CDMA технология мобильной связи¶

CDMA (Code Division Multiple Access, множественный доступ с кодовым разделением) — технология мобильной и стационарной радиосвязи, при которой каналы передачи данных разделяются не по времени или частоте, а посредством присвоения каждому абоненту уникального кодового сигнала. В отличие от более ранних стандартов, использующих частотное (FDMA) или временное (TDMA) разделение, CDMA позволяет всем абонентам одновременно использовать одну и ту же полосу частот, что обеспечивает высокую спектральную эффективность и конфиденциальность передач.

¶Принцип работы

Основу CDMA составляет технология расширения спектра (spread spectrum). Передаваемая информация умножается на псевдослучайную последовательность (код), скорость которой значительно превышает скорость информационного потока. В результате сигнал «размазывается» по широкой полосе частот и становится похожим на шум. Приёмник, зная код конкретного абонента, выполняет обратную операцию — свёртку сигнала с тем же кодом, восстанавливая исходные данные. Сигналы других абонентов, использующие иные коды, остаются для приёмника шумом.

Ключевые особенности технологии:

Полоса частот 1,25 МГц на один несущий канал в стандарте IS-95 (cdmaOne).
Коды Уолша применяются для разделения каналов в прямом направлении (от базовой станции к абоненту), а длинные псевдослучайные последовательности — для обратного направления.
Мягкая передача обслуживания (soft handover): мобильное устройство может одновременно поддерживать связь с несколькими базовыми станциями, что исключает разрыв соединения при переходах между сотами.
Регулирование мощности: поскольку все абоненты работают в одной полосе, сигнал каждого должен приходить на базовую станцию с одинаковой мощностью, иначе возникает «эффект ближнего-дальнего», когда мощный сигнал подавляет слабый.

¶История развития

Технология CDMA была разработана в 1940–1950-х годах для военных нужд (системы с шумоподобными сигналами), однако коммерческое применение стало возможным лишь в конце 1980-х. Основной вклад в развитие внесла американская компания Qualcomm, основанная в 1985 году. В 1989 году Qualcomm предложила стандарт IS-95 (cdmaOne), который был утверждён в 1993 году.

Первая коммерческая сеть CDMA (IS-95) была запущена в 1995 году в Гонконге. В дальнейшем технология эволюционировала в стандарт CDMA2000, включающий фазы 1X (2000 год) и EV-DO (Evolution-Data Optimized, 2002 год), обеспечивавшие высокоскоростную передачу данных. Параллельно в Европе развивался конкурирующий стандарт WCDMA (широкополосный CDMA), принятый в 1999 году как часть семейства UMTS (3G). WCDMA использует полосу 5 МГц и стал основой для большинства сетей третьего поколения в мире.

¶Разновидности и стандарты

Различают несколько поколений и модификаций CDMA:

cdmaOne (IS-95) — первое поколение технологии, поддерживало голосовую связь и передачу данных со скоростью до 14,4 кбит/с.
CDMA2000 1X — эволюционное развитие IS-95, удвоило ёмкость сети и обеспечило скорость до 153 кбит/с.
CDMA2000 EV-DO Rev. A/B — стандарты, ориентированные на высокоскоростной доступ в интернет (до 3,1 Мбит/с на приём и 1,8 Мбит/с на передачу в Rev. A; в Rev. B — до 14,7 Мбит/с при агрегации несущих).
WCDMA (UMTS) — широкополосная версия CDMA, используемая в сетях 3G; в дальнейшем развилась в HSPA и HSPA+.
TD-SCDMA — китайский стандарт с временным дуплексом, использовавшийся в Китае.

¶Применение и распространение

CDMA получил наибольшее распространение в Северной Америке (США, Канада), Южной Корее, Японии, Китае, Индии и ряде стран Латинской Америки. В России сети CDMA2000 разворачивались с 2000-х годов, преимущественно для фиксированной беспроводной связи и доступа в интернет (операторы «Скай Линк», «Интертелеком» (Украина), «Wellcom»). Однако с приходом технологий LTE (4G) и 5G, использующих OFDMA (множественный доступ с ортогональным частотным разделением), сети CDMA постепенно выводятся из эксплуатации. К началу 2020-х годов большинство операторов по всему миру прекратили поддержку CDMA-сетей, переориентировавшись на LTE и 5G, что связано с более высокой спектральной эффективностью OFDMA и лучшей поддержкой IP-трафика.

¶Преимущества и недостатки

Преимущества CDMA:

Высокая ёмкость сети (в 4–5 раз выше, чем у аналоговых систем, и в 1,5–2 раза выше, чем у GSM).
Устойчивость к помехам и перехвату за счёт расширения спектра.
Мягкий хэндовер, обеспечивающий непрерывность связи.
Эффективное использование частотного ресурса — коэффициент повторного использования частот равен 1.

Недостатки:

Сложность реализации и высокая стоимость оборудования.
Чувствительность к неравномерности мощности сигналов абонентов.
Ограниченная совместимость с другими стандартами (отсутствие единого мирового роуминга).
Постепенное устаревание технологии в пользу OFDMA-систем.

¶Значение для отрасли

CDMA сыграл ключевую роль в переходе от аналоговой сотовой связи к цифровым системам третьего поколения. Разработанные в рамках CDMA принципы — управление мощностью, мягкий хэндовер, кодовое разделение — легли в основу стандартов 3G и оказали влияние на проектирование LTE. Патентный портфель Qualcomm по CDMA стал одним из крупнейших в индустрии мобильной связи, обеспечив компании доминирующее положение на рынке лицензирования технологий.

¶Источники

Википедия — статья «CDMA».
Тихвинский В. О. «Сети подвижной связи третьего поколения. Экономические и технические аспекты».
Бабков В. Ю., Вознюк М. А., Михайлов П. А. «Сети мобильной связи. Частотно-территориальное планирование».
Стивенсон Р. «CDMA: принципы и практическое применение» (перевод с англ.).
Материалы 3GPP и 3GPP2 по стандартам WCDMA и CDMA2000.