Code Division Multiple Access (CDMA) ist eine digitale Mobilfunktechnologie, die es mehreren Benutzern ermöglicht, gleichzeitig dasselbe Frequenzband zu nutzen. Dabei handelt es sich um eine Mehrfachzugriffstechnik, die die Übertragung mehrerer Signale über dasselbe Frequenzspektrum ermöglicht, indem jedem Benutzer ein eindeutiger Code zugewiesen wird. CDMA wird häufig in mobilen Kommunikationssystemen verwendet, einschließlich 2G-, 3G- und bestimmten 4G-Netzwerken. Lassen Sie uns im Detail untersuchen, was CDMA ist, wie es funktioniert und welche Hauptfunktionen es bietet:
1. Grundprinzipien von CDMA:
- Spread-Spectrum-Technologie:
- CDMA nutzt die Spread-Spectrum-Technologie, bei der das Informationssignal mithilfe eines eindeutigen Codes über ein breites Frequenzband verteilt wird.
- Im Gegensatz zum Frequenzmultiplex (FDMA) und Zeitmultiplex (TDMA) ermöglicht CDMA mehreren Benutzern das gleichzeitige Senden und Empfangen von Signalen über dieselbe Frequenz.
- Eindeutige Codezuweisung:
- Jedem Benutzer in einem CDMA-System wird ein eindeutiger Code zugewiesen, der als Spreizcode oder Spreizsequenz bezeichnet wird.
- Die Spreizcodes sind orthogonal, was bedeutet, dass sie eine geringe Korrelation zueinander aufweisen, sodass mehrere Signale ohne nennenswerte Interferenzen nebeneinander existieren können.
2. Schlüsselkomponenten von CDMA:
- 1. Mobilstationen (MS):
- Mobilstationen sind Benutzergeräte wie Mobiltelefone, die mit CDMA-Funktionen ausgestattet sind.
- Jeder Mobilstation wird ein eindeutiger Spreizcode zugewiesen.
- 2. Basisstation (Node B oder eNodeB):
- Die Basisstation dient als Zugangspunkt für Mobilstationen zur Verbindung mit dem CDMA-Netzwerk.
- Es koordiniert die Kommunikation zwischen Mobilstationen und verwaltet die Zuweisung von Spreizcodes.
- 3. Verbreitungscodes:
- Spreading-Codes sind eindeutige Sequenzen, die jedem Benutzer im CDMA-System zugewiesen werden.
- Sie ermöglichen die Ausbreitung von Signalen über ein breites Frequenzband, sodass mehrere Benutzer dasselbe Spektrum nutzen können.
- 4. Mobile Switching Center (MSC):
- Die Mobilvermittlungsstelle ist eine zentrale Komponente, die Anrufweiterleitung, Vermittlung und Netzwerkmanagementfunktionen übernimmt.
3. Wie CDMA funktioniert:
- 1. Signalverbreitung:
- Das Informationssignal jedes Benutzers wird mithilfe des diesem Benutzer zugewiesenen eindeutigen Spreizcodes über ein breites Frequenzband verteilt.
- Dieser Ausbreitungsprozess erhöht die Sicherheit und Robustheit des Signals.
- 2. Gleichzeitige Übertragung:
- Mehrere Benutzer können ihre Spreizsignale gleichzeitig über dasselbe Frequenzspektrum übertragen.
- Die orthogonale Natur der Spreizcodes stellt sicher, dass Signale beim Empfänger störungsfrei getrennt werden können.
- 3. CDMA-Dekodierung:
- Auf der Empfangsseite verwendet der CDMA-Empfänger den einem bestimmten Benutzer zugeordneten Spreizcode, um das ursprüngliche Informationssignal zu dekodieren und abzurufen.
- Die Verwendung orthogonaler Codes ermöglicht es dem Empfänger, das gewünschte Signal von anderen Signalen zu isolieren.
- 4. Sanfte Übergabe:
- CDMA unterstützt einen Soft-Handoff-Mechanismus, bei dem eine Mobilstation gleichzeitig mit mehreren Basisstationen verbunden werden kann.
- Dies stellt eine nahtlose Kommunikation sicher, wenn sich die Mobilstation durch verschiedene Abdeckungsbereiche bewegt.
4. Vorteile von CDMA:
- 1. Erhöhte Kapazität:
- CDMA ermöglicht mehreren Benutzern die gleichzeitige Nutzung desselben Frequenzspektrums, was zu einer erhöhten Netzwerkkapazität führt.
- 2. Verbesserte Anrufqualität:
- Die Verwendung von Spreizcodes und die inhärente Störfestigkeit von CDMA tragen zu einer verbesserten Anrufqualität bei.
- 3. Robustheit gegenüber Störungen:
- CDMA ist robust gegenüber Interferenzen und Mehrwegeschwund und eignet sich daher für anspruchsvolle Funkumgebungen.
- 4. Sanfte Übergabe:
- Soft Handoff sorgt für reibungslose Übergänge zwischen verschiedenen Zellen und sorgt für eine kontinuierliche Kommunikation.
- 5. Sicherheit:
- Die Verwendung einzigartiger Spreizcodes erhöht die Sicherheit von CDMA-Übertragungen.
5. Entwicklung von CDMA:
- 1. CDMA2000 (3G):
- CDMA2000 ist eine Familie von 3G-Mobilkommunikationsstandards, die aus CDMA hervorgegangen ist.
- Es führte zu höheren Datenraten, verbesserter Sprachqualität und erweiterten Multimedia-Funktionen.
- 2. Übergang zu LTE (4G):
- LTE-Netzwerke (Long-Term Evolution) stellen einen Übergang von traditionellen CDMA-basierten Technologien zu fortschrittlicheren 4G-Technologien dar.
- LTE nutzt OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) für eine verbesserte spektrale Effizienz.
- 3. 5G-Netzwerke:
- Während CDMA in früheren Generationen eine bedeutende Rolle spielte, nutzen 5G-Netzwerke hauptsächlich Technologien wie OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) und MIMO (Multiple Input Multiple Output) für höhere Datenraten und verbesserte Leistung.
6. Globale Auswirkungen und Nutzung:
- CDMA ist weltweit weit verbreitet, insbesondere in Nordamerika und Teilen Asiens.
- Seine Auswirkungen zeigen sich im Einsatz von CDMA-Netzwerken, die Millionen von Benutzern Sprach- und Datendienste bereitstellen.
Zusammenfassend ist Code Division Multiple Access (CDMA) eine digitale Mobilfunktechnologie, die es mehreren Benutzern ermöglicht, gleichzeitig dasselbe Frequenzspektrum zu nutzen. Durch die Verwendung einzigartiger Spreizcodes und Spreizspektrumstechnologie bietet CDMA Vorteile wie erhöhte Kapazität, verbesserte Anrufqualität und Robustheit gegenüber Störungen. Während CDMA in früheren Generationen der Mobilkommunikation eine bedeutende Rolle spielte, kam es im Zuge der technologischen Entwicklung zu einem Übergang zu fortschrittlicheren Technologien wie LTE und 5G.