CDMA

Code division multiple access (CDMA) adalah sebuah bentuk pemultipleksan (bukan sebuah skema pemodulasian) dan sebuah metode akses jamak 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 jamak ini,seperti yang diprakarsai oleh Qualcomm, atau W-CDMA

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.

Sejarah CDMA

silahkan lihat: direct-sequence spread spectrum (DSSS).

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.

Now, the physical properties of interference say that if two signals at a point are in phase, they will "add up" to give twice the amplitude of each signal, but if they are out of phase, they will "subtract" and give a signal that is the difference of the amplitudes. Digitally, this behaviour can be modelled simply by the addition of the transmission vectors, componentwise. So, if we have two senders, both sending simultaneously, one with the chip code (1, -1) and data vector (1, 0, 1, 1), and another with the chip code (1, 1), and data vector (0,0,1,1), the raw signal received would be the sum of the transmission vectors (1,-1,-1,1,1,-1,1,-1)+(-1,-1,-1,-1,1,1,1,1)=(0,-2,-2,0,2,0,2,0).

Suppose a receiver gets such a signal, and wants to detect what the transmitter with chip code (1, -1) is sending. The receiver will make use of the property described in the above foundation section, and take the dot product to the received vector in parts. Take the first two components of the received vector, that is, (0, -2). Now, (0, -2).(1, -1) = (0)(1)+(-2)(-1) = 2. Since this is positive, we can deduce that a one digit was sent. Taking the next two components, (-2, 0), (-2, 0).(1,-1)=(-2)(1)+(0)(-1)=-2. Since this is negative, we can deduce that a zero digit was sent. Continuing in this fashion, we can successfully decode what the transmitter with chip code (1, -1) was sending: (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.

CDMA's main advantage over TDMA and FDMA is that the number of available CDMA codes is essentially infinite. This makes CDMA ideally suited to large numbers of transmitters each generating a relatively small amount of traffic at irregular intervals, as it avoids the overhead of continually allocating and deallocating a limited number of orthogonal time slots or frequency channels to individual transmitters. CDMA transmitters simply send when they have something to say, and go off the air when they don't.

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 Juga

Pranala luar

Bacaan yang disarankan

Andrew J. Viterbi. (1995) CDMA : Principles of Spread Spectrum Communication (1st edition) Prentice Hall PTR ISBN 0201633744

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

Jika Anda melihat halaman yang menggunakan templat {{stub}} ini, mohon gantikan dengan templat rintisan yang lebih spesifik.