Table of Contents

Пейзаж мобильной связи продолжает быстро развиваться, и технология множественного доступа с кодовым разделением (CDMA) не является исключением. По мере того, как мы переходим к 2024 году и далее, новые стандарты и протоколы формируют будущее сетей CDMA, стремясь повысить скорость, безопасность и совместимость. В то время как LTE и 5G доминируют в заголовках новостей, CDMA остается критически важной основой во многих регионах, поддерживая устаревшие системы и специализированные приложения. В этой статье рассматриваются ключевые стандарты, протоколы и отраслевые тенденции, которые определят CDMA в ближайшие годы, предоставляя заинтересованным сторонам дорожную карту для модернизации и сосуществования.

Исторический контекст и актуальность CDMA

CDMA появился как революционный воздушный интерфейс в 1990-х, позволяя сетям, таким как IS-95 (cdmaOne) и более поздний IS-2000 (CDMA2000). Его технология распространения спектра позволила нескольким пользователям одновременно использовать одну и ту же частотную полосу, предлагая значительные преимущества в пропускной способности и качестве вызова по сравнению с более ранними системами на основе TDMA. К началу 2000-х CDMA стала основой для сетей 3G во всем мире, с операторами, такими как Verizon, Sprint и China Telecom, полагающимися на него для голосовых и информационных услуг.

Сегодня сети CDMA находятся в упадке, но они далеки от вымирания.CTIA CDMA по-прежнему обслуживает десятки миллионов абонентов в Северной Америке, частях Азии и Африки. Многие операторы поддерживают инфраструктуру CDMA для сельского покрытия, связи между машинами (M2M) и в качестве запасного варианта для голосовых вызовов во время отключений LTE. Низкая задержка и широкое покрытие технологии делают ее идеальной для некоторых приложений IoT, включая отслеживание парка и учет полезностей.

В 2024 году основное внимание уделяется не созданию новых сетей CDMA, а интеграции существующих активов с современными протоколами. Такой подход позволяет операторам задерживать дорогостоящее перераспределение спектра при поддержке устаревших устройств. Новые стандарты и протоколы, описанные ниже, призваны преодолеть разрыв между старым и новым, гарантируя, что CDMA останется жизнеспособной частью телекоммуникационной головоломки на долгие годы.

Ключевые новые стандарты на 2024 год и далее

Расширенные протоколы передачи голоса и данных: VoLTE, VoNR и 1xAdvanced

Голос по LTE (VoLTE) и Голос по новому радио (VoNR) стали по умолчанию голосовыми решениями для сетей 4G и 5G. Однако многие операторы CDMA по-прежнему полагаются на коммутируемый по схеме голос для своих устаревших абонентов.Созданный стандарт для непрерывности голосового вызова по радиосвязи , который позволяет VoLTE-звонку беспрепятственно передаваться в сеть с коммутацией каналов CDMA 1xRTT, когда покрытие LTE заканчивается.Усовершенствованные версии SRVCC, такие как eSRVCC, уменьшают задержку передачи до менее чем 100 миллисекунд, сохраняя качество вызова.

Со стороны данных стандарт CDMA2000 1xEV-DO Rev. A/B был далее преобразован в 1xAdvanced, который включает в себя агрегацию мультинесущих и модуляцию более высокого порядка (до 64-QAM). Эти улучшения обеспечивают максимальную скорость передачи данных 3,1 Мбит/с на носитель, что делает данные CDMA пригодными для базового просмотра веб-страниц и телеметрии M2M. Операторы могут спаривать 1xAdvanced с eHRPD (Evolved High Rate Packet Data), чтобы обеспечить плавный переход к LTE. eHRPD действует как мост, позволяя пользователям перемещаться между сетями CDMA и LTE без потери сеансов передачи данных.

Еще одним важным событием является интеграция CDMA с 5G New Radio (NR) . Орган по стандартизации 3GPP через Release 17 и более поздние версии определил механизмы взаимодействия, которые позволяют автономному ядру 5G (SA) аутентифицировать и регистрировать устройство CDMA через шлюз. Хотя это не полный воздушный интерфейс CDMA--5G, он позволяет операторам повторно использовать свои базы данных абонентов CDMA и системы выставления счетов, постепенно перемещая пользователей в 5G.

Стандарты совместимости для бесшовных передач

Спецификация передачи данных 3GPP Inter-RAT (Технология радиодоступа) (TS 23.216) описывает процедуры перемещения активных сессий между CDMA, LTE и 5G. Ключевые стандарты и функции включают:

  • CSFB (Circuit Switched Fallback): Позволяет устройству LTE переключаться на CDMA для голосовых вызовов, когда VoLTE недоступен. Это имеет решающее значение в областях, где покрытие голосовой связи LTE тонкое.
  • SRVCC/eSRVCC: Как уже упоминалось, обеспечивает голосовую непрерывность от LTE до CDMA. Более новые итерации поддерживают SRVCC от 5G до CDMA через обратный откат к LTE.
  • IMS (IP Multimedia Subsystem) Interworking: Ядро IMS поддерживает сети с множественным доступом, включая CDMA (через интерфейс P-CSCF). Это позволяет использовать последовательные мультимедийные сервисы, такие как push-to-talk, видеотелефония и конференц-связь между CDMA и IP-сетями.
  • ANSI-41 и MAP Signaling Interoperability: Обновления протоколов передачи сигналов, используемых для управления мобильностью и управления вызовами, гарантируют, что IS-41 (ANSI-41) CDMA может связываться с протоколами на основе Diameter LTE через сигнальный шлюз.

Эти стандарты постоянно совершенствуются в группах сотрудничества 3GPP и 3GPP2. Результатом является сетевая экосистема, в которой пользователь может начать вызов по 5G, перейти на LTE и вернуться к CDMA без каких-либо заметных перерывов.

Улучшение безопасности для сетей CDMA

Безопасность исторически была слабым местом для CDMA. Оригинальный алгоритм аутентификации CAVE считается устаревшим и уязвимым для клонирования и прослушивания. Новые стандарты предписывают использование Advanced Encryption Standard (AES) как для шифрования голоса, так и для шифрования данных. UIM (User Identity Module) был обновлен для поддержки платформы Java Card и более сильной взаимной аутентификации, предотвращая клонирование телефона или SIM.

В 2024 году операторы будут обеспечивать соблюдение следующих протоколов безопасности в сетях CDMA:

  • AES-128 для 1x и EV-DO трафика: Заменяет старые алгоритмы шифрования ORYX и CMEA.
  • IPsec для передачи сигналов между CDMA RAN и ядром: Шифрует A-bis и A-интерфейсы для предотвращения перехвата управляющих сообщений.
  • MAPsec: Защищает передачу сигналов на основе SS7 в сетях CDMA, смягчая такие атаки, как перехват SMS и отслеживание местоположения.
  • Проверка сертификата устройства: Использование инфраструктуры открытых ключей (PKI) для обеспечения подключения к сети только авторизованных устройств.

Эти улучшения особенно важны для критически важных приложений CDMA в коммунальных службах, армии и здравоохранении, где целостность данных и конфиденциальность пользователей имеют первостепенное значение.

Протоколы, ведущие к модернизации CDMA

IP-мультимедийная подсистема (IMS) — конвергентный уровень управления

IMS является основой всех современных телекоммуникационных услуг, обеспечивающих передачу голоса, видео и сообщений по IP. Для операторов CDMA IMS обеспечивает путь к отсоединению управления вызовами от технологии радиодоступа. Развернув ядро IMS, оператор может обслуживать абонентов на CDMA, LTE и Wi-Fi с использованием одной и той же сервисной логики.

Ключевые компоненты IMS, относящиеся к CDMA, включают:

  • P-CSCF (Proxy-Call Session Control Function): выступает в качестве точки входа для устройств CDMA, преобразуя фирменную сигнализацию в SIP (Session Initiation Protocol).
  • AGCF (функция управления доступом к шлюзу): Мостирует устаревший CDMA MSC (Центр мобильной коммутации) с сетью IMS, позволяя беспрепятственно передавать между коммутируемыми цепями и коммутируемыми пакетами доменами.
  • MRF (функция медиаресурса): Предоставляет объявления, транскодирование и услуги конференц-связи для пользователей CDMA, подключенных через IMS.

Принятие IMS позволяет операторам постепенно уходить из устаревшего оборудования с коммутацией каналов при сохранении полной работоспособности. Многие операторы Tier-1 уже завершили развертывание IMS для CDMA, и ожидается, что в 2024-2025 годах последуют более мелкие операторы, поскольку затраты на оборудование снижаются.

Single Radio Voice Call Continuity (SRVCC) — спасательная линия передачи

SRVCC, пожалуй, самый важный протокол для выживания CDMA в эпоху LTE/5G. Он определяет, как голосовой вызов, инициированный в домене с коммутацией пакетов (VoLTE), может быть передан в домен с коммутацией каналов (CDMA) без прерывания. Протокол работает на уровнях MME (Mobility Management Entity) и MSC.

Улучшенный SRVCC (eSRVCC) сокращает время передачи через раннюю переадресацию носителей и предварительную резервацию ресурсов в целевой ячейке. Это улучшение жизненно важно для сценариев движения по шоссе, где покрытие быстро меняется. SRVCC для CDMA поддерживается в 3GPP Release 9 и более позднем. Для 5G вариант под названием vSRVCC (Video SRVCC) позволяет видеозвонкам переходить от LTE/5G к CDMA, отбрасывая видеокомпонент и сохраняя аудио.

Операторы, планирующие закат CDMA, полностью должны обеспечить надежность SRVCC до тех пор, пока последний абонент не будет мигрировать. Многие установили даты захода солнца в 2025-2026 годах, но задержки являются обычным явлением из-за устройств IoT и сельских клиентов, зависящих от телефонов только CDMA.

NB-IoT и LTE-M дополняют CDMA для Интернета вещей

CDMA уже давно является технологией выбора для приложений с низкими данными M2M, от интеллектуальных счетчиков и торговых автоматов до телематики транспортных средств. Однако рост стандартов узкополосного IoT обеспечил более экономичную и масштабируемую альтернативу. LPWAN технологии, такие как NB-IoT (Narrowband IoT) и LTE-M (LTE для машин) , предлагают лучшую спектральную эффективность, более длительный срок службы батареи (10+ лет) и более глубокое проникновение в помещения.

Тем не менее, CDMA остается укоренившимся во многих существующих развертываниях M2M. Поэтому новые протоколы сосредоточены на двухрежимной операции , где один модемный чипсет может поддерживать как CDMA, так и NB-IoT/LTE-M. Спецификации 3GPP Release 14+ определяют общий интерфейс базовой сети, который позволяет управлять этими устройствами через единую платформу IoT.

Ключевые аспекты этой конвергенции включают:

  • M2M interworking gateway: Переводит старые сообщения Data Burst CDMA (используемые для коротких сообщений в режиме энергосбережения) в современные форматы CoAP или MQTT.
  • Безкомандовый роуминг между CDMA и LTE-M: Устройства могут переключать сети на основе зоны покрытия без перерегистрации с сервером приложений.
  • Энергоэффективные изменения режима: Использование eDRX (расширенный прерывистый прием) на LTE-M в то время как современные устройства CDMA могут использовать аналогичный механизм простоя, унаследованный от EV-DO.

Эта стратегия сосуществования позволяет предприятиям постепенно переносить свои IoT-парки из CDMA в сети следующего поколения без модернизации всех устройств.

Усовершенствованные протоколы данных для одного и нескольких перевозчиков

Несмотря на то, что скорость передачи данных CDMA намного ниже LTE, операторы могут оптимизировать свой спектр с помощью современных радиопротоколов.

  • Multi-Carrier EV-DO (MC EV-DO): Объединяет до четырёх несущих на частоте 1,25 МГц для совокупных скоростей передачи данных, превышающих 12 Мбит/с. Хотя это и скромно по современным стандартам, этого достаточно для фиксированного беспроводного доступа в недостаточно обслуживаемых районах.
  • Расширенная прямая трилатерация ссылок (EFLT): Улучшает услуги на основе местоположения, работающие в сетях CDMA, что является требованием для соблюдения требований E911 и управления автопарком.
  • Адаптивная модуляция и кодирование (AMC): Позволяет базовой станции динамически регулировать модуляцию (QPSK, 8-PSK, 16-QAM, 64-QAM) на основе условий канала в реальном времени, увеличивая пропускную способность в благоприятных условиях.

Эти протоколы полностью обратно совместимы с существующим оборудованием CDMA, что означает, что операторы могут развертывать их через обновления программного обеспечения для контроллеров базовых станций.

Последствия для заинтересованных сторон

Операторы связи и поставщики услуг

Для перевозчиков новые стандарты CDMA предлагают контролируемый путь миграции. Вместо немедленного вывода из эксплуатации CDMA операторы могут:

  • Отложить капитальные затраты на спектральное перераспределение, продлив срок службы CDMA с помощью IMS и SRVCC.
  • Поддерживать покрытие в сельской местности, где больший размер ячеек CDMA обеспечивает экономические преимущества по сравнению с LTE / 5G.
  • Использование CDMA для услуг M2M, где отток устройств является низким и оценивается совместимость с устаревшим оборудованием.

К числу проблем относятся снижение доступности запасных частей для базовых станций CDMA, рост затрат на электроэнергию для старого оборудования и необходимость подготовки персонала по вопросам взаимодействия в области многотехнологий. Операторы должны тщательно сбалансировать расходы на содержание CDMA с риском потери клиентов конкурентами, которые предлагают бесшовное покрытие следующего поколения.

Производители устройств и поставщики чипсетов

Производители чипсетов, такие как Qualcomm, MediaTek и Intel, в значительной степени прекратили разработку новых модемов только для CDMA. Тем не менее, они продолжают производить многорежимные чипсеты, которые включают CDMA наряду с LTE и 5G. Эти чипсеты необходимы для глобального роуминга и для рынков, таких как Китай, где CDMA остается активным.

  • Недорогие модемы IoT, которые сочетают CDMA с NB-IoT на одном кристалле.
  • Смартфоны, поддерживающие полную совместную работу CDMA-LTE-5G, удовлетворяют требованиям сертификации операторов.
  • Обновления прошивки, которые позволяют регистрировать eSRVCC и IMS для существующих устройств CDMA.

Производители устройств также должны ориентироваться в различных временных рамках заката в разных регионах. Например, Verizon объявила о закате CDMA в 2022 году, но его реализация была пошатнулась, и многие устройства IoT только для CDMA остаются активными через соглашения о роуминге. Стандарты для обеспечения устройств и обновления Over-the-Air (OTA) имеют решающее значение для плавного управления этим переходом.

Конечные пользователи и корпоративные клиенты

Потребители должны ожидать повышения надежности звонков благодаря интеграции eSRVCC и VoLTE даже в зонах покрытия CDMA. Для предприятий модернизация безопасности означает, что конфиденциальные данные, передаваемые через CDMA, теперь защищены шифрованием уровня AES, что делает его допустимым для медицинских и финансовых транзакций. Кроме того, компании с большими установленными базами устройств CDMA M2M теперь могут рассчитывать на постепенный путь миграции, который избегает немедленного разрыва и замены.

Сельские клиенты, в частности, получают выгоду от непрерывного покрытия CDMA в сочетании с наложением LTE. Комбинация гарантирует, что голосовые вызовы остаются четкими, в то время как скорость передачи данных постепенно улучшается, поскольку оператор уплотняет сеть LTE с использованием тех же частотных диапазонов.

Усилия по регулированию и сотрудничеству в промышленности

Переход на современные стандарты CDMA поддерживается работой в рамках 3GPP 3GPP2. Ключевые совместные результаты включают планы тестирования на совместимость, эталонные архитектуры для интеграции IMS и руководящие принципы для повышения безопасности. CTIA в Соединенных Штатах и GSMA во всем мире также предоставляют лучшие практики для эволюции сети CDMA через их .

Регуляторы на рынках со значительным присутствием CDMA (например, Индия, Южная Корея, Китай) выделили ресурсы спектра, чтобы позволить операторам работать с CDMA вместе с LTE до тех пор, пока не произойдет естественное истощение абонентов. Международный союз электросвязи (МСЭ) также опубликовал рекомендации по эволюции систем IMT-2000, которые включают CDMA2000 и его улучшения.

Проблемы и соображения долгосрочной жизнеспособности

Несмотря на достигнутый прогресс, CDMA сталкивается с несколькими препятствиями:

  • Экосистема падает: Меньше производителей производят инфраструктуру CDMA, а запасные части становятся все меньше и дороже с каждым годом.
  • Спектральное перераспределение: Операторы давления регуляторов для очистки CDMA от ценных низкочастотных частот (например, 850 МГц, 900 МГц) для развертывания 5G.
  • Ограничения срока службы батареи: Старые модемы CDMA разряжают батареи быстрее, чем современные LTE-M или NB-IoT, препятствуя новым развертываниям IoT.
  • Пробел в навыках: Инженерный талант, знакомый с сложной сигнализацией CDMA и планированием радиочастотной связи, уходит на пенсию, а молодые инженеры сосредоточены на 4G/5G.

Поэтому операторы должны планировать возможный закат CDMA, даже если они примут новые стандарты. Разумная стратегия заключается в миграции голосовых подписчиков в VoLTE с резервным копированием CDMA, в то время как устройства IoT постепенно заменяются модемами с двумя режимами. Новые протоколы покупают время - возможно, от 3 до 5 лет - для операторов, чтобы выполнить этот переход без сбоев в обслуживании.

Заглядывая вперед: CDMA в 5G и 6G Eras

В 2024 году и далее CDMA больше не будет основной технологией, но будет сохраняться в качестве специализированного наложения в модернизации сетей, авиационной связи и военных тактических сетях. Органы по стандартизации также изучают формы волн, полученные из CDMA, для интегрированного зондирования и связи 6G (ISAC), которые могут повторно использовать свойства CDMA с расширенным спектром для совместных функций радара и данных. Академические исследования в спаренный код множественного доступа (SCMA) и неортогональный множественный доступ (NOMA) опирается на основную концепцию CDMA, но адаптирует ее для массивных MIMO и высокочастотных диапазонов.

Таким образом, в то время как сети CDMA сегодня исчезают, философия CDMA — кодового, неортогонального обмена ресурсами — сохраняется в следующем поколении воздушных интерфейсов. Стандарты и протоколы, возникающие сейчас, гарантируют, что инвестиции в инфраструктуру и опыт CDMA не будут потрачены впустую, а станут ступенькой к более совместимому, безопасному и эффективному будущему.

Для издателей автопарка и наблюдателей мобильной индустрии понимание этих событий имеет решающее значение. Они определяют, как миллионы абонентов будут испытывать связь в ближайшие годы - сокращая разрыв между поколениями, поддерживая непрерывность обслуживания и обеспечивая изящные переходы технологий. Оставаясь в курсе этих развивающихся стандартов, заинтересованные стороны могут принимать стратегические решения, которые максимизируют отдачу от унаследованных активов, охватывая инновации.