Acceso Múltiple por División de Código (CDMA)
¿Qué es CDMA?
El Acceso Múltiple por División de Código (CDMA, del inglés Code Division Multiple Access) es un método de acceso al canal fundamental utilizado en las telecomunicaciones. A diferencia de sus contrapartes como el Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA) o el Acceso Múltiple por División de Frecuencia (FDMA), los cuales asignan franjas de tiempo o bandas de frecuencia distintas a usuarios individuales, CDMA permite a múltiples transmisores transmitir información simultáneamente sobre un único canal de comunicación. Esta capacidad distintiva de compartir la misma banda de frecuencia sin encontrarse con interferencia hace de CDMA un recurso indispensable en varios dominios, incluidos los estándares de teléfonos móviles, sistemas GPS y comunicaciones satelitales.
Tecnologías Clave que Impulsan a CDMA
En el núcleo de la tecnología CDMA se encuentra la tecnología de espectro ensanchado, la cual distribuye eficientemente las frecuencias entre los usuarios. Esta técnica dispersa la energía de la señal a lo largo de un amplio ancho de banda, reduciendo la interferencia y mejorando la robustez del sistema. Un esquema de codificación distintivo, un código de esparcimiento o secuencia, distingue las señales de los usuarios, permitiendo su separación en el receptor.
Estos códigos poseen propiedades matemáticas únicas que aseguran la independencia de la señal. La información del usuario se multiplica por el código de esparcimiento, extendiéndose a lo largo de un rango de frecuencia integral. El mismo código se emplea posteriormente en el receptor para desesparcir la señal y aislar la información del usuario destinatario.
Optimización del Ancho de Banda
CDMA optimiza el ancho de banda disponible aprovechando el rango de frecuencia completo asignado para la comunicación. A diferencia de FDMA, donde a cada usuario se le asigna una banda de frecuencia dedicada, CDMA permite a todos los usuarios transmitir simultáneamente, utilizando el espectro de frecuencia completo. Esta utilización eficiente del ancho de banda acomoda una mayor capacidad de usuarios concurrentes, haciendo de CDMA una opción atractiva para sistemas de comunicación caracterizados por una alta densidad de usuarios.
Técnicas de Modulación y Aplicaciones
Se emplean varios esquemas de modulación en CDMA para reforzar la robustez y eficiencia del sistema. Estos esquemas determinan el método por el cual la información se codifica en la señal portadora para su transmisión.
Los esquemas comúnmente utilizados incluyen:
| Técnica de modulación | Descripción | Características principales | Aplicaciones comunes |
|---|---|---|---|
| BPSK (modulación binaria por desplazamiento de fase) | Modula la fase de la señal portadora para transmitir datos, con dos fases que representan 0 y 1 binarios | Sencillos y robustos frente al ruido Menos eficiente en ancho de banda que los esquemas de orden superior | Comunicación por satélite RFID y NFC Aplicaciones de bajo ancho de banda |
| QAM (modulación de amplitud en cuadratura) | Combina la modulación de amplitud y fase para transmitir varios bits por símbolo, lo que permite mayores velocidades de transmisión | Mayor eficiencia espectral Más complejos, requieren una mejor relación señal/ruido | Módem por cable y banda ancha Televisión digital Servicios de Internet de alta velocidad |
| OFDM (multiplexación por división ortogonal de frecuencias) | Divide el ancho de banda disponible en varias subportadoras, cada una de las cuales transporta una parte de los datos, para mejorar la eficacia y reducir las interferencias | Mayor eficiencia espectral Más complejo, requiere una mejor relación señal/ruido | Redes móviles 4G LTE y 5G Internet inalámbrico y de banda ancha Radiodifusión digital (DAB, DVB) |
Aplicación de CDMA en Diversos Dominios
CDMA ha logrado una amplia utilización a través de varios dominios, remodelando los paisajes de comunicación y mejorando las capacidades de navegación.
Estándares y Evolución de los Teléfonos Móviles
CDMA ha contribuido significativamente a la evolución de los estándares de teléfonos móviles. Los primeros estándares como el IS-95 (cdmaOne) ofrecieron una capacidad y calidad de llamada mejoradas en comparación con los sistemas análogos. La evolución subsecuente a CDMA2000 introdujo tasas de datos más altas y sentó las bases para los estándares 3G como el W-CDMA. Sin embargo, con la llegada de la 5G, los operadores de redes móviles están eliminando CDMA en favor de tecnologías más nuevas.
GPS y Comunicaciones Satelitales
CDMA encuentra aplicaciones en la tecnología del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) y en las comunicaciones satelitales.
- GPS: CDMA permite la transmisión simultánea de señales de múltiples satélites, asegurando información de posicionamiento precisa para los receptores de GPS en todo el mundo.
- Comunicaciones Satelitales: CDMA optimiza el ancho de banda, permitiendo a múltiples usuarios transmitir datos concurrentemente, asegurando una comunicación eficiente.
Espectro Ensanchado y Proceso de Modulación
En el proceso de modulación CDMA, una señal CDMA se crea multiplicando la señal de información del usuario con un código de esparcimiento. Esta acción dispersa la energía de la señal a través de un rango de frecuencia más amplio y mejora la resiliencia contra interferencias.
La selección del código de esparcimiento y el esquema de modulación se personaliza para adaptarse a los requisitos particulares del sistema, asegurando un rendimiento óptimo y confiabilidad.
Desafíos en los Sistemas CDMA
Uno de los desafíos en los sistemas CDMA es la transmisión asincrónica. Esto requiere el uso de secuencias pseudoaleatorias para sincronizar las señales recibidas y distinguir entre usuarios.
Adicionalmente, el problema de cerca-lejos surge cuando los usuarios están a diversas distancias de la estación base, lo que lleva a discrepancias en las intensidades de las señales. Los sistemas CDMA mitigan este problema a través de técnicas de control de potencia.
El control efectivo de la intensidad de la señal es imperativo en los sistemas CDMA para prevenir interferencias y optimizar la capacidad del sistema. Los transmisores CDMA emplean algoritmos de control de potencia para regular la potencia de transmisión basada en la intensidad de la señal recibida. Esto minimiza la interferencia y mejora la eficiencia general del sistema.
Referencias
- Torrieri, Don (2018). Principles of Spread-Spectrum Communication Systems, 4th ed.
- Stuber, Gordon L. (2017). Principles of Mobile Communication, 4th ed.
- Robert Price (28 de julio de 1982). “Oral-History: Claude E. Shannon”. Engineering and Technology History Wiki.
- Code-division multiple access – Wikipedia
- What is CDMA (Code-Division Multiple Access)?
- What is CDMA and How Does it Work?