Введение
CDMA (Code Division Multiple Access, множественный доступ с кодовым разделением) – технология организации совместного доступа нескольких абонентов к общему радиоканалу, при которой разделение абонентов производится не по частоте (как в FDMA) и не по времени (как в TDMA), а по уникальным цифровым кодам. Каждый абонент «маркирует» свой сигнал псевдослучайным ортогональным кодом, что позволяет одновременно передавать в одной полосе частот сигналы множества абонентов.
CDMA лежит в основе ряда стандартов сотовой связи второго поколения (IS-95/cdmaOne) и третьего поколения (WCDMA, CDMA2000), использовавшихся для предоставления голосовых услуг и мобильного интернета до внедрения LTE.
История и контекст
Принцип CDMA – расширение спектра с помощью кодирования – был разработан ещё в 1940-х годах для военных систем связи, где обеспечивал защиту от прослушивания и помехоустойчивость. Патент на гражданское применение CDMA в сотовой связи был получен компанией Qualcomm в 1985 году.
Коммерческий стандарт cdmaOne (IS-95) был принят в США в 1995 году. В России CDMA-сети строились преимущественно в диапазоне 450 МГц (CDMA-450) для покрытия территорий с низкой плотностью населения. На базе CDMA был разработан стандарт WCDMA (Wideband CDMA), ставший основой UMTS/3G.
Как это работает
Механизм CDMA основан на расширении спектра прямой последовательностью (DS-SS):
- Кодирование: исходный сигнал каждого абонента умножается на уникальную псевдошумовую последовательность (PN-код) с частотой значительно выше информационной. Это «расширяет» спектр сигнала.
- Передача: все абоненты передают расширенные сигналы одновременно в одной полосе частот. Суммарный сигнал воспринимается как шум посторонним наблюдателем.
- Декодирование: приёмник, знающий PN-код нужного абонента, коррелирует принятый сигнал с кодом и извлекает исходный сигнал. Остальные сигналы воспринимаются как шум низкого уровня.
- Мягкий хэндовер: уникальная особенность CDMA – абонент может одновременно принимать сигналы нескольких базовых станций, что обеспечивает плавное переключение без разрыва соединения.
Где применяется
- Сотовые сети 2G/3G: cdmaOne (IS-95), WCDMA (3GPP UMTS), CDMA2000 (3GPP2) применялись в коммерческих мобильных сетях до перехода на LTE.
- Спутниковые системы связи: GPS использует принцип CDMA для одновременной работы множества спутников на одной частоте.
- Корпоративные и ведомственные сети: системы профессиональной мобильной радиосвязи (TETRA частично использует CDMA-принципы).
- Военные системы связи: высокая защита от перехвата и помехоустойчивость.
Преимущества и ограничения
Преимущества: более высокая спектральная эффективность по сравнению с TDMA, высокая устойчивость к узкополосным помехам, встроенная конфиденциальность, мягкий хэндовер.
Ограничения: проблема «ближнего-дальнего» (требует точного управления мощностью), необходимость синхронизации, сложность управления мощностью при большом числе абонентов. В современных сетях CDMA заменяется технологией OFDM (применяемой в LTE и 5G), обеспечивающей лучшую спектральную эффективность в городской среде.
Связь с другими понятиями
CDMA является одним из трёх основных методов множественного доступа наряду с FDMA и TDMA. Стандарт WCDMA (Wideband CDMA) является технической основой 3G UMTS. Эволюцией CDMA в направлении четвёртого поколения стали технологии на основе OFDM, применяемые в LTE (4G). Принцип расширения спектра используется также в Wi-Fi (802.11b использует DS-SS) и системах спутниковой навигации (GPS, ГЛОНАСС). Физическая несущая для CDMA-систем определяется параметром несущей частоты.