W-CDMA je primární technologií rádiového rozhraní pro 3G/UMTS, která využívá přímou sekvenci rozprostřeného spektra (DSSS) s šířkou pásma 5 MHz k poskytnutí vyšších přenosových rychlostí a kapacity než technologie 2G.

Popis

Wideband Code Division Multiple Access (W-CDMA) je základní technologií rádiového přístupu definovanou konsorciem 3GPP pro Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), standard mobilních sítí třetí generace (3G). Jedná se o technologii přímé sekvence rozprostřeného spektra (DSSS), kde jsou uživatelská data násobena vysokorychlostním pseudonáhodným číselným kódem, čímž je signál rozprostřen přes široký kanál o šířce pásma 5 MHz. Tato velká šířka pásma ve srovnání s 200 kHz kanály GSM je původem označení ‘Wideband’ (širokopásmový). Všichni uživatelé vysílají současně ve stejném kmitočtovém pásmu, ale jsou odděleni jedinečnými ortogonálními rozprostíracími kódy. Přijímač použije odpovídající kód k ‘složení’ (de-spread) a obnovení požadovaného uživatelského signálu z celkového přijatého signálu.

Rádiové rozhraní W-CDMA obvykle pracuje v párovém spektru (režim FDD) se samostatnými nosnými o šířce 5 MHz pro uplink a downlink, existuje však i varianta s časovým duplexem (TDD). Mezi klíčové komponenty fyzické vrstvy patří rozprostírací faktor (SF), který určuje zisk zpracování a datový tok, a skramblovací kód, který odděluje různé buňky nebo uživatele. Architektura se skládá z uživatelského zařízení (UE) a pozemní rádiové přístupové sítě UMTS (UTRAN), která zahrnuje Node B (základnovou stanici) a řadiče rádiové sítě (RNC). RNC spravuje rádiové zdroje, předávání hovorů a připojuje se k jádru sítě přes rozhraní Iu. W-CDMA podporuje proměnné datové toky až do 2 Mbps ve své počáteční verzi, čehož je dosaženo pomocí adaptivní modulace, proměnných rozprostíracích faktorů a přenosu s více kódy.

Provoz W-CDMA je charakterizován řízením výkonu, měkkým předáváním hovorů a RAKE přijímači. Rychlé uzavřené řízení výkonu (1500 Hz) je klíčové pro potlačení problému blízký-vzdálený, vlastního systémům CDMA, a zajišťuje, že všechny signály dorazí k základnové stanici s podobnou úrovní výkonu. Měkké předávání umožňuje, aby bylo UE současně připojeno k více Node B, čímž zlepšuje spolehlivost na okrajích buněk. RAKE přijímač využívá více ‘prstů’ ke kombinaci energie signálu z různých šířicích drah (víbecestné šíření), čímž mění potenciální zhoršení na výhodu prostřednictvím diverzity drah. Tyto mechanismy společně poskytují robustní mobilní komunikaci s vysokou kapacitou a tvoří základ, na kterém byly vybudovány technologie High-Speed Packet Access (HSPA) pro další vylepšení datových schopností.

K čemu slouží

W-CDMA bylo vyvinuto za účelem splnění požadavků IMT-2000 Mezinárodní telekomunikační unie (ITU) na systémy mobilních sítí 3G, které vyžadovaly výrazně vyšší přenosové rychlosti, spektrální účinnost a podporu multimediálních služeb ve srovnání s technologiemi 2G, jako je GSM (které používalo TDMA/FDMA). Hlavními omezeními 2G byly úzkopásmové kanály (200 kHz), které omezovaly datové toky, a neefektivní využití spektra pro přerušovaná paketová data. CDMA, jehož průkopníkem byla společnost Qualcomm, nabízelo teoretické výhody v kapacitě, frekvenčním využití (faktor opakování kmitočtu 1) a plynulém zhoršování při zatížení.

Vytvoření W-CDMA konkrétně směřovalo k poskytnutí globálního standardu pro 3G, který by podporoval bezproblémový mezinárodní roaming, vysokou kvalitu hlasu a rostoucí poptávku po mobilním přístupu k internetu. Bylo navrženo tak, aby koexistovalo s GSM sítěmi a nakonec je nahradilo, což vyžadovalo dvou režimové terminály. Šířka pásma 5 MHz byla zvolena jako kompromis mezi potenciálem pro vysoké datové toky a dostupnými alokacemi spektra po celém světě. W-CDMA vyřešilo problém umožnění skutečných mobilních širokopásmových služeb, jako je videohovor, mobilní TV a vysokorychlostní přístup k internetu, v komerčním měřítku. Vytvořilo flexibilní rádiovou platformu optimalizovanou pro přenos paketů, která mohla být dále vyvíjena, což vedlo přímo k HSPA a poskytlo technologický základ pro mobilní datovou revoluci.

Klíčové vlastnosti

• Šířka kanálu 5 MHz využívající přímou sekvenci rozprostřeného spektra (DSSS)
• Vícenásobný přístup s kódovým dělením oddělující uživatele ortogonálními kódy s proměnným rozprostíracím faktorem (OVSF)
• Rychlé řízení výkonu (1500 Hz) pro zvládnutí interference a problému blízký-vzdálený
• Podpora měkkého a měkčího předávání hovorů pro plynulou mobilitu
• RAKE přijímač pro využití diverzity z vícecestného šíření
• Proměnné datové toky až do 2 Mbps (teoreticky) v počátečních verzích, podpora spojově orientovaných i paketově orientovaných služeb

Související pojmy

• UMTS – Universal Mobile Telecommunications System
• HSPA – High Speed Packet Access
• CDMA – Code Division Multiple Access

Definující specifikace

• TS 21.133 (Rel-5) — 3G Security Requirements
• TS 25.821 (Rel-8) — UMTS1500 Work Item Technical Report

📖 Anglický originál a plná specifikace: W-CDMA na 3GPP Explorer