La Legador duradero de la División de Códigos Acceso múltiple

Pocos sistemas móviles han dejado una huella tan profunda como Code Division Multiple Access (CDMA). Primero comercializado a mediados de los años 90 con el estándar TIA/EIA‐95 (IS-95), CDMA introdujo una forma fundamentalmente diferente de gestionar el espectro radiológico escaso. En lugar de dividir conversaciones por ranuras de tiempo (TDMA) o canales de frecuencia separados (FDMA), CDMA permitió que cada usuario transmitiera simultáneamente a través de la misma llamada de doble.

Casi tres décadas después, se está eliminando el CDMA. Principales portadores en América del Norte y partes de Asia han bloqueado sus redes de 2G y 3G CDMA para el espectro libre para 4G LTE y 5G New Radio (NR). Sin embargo, la evolución de CDMA en los estándares modernos no es una simple historia de sustitución. Los conceptos de capa física de procesamiento de espectros de expansión, despados suaves y control de potencia sofisticado que hizo que CDMA continuar

Desde el IS-95 hasta el CDMA2000: La era 3G

La primera variante de CDMA, IS‐95A, ofreció voz de giro a 9.6 kbps y un canal de datos modesto de 14.4 kbps. Su sucesor, IS-95B, impulsó los datos a un teorético 115 kbps por la agrupación de múltiples canales de código. Pero el verdadero salto llegó con la familia CDMA2000 1x (también llamado 1xRTT) doble capacidad de voz y los teléfonos inteligentes introducidos de navegación temprana

Para los operadores que necesitaban mayor rendimiento de datos, el estándar 1xEV‐DO (Evolution‐Data Optimizado) se volvió más allá, dedicando un transportista completo de 1,25 MHz a los datos de paquetes y alcanzando las tasas máximas de 2.4 Mbps en su primera versión. A mediados de los años 2000, Rev. B de EV‐DO permitió la agregación de varios carruajes, empujando límites teóricos por encima de 14 Mbps.

Sin embargo, la arquitectura 3G CDMA2000 fue girada en su núcleo para la voz. Mientras la revolución del smartphone conducía la demanda de datos exponencial, la sobrecabeza desgarrada por circuito se convirtió en un cuello de botella. Los operadores necesitaban un núcleo completo de paquetes IP para escalar económicamente. Ese requisito apuntaba hacia una tecnología de acceso radio totalmente nueva: Evolution a largo plazo.

Por qué 4G izquierda CDMA detrás

Cuando 3GPP comenzó a definir LTE en 2004, los objetivos de diseño eran 100 Mbps downlink, 50 Mbps uplink, sub-20 ms de latencia, y una red plana de todo IIP. El enfoque de difusión de CDMA, mientras que robusto contra la interferencia, no pudo lograr eficientemente esas eficiencias espectrales más altas.

La migración a LTE significaba que los operadores de CDMA2000 ya no podían depender de su red de radio existente. Se requerían nuevas estaciones de base (eNodeBs), nuevos equipos de usuario y una red básica completamente diferente (el núcleo de paquete girado, EPC). Sin embargo, la infraestructura de CDMA — torres, backhaul, sitios de celda, sistemas de energía— estaba lejos de ser obsoleta.

Cómo las redes de CDMA están evolucionando para apoyar 4G y 5G

La transición de una red centrada en CDMA a una que soporta plenamente 4G y 5G implica mucho más que intercambiar radios de estación base. Requiere refarma de espectro reflexivo, integración de núcleo de doble modo, y eventual puesta de sol de interfaces aéreas heredadas. A continuación se encuentran los principales mecanismos portadores que utilizan para cerrar la brecha.

Reasignación de espectro y LTE re-farming

La mayoría de los operadores de CDMA tenían licencias en las bandas de 800 MHz (Cellular), 1900 MHz (PCS), y 700 MHz. Como el tráfico de datos se desplazaba a LTE y más tarde 5G], los transportistas gradualmente redujeron o eliminaron la potencia de CDMA en estos transportistas.

Este proceso es delicado: las llamadas de voz de CDMA requieren una huella mínima, y los agujeros de cobertura pueden surgir si el refarming es demasiado agresivo antes de que VoLTE (Voice over LTE) sea maduro. Los transportistas gestionan la transición con una planificación cuidadosa de nivel de red, manteniendo a menudo un solo portador de CDMA en cada sector para el retroceso de voz al asignar el resto a LTE y NR.

VoLTE como el puente VoIP

La voz de los principales obstáculos para la jubilación de CDMA fue la voz. CDMA2000 1x ofreció una voz de alta calidad y con un canal dedicado, pero LTE es una red de paquetes completos. Los operadores desplegaron VoLTE con base en IMS para llevar voz como flujo de datos prioritario. Las implementaciones de VoLTE tempranas enfrentaron desafíos con los desvíos durante las llamadas: cuando un usuario se mudó de la cobertura de LTE, la llamada tuvo que ser entregada a CDMAX

Para las redes 5G más recientes, 3GPP ha especificado Voice over NR (VoNR) utilizando el mismo núcleo IMS. Interworking between VoNR and VoLTE (y, donde aún está presente, CDMA) se maneja mediante procedimientos de transferencia estandarizados, aunque no se están agregando nuevas transferencias de CDMA a NR. El proceso ilustra cómo la infraestructura de voz CDMA compró tiempo para que los operadores construyeran un ecosistema de voz viable.

Doble conectividad y corte de red

Incluso después de que se desactive el CDMA, su legado influye en cómo se agrega el espectro. En 5G, Dual Connectivity (EN‐DC) permite que un dispositivo de usuario se conecte simultáneamente a una célula ancla LTE (que puede estar sentada en el antiguo espectro CDMA) y una célula NR 5G. El anclaje LTE lleva datos de control y baja latulación mientras que el portador NR ofrece un alto rendimiento.

El corte de red, un concepto básico de 5G, permite a los operadores crear redes virtuales de extremo a extremo optimizadas para servicios específicos (eMBB, URLLC, mMTC). Aunque CDMA no tuvo cortes, la disciplina operativa de gestionar múltiples perfiles de QoS sobre un portador CDMA compartido enseñó a los operadores la importancia del tratamiento diferenciado. Los mecanismos de corte de hoy heredan esa filosofía pero la implementan con la arquitectura definida por software y [LT] [F

MMO masivo y beamforming sobre el espectro retumbado

Las estaciones base de CDMA utilizan normalmente antenas de dos puertos para transmitir diversidad. Mejorar a MIMO masivo (por ejemplo, 64- o 128-dispositivos de elementos) puede aumentar dramáticamente la capacidad en las mismas bandas de frecuencia. Los portadores como Verizon han desplegado MIMO masivo en 1900 MHz PCS espectro originalmente asignado a CDMA. Mediante el uso de las mismas ubicaciones de torre y a menudo el mismo backhaul, logran LTE y NR ganancias de 3 celulares.

La beamforming —dirigiendo la señal de radio hacia un usuario específico— también aumenta la cobertura en el espectro de banda media. Esto es particularmente importante en la banda de 2.5 GHz, que Sprint utiliza para sus redes CDMA y WiMAX y que T‐Mobile ahora utiliza para 5G. La beamforming y MIMO son técnicas avanzadas que no habrían sido posibles en el hardware CDMA legado, pero la adquisición del sitio, potencia y la infraestructura de montaje construida para CDMA.

Desafíos en la evolución

A pesar de los beneficios, la transición CDMA‐to-4G/5G está plagada de complejidad. Los ingenieros de red deben abordar los desafíos técnicos, operativos y empresariales para evitar la degradación de los servicios y el churn de los clientes.

Apoyo al dispositivo de Legacy

Millones de teléfonos de características, dispositivos de alerta médica, unidades de telemática de vehículos y sensores industriales todavía dependen de CDMA. La retirada de CDMA sin una ruta de reemplazo clara puede vaciar servicios esenciales. La desconexión planificada de las redes de CDMA 3G en los Estados Unidos para finales de 2022 obligó a muchos clientes de empresa a mejorar su equipo de flota. Algunas industrias, como agricultura y petróleo y gas, se enfrentaron meses de tiempo de suministro 4G/5G

Optimización de la interoperabilidad y el traspaso

Durante la fase de convivencia, las redes LTE y CDMA deben entregar sin problemas las sesiones de voz y datos. Las transferencias de Inter‐RAT (Radio Access Technology) introducen latencia y la señalización en la sobrecarga. Los operadores pasaron años sintonizando umbrales y listas vecinas para minimizar las llamadas caídas cuando un usuario se trasladó de LTE a la cobertura CDMA, un problema particularmente difícil en los corredores urbanos donde las fortalezas fluctuan rápidamente.

Fragmentación de espectro

Debido a que CDMA utiliza 1.25 MHz transportistas y LTE requiere por lo menos 1.4 MHz canales (con más ancho es mucho más eficiente), refarming puede dejar asignaciones de canales de forma extraña. Los operadores a veces tienen bloques fragmentados de 5 o 10 MHz en múltiples bandas que no pueden ser agregados fácilmente en un solo amplio transportista.

Inversión y Presión de Tiempo

La actualización de una red nacional de CDMA a LTE/5G requiere miles de millones de dólares en capital, no sólo para radios sino para la fibra de retroceso, actualizaciones de potencia, nuevas antenas y modernización de red básica. Los portadores deben equilibrar esta inversión contra los ingresos generados por la base de usuarios heredad. Cerrar CDMA demasiado pronto puede enojar a suscriptores postpagados; retrasar demasiado largos vínculos con capex que podrían ser usados para des para des

Oportunidades Creadas por la Evolución

La misma transición que los operadores desafían también abre importantes oportunidades comerciales y técnicas. La jubilación de CDMA libera toda la cartera de espectro -a veces hasta 20-30 MHz en todo el país - que puede ser reutilizada en portadores de muy alta capacidad. Por ejemplo, la banda de T‐Mobile "Extended Range 5G" en 600 MHz y la banda media de 2.5 GHz dependen del espectro que anteriormente había llevado a CDMA (en)

Cómo habilitar las comunicaciones de baja potencia (URLLC)

La estructura basada en códigos de CDMA no fue diseñada para la latencia de sub-1-ms de ida y vuelta que demanda la automatización industrial y la cirugía remota. Modern 5G NR, construido en OFDMA con mini-slots, pre-emption y transmisión sin subsidios, puede ofrecer ese rendimiento. Una vez que se elimina la capa CDMA, la red central puede ser realmente de extremo a extremo IP, eliminando los circuitos de cableado de cableado

Massive Machine‐Type Communications (mMTC)

Los dispositivos IoT tradicionalmente utilizan CDMA para datos intermitentes de baja calidad (por ejemplo, medidores inteligentes, rastreadores de activos). Estos dispositivos fueron limitados por la vida de la batería y la conexión de CDMA. La evolución a LTE‐M y NB‐IoT – ambos basados en OFDMA pero optimizados para la baja potencia y la densidad masiva – da a los operadores la capacidad de conectar más dispositivos por célula.

Redes de núcleos nativas de la nube

La etapa final de la evolución de CDMA es el cambio a un núcleo 5G nublado. Legacy CDMA e incluso las primeras redes LTE se basan en hardware diseñado a propósito: un 3G‐MSC (Mobile Switching Center) para la voz, un PDSN (Packet Data Serving Node) para los datos.

El futuro de las redes móviles más allá de CDMA

A medida que las redes de 5G se convierten en la norma, CDMA se desvanecerá en la historia. Ya, operadores líderes como Verizon y T‐Mobile han completado la apagación de CDMA. En otros mercados —especialmente Japón, Corea del Sur y Australia— se han pasado o son inminentes fechas similares de puesta de sol. Incluso regiones donde se desplegó CDMA más tarde, como partes de América Latina y la India, están acelerando los rollos LTE con un ojo hacia 5G.

Esto no significa que el ADN técnico de CDMA esté ausente. Los principios de espectro de propagación que hicieron que CDMA tan exitoso —especialmente su resistencia a la interferencia y su capacidad de operar con bajas ratios de señal a ruido— se han adaptado en el diseño de forma de onda de 5G NR. Por ejemplo, 5G NR soporta tanto el CP‐OFDM como el CDFT-s‐OFDM, y la capa superior utiliza múltiples canales de control de conexión de control de control de control de control de control de control de control de control de control de control de control de control de distancia de control de control de línea de línea de la línea de la línea

En un sentido más amplio, la evolución de CDMA enseñó a la industria móvil lecciones cruciales sobre cómo gestionar las transiciones tecnológicas: invertir temprano en núcleos de IP, revitalizar el espectro de planes años de antelación, y comunicar los plazos de puesta de sol claramente a los clientes de la empresa. Esas lecciones se están aplicando ahora a la desafiante migración de 5G-a-6G que comenzará a finales de 2020.

Para los ingenieros de red y operadores de flotas que actualmente dependen de dispositivos conectados con CDMA, el mensaje es claro: la ventana está cerrando. Pruebas y recambios LTE o 5G, proporcionando voz basada en IMS sobre VoLTE o VoNR, y asegurar módulos compatibles debe ser una prioridad máxima. La dirección de la industria es irreversible, y las oportunidades — de la evolución masiva de IoT a servicios de baja altitud— son demasiado flexibles.

Leer más: ]3GPP 5G System Overview, ]FCC CDMA/3G Shutdown Information, and Qualcomm: CDMA2000 Evolution to 4G LTE].