Code Division Multiple Access (CDMA) -teknologia on muokannut matkaviestinnän kehityspolkua vuosikymmeniä, ja se on kehittynyt kapeasta sotilaallisesta spread-spectrum-konseptista 3G-verkkojen peruspilariksi ja nyt osaksi 5G-infrastruktuurin perintöä. CDMA:n ymmärtäminen matkasta varhaisesta kehityksestä sen integrointiin viidennen sukupolven järjestelmiin paljastaa jatkuvan teknisen työn kapasiteetin lisäämiseksi, turvallisuuden parantamiseksi ja yhä nopeampien datapalvelujen mahdollistamiseksi. Tämä artikkeli jäljittää CDMA.

CDMA:n varhaiskehitys

CDMA:n juuret ovat spread-spectrum-teknologiassa, joka kehitettiin alun perin sotilasviestintään toisen maailmansodan aikana häirinnän ja sieppauksen vastustamiseksi. 1980-luvulla Qualcommin ja muiden laitosten tutkijat alkoivat mukauttaa näitä tekniikoita siviilisoluverkkoihin. Avain läpimurto oli se, että antamalla jokaiselle käyttäjälle ainutlaatuisen pseudosatunnaiskoodin useat käyttäjät voisivat lähettää samanaikaisesti samaa taajuuskaistaa häiritsemättä toisiaan .

Levitysspektrumin perusteet

CDMA käyttää suora-sekvenssi-spread-spektriä (DSSS), jossa jokainen käyttäjä.Signaali kerrotaan korkean nopeuden leviämiskoodilla ennen lähetystä. Tämä levittää signaalin laajalle kaistalle, jolloin se kestää kapeakaistaisen häiriön ja tarjoaa luontaisen turvallisuuden. Vastaanottimessa samaa koodia käytetään signaalin levittämiseen, alkuperäisen datan takaisinsaamiseen, kun taas muut käyttäjät. Tämä prosessi mahdollistaa sen, että monet käyttäjät voivat jakaa saman taajuuskanavan samanaikaisesti ja dramaattisesti lisää spektristä tehokkuutta.

Tärkeimmät tekniset innovaatiot

Varhaiset CDMA-järjestelmät kohtasivat merkittäviä haasteita: tehonhallinta (lähes-ongelma), koodien synkronointi ja laitteiston monimutkaisuus. Qualcomm. Insinöörit ratkaisivat lähitulevaisuudessa ongelman toteuttamalla nopean, suljetun-silmukan tehonsäädön, joka muokattiin lähettimen tehoksi satoja kertoja sekunnissa. He kehittivät myös tehokkaita koodintuotanto- ja hankinta-algoritmeja. Nämä innovaatiot tekivät kaupallisen CDMA:n toteuttamiskelpoiseksi, mikä johti ensimmäiseen CDMA-pohjaiseen solustandardiin . IS-95 (tunnetaan myös cdmaOnena) .

Adoptio ja laajentaminen: CDMA2000:n nousu

1990-luvun lopulla ja 2000-luvun alussa CDMA-teknologiaan osallistuivat Yhdysvalloissa suurimmat liikenteenharjoittajat, kuten Verizon ja Sprint, sekä Etelä-Korean, Japanin ja muiden markkinoiden operaattorit. IS-95-verkot tarjosivat erinomaisen äänenlaadun ja kapasiteetin verrattuna vanhempiin analogiseen ja TDMA-järjestelmiin, mikä saavutti nopeasti kilpailuetua.

IS-95:stä CDMA2000:een 1x ja EV-DO:han

Kehitys jatkui CDMA2000-standardiperheellä, johon sisältyi CDMA2000 1x (1xRTT) ääni- ja hidasnopeusdataa varten, ja myöhemmin CDMA2000 1xEV-DO (Evolution-Data Optimized) nopeille datapalveluille. CDMA2000 1x tarjosi jopa 153 kbps:n datan hinnat, kun taas EV-DO Rev. A työnsi läpimenon 3.1 Mbps:iin alajuoksulla. Nämä verkot mahdollistivat ensimmäisen sukupolven mobiili-internetkokemuksen: sähköpostin, yksinkertaisen verkkoselauksen ja kuvanviennin. Teknologia toi myös käyttöön paremman tietoturvan vahvemman salauksen ja tunnistautumisprotokollan, joka perustui spread-spectrum-periaatteeseen.

CDMA2000 vs. WCDMA

On tärkeää erottaa toisistaan CDMA2000 (Pohjois-Amerikan ja Aasian CDMA-polku) ja WCDMA (Wideband CDMA, jota käytetään UMTS:ssä). Vaikka molemmat ovat CDMA-pohjaisia, WCDMA käyttää laajempaa 5 MHz:n kanavaa ja GSM-perhe otti sen käyttöön 3G-evoluutiopoluksi. WCDMAsta tuli hallitseva maailmanlaajuinen 3G-standardi, kun taas CDMA2000 pysyi vahvana Amerikassa ja osissa Aasiaa. Tämä jako muokkasi kilpailuympäristöä ja vaikutti myöhemmin siihen, miten operaattorit siirtyivät 4G LTE:hen ja 5G:hen.

Siirtyminen 4G:hen ja LTE:hen

Siirtyminen 3G-CDMA-verkoista 4G-LTE-verkkoon merkitsi perustavanlaatuista muutosta ilman rajapintateknologiassa. LTE käyttää ortogonaalista taajuusjakoa (OFDMA) monikäyttöisenä kaistanleveyden kaistanleveyden ollessa laskeva ja yksikantainen FDMA (SC-FDMA) -väylän kohdalla pikemminkin kuin CDMA-levyn. Muutos johtui siitä, että huippudatan nopeus oli korkeampi, spektrinen tehokkuus oli parempi laajalla kaistanleveydellä ja aikataulutus joustavampi. CDMA-levyn vaikutus ei kuitenkaan kadonnut yön yli.

Taaksepäin yhteensopivuus ja kaksitoimiset laitteet

Siirtymän aikana CdMA2000:een (esim. Verizon, Sprint) voimakkaasti investoineet liikenteenharjoittajat käyttivät LTE:tä nykyisten CDMA-verkkojen rinnalla ääni- ja perintöä koskevien tietojen osalta. Laitteet suunniteltiin kaksitilaradioilla, mikä mahdollisti saumattoman LTE:n datan ja CDMA2000:n 1x:n välisen vaihdon (CSFB . .. Circuit Switched Fallback). Tämä lähestymistapa viivästytti VoLTE:n (ääni LTE:n) tarvetta ja osti aikaa verkon päivittämiseen.

CDMA-säätiöt 3GPP-standardeissa

Lisäksi taustalla periaatteet CDMA . koodipohjainen multipleksing, pehmeä luovutus, ja tehonhallinta . . vaikuttaa suunnitteluun LTE.s ohjauskanavia ja tiettyjä fysikaalisia tasoja menettelyjä. Esimerkiksi LTE.s PRACH (Physic Random Access Channel) käyttää eräänlainen spread-spektri käsitellä kiistapohjainen pääsy. Kehitys CDMA OFDMA ei ollut puhdas tauko vaan asteittainen lähentyminen, jossa monet insinöörit ja algoritmit kuljettavat eteenpäin.

Integrointi 5G-teknologiaan

5G New Radio (NR) on toinen sukupolven harppaus, mutta se kuvastaa myös jatkuvaa riippuvuutta CDMA-inspiroiduista tekniikoista. Vaikka 5G-ilmaliitäntä perustuu ensisijaisesti OFDM:hen ja massiiviseen MIMO:hon, vankan, turvallisen ja tehokkaan viestinnän tarve erilaisissa skenaarioissa on johtanut CDMA:n kaltaisten elementtien sisällyttämiseen.

Taajuuksien jakaminen ja CDMA...

Yksi alue, jolla CDMA-periaatteet ovat ilmeisiä, on 5G.S. DSS:n käyttämä dynaaminen taajuuksien yhteiskäyttö (DSS). DSS sallii 4G LTE:n ja 5G NR:n rinnakkaiselon samalla taajuuskaistalla, jakaen resursseja dynaamisesti. Tämä vastaa käsitteellisesti CDMA.S-sivuston kykyä yhdistää useita käyttäjiä samalla taajuudella .

Takaisinpäin Yhteensopivuus ja verkon muuttoliike

Monet 5G-käyttökohteet, erityisesti Pohjois-Amerikassa, alkavat ei-standolenneista (NSA) -tilasta, joka perustuu olemassa olevaan 4G-LTE-ydinverkkoon (ja joissakin tapauksissa 3G-CDMA-ydinverkkoon) ohjaussignaalien lähettämiseksi. Verizonin kaltaiset kuljettajat ovat ylläpitäneet CDMA2000-verkkoja perinteisille ääni- ja IoT-laitteille viime aikoihin asti. CDMA-verkkojen lopullinen auringonlasku (esim. Verizon- 3G-CDMA-järjestelmän pysäytys vuonna 2022) merkitsi aikakauden loppua, mutta osoitti myös, miten vanha infrastruktuuri tuki sujuvaa siirtymistä 5G:hen. CDMA- ja 5G-laitteiden yhteentoimivuus, vaikkakin rajoitettu, varmisti, että miljoonat laitteet jatkoivat toimintaansa monivuotisen muuttoliikkeen aikana.

5G Käyttötapaukset Hyödyllisiä CDMA-periaatteista

Massive konetyyppinen viestintä (mMTC) 5G, joka kohdistuu IoT-laitteisiin alhaiset datan hinnat ja tehorajoitukset, voi hyödyntää koodi-verkkoa monikäyttötekniikoita (esim. SCMA ., SCMA . Sparse Code Multiple Access). Vaikka ei puhdasta CDMA, SCMA käyttää koodikirjoja mahdollistaakseen ei-ortogonaalisen monikäyttöyhteyden, suora jälkeläinen CDMA. Samoin, avustusvapaan yhteyden siirto 5G NR ultra-reliable matalan latenssin viestintä (URLLCC) jakaa saman tavoitteen mahdollistaa useita laitteita välittää samanaikaisesti ilman keskitettyä aikataulua, muistuttaa CDMA.

Tulevaisuuden näkymät ja CDMA:n jatkuva vaikutus

Koska 5G kehittyy kohti 6G:tä, konepajayhteisö jatkaa CDMA-konseptien uudelleentarkastelua. Tulevaisuuden verkot voivat yhdistää OFDM:n ja ei-ortogonaalisen monikäyttöyhteyden (NOMA) ja kehittyneen häiriöiden peruuttamisen, jotka kaikki perustuvat CDMA:n synnyttämiin spread-spectrum-näkymiin. Lisäksi tarve turvalliseen, matalariskisyyteen ja identtiseen viestintään .

CDMA satelliitti- ja ei-terrestriaaliverkoissa

Satelliittiviestintäjärjestelmät, mukaan lukien ne, jotka on integroitu 5G:n muihin kuin maanpäällisiin verkkoihin (NTN), käyttävät usein CDMA:ta selviytyäkseen pitkistä etenemisviiveistä ja suurista Doppler-siirroista. Qualcomm. CDMA:n kaltaiset CDMA-pohjaiset satelliittipuhelinverkot (esim. Globalstar) ovat osoittaneet spektrin leviämisen elinkelpoisuuden avaruuspohjaisissa linkeissä. Koska 5G laajenee suoraan kädensijallisiin satelliittipalveluihin, CDMA-pohjaiset tekniikat saattavat nähdä jälleennousun.

Tulevaisuuden standardeja koskevat kokemukset

CDMA:n tarina opettaa tärkeitä opetuksia: fyysiseen kerrosinnovaatioon investoimisen arvo, taaksepäin sijoittumisen välttämättömyys sukupolvenvaihdoksen aikana sekä perustavanlaatuisten periaatteiden, kuten ortogonaalisen ja ei-ortogonaalisen monikäyttöisyyden, kestävä hyöty. 6G:tä suunnittelevat insinöörit tutkivat jo CDMA:n tehonhallintaalgoritmit ja koodien jakostrategiat energiatehokkuuden ja verkkokapasiteetin parantamiseksi. CDMA:n perintö ei ole vain historiallinen .

Yhteenvetona voidaan todeta, että CDMA:n kehitys varhaisesta kehityksestä 3G:n valta-asemaan 5G:n kanssa kuvastaa langattoman teknologian iteratiivista luonnetta. Jokainen sukupolvi perii ja mukauttaa edeltäjiensä parhaita ideoita. CDMA:n spread-spectrum-periaatteet, vallankumoukselliset periaatteet, muodostavat nyt yhden langan modernien matkaviestinverkkojen rikkaassa rakenteessa. Tulevaisuudessa nämä todistetut tekniikat yhdistetään epäilemättä uusiin läpimurtoihin, jotta käyttäjien odottamat saumattomat, kaikkialla vallitsevat yhteydet saadaan aikaan.