CDMA ( — «множинний доступ з поділом каналів за кодом») — одна з можливих технологій мультиплексування, тобто одночасної передачі даних у спільному діапазоні (так званому каналі) радіочастот.
Для забезпечення доступу до каналу багатьом користувачам — множинний доступ — дані кодуються спеціальним кодом, асоційованим із кожним каналом, і використовуються властивості конструктивної інтерференції спеціальних кодів, щоб здійснювати мультиплексування. Це є головною відмінністю методу CDMA від інших методів мультиплексування: TDMA, де канал ділиться між користувачами за часом, чи FDMA де розподіляються частоти.
Історія Технологія множинного доступу з кодовим поділом каналів відома уже давно. У Радянському Союзі (СРСР), перша робота, присвячена цій темі була опублікована в 1935 році професором Дмитром Агеєвим. Було доведено, що за умовою використання лінійних методів виводиться три типи поділу сигналу: частотний, часовий і компенсаторний. Технологія CDMA була використана в 1957 році, коли молодий військовий радіоінженер Купріянович в Москві, зробив експериментальну модель автоматичного портативного мобільного телефону під назвою ЛК-1, з базовою станцією. ЛК-1 характеризувався вагою в 3 кг, робочою відстанню 20-30 км, і 20-30 годин автономної роботи. Базова станція, як описано автором, могла обслуговувати кілька клієнтів. У 1958 році Купріянович зробив нову експериментальну «кишенькову» модель мобільного телефону. Цей телефон важив 0,5 кг. Для того, щоб обслуговувати більше клієнтів, Купріянович запропонував пристрій, названий ним як «корелятор». У 1958 році СРСР також почав розробку «Алтай», національної цивільної служби мобільних телефонів для автомобілів, засновану на радянському стандарті МРТ- 1327. Система телефону важила 11 кг. Він був поміщений в багажниках автомобілів високопоставлених чиновників і використовувався через стандартну телефонну трубку в салоні автомобіля. Основні розробники системи «Алтай» були ВНДІЗ (Воронезький науково-дослідний інститут зв'язку) і ДСПІ (Державний спеціалізований проектний інститут). У 1963 році ця служба почала працювати в Москві, а в 1970 році «Алтай» вже використовувався в 30 містах СРСР.
Технологія кодового поділу каналів CDMA, завдяки високій спектральній ефективності стала радикальним рішенням подальшої еволюції стільникових систем зв'язку.
CDMA2000 є стандартом 3G в еволюційному розвитку мереж cdmaOne (заснованих на IS-95). При збереженні основних принципів, закладених версією IS-95A, технологія стандарту CDMA безперервно розвивається.
Подальший розвиток технології CDMA відбувається в рамках технології CDMA2000. При побудові системи мобільного зв'язку на основі технології CDMA2000 1Х перша фаза забезпечує передачу даних зі швидкістю до 153 кбіт / с, що дозволяє надавати послуги голосового зв'язку, передачу коротких повідомлень, роботу з електронною поштою, інтернетом, базами даних, передачу даних і нерухомих зображень.
Перехід до наступної фази CDMA2000 1X EV-DO Rev. 0 відбувається при використанні тієї ж смуги частот 1,23 МГц, швидкість передачі - до 2,4 Мбіт / с в прямому каналі і до 153 кбіт / с у зворотному, що робить цю систему зв'язку відповідною вимогам 3G і дає можливість надавати найширший спектр послуг, аж до передачі відео в режимі реального часу.
Наступною фазою розвитку стандарту в напрямку збільшення мережевої ємності і передачі даних є 1XEV-DO Rev A: передача даних зі швидкістю до 3,1 Мбіт / с у напрямку до абонента і до 1,8 Мбіт / с - від абонента. Оператори зможуть надавати ті ж послуги, що і на базі Rev. 0, а, крім того, передавати голос, дані і здійснювати широкомовлення по IP мережам. У світі вже є кілька таких діючих мереж.
Розробники обладнання CDMA зв'язку запустили нову фазу - 1XEV-DO Rev B, - з метою досягти наступних швидкостей на одному частотному каналі: 4,9 Мбіт / с до абонента і 1,8 Мбіт / с від абонента. До того ж буде забезпечуватися можливість об'єднання декількох частотних каналів для збільшення швидкості. Наприклад, об'єднання 15-ти частотних каналів (максимально можлива кількість) дозволить досягати швидкостей 73,5 Мбіт / с до абонента і 27 Мбіт / с від абонента. Застосування таких мереж - поліпшена робота чутливих до тимчасових затримок додатків типу VoIP, Push to Talk, відеотелефонія, мережеві ігри і т. ін.
Основними компонентами комерційного успіху системи CDMA2000 є більш широка зона обслуговування, висока якість мови (практично еквівалентну дротовим системам), гнучкість і дешевизна впровадження нових послуг, висока перешкодозахищеність, стійкість каналу зв'язку від перехоплення і прослуховування.
Також важливу роль відіграє низька випромінювана потужність радіопередавачів абонентських пристроїв. Так, для систем CDMA2000 максимальна випромінювана потужність складає 250 мВт. Для порівняння: в системах GSM-900 цей показник дорівнює 2 Вт (в імпульсі, при використанні GPRS + EDGE з максимальним заповненням; максимум при усередненні за часом при звичайній розмові - близько 200мВт). У системах GSM-1800 - 1 Вт (в імпульсі, середня трохи менше 100мВт).
Використання CDMA використовується у багатьох комунікаційних системах, наприклад: Глобальна Система Позиціонування (GPS) система позиціонування Galileo супутникова система OmniTRACS для транспортної логістики. Стандарт мобільного телефону CDMA 1x на передачу даних на швидкості 153 Кб/с Стандарти 3G CDMA Rev.0, Rev.A, Rev.B для швидкісної передачі даних на швидкості до 14,7 Мб/с.
Етапи модуляції CDMA CDMA використовує техніку системи множинного доступу з розширеним спектром. Метод розширеного спектра розподіляє пропускну здатність даних рівномірно по потужності передавача. Розширення коду є псевдовипадковою послідовністю, яка має звужену функцію неоднозначності, на відміну від інших коротких імпульсів. У CDMA локально згенерований код працює на вищій швидкості, ніж дані, які повинні бути передані. Дані для передачі поєднуються за допомогою побітової операції !АБО та високочастотного коду. На малюнку показано, як генерується сигнал з розширеним спектром. Сигнал даних з тривалістю імпульсу Тb(символ періоду) є !АБО з кодом сигналу з тривалістю імпульсу Tc (період елементарного сигналу). (Примітка: смуга пропорційна, 1/T, де T – бітовий інтервал.) Таким чином, ширина смуги частот сигналу даних є 1/Тb, а смуга пропускання сигналу з розширеним спектром 1/Tc. Оскільки Tc набагато менший, ніж Тb, ширина смуги частот сигналу розширеного спектра набагато більше ширини смуги вихідного сигналу. Ставлення Тb /Tc називається коефіцієнтом розширення або посилення обробки і визначає, в якій мірі, верхня межа загального числа користувачів підтримуваних одночасно базовою станцією.
Кожен користувач в системі CDMA використовує інший код для модуляції сигналу. Вибір кодів, використовуваних для модуляції сигналу є дуже важливим в роботі систем CDMA. Краще виконання відбуватиметься, коли є хороший поділ між сигналом потрібного користувача і сигналами інших користувачів. Поділ сигналів проводиться шляхом кореляції сигналу з локально згенерованим кодом потрібного користувача. Якщо сигнал відповідає коду потрібного користувача в то кореляційна функція буде високою, і система може отримати цей сигнал. Якщо код потрібного користувача не має нічого спільного з сигналом, кореляція повинна бути якомога ближче до нуля, наскільки це можливо (тим самим усуваючи сигнал); це називається кросс-кореляція. Якщо код корелюється з сигналом в будь-який час зсуву, відмінне від нуля, то співвідношення повинно бути якомога ближче до нуля, наскільки це можливо. Це називається автокореляція і використовується для відхилення багатопроменевої інтерференції.
Аналогія з проблемою множинного доступу кімната (канал), в якому люди хочуть спілкуватися один з одним одночасно. Щоб уникнути плутанини, люди можуть говорити по черзі (з поділом за часом), говорити на різних майданчиках (з частотним поділом каналів), або говорити на різних мовах (з кодовим поділом каналів). CDMA є аналогом останнього прикладу, де люди, що говорять однією мовою, можуть зрозуміти один одного, а інші мови сприймаються як шум і відкидаються. Так само, в радіо-CDMA, кожна група користувачів отримує загальний код. Багато кодів займають один і той же канал, але тільки користувачі, пов'язані з конкретним кодом можуть взаємодіяти.
Загалом, CDMA належить до двох основних категорій: синхронні (ортогональних кодів) і асинхронні (псевдовипадкові коди).
Мультиплексування з кодовим поділом каналів (синхронний CDMA) Метод цифрової модуляції аналогічний тим, які використовуються в простих приймачах. В аналоговому випадку сигнал низької частоти даних накладається на несучу хвилю з високою частотою, і таким чином іде передача даних. По своїй суті це згортка частоти (теорема Вінера-Хінчина) двох сигналів, що приводить до носія з полосою бокових частот. У цифровому випадку синусоїдальна несуча замінюється за функцією Уолша. Вона являє собою бінарні квадратні хвилі, які утворюють повний ортонормальний набір. Сигнал даних також бінарний і час посилення досягається за допомогою простої функції !АЛЕ.
Синхронність CDMA використовує математичні властивості ортогональності між векторами, що представляють рядки даних. Наприклад, бінарний рядок 1011 представлений вектором (1, 0, 1, 1). Вектори можуть бути помножені, беручи їх скалярний добуток, шляхом підсумовування добутків відповідних компонентів (наприклад, якщо u = (а, b), а v = (c, d), то їх скалярний добуток u · v = ac + bd). Якщо скалярний добуток дорівнює нулю, то два вектори називаються ортогональними один до одного. Деякі властивості скалярного добутку допоможуть зрозуміти, як працює W-CDMA. Якщо вектори а і Ь є ортогональними, то a*b=0, а
a*(a+b)=||a||2 тому що a*a+a*b=||a||2+0
a*(-a+b)=-||a||2 тому що –a*a+a*b=-||a||2+0
b*(a+b)=||b||2 тому що b*a+b*b=0+||b||2
b*(a-b)=-||b||2 тому що b*a-b*b=0-||b||2
Кожен користувач в синхронному CDMA використовує код, ортогональний до кодів чужих, щоб модулювати їх сигнал. Приклад чотирьох взаємно ортогональних цифрових сигналів показаний на малюнку. Ортогональні коди мають кросс-кореляції, рівні нулю; іншими словами, вони не заважають один одному. У разі стандарту IS-95 для поділу різних користувачів через кодування сигналу використовується 64-бітні коди Уолша. Оскільки кожен з 64 кодів Уолша є ортогональними один до одного, сигнали каналізуються в 64 ортогональних сигнали. У наступному прикладі показано, яким чином сигнал кожного користувача може бути закодований і декодований.
Почнемо з набором векторів, які взаємно ортогональні. (Хоча взаємна ортогональность є єдиною умовою, ці вектори зазвичай будуються для простоти декодування, наприклад, рядків або стовпців з матриць Уолша.) Приклад ортогональних функцій показаний на малюнку праворуч. Ці вектори будуть присвоєні окремим користувачам і називаються код та код чипу. В інтересах стислості, інша частина цього прикладу використовує коди, V, тільки з двома бітами.
Кожен користувач пов'язаний з іншим кодом, скажімо, v. 1 біт представлений за допомогою передачі позитивної коду, V, і 0 біт представлений негативним кодом, -V. Наприклад, якщо V = (v0, v1) = (1, -1), і дані, які користувач бажає передати це (1, 0, 1, 1), то передані символи були б:
(V, -V, V, V) = (v0, v1, -v0, -v1, v0, v1, v0, v1) = (1, -1, -1, 1, 1, -1, 1, - 1).
Кожен відправник має інший, унікальний вектор V обраний з цього набору, але метод будівництва переданого вектора збігається.
Тепер, через фізичні властивості перешкод, якщо два сигнали в точці знаходяться у фазі, вони додаються, щоб дати подвійну амплітуду кожного сигналу, але якщо вони не збігаються по фазі, вони віднімаються і дають сигнал, який різниться з амплітудою. Цифровим шляхом, така поведінка може бути змодельована через додавання векторів передачі, компонент за компонентом.
Якщо sender0 має код (1, -1) і дані (1, 0, 1, 1), і sender1 має код (1, 1) і дані (0, 0, 1, 1), і обидва датчика передають одночасно, то в ця таблиця допоможе прослідкувати етапи кодування: