Accès Multiple par Répartition en Code (CDMA)

Qu’est-ce que l’CDMA ?

L’Accès Multiple par Répartition de Code (CDMA, уn anglais, Code Division Multiple Access) est une méthode d’accès au canal fondamentale employée dans les télécommunications. Contrairement à ses homologues tels que l’Accès Multiple par Répartition dans le Temps (TDMA) ou l’Accès Multiple par Répartition en Fréquence (FDMA), qui attribuent des créneaux horaires ou des bandes de fréquence distincts à des utilisateurs individuels, l’CDMA permet à plusieurs émetteurs de transmettre simultanément des informations sur un unique canal de communication. Cette capacité distinctive de partager la même bande de fréquence sans rencontrer d’interférence rend l’CDMA indispensable dans divers domaines, y compris les normes de téléphonie mobile, les systèmes GPS et les communications par satellite.

Représentation de trois technologies différentes d'accès multiple utilisées dans les télécommunications : L'accès multiple par répartition en code (CDMA), l'accès multiple par répartition dans le temps (TDMA) et l'accès multiple par répartition en fréquence (FDMA). Chaque méthode est représentée par un graphique tridimensionnel montrant comment chaque technologie divise le spectre des communications différemment en fonction de la puissance, du temps et de la fréquence
Illustration d’un exemple clair de fonctionnement de l’CDMA, de l’FDMA et de l’TDMA

Technologies Clés de l’CDMA

Au cœur de la technologie CDMA se trouve la technologie à spectre étalé, qui répartit efficacement les fréquences parmi les utilisateurs. Cette technique disperse l’énergie du signal sur une large bande passante, réduisant les interférences et améliorant la robustesse du système. Un schéma de codage distinctif, un code ou une séquence d’étalement, distingue les signaux des utilisateurs, permettant leur séparation au niveau du récepteur.

Ces codes possèdent des propriétés mathématiques uniques assurant l’indépendance des signaux. L’information de l’utilisateur est multipliée par le code d’étalement, se répandant sur une gamme de fréquences complète. Le même code est ensuite utilisé au niveau du récepteur pour désétaler le signal et isoler l’information de l’utilisateur visé.

Optimisation de la Bande Passante

L’CDMA optimise la bande passante disponible en exploitant la gamme de fréquences entière allouée pour la communication. Contrairement à l’FDMA, où chaque utilisateur se voit attribuer une bande de fréquence dédiée, l’CDMA permet à tous les utilisateurs de transmettre simultanément, utilisant l’ensemble du spectre de fréquences. Cette utilisation efficace de la bande passante accueille une capacité supérieure d’utilisateurs concurrents, faisant de l’CDMA un choix attrayant pour les systèmes de communication caractérisés par une haute densité d’utilisateurs.

Techniques de Modulation et Applications

Divers schémas de modulation sont employés dans l’CDMA pour renforcer la robustesse et l’efficacité du système. Ces schémas déterminent la méthode par laquelle l’information est codée sur le signal porteur pour la transmission.

Les schémas couramment utilisés comprennent :

Technique de modulationDescription de la techniqueCaractéristiques principalesApplications courantes
BPSK (modulation par déplacement de phase binaire)Modulation de la phase du signal porteur pour transmettre des données, deux phases représentant les signaux binaires 0 et 1Simple et robuste contre le bruit
Moins efficace en termes de largeur de bande que les systèmes d’ordre supérieur
Communication par satellite
RFID et NFC
Applications à faible largeur de bande
QAM (modulation d’amplitude en quadrature)Combine la modulation d’amplitude et de phase pour transmettre plusieurs bits par symbole, ce qui permet d’atteindre des débits de données plus élevésEfficacité spectrale plus élevée
Plus complexe, nécessitant un meilleur rapport signal/bruit
Modem câble et large bande
Radiodiffusion télévisuelle numérique
Services internet à haut débit
OFDM (multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence)Divise la largeur de bande disponible en plusieurs sous-porteuses, chacune transportant une partie des données, afin d’améliorer l’efficacité et de réduire les interférencesEfficacité spectrale plus élevée
Plus complexe, nécessitant un meilleur rapport signal/bruit
Réseaux mobiles 4G LTE et 5G
Internet sans fil et à large bande
Radiodiffusion numérique (DAB, DVB)

Application de l’CDMA dans Divers Domaines

L’CDMA a bénéficié d’une large utilisation à travers divers domaines, remodelant les paysages de communication et améliorant les capacités de navigation.

Normes et Évolution des Téléphones Mobiles

L’CDMA a contribué de manière significative à l’évolution des normes de téléphonie mobile. Les premières normes telles que l’IS-95 (cdmaOne) offraient une capacité accrue et une meilleure qualité d’appel par rapport aux systèmes analogiques. L’évolution subséquente vers le CDMA2000 a introduit des débits de données plus élevés et a jeté les bases pour les standards 3G comme le W-CDMA. Cependant, avec l’avènement de la 5G, les opérateurs de réseaux mobiles abandonnent progressivement l’CDMA au profit de nouvelles technologies.

GPS et Communications par Satellite

L’CDMA trouve des applications dans la technologie du Système de Positionnement Global (GPS) et les communications par satellite.

  • GPS : L’CDMA permet la transmission simultanée de signaux provenant de plusieurs satellites, assurant une information de positionnement précise pour les récepteurs GPS à travers le monde.
  • Communications par Satellite : L’CDMA optimise la bande passante, permettant à plusieurs utilisateurs de transmettre des données simultanément, garantissant ainsi une communication efficace.

Spectre Étalé et Processus de Modulation

Dans le processus de modulation CDMA, un signal CDMA est créé en multipliant le signal d’information de l’utilisateur avec un code d’étalement. Cette action disperse l’énergie du signal sur une gamme de fréquences plus large et améliore la résilience contre les interférences.

La sélection du code d’étalement et du schéma de modulation est personnalisée pour répondre aux exigences particulières du système, assurant une performance et une fiabilité optimales.

Défis dans les Systèmes CDMA

L’un des défis dans les systèmes CDMA est la transmission asynchrone. Cela nécessite l’utilisation de séquences pseudo-aléatoires pour synchroniser les signaux reçus et distinguer entre les utilisateurs.

De plus, le problème de proche-loin se pose lorsque les utilisateurs sont à des distances variables de la station de base, conduisant à des écarts dans les forces des signaux. Les systèmes CDMA atténuent ce problème grâce à des techniques de contrôle de puissance.

Le contrôle efficace de la force du signal est impératif dans les systèmes CDMA pour prévenir les interférences et optimiser la capacité du système. Les émetteurs CDMA utilisent des algorithmes de contrôle de puissance pour réguler la puissance de transmission en fonction de la force du signal reçu. Cela minimise les interférences et améliore l’efficacité globale du système.

Références

  1. Torrieri, Don (2018). Principles of Spread-Spectrum Communication Systems, 4th ed.
  2. Stuber, Gordon L. (2017). Principles of Mobile Communication, 4th ed.
  3. Robert Price (28 juillet 1982). “Oral-History: Claude E. Shannon”. Engineering and Technology History Wiki.
  4. Code-division multiple access – Wikipedia
  5. What is CDMA (Code-Division Multiple Access)?
  6. What is CDMA and How Does it Work?

Additional Resources