CDMA-teknologian ymmärtäminen

Koodi Division Multiple Access (CDMA) on kanavakäyttömenetelmä, joka mahdollistaa useiden lähettimien lähettämisen samanaikaisesti yhden viestintäkanavan yli. Sen sijaan, että kanava jaettaisiin taajuudella (FDMA) tai ajalla (TDMA), CDMA levittää jokaisen signaalin laajalle taajuusalueelle käyttäen ainutlaatuista leviämiskoodia. Tämä teknologia on Qualcommin kaupallistama 1990-luvulla ja siitä tuli 2G:n (IS-95) ja 3G:n (CDMA2000, WCDMA) soluverkkojen selkäranka maailmanlaajuisesti. Sen keskeisiä etuja ovat muun muassa luontainen turvallisuus koodijaon kautta, vahva häiriönkestävyys ja tehokas radiotaajuuksien käyttö silloin, kun aktiivisten käyttäjien määrä on suuri. Jopa teollisuuden siirtyessä LTE:hen ja 5G:hen CDMA:n perusperiaatteet vaikuttavat edelleen nykyaikaisiin langattomiin standardeihin.

CDMA:n rooli IoT- ja älykkäissä laitteissa

Esineiden internet (IoT) vaatii yhteyksiä miljardeihin laitteisiin, joista monet vaativat matalaa tehoa, pitkää akkuikää ja luotettavaa viestintää haastavissa ympäristöissä. Uusimmat teknologiat, kuten NB-IoT, LTE-M ja 5G NR, on suunniteltu erityisesti IoT:lle, CDMA:n vanha infrastruktuuri palvelee edelleen miljoonia olemassa olevia laitteita. Sen vahva salaus ja kyky käsitellä monia matalan datatason yhteyksiä tekevät siitä sopivan tiettyihin käyttötapauksiin, erityisesti alueilla, joilla CDMA-verkot ovat edelleen toiminnassa. Älykkäät laitteet, kuten omaisuudenseurantalaitteet, käyttömittarit ja teolliset anturit voivat hyödyntää CDMA:n kypsää ekosysteemiä turvallisessa tiedonsiirrossa ilman, että ne tarvitsevat täydellistä siirtymistä uusiin radioliityntäteknologioihin.

Miten CDMA-jakajat Competing Technologies

IoT-levyn CDMA-arvoa arvioitaessa on tärkeää verrata sitä vaihtoehtoihin. LTE-M ja NB-IoT esimerkiksi rakennetaan 4G LTE-puitteiden varaan ja tarjoavat paremman tuen massiivinen laitetiheys ja laaja kattavuus syvällä sisätiloissa. 5G NR tuo erittäin luotettavan matalan latenssin viestinnän (URLLLC) ja massiivisen konetyyppisen viestinnän (mMTC). CDMA puolestaan optimoitiin 3G-aikana äänen ja matalan nopeuden datan käyttöön. Sen spektrinen tehokkuus ja tehonkulutus ovat vähemmän kehittyneitä kuin nykyaikaiset ratkaisut, mutta sen yksinkertaisuus ja luotettavuus ovat arvokkaita kapea-alaisilla sovelluksilla, joissa infrastruktuurin parantaminen on kustannustehokasta.

Nykyiset CDMA-sovellukset IoT:ssä

Vaikka CDMA on siirtynyt maailmanlaajuisesti LTE:hen ja 5G:hen, se jatkaa useiden tärkeiden IoT-käyttöjen käyttöönottoa.

  • Asettakaa seuranta ja kaluston hallinta[ ... .....................................................................................................................................................................................................................................
  • Älykkäät verkkojärjestelmät[ . Sähköalan sähköyhtiöt käyttävät CDMA-moduuleja etämittarien lukemiseen, verkkoseurantaan ja kuormanhallintaan erityisesti maaseudulla, jolla laajakaistan vaihtoehtoja on vähän.
  • Etävalvonta ja -ohjaus[ . Teollisuuslaitteet, ympäristöanturit ja maatalouskäyttöön tarkoitetut IoT-laitteet alueilla, joilla on kypsä CDMA-peite, hyötyvät sen turvallisesta, aina kytkennästä.
  • Telemetria öljyn ja kaasun osalta[ ...Öljy- ja kaasuteollisuus tukeutuu porauskaivojen CDMA-seurantaan, putkiston paineentunnistukseen ja hätäsammutusjärjestelmiin, koska teknologia on vakaa ankarassa ympäristössä.

CDMA:n rajoitukset ja haasteet nykyaikaiselle IoT:lle

Vaikka CDMA on toiminut hyvin, useat tekijät rajoittavat sen tulevaa roolia IoT-ekosysteemissä:

  • Kaapelinleveysrajoitukset[ . CDMA-verkot tarjoavat tyypillisesti alle 3 Mbit/s:n datan taajuuksia, jotka eivät riitä korkean resoluution videoon, reaaliaikaiseen telelääketieteen käyttöön tai muihin kaistanleveyttä vaativiin IoT-sovelluksiin.
  • Verkkoasennuksen [ . ... ....................................................................................................................................................................................................................................
  • Yhteensopivuus uusien standardien kanssa[ . CDMA:ta ei tueta natiivisti 4G LTE:ssä tai 5G NR:ssä. Yhteentoimivuus edellyttää kalliita yhdyskäytäviä tai monimuotopiirisarjoja, mikä nostaa IoT-laitteiden tuotantokustannuksia.
  • Voiman kulutus[ ... .......................................................................................................................................................................................................................................
  • Katavuus massiiviseen IoT[ . Modernit mMTC-verkot voivat tukea jopa miljoona laitetta neliökilometriä kohti, tiheys CDMA ei ole koskaan suunniteltu käsittelemään.

Tulevaisuuden näkymät: CDMA 5G ja NB-IoT World

Koska 5G-verkoista tulee kaikkialla käytössä olevia, CDMA toimii todennäköisesti varateknologiana tietyille vertikaalisille laitteille, jotka eivät voi siirtyä välittömästi pääomarajoitteisten tai sääntelyvaatimusten vuoksi. Alueilla, joilla CDMA-verkot ovat edelleen toiminnassa. Esimerkiksi Latinalaisen Amerikan, Intian ja Afrikan osat.Niiden avulla voidaan edelleen tarjota perusyhteydet perinteisille IoT-laitteille ainakin toiset kymmenen vuotta.

Auringonlaskun aikajana

Verizon sai CDMA-seisokkinsa päätökseen vuoden 2022 lopussa, kun taas T-Mobile. Sprintistä periytynyt CDMA-verkko poistettiin käytöstä vuonna 2023. Muilla Aasian ja Euroopan operaattoreilla on samanlaiset aikajanat. Tämä tarkoittaa, että kaikilla CDMA-järjestelmään perustuvilla IoT-käyttöliittymillä on oltava selkeä siirtymäreitti, jotta vältetään palvelun keskeytyminen.

Mahdolliset kehitys- ja hybridimallit

Vaikka CDMA on itsenäinen liityntätekniikka, sen perusperiaatteita mukautetaan seuraavan sukupolven IoT-verkkoihin.

  • Hybrid-verkot, joissa CDMA yhdistetään LTE/5G[ . ... Jotkut yksityiset teollisuusverkot käyttävät CDMA:ta turvallisena overlay-na kriittisen ohjaussignaalin peitossa ja tukeutuvat LTE:hen nopeiden tietojen saamiseksi.
  • IoT-laitteiden turvallisuusprotokollia on parannettu[ . CDMA:ssa käytetty leviämiskoodi tarjoaa fyysisen tason turvajärjestelmän. Tutkijat soveltavat 5G NR:n kaltaisia tekniikoita suojaamaan häiriöiltä ja salakuuntelulta missiokriittisissä IoT-sovelluksissa.
  • Low-power, laaja-ala (LPWA) laajennukset CDMA[ . Standardit laitokset ovat pitäneet kapeakaista versioita CDMA varten IoT, samanlainen kuin miten NB-IoT kehittynyt LTE. Vaikka kaupallisia käyttöönottoja ei ole olemassa, käsite on edelleen akateemisesti merkityksellinen ultra-low-power anturiverkot.
  • Integraatio satelliittiin IoT[ . CDMA.n häiriönsietokyky tekee siitä ehdokkaan suoraan satelliittiin IoT-yhteyksiin, jossa tuhansien laitteiden on kommunikoitava samanaikaisesti matalan maan kiertoradan satelliittien (LEO) kanssa. Skylon ja Astrocastin kaltaiset yritykset käyttävät CDMA-pohjaisia aaltomuotoja satelliittipalveluissaan.

Opiskelija- ja opettaja-alan koulutus

Sen matemaattiset perustukset . Walsh-koodit ja tehonhallinta ovat langattomille insinööreille olennaista tietoa. IoT-yhteyksiä opiskelevien opiskelijoiden pitäisi ymmärtää, miksi CDMA onnistui 3G:ssä, mitä opittiin 4G:lle ja 5G:lle ja miten tulevaisuuden järjestelmät voisivat muuttaa sen käsitteitä. Opiskelijat voivat korostaa CDMA:n ja OPDMA:n välisiä vaihto-oppilaita, joita käytetään LTE:ssä ja 5G:ssä, korostaen, että mikään yksittäinen teknologia ei ole optimaalinen kaikille IoT-käyttökanaville.

Syvempiä tutkimusresursseja ovat:

Päätelmät

CDMA-teknologia ei johda seuraavaan IoT-innovaation aaltoon, mutta sen perintö ei ole missään nimessä merkityksetön. Koska ala pyrkii 5G:hen ja sen jälkeenkin, CDMA-varmista Multiplexing-projektista, taajuuksien tehokkuudesta ja hienovaraisesta heikkenemisestä opittuja opetuksia tulisi käsitellä vain hyvin erityisissä erikoisskenaarioissa, joissa infrastruktuuri sanelee valinnan. Kun CDMA-verkkoihin liittyvät IoT-käyttömahdollisuudet ovat olemassa, on hyvä rakentaa älykkäämpää ja joustavampaa IoT-järjestelmää, joka palvelee miljardeja laitteita luotettavasti. Uusissa älykkäiden laitteiden kytkentäprojekteissa CDMA-tekniikkaa tulisi tarkastella vain hyvin erityisissä kapea-alaisissa skenaarioissa, joissa infrastruktuuri sanelee valinnanvaran.