CDMA

Code division multiple access atau akses jamak pembagian kode (CDMA) adalah sebuah bentuk pemultipleksan (bukan sebuah skema pemodulasian) dan sebuah metode akses secara bersama yang membagi kanal tidak berdasarkan waktu (seperti pada TDMA) atau frekuensi (seperti pada FDMA), tetapi dengan cara mengkodekan data dengan sebuah kode khusus yang diasosiasikan dengan tiap kanal yang ada dan menggunakan sifat-sifat interferensi konstruktif dari kode-kode khusus itu untuk melakukan pemultipleksan..

Dalam perkembangan teknologi telekomunikasi telepon seluler terutama yang berkaitan dengan generasi ketiga (3G), CDMA menjadi teknologi pilihan masa depan yang memudahkan hubungan jarak jauh.

Keuntungan CDMA

Teknologi CDMA sendiri memiliki berbagai keuntungan jika diaplikasikan dalam sistem seluler. Keuntungan-keuntungan tersebut antara lain:

• Hanya membutuhkan satu frekuensi yang dibutuhkan untuk beberapa sektor/cell.
• Tidak membutuhkan equalizer untuk mengatasi gangguan spektrum sinyal.
• Dapat bergabung dengan metode akses lainnya, tidak membutuhkan penghitung waktu (guard time) untuk melihat rentang waktu dan penjaga pita (guard band) untuk menjaga intervensi antarkanal.
• Tidak membutuhkan alokasi dan pengelolaan frekuensi.
• Memiliki kapasitas yang halus untuk membatasi para pengguna akses.
• Memiliki proteksi dari proses penyadapan.

Penggunaan di dalam telepon bergerak

Sejumlah istilah yang berbeda digunakan untuk mengacu pada penerapan CDMA. Standar pertama yang diprakarsai oleh QUALCOMM dikenal sebagai IS-95, IS mengacu pada sebuah Standar Interim dari Asosiasi Industri Telekomunikasi (Telecommunications Industry Association, TIA) yang terakreditasi oleh "American National Standards Institute" (ANSI). IS-95 sering disebut sebagai 2G atau seluler generasi kedua. Merk dagang cdmaOne dari QUALCOMM juga digunakan untuk menyebut standar 2G CDMA.

Setelah beberapa kali revisi, IS-95 digantikan oleh standar IS-2000. Standar ini diperkenalkan untuk memenuhi beberapa kriteria yang ada dalam spesifikasi IMT-2000 untuk 3G, atau seluler generasi ketiga. Standar ini juga disebut sebagai 1xRTT yang secara sederhana berarti "1 times Radio Transmission Technology" yang mengindikasikan bahwa IS-2000 menggunakan kanal bersama 1.25-MHz sebagaimana yang digunakan standar IS-95 yang asli. Suatu skema terkait yang disebut 3xRTT menggunakan tiga kanal pembawa 1.25-MHz menjadi sebuah lebar pita 3.75-MHz yang memungkinkan laju letupan data (data burst rates) yang lebih tinggi untuk seorang pengguna individual, tetapi skema 3xRTT belum digunakan secara komersial. Yang terbaru, QUALCOMM telah memimpin penciptaan teknologi baru berbasis CDMA yang dinamakan 1xEV-DO, atau IS-856, yang mampu menyediakan laju transmisi paket data yang lebih tinggi seperti yang dipersyaratkan oleh IMT-2000 dan diinginkan oleh para operator jaringan nirkabel.

System CDMA QUALCOMM meliputi sinyal waktu yang sangat akurat (biasanya mengacu pada sebuah receiver GPS pada stasiun pusat sel ("cell base station"), sehingga jam berbasis telepon seluler CDMA adalah jenis jam radio yang semakin populer untuk digunakan pada jaringan komputer.

Keuntungan utama menggunakan sinyal telepon seluler CDMA untuk keperluan jam referensi adalah bahwa mereka akan bekerja lebih baik di dalam bangunan, sehingga menghilangkan kebutuhan untuk memasang sebuah antena GPS di luar bangunan.

Yang juga sering dikacaukan dengan CDMA adalah W-CDMA. Teknik CDMA digunakan sebagai prinsip dari antarmuka udara W-CDMA, dan antarmuka udara W-CDMA digunakan di dalam Standar 3G global UMTS dan standar 3G Jepang FOMA, oleh NTT DoCoMo and Vodafone; namun bagaimanapun, keluarga standar CDMA (termasuk cdmaOne dan CDMA2000) tidaklah compatible dengan keluarga standar W-CDMA.

Aplikasi penting lain daripada CDMA, mendahului dan seluruhnya berbeda dengan seluler CDMA, adalah Global Positioning System, GPS.

Detail teknis 123

Dasar Matematis

CDMA menggunakan orthogonality sebagai inti dari kandungan matematisnya. Misal kita menampilkan sinyal data sebagai vector. Sebagai contoh, rangkaian biner "1011" akan diwakili oleh vektor (1, 0, 1, 1). Kita bisa memberi nama kepada vektor ini, dengan memakai huruf tebal, misal a. Kita juga bisa memakai operasi pada vektor-vektor ini, diketahui sebagai dot product, untuk "mengalikan" vektor-vektor, dengan cara menjumlahkan hasil dari masing2 komponen. Sebagai contoh, dot product dari (1, 0, 1, 1) dan (1, -1, -1, 0) menghasilkan (1)(1)+(0)(-1)+(1)(-1)+(1)(0)=1+-1=0. Dimana dot product dari vector a dan b adalah 0, kita bisa mengatakan dua vektor ini adalah orthogonal.

Hasil dot memiliki beberapa sifat, dan salah satunya akan menolong kita memahami bagaimana CDMA bekerja. Untuk vektor-vektor a, b, c:

$\mathbf {a} \cdot (\mathbf {b} +\mathbf {c} )=\mathbf {a} \cdot \mathbf {b} +\mathbf {a} \cdot \mathbf {c} ,\quad \mathrm {and}$

$\mathbf {a} \cdot k\mathbf {b} =k(\mathbf {a} \cdot \mathbf {b} ).$

Akar pangkat dua dari a.a adalah bilangan real, dan ini sangat penting. Kita bisa menulis

$||\mathbf {a} ||={\sqrt {\mathbf {a} \cdot \mathbf {a} }}.$

Asumsi vektor2 a dan b adalah orthogonal. Maka:

$\mathbf {a} \cdot (\mathbf {a} +\mathbf {b} )=||\mathbf {a} ||^{2}\quad \mathrm {since} \quad \mathbf {a} \cdot \mathbf {a} +\mathbf {a} \cdot \mathbf {b} =||a||^{2}+0,$

$\mathbf {a} \cdot (-\mathbf {a} +\mathbf {b} )=-||\mathbf {a} ||^{2}\quad \mathrm {since} \quad -\mathbf {a} \cdot \mathbf {a} +\mathbf {a} \cdot \mathbf {b} =-||a||^{2}+0,$

$\mathbf {b} \cdot (\mathbf {a} +\mathbf {b} )=||\mathbf {b} ||^{2}\quad \mathrm {since} \quad \mathbf {b} \cdot \mathbf {a} +\mathbf {b} \cdot \mathbf {b} =0+||b||^{2},$

$\mathbf {b} \cdot (\mathbf {a} -\mathbf {b} )=-||\mathbf {b} ||^{2}\quad \mathrm {since} \quad \mathbf {b} \cdot \mathbf {a} -\mathbf {b} \cdot \mathbf {b} =0-||b||^{2}.$

Implementasi

Sinyal modulasi dalam CDMA menggunakan kode untuk mengirimkan sinyal data

An example of 4 orthogonal digital signals.

Misalkan sekarang kita memiliki satu set vektor yang saling ortogonal satu sama lain. Biasanya vektor ini khusus dibuat untuk kemudahan decoding - mereka adalah kolom atau baris dari matriks Walsh yang dibangun dari fungsi Walsh - tetapi tegas secara matematis batasan hanya pada vektor ini adalah bahwa mereka ortogonal. Contoh fungsi ortogonal ditampilkan dalam gambar di sebelah kanan. Sekarang, bergaul dengan satu pengirim vektor dari himpunan ini, katakanlah v, yang disebut kode chip. Associate angka nol dengan vektor-v, dan satu digit dengan vektor v. Sebagai contoh, jika v = (1, -1), maka vektor biner (1, 0, 1, 1) akan sesuai dengan (1, -1, -1,1,1, -1,1, -1). Untuk keperluan artikel ini, kita sebut dibangun ini vektor vektor yang ditransmisikan.

Setiap pengirim memiliki berbeda, vektor unik dipilih dari yang ditetapkan, tetapi pembangunan vektor yang ditransmisikan identik.

Sekarang, sifat fisik dari interferensi misalkan bila 2 sinyal secara bersamaan punya phase yang sama, mereka akan "saling menambah" menghasilkan 2 kali amplitudo dari masing-masing sinyal. Tetapi jika sinyal-sinyal tersebut tidak dalam phase yang sama, maka mereka akan "saling mengurangi" dan menghasilkan sebuah sinyal yang berbeda amplitudonya. Secara digital, sifat-sifat ini cukup bisa dimodelkan dengan penambahan vektor transmisi. Jadi, jika kita punya 2 pengirim, masing-masing mengirikam secara bersamaan, salah satu dengan chip code (1,-1) dan data vektor (1,0,1,1), dan pengirim yang lain dengan chip code(1,1) dan data vektor (0,0,1,1),sinyal mentah yang akan di terima menjadi (1,-1,-1,1,1,-1,1,-1)+(-1,-1,-1,-1,1,1,1,1)=(0,-2,-2,0,2,0,2,0).

Misalkan sebuah penerima mendapat semacam sinyal seperti di atas, dan ingin menngetahui transmiter mana yang mengirim dengan chip code (1,-1). Penerima akan menggunakan properti-properti yang dijelaskan di atas, dan mengambil dot product pada vektor yang diterima dalam beberapa bagian. Ambil 2 komponen pertama dari vektor yang di terima, Yaitu (0,-1). Sekarang, (0,-2).(1,-1)=(0)(1)+(-2)(-1)=2. Karena ini positif, kita bisa menyimpulkan bahwa digit "1" sudah dikirimkan. Mengambil 2 komponen selanjutnya, yaitu (-2,0),(-2,0).(1,-1)=-2. Karena ini negatif kita bisa menyimpulkan bahwa digit "0" telah dikirimkan. Dengan terus melanjutkannya pada komponen-komponen selanjutnya kita bisa memecahkan transmiter mana yang telah mengirimkan dengan chip code (1,-1) yaitu (1,0,1,1) Likewise, applying the same process with chip code (1, 1): (1, 1).(0,-2) = -2 gives digit 0, (1, 1).(-2,0)=(1)(-2)+(1)(0)=-2 gives digit 0, and so on, to give us the data vector sent by the transmitter with chip code (1, 1): (0, 0, 1, 1).

Sekarang, ada isu-isu tertentu di mana proses matematika ini dapat terganggu. Anggaplah bahwa satu pengirim mentransmisikan pada kekuatan sinyal yang lebih tinggi daripada yang lain. Kemudian orthogonality kritis properti bisa terganggu, sehingga sistem bisa gagal. Jadi mengendalikan kekuatan daya merupakan masalah penting dengan pemancar CDMA. A TDMA atau FDMA penerima dapat secara teori benar sewenang-wenang menolak sinyal yang kuat pada slot waktu lain atau frekuensi saluran. Hal ini tidak berlaku untuk CDMA; penolakan sinyal yang tidak diinginkan hanya parsial. Jika salah satu atau semua sinyal yang tidak diinginkan jauh lebih kuat daripada sinyal yang diinginkan, mereka akan menguasai mereka. Ini menyebabkan persyaratan umum dalam sistem CDMA kira-kira sesuai dengan berbagai tingkat kekuatan sinyal seperti yang terlihat pada penerima. Dalam CDMA seluler, stasiun basis menggunakan loop tertutup cepat skema kontrol daya untuk mengontrol ketat setiap daya pancar perangkat.

Anggaplah suara itu hadir dalam saluran nol mengambil sedikit untuk beberapa nilai lain. Maka ini juga akan mengganggu orthogonality properti, dan dengan demikian menambah tingkat ekstra forward error correction (FEC) coding juga penting.

Sejauh ini, kita telah mengasumsikan bahwa waktu adalah mutlak CDMA tepat, yaitu tepat pemancar mentransmisikan pada titik-titik dalam kelipatan panjang urutan chip. Tentu saja, dalam kenyataannya, ini tidak praktis untuk mencapai, sehingga semua bentuk CDMA menggunakan spread spectrum memperoleh proses untuk memungkinkan penerima untuk mendiskriminasikan sebagian sinyal yang tidak diinginkan. Sinyal dengan kode chip yang dikehendaki dan waktu diterima, sedangkan sinyal dengan kode chip yang berbeda (atau kode penyebaran yang sama namun waktu yang berbeda offset) muncul sebagai suara wideband dikurangi dengan proses mendapatkan.

Keuntungan utama CDMA atas TDMA dan FDMA adalah bahwa kode CDMA yang tersedia berjumlah tak hingga. Hal ini membuat CDMA secara ideal cocok bagi sejumlah besar pemancar yang masing-masing menjangkitkan sejumlah kecil trafik pada selang waktu tak teratur, karena hal itu menghindari overhead untuk mengalokasi dan men-dealokasi secara terus-menerus sejumlah terbatas slot waktu ortogonal atau kanal frekuensi ke pemancar individual. Pemancar CDMA dengan begitu saja mengirim ketika mereka mempunyai sesuatu untuk dikirim dan diam ketika tidak.

Soft Handoff

Soft handoff (or soft handover) adalah salah satu inovasi dalam mobilitas di mana mungkin dilakukan dengan teknologi CDMA. Hal ini berkaitan dengan teknik atau pemindahan dari satu sel ke sel yang lain tanpa memutuskan hubungan radio kapanpun. Di dalam teknologi TDMA dan sistem analog,setiap pancaran sel pada frekuensinya sendiri, berbeda daripada sel-sel tetangganya. Jika sebuah perangkat bergerak telah mencapai batas dari sel yang melayani call sekarang, dapat dikatakan akan memutus hubungan radio dan secepatnya menyesuaikan dengan salah satu frekuensi sel-sel tetangganya di mana call telah dipindahkan oleh jaringan dikarenakan perpindahan lokasi dari peralatan bergerak tersebut. Jika peralatan bergerak tersebut tidak bisa menyesuaikan dengan frekuensi barunya dalam sekejap, maka panggilan akan diputus.

Di dalam Sistem CDMA, satu set sel bertetangga semuanya menggunakan frekuensi yang sama untuk transmisi dan sel yang berbeda (atau base station) dalam arti adalah sebuah nomor yang disebut "PN offset", di saat time offset dari permulaan pseudo-random noise sequence yang diketahui di mana digunakan untuk menyebarkan sinyal dari base station.Dikarenakan semua sel berada pada satu frekuensi, mendengarkan pada BTS yang berbeda sekarang adalah tantangan dalam pemprosesan sinyal digital berbasis pada offset dari sekuen PN,bukan Tranmisi RF dan berdasarkan penerimaan pada frekuensi terpisah. Apabila handphone CDMA menjelajah melalui jaringan, ia mengenali offset PN dari sel bertetangga dan melaporkan kekuatan setiap sinyal kembali ke sel acuan dari hubungan percakapan (biasanya sel yang terkuat). Jika sinyal dari sebuah sel bertetangga cukup kuat,perangkat bergerak tersebut akan dihubungkan langsung pada "add a leg" panggilannya dan memulai mentranmisikan dan menerima ke dan dari sel baru dalam arti ke sel (atau sel-sel) panggilan yang baru saja digunakan. Begitu juga,jika sebuah sinyal sel melemah,maka handset akan secara langsung diputus hubungannya. Dalam hal ini, handset dapat bergerak dari sel ke sel dan menambah dan membuang jika diperlukan dengan tujuan untuk menjaga call hingga tanpa memutuskan hubungan. Dalam praktiknya,ada batasan-batasan frekuensi, sering antara sinyal pembawa yang berbeda atau sub-jaringan. Pada keadaan ini, handset CDMA akan menggunakan jalan yang sama seperti dalam TDMA atau analog dan menjalankan sebuah perpindahan yang ekstrem di mana hal ini akan memutus hubungan dan mencoba mengambil frekuensi baru di mana ia baru saja mati.

Fitur CDMA

• Sinyal pesan pita sempit (narrowband) akan digandakan dengan penyebaran sinyal pita lebar ( wideband ) atau pseudonoise code
• Setiap pengguna mempunyai kode pseudonoise (PN) sendiri-sendiri.
• Soft capacity limit: performansi sistem akan berubah untuk semua pengguna begitu jumlah pengguna meningkat.
• Near-far problem (masalah dekat-jauh)
• Interferensi terbatas: kontrol daya sangat diperlukan
• Lebar bandwidth menimbulkan keaneka ragaman,sehingga menggunakan rake receiver
• Akan membutuhkan semua komputer yang pernah dibuat di bumi untuk memecahkan kode dari satu setengah percakapan dalam sistem CDMA!

Lihat pula

• CDMA2000
• GSM

Pranala luar

• The Third Generation Partnership Project 2 (3GPP2) Diarsipkan 2004-01-23 di Wayback Machine.
• The Third Generation Partnership Project (3GPP)
• CDMA Development Group (CDG)
• Links to CDMA Whitepapers/Tutorials (CDG)
• Radio-Electronics.Com
• Qualcomm CDMA Technologies (QCT)
• CDMA in Africa
• CDMA Development Group
• Learning by Simulations Direct Sequence CDMA Simulation

Bacaan yang disarankan

• Andrew J. Viterbi. (1995) CDMA: Principles of Spread Spectrum Communication (1st edition) Prentice Hall PTR ISBN 0-201-63374-4