WCDMA (wideband code-division multiple access) – technika związana z dostępem do sieci radiowej stosowana w sieciach komórkowych budowanych w standardzie UMTS. Jej specyfikacja opublikowana w 1999 roku stała się podstawą do budowy wielu sieci, które umożliwiały osiągnięcie przepływności danych na poziomie 384 kbit/s (uwzględniona w tej specyfikacji opcja 2 Mb/s nigdy nie została zaimplementowana). Obecnie w wielu sieciach UMTS, na bazie interfejsu WCDMA wprowadza się technikę high-speed packet access (HSPA), która oferuje użytkownikom transfer danych z maksymalną teoretyczną przepływnością 21,6 Mb/s w stronę terminala i 5,6 Mb/s w stronę stacji bazowej (obecnie tylko niektóre sieci oferują taki transfer).
Główna idea techniki WCDMA związana jest z użyciem wspólnego kanału transmisyjnego o szerokości 5 MHz dla wielu jednoczesnych transmisji (które są rozpraszane w całym, około pięciomegahercowym paśmie). Dla potrzeb komunikacji operator musi zdefiniować dwa takie zakresy częstotliwości – jeden do transmisji z terminali do stacji bazowej (uplink), drugie dla transmisji ze stacji bazowej w kierunku terminali (downlink) (jeśli operator jest w posiadaniu odpowiednio dużego zakresu częstotliwości, może zdefiniować więcej takich par).
Dostęp do sieci radiowej na bazie techniki WCDMA został w roku 1998 zgłoszony przez Europejski Instytut Norm Telekomunikacyjnych (ETSI) jako propozycja do rodziny systemów 3G (IMT-2000) definiowanej przez Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny (ITU). Od roku 1999 specyfikacje rozwijane są przez 3rd Generation Partnership Project (3GPP). Pierwsza sieć komórkowa (FOMA) używająca techniki WCDMA została zbudowana w roku 2001 przez operatora NTT docomo. W drugim kwartale 2009 roku technika ta była wdrożona w 290 sieciach w 120 krajach„GSM/3G Market Update – September 4, 2009”, raport przygotowany przez Global mobile Suppliers Association., dzięki czemu jest to najpopularniejsze rozwiązanie stosowane w sieciach trzeciej generacji.
Pojęcie WCDMA stosuje się także jako nazwę standardu sieci komórkowych (sieci WCDMA), które umożliwiają transmisję dzięki użyciu tej techniki.
Użycie terminu WCDMA i pochodnych Etymologia terminu WCDMA Technika WCDMA zapewnia poszczególnym terminalom jednoczesny dostęp do medium transmisyjnego dzięki rozproszeniu wszystkich transmisji na wspólne pasmo częstotliwości. Poszczególne transmisje są przetwarzane za pomocą przyznanych im kodów, które umożliwiają odbiornikowi nasłuchującemu na wspólnym kanale radiowym wyodrębnienie danych pochodzących od konkretnego terminala. Metoda ta nazywa się „wielodostępem z podziałem kodowym”. Pierwszym komercyjnie wdrożonym systemem telefonii komórkowej używającym tej metody był standard cdmaOne. W sieciach radiowych, które go stosowały, poszczególne transmisje rozpraszane były na wspólne pasmo o szerokości 1,25 MHz. W porównaniu z tym rozwiązaniem technika WCDMA umożliwia rozpraszanie transmisji na znacznie szersze pasmo (około 5 MHz), co znalazło odzwierciedlenie w nazwie: wideband (szerokopasmowy).
Znaczenie terminu w zależności od kontekstu w jakim został użyty thumb|350px Standard UMTS został opracowany jako kompletny system telefonii komórkowej. Jego specyfikacje opisują sieć radiową, sieć szkieletową oraz interfejs do warstwy aplikacji oferującej usługi dodane. Częścią tego standardu są techniki umożliwiające przesyłanie danych pomiędzy terminalem a siecią radiową. Europejski Instytut Norm Telekomunikacyjnych zaproponował dwie techniki: WCDMA i TD-CDMA, chiński instytut standaryzacyjny CWTS kolejną – TD-SCDMA.
Pierwotnym znaczeniem terminu WCDMA jest technika, sposób w jaki terminale i sieć radiowa komunikują się ze sobą (i to właśnie jest tematem artykułu). Przez pierwsze lata po opublikowaniu specyfikacji, wszystkie sieci UMTS używały techniki WCDMA (również obecnie, wdrożenia techniki TD-CDMA i TD-SCDMA są stosunkowo nieliczne). Termin sieci WCDMA stał się więc synonimem nazwy UMTS.
Innym źródłem niejasności związanych z wykorzystaniem terminu WCDMA, są implementacje techniki HSDPA i pokrewnych, które służą polepszeniu transferu danych w sieciach UMTS. Pierwsze specyfikacje standardu UMTS opublikowane przez konsorcjum 3GPP były oznaczone jako Release 99. Technika WCDMA opisana przez nie, określana jest jako WCDMA Release99 lub WCDMA R99. Umożliwia ona między innymi rozmowy, przesyłanie SMSów oraz danych z przepływnością 384 kbit/s lub 2Mb/s. Ta druga opcja nigdy nie została zaimplementowana, ponieważ w międzyczasie pojawiły się nowsze wersje specyfikacji (Release 5 i późniejsze), które zawierały opis techniki HSDPA zwiększającej przepływność danych w stronę terminala. Następne wersje specyfikacji opisywały także technikę HSUPA (lepsza przepływność danych w stronę stacji bazowej).
Obie techniki były związane ze zmianami w istniejącym interfejsie radiowym, działającym dzięki technikom dostępu do sieci, stosowanym w UMTS: WCDMA, TD-CDMA i TD-SCDMA. Ponieważ zdecydowana większość sieci UMTS używa techniki WCDMA, techniki HSDPA i HSUPA (używa się też terminu HSPA w kontekście sieci mających zaimplementowane obie techniki) są zazwyczaj rozszerzeniem/nowszą wersją techniki WCDMA.
W zależności od kontekstu termin sieci WCDMA przyjmuje różne znaczenia: Często używa się nazwy „sieci WCDMA” dla sieci używających WCDMA Release 99 oraz nazw typu „sieci HSDPA” (HSPA) dla sieci używających nowszej wersji interfejsu WCDMA z zaimplementowaną techniką HSDPA (i HSUPA) termin „sieci WCDMA” może też obejmować wszystkie sieci UMTS wykorzystujące technikę WCDMA opisaną w specyfikacjach Release 99, oraz jej późniejsze wersje wraz z techniką HSDPA (i HSUPA).
Nazwy WCDMA i W-CDMA W książkach, dokumentacji technicznej oraz na stronach internetowych dostawców sprzętu telekomunikacyjnego, oprócz nazwy WCDMA można spotkać też formę W-CDMA. Dokument przygotowany przez 3GPPSpecyfikacja 3GPP TS 21.905 wersja 10.2.0 Vocabulary for 3GPP Specifications., będący oficjalnym słownikiem terminów używanych w specyfikacjach tworzonych przez to konsorcjum, zawiera formę WCDMA i ona jest też konsekwentnie używana w tym artykule.
Inne określenia używane dla techniki WCDMA Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny (ITU) przedstawił wymagania IMT-2000 dla rodziny systemów telekomunikacyjnych, które miały zostać globalnymi standardami trzeciej generacji. Jednym z nich stał się standard UMTS wraz z techniką WCDMA. W terminologii ITU, WCDMA była określana jako IMT-2000 CDMA Direct Spread. Nazwa ta nie jest obecnie stosowana poza dokumentami i prezentacjami ITU.
Technika WCDMA jest opisana w specyfikacjach publikowanych przez konsorcjum 3GPP. Dokumenty te nie wspominają wprost o technice WCDMA, lecz o trybie, w jakim organizowany jest dostęp do sieci radiowej. Dla potrzeb transmisji w systemach UMTS dostęp może być zorganizowany na bazie dwóch zakresów częstotliwości (jeden zakres dla przesyłania danych w stronę terminali, drugi dla przesyłania danych w stronę stacji bazowej) – tzw. FDD mode – lub może wykorzystywać jeden zakres częstotliwości (w którym w różnych odcinkach czasu nadają stacja bazowa lub terminale) – tzw. TDD mode.
Do zapewnienia transmisji w trybie FDD służy technika WCDMA, a w trybie TDD wykorzystuje się techniki TD-CDMA i TD-SCDMA. Termin FDD jest używany konsekwentnie we wszystkich specyfikacjach w kontekście techniki WCDMANa przykład specyfikacja TS 25.104 „Base Station (BS) radio transmission and reception (FDD)” opisuje różne aspekty związane z transmisją i odbiorem sygnału przez stację bazową wykorzystującą technikę WCDMA, a specyfikacja TS 25.105 „Base Station (BS) radio transmission and reception (TDD)” opisuje ten mechanizm zaimplementowany w stacjach bazowych wykorzystujących techniki TD-CDMA lub TD-SCDMA.. Oba tryby są wykorzystywane zarówno w systemach UMTS, jak i LTE (w tym drugim systemie w trybie FDD wykorzystywana jest inna technika). Czasami, aby uniknąć niejednoznaczności, używa się pojęcia UTRA FDD dla systemu UMTS (i techniki WCDMA) oraz EUTRA FDD dla systemów LTE.
Podstawy Do każdej transmisji w dowolnym systemie radiowym potrzebne jest pewne pasmo częstotliwości (tzw. pasmo przenoszenia) o szerokości tym większej im większa jest przepływność danych z nią związana. Najprostszym sposobem jest przypisywanie dla poszczególnych transmisji odrębnych pasm, nie jest to jednak zbyt dobre rozwiązanie, gdyż operator nie mógłby wykorzystać optymalnie przyznanego mu pasma częstotliwości. Na terenie kontrolowanym przez stację bazową poszczególne pasma przenoszenia muszą być od siebie oddzielone (muszą być zdefiniowane na odpowiednio oddalonych od siebie częstotliwościach) ze względu na interferencje. Dodatkowym problemem jest fakt, że nawet w sąsiadujących komórkach () muszą być używane różne częstotliwości (na których definiowane są pasma przenoszenia), ponieważ bliskie stacje bazowe zakłócałyby nawzajem swoje transmisje. W systemie GSM problem ten rozwiązano częściowo w ten sposób, że definiuje się poszczególne pasma przenoszenia (200 kHz) większe niż jest to niezbędne dla transmisji związanej z jedną rozmową i dzieli się je na tzw. szczeliny czasowe (), w których nadawane są ramki danych związane z poszczególnymi transmisjami. Zrealizowana jest idea 8 szczelin, tzn. najpierw nadawana jest ramka danych związana z pierwsza rozmową (lub transmisją danych), potem z drugą, ..., siódmą, ósmą, potem znowu pierwszą itd. (w razie potrzeby dla jednej transmisji można przypisać kilka szczelin i w ten sposób zwiększyć przepływność, kosztem zajęcia zasobów radiowych).
Zupełnie inne podejście zastosowano podczas projektowania interfejsu WCDMA. Dostęp do zasobów radiowych odbywa się na bazie techniki CDMA (technika Direct Sequence Spread Spectrum). Strumień danych, który mógłby być przesyłany w pewnym wąskim pasmie przenoszenia rozprasza się za pomocą specjalnych ciągów nadawanych z przepływnością 3,84 Mczip/s na pasmo o szerokości 4,68 MHz (w praktyce definiuje się dla tego celu 5 MHzowe pasmo, aby zminimalizować interferencje z innymi transmisjami, np. odbywającymi się w sieciach innych operatorów). Ponieważ energia tego sygnału jest rozproszona w tym szerokim paśmie, można tam zmieścić także wiele innych podobnych transmisji, które musiałyby być umieszczone w osobnych pasmach przenoszenia.
thumb|350px
Okazuje się, że technika ta umożliwia lepsze wykorzystanie zasobów radiowych, które są w posiadaniu operatora: gdyby dla wszystkich transmisji, które za pomocą techniki WCDMA można jednocześnie zmieścić w pasmie 5 MHz, przypisano osobne pasma przenoszenia (nawet używając dodatkowej optymalizacji związanej z techniką TDMA, opisanej powyżej dla systemu GSM) to wraz z odstępami pomiędzy sobą (koniecznymi do uniknięcia interferencji) zajęły by wspólnie szersze pasmo częstotliwości stacje bazowe w sąsiadujących ze sobą komórkach () mogą używać tych samych częstotliwości, co znacznie ułatwia planowanie sieci radiowej i umożliwia lepsze wykorzystanie zasobów radiowych operatorów interfejs WCDMA zapewnia lepszą odporność na zakłócenia (związane z szumem termicznym i interferencjami) niż rozwiązania stosowane w GSM. Możliwe jest zapewnienie odpowiedniej jakości przy nadawaniu sygnału z mniejsza mocą. Np. dla połączeń głosowych w sieciach WCDMA stosunek mocy sygnału (E) do mocy szumu termicznego (N) może być na poziomie 5 dB. W GSM współczynnik E/N musi być utrzymywany na poziomie 9–12 dB.
Rozwój standardu Historia powstania standardu WCDMA 30px Poniżej przedstawiono podstawowe fakty związane z powstaniem i rozwojem WCDMA. Jeśli chcesz wiedzieć więcej na ten temat, zapoznaj się z artykułem Historia powstania standardu WCDMA.