L'importanza duratura di CDMA in un mondo IoT

La tecnologia Code Division Multiple Access (CDMA) è stata un pilastro fondamentale delle comunicazioni mobili per decenni, soprattutto attraverso reti 3G come CDMA2000 (1xRTT e EV-DO) e precedenti standard come IS-95. Mentre il panorama globale delle telecomunicazioni si è spostato drammaticamente verso le reti di Long-Term Evolution (LTE) e di quinta generazione (5G) la CDMA non è stata semplicemente lasciata indietro.

L'IoT comprende un vasto ecosistema di sensori, attuatori, wearables, smart meter, controller industriali e elettrodomestici di consumo che comunicano autonomamente sulle reti. La comunicazione M2M, un sottoinsieme di IoT, descrive in particolare lo scambio diretto di dati senza l'uomo tra le macchine. Secondo le previsioni del settore, il numero di connessioni IoT globali dovrebbe superare i 30 miliardi di 2030, con applicazioni M2-LP-centric che riguardano l'agricoltura, la logistica, la produzione di sistemi sanitari, la sanità, la sanità, la sanità, la sanità, la sanità, la sicurezza.

Comprendere le richieste fondamentali di IoT e M2M Networks

Prima di esaminare come si adatta la CDMA, è importante capire i requisiti specifici che le applicazioni IoT e M2M impongono su una rete di accesso radio:

  • Densità del dispositivo principale:[ Una torre singola deve supportare decine di migliaia di dispositivi a bassa velocità di dati senza schiacciare la rete.
  • Consumo energetico ultra-basso:[ Molti dispositivi IoT operano su batterie per anni; il protocollo di rete deve consentire modalità di sonno profondo e un minimo di segnalazione in testa.
  • Copertura estesa:[] I dispositivi sono spesso situati in scantinati, tubi sotterranei, o aree rurali remote dove la penetrazione del segnale è impegnativa.
  • Trasmissione affidabile e sicura:[ I flussi di dati M2M possono controllare l'infrastruttura critica, quindi la crittografia e l'autenticazione devono essere robusti.
  • bassa latenza (per il controllo in tempo reale):[ Applicazioni come il coordinamento autonomo del veicolo o la robotica industriale hanno bisogno di tempi di risposta sub-10-millisecondi.
  • Scalabilità e efficienza dei costi:[ Gli aggiornamenti di rete devono essere economici mentre accomunati i conti dei dispositivi in crescita.

La capacità inerente di CDMA di condividere la stessa banda di frequenza tra molti utenti tramite codici ortogonali lo rende naturalmente adatto a popolazioni di dispositivi densi. Tuttavia, le implementazioni 3G originali sono state ottimizzate per la voce e il throughput di dati moderati, non per i requisiti di risparmio energetico estremo e di lungo raggio di IoT moderno. Il processo di adattamento comporta sia miglioramenti software-definiti e una più stretta integrazione con le nuove generazioni di tecnologia cellulare.

Adattazioni chiave di CDMA per IoT e M2M

Integrazione con le reti LTE e 5G Core

La rete di gestione dei dati è più ampia e più ampia, ma è possibile che i sistemi di gestione dei dati siano in grado di fornire un'infrastruttura CDMA.

Modalità a bassa potenza e cicli di sonno prolungati

Per servire dispositivi IoT a batteria, gli adattamenti CDMA ora implementano una ricezione discontinua estesa (eDRX) e modalità di risparmio energetico (PSM) simili a quelli definiti per LTE‐M e NB‐IoT. In queste modalità, il dispositivo si registra con la rete una volta e poi entra in sonno profondo per periodi prolungati, o solo giorni.

Rete di eliminazione per M2M Risorse Dedicate

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Modalità di calcolo e bassa potenza CDMA

Per l’IoT basato su CDMA, questo significa che è possibile distribuire i server di calcolo dei bordi mobili (MEC) presso i siti di stazione di base o punti di aggregazione.

Evoluzione dell'interfaccia aerea CDMA: 1x Avanzato e EV‐DO Rev. C

Sebbene gli standard di CDMA Evolution‐Data Optimized (EV‐DO) siano bloccati dopo il Rev. B, alcuni fornitori hanno introdotto delle reti proprietarie che estendono l'interfaccia aerea per IoT. Tecniche come l'aggregazione multi-carrier (combinando due o più vettori CDMA), la cancellazione delle interferenze (utilizzando i successivi ricevitori di annullamento delle interferenze), e sistemi di antenna avanzati (trasformando tramite array phase-step-) aumentano il rapporto di frequenza delle batterie di tipo per il rapporto di riferimento per il rapporto di riferimento per il rapporto di riferimento per il rapporto di riferimento per il rapporto di riferimento per il rapporto di riferimento per il rapporto di riferimento per il rapporto di riferimento per il rapporto di riferimento per il rapporto di riferimento per il rapporto di riferimento per il rapporto di risorse

Vantaggi di CDMA in IoT e M2M Distribuzioni

  • Copertura dell'area:[] segnali CDMA si propagano più lontano e penetrano edifici meglio di molte bande LTE ad alta frequenza o 5G. Questo rende CDMA ideale per collegare dispositivi in agricoltura rurale, tubazioni sotterranee e ambienti interni profondi.
  • Sicurezza del prodotto:[ La tecnica di diffusione-spectrum utilizzata da CDMA fornisce intrinsecamente un grado di resistenza all'inquadratura e al jamming. Combinata con una forte crittografia (ad esempio, la crittografia dell'interfaccia aerea di CDMA2000) e l'autenticazione integrata, CDMA offre una base sicura per flussi di dati M2M sensibili.
  • Supporto per dispositivi massicci:[ Poiché CDMA distingue gli utenti da codici unici piuttosto che da timeslot, può supportare simultaneamente un numero molto elevato di dispositivi a ciclo basso-duty.
  • Riutilizzo economico delle infrastrutture:[ Molti operatori hanno già investito molto nelle stazioni di base CDMA, backhaul e core network. L'aggiornamento di questo hardware esistente, piuttosto che la costruzione di reti 5G completamente nuove, può ridurre drasticamente il costo totale di proprietà per le implementazioni IoT in aree in cui 5G non è ancora giustificato.
  • Latenza di determinazione per le applicazioni di controllo:[ Con il calcolo dei bordi e la riduzione TTI, CDMA può fornire latenza costante di sub-50-ms, che è sufficiente per molti casi di uso industriale M2M (ad esempio, controllo della valvola remota, commutazione di corrente).

Sfide e limitazioni all'indirizzo

Spettro di rinforzo e Sunset Timelines

Una delle più grandi ostacoli è che molti governi e vettori hanno annunciato piani per riapplicare gli 800 MHz di CDMA, 1900 MHz e altre bande di frequenza per LTE e 5G. Ad esempio, T‐Mobile ha già rifornito il suo spettro PCS] da CDMA a LTE, e Verizon ha messo in evidenza la sua strategia di transizione permanente 3G CDMA sin da LMA

Limitata velocità di picco e latenza rispetto a 5G

La massima produttività teorica di CDMA (ad esempio, EV‐DO Rev. B a 14,7 Mbps per vettore) è molto inferiore a quella che 5G può offrire. Per applicazioni IoT ad alta banda come la videosorveglianza o la realtà aumentata in tempo reale, CDMA è inadeguata. Inoltre, anche con l'elaborazione dei bordi, CDMA non può raggiungere la latenza sub-1-ms che sarà la comunicazione a bassa velocità di dati ultra-criliminabile.

Gestione delle interferenze negli interventi di Dense

Poiché più dispositivi IoT vengono aggiunti a una cella CDMA, l'ortogonalità del code-domain si degrada, portando ad una maggiore interferenza inter-cellula. I ricevitori avanzati (ad esempio, il rilevamento multi-utente) possono mitigare questo, ma aggiungono i costi a entrambe le stazioni di base e chip del dispositivo.

Frammentazione Ecosystem

Mentre i chipset CDMA erano un tempo onnipresenti, l'ecosistema si è ridotto mentre l'industria si concentra su LTE e 5G. I fornitori di moduli IoT stanno progettando meno moduli CDMA-only, e quelli che esistono possono essere più costosi e meno efficienti rispetto a LTE‐M o NB‐IoT alternative.

Future Outlook: CDMA come una tecnologia IoT complementare

La tecnologia CDMA non svanisce durante la notte, ma il suo ruolo sarà sempre più nicchia. L'ecosistema 5G si sta espandendo rapidamente, con 3GPP Release 17 e 18 che introduce una comunicazione migliorata del tipo di macchina (eMTC) e dispositivi NR (RedCap) a ridotta capacità che mirano esplicitamente a IoT e M2M. Queste soluzioni LPWA basate su 5G offrono scalabilità superiore, consumo energetico inferiore e integrazione più stretta con i core-native.

CDMA è molto probabile che persista in tre scenari:

  1. Aree geografiche con bassa adozione 5G:[] Mercati rurali e in via di sviluppo dove i vettori non hanno ancora convertito lo spettro CDMA a LTE/5G continueranno a contare su CDMA per IoT.
  2. Distribuzioni M2M a vita lunga:[ Dispositivi come allarmi antincendio, contatori d'acqua e sensori sismici installati anni fa e che hanno molti anni di durata della batteria possono rimanere su CDMA fino alla fine della loro vita di servizio.
  3. I verticali specializzati con rigide normative:[ Alcuni settori (ad esempio, aviazione, energia) richiedono apparecchiature certificate spesso legate ad una specifica tecnologia radio; la rettitudine per le nuove tecnologie può essere lenta e costosa.

Il fattore chiave per la continua pertinenza di CDMA è la convergenza dei core di rete. Collegando i siti di cella CDMA ad un core 5G comune tramite gateway software-defined, gli operatori possono gestire dispositivi IoT di qualsiasi generazione da una singola piattaforma di orchestrazione.

Inoltre, le lezioni imparate dall’adattamento di CDMA – come le modalità a bassa potenza e la slicing della rete – stanno informando direttamente il design delle funzioni IoT 5G. Le specifiche 5GPP di hanno incorporato DRX esteso, modalità di risparmio energetico e fette di rete dedicate, tutte con radici negli sforzi di adattamento di CDMA.

Conclusioni

Grazie all'integrazione con i core LTE e 5G, l'adozione di protocolli ultra-bassi, l'implementazione di una rete di slicing e la leva del edge computing, il CDMA è stato adattato con successo alle esigenze della comunicazione IoT e M2M. La tecnologia offre vantaggi unici: copertura estesa, sicurezza forte, capacità di dispositivo massiccia e riutilizzo dell'infrastruttura economica, che continuano a fornire valore in molti sistemi di refarncy.

Mentre il mondo si muove verso un futuro più connesso, CDMA svolgerà un ruolo complementare accanto a LTE‐M, NB‐IoT e 5G NR. I suoi adattamenti oggi servono come ponte, permettendo a miliardi di dispositivi esistenti di rimanere operativi, consentendo nuove innovazioni che definiranno la prossima generazione di comunicazione macchina-macchina.