CDMA-Protokollstapel im Detail
CDMA (Code Division Multiple Access) ist eine Mobilfunktechnologie, die für die Übertragung von Sprach- und Datensignalen über das Mobilfunknetz verwendet wird. Damit ein solches Netzwerk effizient funktioniert, bedarf es eines komplexen Protokollstapels, der verschiedene Schichten umfasst. Diese Protokollstapel sind verantwortlich für die Verarbeitung, Steuerung und Weiterleitung der Datenpakete zwischen Mobilgeräten und Basisstationen sowie weiter zum Kernnetz.
Übersicht der CDMA-Protokollarchitektur
Der CDMA-Protokollstapel basiert auf einer Schichtenarchitektur, ähnlich dem OSI-Modell. Die wichtigsten Ebenen sind:
- Physikalische Schicht (Physical Layer)
- Datenverbindungsschicht (Link Layer)
- Netzwerkschicht
- Transportschicht
- Anwendungsschicht
Physikalische Schicht (Layer 1)
Die physikalische Schicht in CDMA ist zuständig für die Modulation, Kanalcodierung und Übertragung der Daten über die Luftschnittstelle. In CDMA2000 nutzt man unter anderem Technologien wie Spreading Codes, Walsh-Codes und Pseudonoise-Sequenzen (PN-Codes), um mehrere Benutzer gleichzeitig auf derselben Frequenz zu bedienen. Die physikalische Schicht unterstützt Funktionen wie:
- Modulation (QPSK, 8-PSK, QAM)
- Power Control
- Rake-Empfänger (zur Signalzusammenführung von Mehrwegpfaden)
- Synchronisation (Pilot-Kanal, Sync-Kanal)
Datenverbindungsschicht (Layer 2)
Diese Schicht ist in drei Unterschichten unterteilt:
| Unterschicht | Funktion |
|---|---|
| MAC (Media Access Control) | Steuerung des Zugriffs auf das Funkmedium, Ressourcenverwaltung, QoS |
| RLC (Radio Link Control) | Segmentierung, Wiederherstellung und Fehlerkorrektur auf der Verbindungsebene |
| LLC (Logical Link Control) | Schnittstelle zur Netzwerkschicht, Steuerung von logischen Verbindungen |
Netzwerkschicht (Layer 3)
Die Netzwerkschicht ist verantwortlich für das Routing und das Mobility Management. Sie umfasst folgende Subsysteme:
- Call Control (CC): Aufbau, Verwaltung und Abbau von Sprach- und Datensitzungen
- Mobility Management (MM): Verfolgung des Standortes des Nutzers, Handover
- Session Management (SM): Verwaltung von Datenverbindungen wie PPP oder IP
Transportschicht und Anwendungsschicht
CDMA-Protokolle unterstützen standardisierte Protokolle wie PPP (Point-to-Point Protocol) für die IP-basierte Datenübertragung. Die Anwendungsschicht umfasst Dienste wie Internetzugang, E-Mail, Multimedia Messaging (MMS), VoIP und mehr.
Für Sprachdienste wird ein Circuit-Switched-Ansatz genutzt, während Datenpakete über packet-switched Verbindungen transportiert werden. Die Integration dieser Protokolle ermöglicht ein gleichzeitiges Handling von Sprache und Daten auf demselben Gerät.
Zusätzliche Protokolle in CDMA2000-Netzen
In CDMA2000-Netzen (wie sie von 3GPP2 definiert wurden) kommen weitere Protokolle zum Einsatz, darunter:
- A10/A11: Verbindungen zwischen PDSN (Packet Data Serving Node) und PCF (Packet Control Function)
- PPP: Verbindung zwischen Mobilgerät und PDSN zur IP-Vergabe und Authentifizierung
- HRPD: High Rate Packet Data für EV-DO-basierte Dienste
Vergleich CDMA vs. UMTS-Protokollstapel
| Aspekt | CDMA2000 | UMTS (WCDMA) |
|---|---|---|
| Standardisierung | 3GPP2 | 3GPP |
| MAC-Schicht | Einfacher, zentral gesteuert | Flexibler, unterstützt mehr QoS-Klassen |
| Datenverarbeitung | PPP-basiert | Direkte IP-Unterstützung |
Wie arbeiten die Protokolle beim Handover zusammen?
Beim Wechsel von einer Zelle zur anderen koordinieren sich MAC, RLC und das Mobility Management eng miteinander. Die Informationen zum Benutzerzustand werden über das Backbone-Netz weitergereicht, sodass keine aktive Verbindung unterbrochen wird – dies ist besonders bei aktiven Sprachverbindungen entscheidend.
Welche Rolle spielt der Rake-Empfänger bei CDMA?
Der Rake-Empfänger ist ein wichtiges Element im physikalischen Layer. Er erlaubt es, die Signalenergie mehrerer empfangener Pfade zu kombinieren. So wird die Signalqualität bei Mehrwegempfang signifikant verbessert, was in urbanen Umgebungen mit vielen Reflektionen besonders vorteilhaft ist.