V posledních dnech se v souvislosti s válkou v Iráku, a tamějším zavedením mobilní sítě po jejím skončení, stále častěji mluví o CDMA sítích. Co vlastně CDMA je, co umí a v čem se liší od technologie GSM? Článek pro zvídavé čtenáře.
Co je to CDMA
CDMA je zkratka pro Code Division Multiple Access – tedy technologii vyvinutou americkou společností Qualcomm, která dokáže na jednom komunikačním kanálu (o šířce 1,25 MHz) přijímat signály od více vysílačů najednou a následně jednotlivé signály od sebe odlišit. IS-95, jak se CDMA v mobilních sítích někdy také nazývá, používá pro každý z telefonů, které komunikují se sítí, odlišný kód, který slouží k následné identifikaci původce radiové komunikace na daném kanálu.
To znamená, že celá síť může používat třeba jen jedno jediné frekvenční pásmo, které si mezi sebou budou její uživatele dle potřeby dělit. Stejně tak dvě, tři, čtyři i třeba všechny sousední základnové stanice mohou vysílat ve stejném frekvenčním pásmu a i přes jistou interferenci bude možné síť bez problémů používat.
CDMA síť řeší problémy s interferencí především pomocí tzv. Power control - vysílač pro každý z telefonů optimalizuje vysílací výkon, což zamezuje interferencím (tzn. pro každý mobilní telefon v buňce vysílá vysílač s jiným vysílacím výkonem). V DS-CDMA (viz dále) je Power control navíc nutností, bez které by síť nemohla fungovat. Celý systém radiové komunikace v takové síti je ale poměrně složitý, takže se jím v tomto článku nebudeme dále podrobně zabývat.
V zásadě lze rozlišit tři typy CDMA: Direct-Sequence Spread Spectrum (DS-CDMA), Fast Frequency Hopping Spread Spectrum a Slow Frequency Hopping Spread Spectrum (FH-CDMA). Zatímco DS-CDMA se používá v civilních CDMA sítích a je na něm založeno i WCDMA (tedy technologie používaná v UMTS sítích), tak Fast a Slow Frequency Hopping Spread Spectrum CDMA používají speciální vojenské telekomunikační sítě – variantu Slow, označovanou také jako FH-CDMA používá například švédská vojenská síť Truppradio.
Důvod, proč se CDMA používá právě ve vojenských sítích, je ten, že CDMA je silně odolné proti rušení. I při velkém „zahlušení“ pásma je CDMA schopno rozeznat a dekódovat původní signál. Existuje poměrně složitý matematický vzorec, podle kterého lze přesně spočítat, do jaké úrovně rušení bude síť bez problémů fungovat, v zásadě lze ale říci, že i když je signál rušičky silnější než signál v CDMA síti, tak lze bez problémů nadále telefonovat. CDMA bylo poprvé využito spojeneckou armádou ve 2. světové válce, kdy Němci dokázali rušit a odposlouchávat jen jednotlivé frekvence, zatímco široké pásmo, které používalo CDMA, již rušit neuměli.
Funkce sítě
První zásadní odlišnost je vidět již u způsobu předání hovoru neboli handoveru. V DS-CDMA sítích se rozlišuje soft a hard handover. Zatímco soft handover probíhá mezi dvěma základnovými stanicemi (dále BS), které používají stejnou frekvenci, tak hard handover probíhá mezi dvěma BS, které používají frekvence rozdílné. Při handoveru se navíc využívá informací o stavu pokrytí a úrovni signálu z mobilního telefonu (dále MS) a právě MS si celý handover také řídí (jedná se tedy o tzv. Mobile Assisted Handover).
Power Control, o které jsme se zmínili již výše, je nedílnou součástí DS-CDMA sítí. Právě správné naplánování řízení vysílacího výkonu BS rozhoduje o tom, jaké přenosové rychlosti budou moci uživatelé sítě dosahovat. Zatímco u GSM sítí je úkolem číslo jedna naplánování rozdělení jednotlivých frekvencí, tak u CDMA sítí se řeší správné rozdělení vysílacích výkonů (obzvláště když dvě sousední buňky používají stejnou frekvenci). To ale není tak jednoduché, neboť se musí počítat také se stíněním signálu BS (např. signálu v budovách a mezi nimi), vzájemném překrývání signálu z dvou sousedních BS se stejnou frekvencí apod. Vysílací výkon si ale síť umí upravovat sama podle potřeby na základě informací z MS pomocí PCC (Power Control Command), který se zasílá po speciálním signalizačním kanálu.
Přenosová rychlost CDMA sítě je, podobně jako vysílací výkon BS, také špatně definovatelná veličina. Přenosové rychlosti jsou totiž v rámci jednotlivých buněk variabilní, zároveň platí, že vysílací výkon BS je přímo úměrný přenosové rychlosti, což mimo jiné znamená, že čím blíže se u BS nacházíte, tím rychleji můžete přenášet data. Podobně ovlivňuje přenosovou rychlost také rychlost pohybu mobilního telefonu (čím pomalejší je pohyb, tím vyšší je přenosová rychlost).
Datové přenosy v DS-CDMA sítích
Původní DS-CDMA (někdy také nazývané jako IMT-95 či cdmaOne) bylo v oblasti datových přenosů poměrně zaostalé a nabízelo v podstatě jen to, co nabízely GSM sítě 2. generace – datové přenosy o rychlosti 9600 bps. První vlaštovkou, která dávala znát, že by CDMA mohlo dohonit a předhonit v té době se rozvíjející se GSM, byl nový standard cdma2000. Ten nejprve přinesl rychlé datové přenosy 1x. 1x nabízel reálné rychlosti okolo 50 – 90 kbps (rychlost se liší podle vzdálenosti od BS - viz výše) s maximální rychlostí až 144 kbps. 1x kromě dat však umí přenášet hlas, a to ve výrazně vyšší kvalitě než GSM. Šířka pásma pro 1x je 1,25 MHz (1 CDMA kanál).
Spolu s příchodem sítí 3. generace (tedy mobilních sítí, kde převládá datový provoz) přišlo cdma2000 s paketovým přenosem ne nepodobným GPRS – nová technologie dostala název 1xEV. Nový standard nabízí rychlosti až 2,457 Mbps (downlink) + 153,6 kbps (uplink) na jeden sektor (jedna buňka/BS má obvykle 3 sektory). Tuto přenosovou rychlost si mezi sebou rozdělí všichni uživatelé připojení v daném sektoru a uvedené rychlosti platí v blízkosti BS. Přenosová rychlost se však nedělí rovným dílem, ale dělí se podle toho, jakou rychlost daný uživatel momentálně potřebuje. Pokud je tedy v jednom sektoru uživatel, který se dívá na film a uživatel, který právě videotelefonuje, tak první uživatel dostane například 1,046 kbit/s na downlink a 19,2 kbit/s na uplink, zatímco druhý uživatel dostane například 76,8 kbit/s na downlink a 76,8 kbit/s na uplink. V okamžiku, kdy se ale první uživatel přestane na film dívat, tak mu mobilní síť sama ihned zredukuje přenosovou rychlost tak, aby byla schopna pokrýt jeho aktuální potřeby a zároveň uvolnila pásmo pro ostatní uživatele.
Aby to ale nebylo tak jednoduché, tak cdma2000 dokáže u technologie 1xEV používat hned několik typů modulace signálu, včetně 8PSK, což je modulace používaná v EDGE. cdma2000 ale s modulací 8PSK dokáže dosáhnout rychlosti downlinku až 1843,2 kbps, pro výše uvedenou maximální rychlost je nutné využít modulaci signálu 16QAM. Velice zajímavou zvláštností u technologie 1xEV je také možnost využití dvou antén, což umožňuje zvýšit přenosovou rychlost o 30 % (u pomalu se pohybujících objektů) – 90 % (u velmi rychle se pohybujících objektů).
Co je to handoff?
Velice zajímavá je koexistence technologií 1x a 1xEV v jedné síti. V takových sítích totiž může docházet k tzv. handoffu, což je předání „hovoru“ z technologie 1xEV technologii 1x. Každá z těchto technologií musí používat jiný CDMA kanál, takže takový handoff není nic tak zvláštního. Zvláštní je jen to, že cdma2000 umožňuje handoff z 1xEV na 1x při zachování datového spojení (tedy pokud stahujete soubor přes 1xEV, tak po handoffu plynule pokračujete). V případě, že tedy dojde k přetížení 1xEV kanálu, může síť některé probíhající datové přenosy přesunout do kanálu pro 1x. Obvykle však k handoffu dochází, když surfujete přes 1xEV a někdo vám volá přes 1x.
