CDMA

Code division multiple access (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), namun dengan cara mengkodekan data dengan sebuah kode khusus yang diasosiasikan dengan tiap kanal yang ada dan mengunakan sifat-sifat interferensi konstruktif dari kode-kode khusus itu untuk melakukan pemultipleksan.

CDMA juga mengacu pada sistem telepon seluler digital yang menggunakan skema akses secara bersama ini,seperti yang diprakarsai oleh Qualcomm.

CDMA adalah sebuah teknologi militer yang digunakan pertama kali pada Perang Dunia II oleh sekutu Inggris untuk menggagalkan usaha Jerman mengganggu transmisi mereka. Sekutu memutuskan untuk mentransmisikan tidak hanya pada satu frekuensi, namun pada beberapa frekuensi, menyulitkan Jerman untuk menangkap sinyal yang lengkap.

Sejak itu CDMA digunakan dalam banyak sistem komunikasi, termasuk pada Global Positioning System (GPS) dan pada sistem satelit OmniTRACS untuk logistik transportasi. Sistem terakhir didesain dan dibangun oleh Qualcomm, dan menjadi cikal bakal yang membantu insinyur-insinyur Qualcomm untuk menemukan Soft Handoff dan kendali tenaga cepat, teknologi yang diperlukan untuk menjadikan CDMA praktis dan efisien untuk komunikasi seluler terrestrial.

Keuntungan CDMA

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

hanya membutuhkan satu radio 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

Pengunaan di dalam mobile telephony

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 Telecommunications Industry Association (TIA). 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 selular 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, namun skema 3xRTT belum digunakan secara komersil. 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.

Detil teknis

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

An example of 4 orthogonal digital signals.

Suppose now we have a set of vectors that are mutually orthogonal to each other. Usually these vectors are specially constructed for ease of decoding -- they are columns or rows from Walsh matrices that are constructed from Walsh functions -- but strictly mathematically the only restriction on these vectors is that they are orthogonal. An example of orthogonal functions is shown in the picture on the right. Now, associate with one sender a vector from this set, say v, which is called the chip code. Associate a zero digit with the vector -v, and a one digit with the vector v. For example, if v=(1,-1), then the binary vector (1, 0, 1, 1) would correspond to (1,-1,-1,1,1,-1,1,-1). For the purposes of this article, we call this constructed vector the transmitted vector.

Each sender has a different, unique vector chosen from that set, but the construction of the transmitted vector is identical.

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).

Now, there are certain issues where this mathematical process can be disrupted. Suppose that one sender transmits at a higher signal strength than another. Then the critical orthogonality property can be disrupted, and thus the system can fail. Thus controlling power strength is an important issue with CDMA transmitters. A TDMA or FDMA receiver can in theory completely reject arbitrarily strong signals on other time slots or frequency channels. This is not true for CDMA; rejection of unwanted signals is only partial. If any or all of the unwanted signals are much stronger than the desired signal, they will overwhelm it. This leads to a general requirement in any CDMA system to approximately match the various signal power levels as seen at the receiver. In CDMA cellular, the base station uses a fast closed-loop power control scheme to tightly control each mobile's transmit power.

Suppose that noise present in a channel takes a zero bit to some other value. Then this will also disrupt the orthogonality property, and thus adding an extra level of forward error correction (FEC) coding is also vital.

So far, we have assumed that CDMA timing is absolutely exact, that is, transmitters exactly transmit at points in multiples of the length of the chip sequence. Of course, in reality, this is impractical to achieve, so all forms of CDMA use spread spectrum process gain to allow receivers to partially discriminate against unwanted signals. Signals with the desired chip code and timing are received, while signals with different chip codes (or the same spreading code but a different timing offset) appear as wideband noise reduced by the process gain.

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 dimana 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 dimana call telah dipindahkan oleh jaringan dikarenakan perpindahan lokasi dari peralatan bergerak tersebut.Jika peralatan bergenrak tersebut tidak bisa menyesuaikan dengan frekuensi barunya dalam sekejap,maka call akan diputus.

Didalam Sistem CDMA, satu set sel bertetangga semuanya menggunakan frekuensi yang sama untuk transmisi dan sel yang berbeda (atau base station) dalam arti adalah sebuah nomer yang disebut "PN offset",disaat time offset dari permulaan pseudo-random noise sequence yang diketahui dimana 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"' callnya dan memulai mentranmisikan dan menerima ke dan dari sel baru dalam arti ke sel (atau sel-sel)call yang baru saja digunakan. Begitu juga,jika sebuah sinyal sel melemah,maka handset akan secara langsung diputus hubungannya.Dslsm hsl ini,handset dapat bergerak dari sel ke sel dan menambah dan membuang jika diperlukan dengan tujuan untuk menjaga call hingga tanpa memutuskan hubungan. Dalam prakteknya,ada batasan-batasan frekuensi,sering antara siynal 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 ekstrim dimana hal ini akan memutus hubungan dan mencoba mengambil frekuensi baru dimana ia baru saja mati.

Fitur CDMA

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

Lihat pula

Pranala luar

Bacaan yang disarankan

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

Artikel bertopik telekomunikasi ini adalah sebuah rintisan. Anda dapat membantu Wikipedia dengan mengembangkannya.