus können sich Unternehmen mit großen installierten Basis von CDMA M2M-Geräten jetzt auf einen schrittweisen Migrationspfad freuen, der sofortiges Rip-and-Replace vermeidet.

Insbesondere ländliche Kunden profitieren von der kontinuierlichen CDMA-Abdeckung in Verbindung mit LTE-Overlay, die dafür sorgt, dass Sprachanrufe frei bleiben, während sich die Datengeschwindigkeiten allmählich verbessern, da der Betreiber das LTE-Netz unter Verwendung der gleichen Frequenzbänder verdichtet.

Regulierungs- und Branchenkooperationsbemühungen

Der Wechsel zu modernen CDMA-Standards wird durch die Arbeit im Rahmen der 3GPP (Release 17 und 18)3GPP2 unterstützt. Zu den wichtigsten kollaborativen Ergebnissen gehören Interoperabilitätstestpläne, Referenzarchitekturen für die IMS-Integration und Richtlinien für Sicherheitsupgrades. Das CTIA in den Vereinigten Staaten und die GSMA weltweit bieten auch Best Practices für die Entwicklung des CDMA-Netzwerks durch ihr ]Future Networks Program.

Regulierungsbehörden in Märkten mit erheblicher CDMA-Präsenz (z. B. Indien, Südkorea, China) haben Frequenzressourcen bereitgestellt, um es Carriern zu ermöglichen, CDMA neben LTE zu betreiben, bis eine natürliche Abnutzung der Abonnenten eintritt.

Herausforderungen und Überlegungen für langfristige Lebensfähigkeit

Trotz der Fortschritte steht CDMA vor mehreren Gegenwinden:

  • Rückgang des Ökosystems: Weniger OEMs produzieren CDMA-Infrastruktur, und Ersatzteile werden jedes Jahr knapper und teurer.
  • Spektrum Refarming: Die Regulierungsbehörden drängen die Betreiber, CDMA von wertvollen Low-Band-Frequenzen (z. B. 850 MHz, 900 MHz) für die 5G-Bereitstellung zu löschen.
  • Batterielebensdauerbeschränkungen: Alte CDMA-Modems entladen Batterien schneller als moderne LTE-M oder NB-IoT, was neue IoT-Bereitstellungen entmutigt.
  • Skill Gap: Ingenieurtalente, die mit der komplizierten Signalisierung und HF-Planung von CDMA vertraut sind, gehen in den Ruhestand, und jüngere Ingenieure konzentrieren sich auf 4G/5G.

Betreiber müssen daher einen eventuellen CDMA-Untergang planen, auch wenn sie die neuen Standards übernehmen. Eine sinnvolle Strategie ist die Migration von Sprachabonnenten zu VoLTE mit CDMA-Fallback, während IoT-Geräte schrittweise durch Dual-Mode-Modems ersetzt werden. Die neuen Protokolle verschaffen den Betreibern Zeit - vielleicht noch 3 bis 5 Jahre -, um diesen Übergang ohne Serviceunterbrechung durchzuführen.

Blick nach vorn: CDMA in der 5G- und 6G-Ära

Im Jahr 2024 und darüber hinaus wird CDMA keine primäre Technologie mehr sein, aber es wird als spezialisierte Überlagerung in der Netzmodernisierung, Luftfahrtkommunikation und militärischen taktischen Netzwerken bestehen bleiben. Standardorganisationen erforschen auch CDMA-abgeleitete Wellenformen für 6G-integrierte Sensorik und Kommunikation (ISAC), die die Spread-Spektrum-Eigenschaften von CDMA für gemeinsame Radar- und Datenfunktionen wiederverwenden könnten. Akademische Forschung zu Sparse Code Multiple Access (SCMA) und nicht-orthogonalen Multiple Access (NOMA) stützt sich auf das Kernkonzept von CDMA, passt es jedoch für massive MIMO- und Hochfrequenzbänder an.

Während die heutigen CDMA-Netzwerke verblassen, bleibt die Philosophie hinter CDMA – Code-basierte, nicht-orthogonale Ressourcen-Sharing – bei der nächsten Generation von Luftschnittstellen bestehen. Die Standards und Protokolle, die jetzt entstehen, stellen sicher, dass die Investitionen in die CDMA-Infrastruktur und -Expertise nicht verschwendet werden, sondern als Sprungbrett für eine interoperablere, sicherere und effizientere Zukunft dienen.

Für Flottenherausgeber und mobile Branchenbeobachter ist das Verständnis dieser Entwicklungen von entscheidender Bedeutung. Sie prägen, wie Millionen von Abonnenten in den kommenden Jahren Konnektivität erleben werden – die Kluft zwischen den Generationen zu überbrücken, die Servicekontinuität zu gewährleisten und anmutige Technologieübergänge zu ermöglichen. Durch die Information über diese sich entwickelnden Standards können die Stakeholder strategische Entscheidungen treffen, die die Rendite auf Altanlagen maximieren und gleichzeitig Innovationen berücksichtigen.