Η Γένεση του CDMA: Πώς Λειτουργεί και Γιατί Έχει Σημασία

Η Codation Multiple Access (CDMA) προέκυψε ως μια επαναστατική ψηφιακή τεχνολογία κυψελοειδών τη δεκαετία του 1990, τροποποιώντας ριζικά τον τρόπο με τον οποίο τα ασύρματα δίκτυα χειρίζονταν πολλαπλούς χρήστες ταυτόχρονα. Σε αντίθεση με τα προηγούμενα συστήματα συχνοτήτων-διαίρεσης (FDMA) ή χρονικής διαίρεσης (TDMA), η CDMA επέτρεψε σε όλους τους χρήστες να μεταδίδουν ταυτόχρονα την ίδια ευρεία ζώνη συχνοτήτων, με κάθε συζήτηση κωδικοποιημένη χρησιμοποιώντας έναν μοναδικό ψευδο-τυχαίο κώδικα. Αυτή η τεχνική εξάπλωσης-επιθεωρήσεων, πρωτοπορούμενη από την Qualcomm, παραδίδοντας σημαντικά υψηλότερη φασματική απόδοση, καλύτερη ποιότητα κλήσης, και βελτιωμένη ασφάλεια σε σύγκριση με τα αναλογικά συστήματα.

Μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 2000, η CDMA είχε γίνει η ραχοκοκαλιά των δικτύων 3G σε βασικές αγορές συμπεριλαμβανομένων των Ηνωμένων Πολιτειών (Βερίζον, Sprint), της Νότιας Κορέας (SK Telecom, LG U+) και της Ινδίας (Reliance Infocomm). Η ικανότητα της τεχνολογίας να υποστηρίζει τις μαλακές επικοινωνίες ⁇ κάνοντας κλήσεις χωρίς διακοπή κατά τη διάρκεια των μεταβάσεων πύργου ⁇ και οι εξελιγμένοι αλγόριθμοι ελέγχου ισχύος το χώριζαν. Για παράδειγμα, το CDMA2000 1xRTT προσέφερε ταχύτητες δεδομένων έως 153 kbps, ενώ το EV ⁇ DO (Evolution ⁇ Data Optimized) ώθησε τα ποσοστά αιχμής σε 2.4 Mbps, επιτρέποντας την έγκαιρη περιήγηση στο κινητό και το ηλεκτρονικό ταχυδρομείο.

Η CDMA αντιπροσώπευε μια μετατόπιση παραδείγματος: αντικατέστησε τη σταθερή κατανομή των ραδιοφωνικών πόρων με ένα δυναμικό, βασισμένο σε κώδικα μοντέλο κοινής χρήσης που θα μπορούσε να απορροφήσει με χάρη τη συμφόρηση του δικτύου.

Το CDMA εναντίον GSM War: Ένα μονομαχία τεχνολογίας δικτύου

Κατά τα τέλη της δεκαετίας του 1990 και τις αρχές της δεκαετίας του 2000, η βιομηχανία τηλεπικοινωνιών διασπάστηκε σε δύο στρατόπεδα: το CDMA (κυρίως υπέρμαχο των Qualcomm) και το GSM (Global System for Mobile Communications, με επικεφαλής τα ευρωπαϊκά συμφέροντα).

Τα παγκόσμια πλεονεκτήματα περιαγωγής του GSM και η ενδεχόμενη αύξηση του WCDMA (Πανεπιστήμιο Κινητό Σύστημα Τηλεπικοινωνιών) ως 3G εξέλιξη βοήθησε τους φορείς GSM ⁇ βασιζόμενους σε GSM μεταναστεύουν σε δίκτυα υψηλότερης ταχύτητας πιο ομαλά. Αντίθετα, οι φορείς CDMA συχνά βρέθηκαν να έχουν μείνει κλεισμένοι κατά τη μετακίνηση από 3G σε 4G, επειδή LTE ⁇ το κυρίαρχο πρότυπο 4G ⁇ χρήσεις OFDMA (Ορθόγειος Τομέας Πολλαπλής Πρόσβασης Συχνότητας), μια τεχνολογία ασυμβίβαστη με την αεροπορική διεπαφή του CDMA. Οι μεταφορείς όπως η Verizon και η Sprint τελικά έπρεπε να επενδύσουν σε μεγάλο βαθμό για να επικαλύψουν LTE πάνω από τα δίκτυα CDMA τους, μια μετάβαση που πήρε χρόνια και δισεκατομμύρια δολάρια.

Η άνοδος του LTE και το ηλιοβασίλεμα του CDMA

Το εμπορικό λανσάρισμα του LTE γύρω στο 2010 σηματοδότησε την αρχή του τέλους για CDMA. LTE προσέφερε ταχύτητες μέγιστης κατεδάφισης 100 Mbps ή περισσότερο, εξαιρετικά χαμηλής λανθάνουσας ισχύος (κάτω των 20 ms), και ένα all ⁇ IP πακέτο ⁇ διακόπτη πυρήνα που εξάλειψε τους περιορισμούς της φωνής κύκλωμα ⁇ διακόπτης του CDMA. Φωνή πάνω από LTE (VoLTE) τελικά επέτρεψε στους μεταφορείς να αποσύρουν τα κληροδοτημένα δίκτυα φωνής CDMA εντελώς.

Οι μεγάλοι φορείς της CDMA ανακοίνωσαν σχέδια διακοπής λειτουργίας:

  • Sprint (σήμερα T ⁇ Mobile): Κλείστε το δίκτυο CDMA της στις 31 Μαρτίου 2022, ανακατευθύνοντας το φάσμα σε LTE και 5G.
  • Βεριζόν: Ανακοίνωσε ότι θα αποσυρθεί από το δίκτυο 3G CDMA μέχρι τις 31 Δεκεμβρίου 2022, με πλήρη φάση ⁇ εκτός της υπόλοιπης χωρητικότητας CDMA μέχρι τις αρχές του 2023.
  • ⁇ λιάνς Τζίο (Ινδία): Ποτέ δεν ανέπτυξε CDMA πέρα από τις αρχικές δοκιμές· μετατοπίστηκε σε LTE ⁇ μόνο από την αρχή.

Οι διακοπές εργασίας άφησαν εκατομμύρια κληροδοτημένες συσκευές IoT ⁇ όπως τηλεματικές μονάδες σε οχήματα, συναγερμούς ασφαλείας, και ηλικιωμένα ⁇ διακοσμητικά φροντίδας ⁇ μη-δύναμα να συνδεθούν. Οι μεταφορείς πρόσφεραν προγράμματα μετάβασης, αλλά το κόστος και η πολυπλοκότητα της αντικατάστασης ενσωματωμένων μονάδων CDMA υπήρξε μια σημαντική πρόκληση για τις βιομηχανίες που βασίζονταν σε συσκευές μεγάλου κύκλου ζωής.

Γιατί να Κρατάμε το CDMA Ζωντανό;

Παρά την αμείλικτη πορεία προς το LTE/5G, μερικές μεμονωμένες εφαρμογές εξακολουθούν να εξαρτώνται από το CDMA. Σε αγροτικές ή ορεινές περιοχές όπου οι αναβαθμίσεις των φορέων είναι αργές, CDMA μπορεί να παραμείνει λειτουργικό ως ένα εφεδρικό δίκτυο για βασικές φωνητικές κλήσεις. Επιπλέον, μερικά στρατιωτικά και ιδιωτικά δίκτυα χρησιμοποιούν παραλλαγές CDMA για την ευρωστία τους ενάντια στο μπλοκάρισμα. Ωστόσο, αυτές οι κόγχες συρρικνώνονται γρήγορα καθώς το υλικό γίνεται σπάνιο και οι συμβάσεις υποστήριξης λήγουν.

Η Επανάσταση 5G και το Τελικό Καρφάκι του CDMA

5G Νέο ⁇ (NR) πηγαίνει ακόμα περισσότερο, υποστηρίζοντας τόσο υπο ⁇ 6 GHz και mmWave φάσμα, προσφέροντας ταχύτητες πολλαπλών ⁇ Gbps, υπο-μιλιδευτερόλεπτο λανθάνουσας ισχύος, και μαζική συνδεσιμότητα IoT. 5G ευέλικτο αριθμολογία και τεχνολογία διαμόρφωσης δέσμης καθιστούν σταθερή αρχιτεκτονική της CDMA είναι παρωχημένη. Επιπλέον, 5G δίκτυα έχουν σχεδιαστεί για να είναι πλήρως εικονικοποιημένο και λογισμικό ⁇ ορισμένο, επιτρέποντας στους φορείς εκμετάλλευσης να τεμαχίσουν τους πόρους για συγκεκριμένες περιπτώσεις χρήσης - κάτι που ο άκαμπτος πυρήνας CDMA δεν μπορεί να επιτύχει.

Τα πρότυπα 3GPP για 5G ρητά drop υποστήριξη για CDMA ⁇ που βασίζονται σε παραδοτέες? όλες οι φωνητικές κλήσεις χειρίζονται μέσω VoNR (Voice over New Radio) ή fallback σε LTE. Αυτό σημαίνει ότι ακόμα και αν μια συσκευή έχει ένα ⁇ CDMA, δεν μπορεί να επικυρώσει ή να εγγραφεί σε ένα δίκτυο μόνο 5G. Το ηλιοβασίλεμα του CDMA είναι, επομένως, τόσο στρατηγική όσο και τεχνολογική: δεν υπάρχει λόγος να διατηρηθεί μια κληρονομιά διεπαφή αέρα που δεν προσθέτει καμία αξία σε σύγχρονες ευρυζωνικές υπηρεσίες.

Προκλήσεις μετάβασης για μεταφορείς και χρήστες

Η αναστροφή του CDMA δεν είναι μια απλή αναστροφή ενός διακόπτη. Οι μεταφορείς πρέπει να αντιμετωπίσουν τρεις κρίσιμες προκλήσεις:

  1. Κόστος αναβάθμισης υποδομής:[ Αντικατάσταση σταθμών βάσης, backhaul, και εξοπλισμός δικτύου πυρήνα για την υποστήριξη LTE ⁇ Advanced και 5G NR απαιτεί κεφαλαιουχικές δαπάνες που μπορεί να ξεπεράσει το 1 δισεκατομμύριο δολάρια για ένα πανελλαδικό δίκτυο.
  2. Συμβατότητα συσκευών: Εκατομμύρια τηλέφωνα, οθόνες IoT και μονάδες τηλεματικής οχημάτων δεν διαθέτουν LTE ή ⁇ διόφωνα 5G. Η ανάπλαση χρηστών μπορεί να οδηγήσει σε ανάπλαση των καταναλωτών, ιδιαίτερα σε περιοχές με χαμηλότερο εισόδημα όπου επιδοτούνταν συσκευές CDMA.
  3. ⁇ υθμιστικά εμπόδια:[ Οι κυβερνητικές υπηρεσίες απαιτούν συχνά από τους μεταφορείς να διατηρούν υποχρεώσεις καθολικής υπηρεσίας για κλήσεις έκτακτης ανάγκης και αγροτική κάλυψη. Στις ΗΠΑ, το FCC αναθέτει ότι το VoLTE πρέπει να είναι εξίσου αξιόπιστο με το CDMA για κλήσεις 911 πριν από τη δύση του ηλίου μπορεί να προχωρήσει.

Ορισμένοι φορείς έχουν υιοθετήσει ένα «μαλακό ηλιοβασίλεμα» με την ανατροφοδότηση του φάσματος CDMA ⁇ απενεργοποιώντας τους φορείς CDMA σταδιακά και ανακατανέμοντας το εύρος ζώνης σε LTE ή 5G. Αυτή η προσέγγιση ελαχιστοποιεί τη διαταραχή, αλλά επεκτείνει το χρονοδιάγραμμα μετάβασης.

Μελέτη περίπτωσης: Συνταξιοδότηση CDMA της Verizon

Verizon, το μεγαλύτερο αμερικανικό φορέα CDMA, ανακοίνωσε το 2017 το σχέδιό του να κλείσει 3G CDMA μέχρι το τέλος του 2019. Καθυστερήσεις έσπρωξε το τελικό ηλιοβασίλεμα στις 31 Δεκεμβρίου 2022. Ο φορέας προσέφερε δωρεάν αντικαταστάσεις συσκευών σε πελάτες που εξακολουθούν να χρησιμοποιούν 3G ⁇ μόνο υλικό, αλλά πολλά ιατρικά συστήματα συναγερμού και fleet ⁇ trackering συσκευές απαιτούσαν προσαρμοσμένες ενημερώσεις firmware ή swaps υλικού. Μέχρι το 2023, λιγότερο από 1% της κυκλοφορίας της Verizon ακόμα ίππευσε σε CDMA, καθιστώντας το κλείσιμο οικονομικά δικαιολογημένο.

Η εμπειρία αυτή τονίζει ένα ευρύτερο μάθημα: η διάρκεια ζωής των ενσωματωμένων ασύρματων ενοτήτων μπορεί εύκολα να υπερβεί τα 10 χρόνια, ενώ τα πρότυπα δικτύου εξελίσσονται κάθε 8-10 χρόνια.

Η κληρονομιά του CDMA: Μαθήματα για τις Μελλοντικές Τεχνολογίες

Αν CDMA ξεθωριάζουν στην ιστορία, τεχνικές καινοτομίες του άφησε μια μόνιμη αποτύπωση. Έννοιες όπως ο κώδικας ⁇ το κύριο πολλαπλασιασμό, μαλακό παράδοση, και κλειστός ⁇ loop έλεγχο της ισχύος είναι θεμελιωμένα σε σύγχρονα συστήματα OFDM ⁇ βασισμένο. Η ταχεία πρόοδος από CDMA σε LTE 5G προσφέρει επίσης νηφαλιώδη μαθήματα:

  • Η αγορά του χαρτοφυλακίου της Qualcomm είναι επικίνδυνη:[[1]] Η μεγάλη εξάρτηση της CDMA από τον περιορισμένο ανταγωνισμό του χαρτοφυλακίου της Qualcomm στον τομέα της IP και την αργή υιοθέτηση.
  • Η πίσω συμβατότητα κοστίζει χρήματα: Οι μεταφορείς που κατασκευάστηκαν σε CDMA αντιμετώπισαν ακριβές αναβαθμίσεις πολλαπλών τρόπων. Οι νεότερες τεχνολογίες όπως το 5G έχουν σχεδιαστεί για να συνυπάρχουν με το LTE, όχι με κληρονομικό 2G/3G, το οποίο απλοποιεί τον σχεδιασμό μετάβασης.
  • Το IoT απαιτεί μακροπρόθεσμα σχέδια υποστήριξης:[ Η συμπερίληψη του 5G στο NB ⁇ IoT και το LTE ⁇ Cat M1 δείχνει μια σκόπιμη προσπάθεια να παρέχει χαμηλής ισχύος, χαμηλής κόστους συνδεσιμότητα με εγγυημένη διάρκεια ζωής τουλάχιστον 10 ετών ⁇ κάτι που το CDMA δεν υποσχέθηκε ποτέ.

Καθώς κινούμαστε προς την έρευνα 6G, η ιστορία του CDMA μας υπενθυμίζει ότι ακόμα και η πιο τεχνικώς κομψή λύση μπορεί να ξεπεραστεί από απλούστερες, πιο ανοιχτές εναλλακτικές λύσεις που ευθυγραμμίζονται καλύτερα με την παγκόσμια δυναμική του οικοσυστήματος.

Συμπέρασμα

Η επέκταση του κώδικα για την πολλαπλή πρόσβαση ήταν ένα αξιοσημείωτο επίτευγμα μηχανικής που επέτρεψε το πρώτο κύμα κινητών υπηρεσιών διαδικτύου και φωνητικών υπηρεσιών για εκατοντάδες εκατομμύρια ανθρώπους. Η επέκτασή του βοήθησε στη διαμόρφωση του σύγχρονου τοπίου τηλεπικοινωνιών, αλλά η αδυσώπητη ζήτηση για υψηλότερες ταχύτητες δεδομένων, χαμηλότερη λανθάνουσα λανθάνουσα λανθάνουσα λανθάνουσα λειτουργικότητα, και πανταχού παρούσες συνδέσεις IoT έχει καταστήσει το CDMA απαρχαιωμένο. Η μετάβαση στο LTE και το 5G είναι πλέον πλήρης στις περισσότερες ανεπτυγμένες αγορές, και οι υπόλοιπες εφαρμογές της CDMA εξαφανίζονται γρήγορα.

Για εκπαιδευτικούς και φοιτητές που μελετούν την εξέλιξη των ασύρματων δικτύων, η κατανόηση του CDMA δεν έχει να κάνει με τη διατήρηση μιας νεκρής τεχνολογίας ⁇ αλλά με το πώς κάθε γενιά αναπτύσσει τις αποτυχίες και τις επιτυχίες του τελευταίου. Το μέλλον του ασύρματου είναι ένα από τα συστήματα λογισμικού ⁇ ορισμένου, πολυ-εκδοχικού, ανοικτού ⁇ τυπικού δικτύου όπου ο διαχωρισμός κώδικα του παρελθόντος δίνει τη θέση του στις ορθογωνικές διαιρέσεις συχνότητας του αύριο.

Εξωτερικοί πόροι για περαιτέρω ανάγνωση: