Vícenásobný přístup s dělením kódu - Code-division multiple access

Multiplexování
Analogová modulace
DOPOLEDNE FM ODPOLEDNE QAM SM SSB
Režim obvodu (konstantní šířka pásma)
TDM FDM  / WDM SDMA Polarizace Prostorový OAM
Statistické multiplexování (variabilní šířka pásma)
Přepínání paketů Dynamický TDMA FHSS DSSS OFDMA SC-FDM MC-SS
související témata
Metody přístupu ke kanálu Střední řízení přístupu
proti t E

CDMA ( Code-Division Multiple Access ) je metoda přístupu ke kanálu, kterou používají různé radiokomunikační technologie. CDMA je příkladem vícenásobného přístupu , kdy několik vysílačů může odesílat informace současně přes jeden komunikační kanál. To umožňuje několika uživatelům sdílet pásmo frekvencí (viz šířka pásma ). Aby to umožnilo bez zbytečného rušení mezi uživateli, využívá CDMA technologii rozšířeného spektra a speciální kódovací schéma (kde je každému vysílači přiřazen kód).

CDMA optimalizuje využití dostupné šířky pásma, protože přenáší v celém frekvenčním rozsahu a neomezuje frekvenční rozsah uživatele.

Používá se jako přístupová metoda v mnoha standardech mobilních telefonů . IS-95 , také nazývaný „cdmaOne“, a jeho 3G vývoj CDMA2000 , jsou často jednoduše označovány jako „CDMA“, ale UMTS , standard 3G používaný GSM operátory, také používá „širokopásmový CDMA“ nebo W-CDMA, jako stejně jako TD-CDMA a TD-SCDMA, jako jeho rádiové technologie.

Může být také použit jako technologie přístupu ke kanálu nebo médiu, jako je například ALOHA, nebo jako trvalý pilotní/signalizační kanál, který uživatelům umožňuje synchronizovat jejich lokální oscilátory na společnou frekvenci systému, a tím také trvale odhadovat parametry kanálu.

V těchto schématech je zpráva modulována na delší šířící se sekvenci, skládající se z několika čipů (0es a 1es). Vzhledem ke svým velmi pokrokovým vlastnostem auto- a crosscorrelation jsou tyto šířící se sekvence po mnoho desetiletí také používány pro radarové aplikace, kde se nazývají Barkerovy kódy (s velmi krátkou délkou sekvence typicky 8 až 32).

Pro kosmické komunikační aplikace se také používá již mnoho desetiletí, a to díky velké dráze a dopplerovskému posunu způsobenému pohybem satelitu. Kvůli těmto efektům se v těchto aplikacích obvykle nepoužívá FDMA ani TDMA jako jediná modulace. CDMA se často používá s BPSK v jeho nejjednodušší formě, ale lze jej kombinovat s jakýmkoli modulačním schématem, jako v pokročilých případech QAM nebo OFDM, což je obvykle velmi robustní a efektivní (a vybavit je přesnými rozsahovými funkcemi, což je bez CDMA obtížné) . Jiná schémata používají subnosné založené na binárním offsetovém nosiči (BOC), který je inspirován Manchesterovými kódy a umožňuje větší mezeru mezi virtuální středovou frekvencí a subnosnými, což není případ OFDM subnosných. Mnoho dopravců (například AT&T a Verizon ) v roce 2022 vypne sítě 3G CDMA.

Dějiny

Technologie kanálů s vícenásobným přístupem s dělením kódu je již dlouho známá. V Sovětském svazu (SSSR) byla první práce věnovaná tomuto tématu publikována v roce 1935 Dmitrijem Ageevem . Ukázalo se, že pomocí lineárních metod existují tři typy oddělení signálu: frekvence, čas a kompenzační. Technologie CDMA byla použita v roce 1957, kdy mladý vojenský radiotechnik Leonid Kupriyanovich v Moskvě vyrobil experimentální model nositelného automatického mobilního telefonu, jím nazývaného LK-1, se základnovou stanicí. LK-1 má hmotnost 3 kg, provozní vzdálenost 20–30 km a výdrž baterie 20–30 hodin. Základna, jak popisuje autor, by mohla sloužit několika zákazníkům. V roce 1958 vyrobil Kupriyanovich nový experimentální „kapesní“ model mobilního telefonu. Tento telefon vážil 0,5 kg. Aby sloužil více zákazníkům, Kupriyanovich navrhl zařízení, které nazval „korelačním zařízením“. V roce 1958 zahájil SSSR také vývoj „ altajské “ národní civilní mobilní telefonní služby pro automobily podle sovětského standardu MRT-1327. Telefonní systém vážil 11 kg (24 liber). Bylo umístěno v kufru vozidel vysoce postavených úředníků a v prostoru pro cestující používalo standardní sluchátko. Hlavními vývojáři altajského systému byly VNIIS (Voronezh Science Research Institute of Communications) a GSPI (State Specialized Project Institute). V roce 1963 byla tato služba spuštěna v Moskvě a v roce 1970 byla služba Altaj použita ve 30 městech SSSR.

Využití

Mobilní telefon CDMA2000

• Synchronní CDM (multiplexování s kódovým dělením, raná generace CDMA) byla implementována do systému Global Positioning System (GPS). To předchází a je odlišné od jeho použití v mobilních telefonech .
• Qualcomm norma IS-95 , prodávaný jako cdmaOne.
• Standard Qualcomm IS-2000 , známý jako CDMA2000, používá několik mobilních telefonních společností, včetně sítě Globalstar .
• Standard mobilního telefonu UMTS 3G, který používá W-CDMA .
• CDMA byla použita v satelitním systému OmniTRACS pro logistiku přepravy .

Kroky v modulaci CDMA

CDMA je technika s vícenásobným přístupem s rozšířeným spektrem. Technika rozprostřeného spektra šíří šířku pásma dat rovnoměrně pro stejný přenášený výkon. Rozšiřující kód je pseudonáhodný kód, který má na rozdíl od jiných úzkých pulzních kódů funkci úzké nejednoznačnosti . V CDMA běží lokálně generovaný kód mnohem vyšší rychlostí než data, která se mají přenášet. Data pro přenos jsou kombinována bitovým XOR (exkluzivní NEBO) s rychlejším kódem. Obrázek ukazuje, jak je generován signál s rozprostřeným spektrem. Datový signál s délkou pulzu (perioda symbolu) je XORED s kódovým signálem s dobou pulzu (perioda čipu). (Poznámka: šířka pásma je úměrná , kde = bitový čas.) Šířka pásma datového signálu je tedy a šířka pásma signálu rozprostřeného spektra je . Protože je mnohem menší než šířka pásma signálu s rozprostřeným spektrem, je mnohem větší než šířka pásma původního signálu. Poměr se nazývá šířící faktor nebo zisk zpracování a do určité míry určuje horní hranici celkového počtu uživatelů podporovaných současně základnovou stanicí. ${\ displaystyle T_ {b}}$${\ displaystyle T_ {c}}$${\ displaystyle 1/T}$${\ displaystyle T}$${\ displaystyle 1/T_ {b}}$${\ displaystyle 1/T_ {c}}$${\ displaystyle T_ {c}}$${\ displaystyle T_ {b}}$${\ displaystyle T_ {b}/T_ {c}}$

Generování signálu CDMA

Každý uživatel v systému CDMA používá k modulaci signálu jiný kód. Volba kódů použitých k modulaci signálu je při výkonu systémů CDMA velmi důležitá. Nejlepší výkon nastane, když je dobré oddělení mezi signálem požadovaného uživatele a signály ostatních uživatelů. Oddělení signálů se provádí korelací přijímaného signálu s místně generovaným kódem požadovaného uživatele. Pokud se signál shoduje s kódem požadovaného uživatele, pak bude korelační funkce vysoká a systém může tento signál extrahovat. Pokud kód požadovaného uživatele nemá se signálem nic společného, ​​korelace by měla být co nejblíže nule (čímž by byl signál eliminován); toto se označuje jako vzájemná korelace . Pokud je kód v korelaci se signálem v jakémkoli časovém posunu jiném než nula, korelace by měla být co nejblíže nule. Toto se označuje jako automatická korelace a používá se k odmítnutí rušení více cest.

Analogií problému vícenásobného přístupu je místnost (kanál), ve které si lidé chtějí navzájem mluvit současně. Aby nedošlo k záměně, lidé by se mohli střídat v mluvení (časové dělení), mluvit na různých výškách (frekvenční dělení) nebo mluvit v různých jazycích (kódové dělení). CDMA je analogická poslednímu příkladu, kde si lidé hovořící stejným jazykem navzájem rozumí, ale jiné jazyky jsou vnímány jako hluk a odmítány. Podobně v rádiu CDMA je každé skupině uživatelů přidělen sdílený kód. Mnoho kódů zaujímá stejný kanál, ale komunikovat mohou pouze uživatelé přidružení k určitému kódu.

CDMA obecně patří do dvou základních kategorií: synchronní (ortogonální kódy) a asynchronní (pseudonáhodné kódy).

Multiplexování s dělením kódu (synchronní CDMA)

Metoda digitální modulace je analogická těm, které se používají v jednoduchých rádiových vysílačích. V analogovém případě je nízkofrekvenční datový signál vynásoben časem vysokofrekvenčním čistým sinusovým nosičem a přenášen. Toto je ve skutečnosti frekvenční konvoluce ( Wiener – Khinchinova věta ) těchto dvou signálů, což vede k nosiči s úzkými postranními pásmy. V digitálním případě je sinusový nosič nahrazen Walshovými funkcemi . Jedná se o binární čtvercové vlny, které tvoří úplnou ortonormální sadu. Datový signál je také binární a násobení času je dosaženo jednoduchou funkcí XOR. Toto je obvykle Gilbertův buněčný mixér v obvodech.

Synchronní CDMA využívá matematické vlastnosti ortogonality mezi vektory představujícími datové řetězce. Například binární řetězec 1011 je reprezentován vektorem (1, 0, 1, 1). Vektory lze vynásobit odebráním jejich bodového součinu součtem součinů jejich příslušných složek (například pokud u = ( a , b ) a v = ( c , d ), pak jejich bodový součin u · v = ac + bd ). Pokud je bodový součin nula, říká se, že dva vektory jsou navzájem kolmé . Některé vlastnosti bodového produktu pomáhají porozumět tomu, jak W-CDMA funguje. Pokud jsou vektory a a b ortogonální, pak a: ${\ Displaystyle \ mathbf {a} \ cdot \ mathbf {b} = 0}$

${\ Displaystyle \ mathbf {a} \ cdot (\ mathbf {a} +\ mathbf {b}) = \ | \ mathbf {a} \ |^{2}, \ {\ text {since}} \ \ mathbf { a} \ cdot \ mathbf {a} +\ mathbf {a} \ cdot \ mathbf {b} = \ | \ mathbf {a} \ |^{2} +0,}$

${\ Displaystyle \ mathbf {a} \ cdot (-\ mathbf {a} +\ mathbf {b}) =-\ | \ mathbf {a} \ |^{2}, \ {\ text {since}} \ { -\ mathbf {a}} \ cdot \ mathbf {a} +\ mathbf {a} \ cdot \ mathbf {b} =-\ | \ mathbf {a} \ |^{2} +0,}$

${\ Displaystyle \ mathbf {b} \ cdot (\ mathbf {a} +\ mathbf {b}) = \ | \ mathbf {b} \ |^{2}, \ {\ text {since}} \ \ mathbf { b} \ cdot \ mathbf {a} +\ mathbf {b} \ cdot \ mathbf {b} = 0 +\ | \ mathbf {b} \ |^{2},}$

${\ Displaystyle \ mathbf {b} \ cdot (\ mathbf {a} -\ mathbf {b}) = -\ | \ mathbf {b} \ |^{2}, \ {\ text {since}} \ \ mathbf {b} \ cdot \ mathbf {a} -\ mathbf {b} \ cdot \ mathbf {b} = 0- \ | \ mathbf {b} \ |^{2}.}$

Každý uživatel v synchronním CDMA používá k modulaci signálu kód ortogonální ke kódům ostatních. Příklad 4 vzájemně ortogonálních digitálních signálů je uveden na obrázku níže. Ortogonální kódy mají vzájemnou korelaci rovnou nule; jinými slovy, navzájem se neruší. V případě IS-95 se ke kódování signálu k oddělení různých uživatelů používají 64bitové Walshovy kódy . Protože každý ze 64 Walshových kódů je ortogonální vůči všem ostatním, jsou signály směrovány do 64 ortogonálních signálů. Následující příklad ukazuje, jak lze kódovat a dekódovat signál každého uživatele.

Příklad

Příklad 4 vzájemně ortogonálních digitálních signálů

Začněte sadou vektorů, které jsou vzájemně ortogonální . (Ačkoli je vzájemná ortogonalita jedinou podmínkou, tyto vektory jsou obvykle konstruovány pro snadné dekódování, například sloupce nebo řádky z Walshových matic .) Příklad ortogonálních funkcí je uveden na sousedním obrázku. Tyto vektory budou přiřazeny jednotlivým uživatelům a nazývají se kód , čipový kód nebo čipovací kód . V zájmu stručnosti používá zbytek tohoto příkladu kódy v pouze se dvěma bity.

Každý uživatel je spojen s jiným kódem, řekněme v . 1 bit je reprezentován vysláním kladného kódu v a 0 bit je reprezentován záporným kódem −v . Pokud například v = ( v ₀ , v ₁ ) = (1, −1) a data, která si uživatel přeje přenášet, jsou (1, 0, 1, 1), pak by vysílané symboly byly

( v , −v , v , v ) = ( v ₀ , v ₁ , - v ₀ , - v ₁ , v ₀ , v ₁ , v ₀ , v ₁ ) = (1, −1, −1, 1, 1, −1, 1, −1).

Pro účely tohoto článku tento konstruovaný vektor nazýváme přenášený vektor .

Každý odesílatel má jiný, jedinečný vektor v vybraný z této sady, ale způsob konstrukce přenášeného vektoru je identický.

Nyní, kvůli fyzikálním vlastnostem interference, pokud jsou dva signály v bodě ve fázi, přidají se, aby poskytly dvojnásobnou amplitudu každého signálu, ale pokud jsou mimo fázi, odečtou a dají signál, který je rozdílem amplitudy. Digitálně lze toto chování modelovat přidáním přenosových vektorů, komponentu po komponentě.

Pokud má odesílatel0 kód (1, −1) a data (1, 0, 1, 1) a odesílatel1 má kód (1, 1) a data (0, 0, 1, 1) a oba odesílatelé vysílají současně, pak tato tabulka popisuje kroky kódování:

Protože signál0 a signál1 jsou vysílány současně do vzduchu, přidávají se k produkci surového signálu

(1, −1, −1, 1, 1, −1, 1, −1) + (−1, −1, −1, −1, 1, 1, 1, 1) = (0, −2, −2, 0, 2, 0, 2, 0).

Tento surový signál se nazývá interferenční obrazec. Přijímač poté extrahuje srozumitelný signál pro jakéhokoli známého odesílatele kombinací kódu odesílatele s interferenčním vzorem. Následující tabulka vysvětluje, jak to funguje, a ukazuje, že se signály navzájem neruší:

Dále po dekódování jsou všechny hodnoty větší než 0 interpretovány jako 1, zatímco všechny hodnoty menší než nula jsou interpretovány jako 0. Například po dekódování je data0 (2, -2, 2, 2), ale přijímač interpretuje toto jako (1, 0, 1, 1). Hodnoty přesně 0 znamenají, že odesílatel nepřenášel žádná data, jako v následujícím příkladu:

Předpokládejme, že signál 0 = (1, −1, −1, 1, 1, −1, 1, −1) je přenášen samostatně. Následující tabulka ukazuje dekódování na přijímači:

Když se přijímač pokusí dekódovat signál pomocí kódu sender1, jsou data všechna nulová, proto je vzájemná korelace rovna nule a je zřejmé, že sender1 nepřenášel žádná data.

Asynchronní CDMA

Pokud spojení mobil-základna nelze přesně koordinovat, zejména kvůli mobilitě mobilních telefonů, je vyžadován jiný přístup. Protože není matematicky možné vytvářet podpisové sekvence, které jsou ortogonální pro libovolně náhodné výchozí body a které plně využívají kódový prostor, používají se v asynchronní CDMA jedinečné „pseudonáhodné“ nebo „pseudohlučné“ sekvence, které se nazývají šířící sekvence systémy. Rozšiřující se sekvence je binární sekvence, která se objevuje náhodně, ale může být reprodukována deterministickým způsobem zamýšlenými přijímači. Tyto šířící se sekvence se používají ke kódování a dekódování uživatelského signálu v asynchronním CDMA stejným způsobem jako ortogonální kódy v synchronním CDMA (ukázáno v příkladu výše). Tyto šířící sekvence jsou statisticky nekorelované a součet velkého počtu šířících se sekvencí má za následek interferenci s vícenásobným přístupem (MAI), která je aproximována Gaussovým šumovým procesem (podle centrální limitní věty ve statistikách). Zlaté kódy jsou příkladem šířící se sekvence vhodné pro tento účel, protože mezi kódy je nízká korelace. Pokud jsou všichni uživatelé přijímáni se stejnou úrovní výkonu, pak se rozptyl (např. Hlukový výkon) MAI zvyšuje přímo úměrně k počtu uživatelů. Jinými slovy, na rozdíl od synchronního CDMA se signály ostatních uživatelů budou jevit jako šum pro požadovaný signál a budou mírně interferovat s požadovaným signálem v poměru k počtu uživatelů.

Všechny formy CDMA používají faktor rozprostřeného spektra, který umožňuje přijímačům částečně diskriminovat nežádoucí signály. Signály kódované specifikovanými šířícími sekvencemi jsou přijímány, zatímco signály s různými sekvencemi (nebo se stejnými sekvencemi, ale s různými časovými offsety) vypadají jako širokopásmový šum redukovaný roznášejícím faktorem.

Protože každý uživatel generuje MAI, je ovládání síly signálu důležitým problémem vysílačů CDMA. CDM (synchronní CDMA), TDMA nebo FDMA přijímač může teoreticky zcela odmítnout libovolně silné signály pomocí různých kódů, časových slotů nebo frekvenčních kanálů kvůli ortogonalitě těchto systémů. To neplatí pro asynchronní CDMA; odmítnutí nežádoucích signálů je jen částečné. Pokud jsou některé nebo všechny nežádoucí signály mnohem silnější než požadovaný signál, přemohou jej. To vede k obecnému požadavku v každém asynchronním systému CDMA přibližně odpovídat různým úrovním výkonu signálu, jak je vidět na přijímači. V buňkách CDMA využívá základnová stanice schéma rychlého řízení napájení s uzavřenou smyčkou k přísnému ovládání vysílacího výkonu každého mobilního telefonu.

V roce 2019 byla vyvinuta schémata pro přesný odhad požadované délky kódů v závislosti na Dopplerově a zpožďovacích charakteristikách. Brzy poté byly publikovány také techniky založené na strojovém učení, které generují sekvence požadované délky a šířících se vlastností. Ty jsou vysoce konkurenceschopné s klasickými sekvencemi Gold a Welch. Ty nejsou generovány pomocí posuvných registrů s lineární zpětnou vazbou, ale musí být uloženy ve vyhledávacích tabulkách.

Výhody asynchronního CDMA oproti jiným technikám

Efektivní praktické využití pevného frekvenčního spektra

CDMA, TDMA a FDMA mají teoreticky přesně stejnou spektrální účinnost, ale v praxi má každý své vlastní výzvy - řízení výkonu v případě CDMA, načasování v případě TDMA a generování/filtrování frekvence v případě FDMA .

Systémy TDMA musí pečlivě synchronizovat přenosové časy všech uživatelů, aby bylo zajištěno, že jsou přijímány ve správném časovém úseku a nezpůsobují rušení. Protože to nelze v mobilním prostředí dokonale ovládat, musí mít každý časový slot ochrannou dobu, což snižuje pravděpodobnost, že uživatelé budou zasahovat, ale sníží spektrální účinnost.

Podobně systémy FDMA musí používat ochranné pásmo mezi sousedními kanály kvůli nepředvídatelnému dopplerovskému posunu spektra signálu kvůli mobilitě uživatelů. Ochranná pásma sníží pravděpodobnost rušení sousedních kanálů, ale sníží využití spektra.

Flexibilní alokace zdrojů

Asynchronní CDMA nabízí klíčovou výhodu v flexibilní alokaci zdrojů, tj. Alokaci šířících sekvencí aktivním uživatelům. V případě CDM (synchronní CDMA), TDMA a FDMA je počet současných ortogonálních kódů, časových slotů a frekvenčních slotů pevně daný, proto je kapacita z hlediska počtu simultánních uživatelů omezená. Existuje pevný počet ortogonálních kódů, časových slotů nebo frekvenčních pásem, které mohou být přiděleny pro systémy CDM, TDMA a FDMA, které zůstávají nevyužité kvůli prudké povaze telefonování a paketových datových přenosů. Neexistuje žádný přísný limit pro počet uživatelů, kteří mohou být podporováni v asynchronním systému CDMA, pouze praktické omezení, které se řídí požadovanou pravděpodobností bitové chyby, protože SIR (poměr signálu k rušení) se nepřímo mění s počtem uživatelů. V prostředí s vysokou návštěvností, jako je mobilní telefon, má asynchronní CDMA výhodu v tom, že výkon (bitová chybovost) může kolísat náhodně s průměrnou hodnotou určenou počtem uživatelů a procentem využití. Předpokládejme, že existují 2 N uživatelé, kteří hovoří pouze polovinu času, pak 2 N uživatelé mohou být ubytováni se stejnou průměrnou pravděpodobností bitové chyby jako uživatelé N, kteří hovoří po celou dobu. Klíčovým rozdílem je, že pravděpodobnost bitové chyby pro N uživatele, kteří mluví po celou dobu, je konstantní, zatímco je to náhodná veličina (se stejným průměrem) pro 2 N uživatelů, kteří mluví polovinu času.

Jinými slovy, asynchronní CDMA je ideálně vhodný pro mobilní síť, kde každý velký počet vysílačů generuje relativně malé množství provozu v nepravidelných intervalech. Systémy CDM (synchronní CDMA), TDMA a FDMA nemohou obnovit nevyužité zdroje, které jsou vlastní burstovému provozu, kvůli pevnému počtu ortogonálních kódů, časových slotů nebo frekvenčních kanálů, které lze přiřadit jednotlivým vysílačům. Pokud například v systému TDMA existuje N časových slotů a 2 N uživatelé, kteří hovoří polovinu času, pak polovina času bude více než N uživatelů, kteří budou muset použít více než N časových slotů. Kromě toho by to vyžadovalo značné režijní náklady na nepřetržité přidělování a uvolňování zdrojů ortogonálních kódů, časových slotů nebo frekvenčních kanálů. Pro srovnání, asynchronní vysílače CDMA jednoduše odesílají, když mají co říct, a když tak nečinně vysílají, zachovávají stejnou posloupnost podpisů, pokud jsou připojeny k systému.

Charakteristiky CDMA s rozprostřeným spektrem

Většina schémat modulace se snaží minimalizovat šířku pásma tohoto signálu, protože šířka pásma je omezený zdroj. Techniky rozprostřeného spektra však používají šířku přenosového pásma, která je o několik řádů větší než minimální požadovaná šířka pásma signálu. Jedním z počátečních důvodů pro to byly vojenské aplikace včetně naváděcích a komunikačních systémů. Tyto systémy byly navrženy s použitím rozprostřeného spektra kvůli své bezpečnosti a odolnosti vůči rušení. Asynchronní CDMA má integrovanou určitou úroveň soukromí, protože signál je šířen pomocí pseudonáhodného kódu; tento kód způsobuje, že signály rozprostřeného spektra vypadají náhodně nebo mají vlastnosti podobné šumu. Přijímač nemůže demodulovat tento přenos bez znalosti pseudonáhodné sekvence použité ke kódování dat. CDMA je také odolný proti rušení. Rušící signál má k dispozici pouze omezené množství energie pro rušení signálu. Rušič může buď šířit svou energii po celé šířce pásma signálu, nebo ruší pouze část celého signálu.

CDMA může také účinně odmítat úzkopásmové rušení. Protože úzkopásmové rušení ovlivňuje pouze malou část signálu s rozprostřeným spektrem, lze jej snadno odstranit vrubovým filtrováním bez velké ztráty informací. Při obnově těchto ztracených dat lze použít konvoluční kódování a prokládání . Signály CDMA jsou také odolné vůči vícecestnému blednutí. Vzhledem k tomu, že signál rozprostřeného spektra zaujímá velkou šířku pásma, pouze malá část z toho bude v daném okamžiku blednout v důsledku vícecest. Stejně jako úzkopásmové rušení bude mít za následek pouze malou ztrátu dat a lze ji překonat.

Dalším důvodem, proč je CDMA odolná vůči interferenci s více cestami, je to, že opožděné verze přenášených pseudonáhodných kódů budou mít špatnou korelaci s původním pseudonáhodným kódem, a budou se tedy zobrazovat jako další uživatel, který je v přijímači ignorován. Jinými slovy, pokud vícecestný kanál indukuje alespoň jeden čip zpoždění, vícecestné signály dorazí k přijímači tak, že jsou v čase posunuty alespoň o jeden čip od zamýšleného signálu. Korelační vlastnosti pseudonáhodných kódů jsou takové, že toto mírné zpoždění způsobí, že se multipath jeví jako nekorelovaný se zamýšleným signálem, a proto je ignorován.

Některá zařízení CDMA používají přijímač hrábě , který využívá součásti vícecestného zpoždění ke zlepšení výkonu systému. Hrabový přijímač kombinuje informace z několika korelátorů, z nichž každý je naladěn na jiné zpoždění cesty, čímž vytváří silnější verzi signálu než jednoduchý přijímač s jedinou korelací naladěnou na zpoždění cesty nejsilnějšího signálu.

Opakované použití frekvence je schopnost znovu použít stejnou frekvenci rádiového kanálu na jiných buněčných místech v rámci buněčného systému. V systémech FDMA a TDMA je plánování frekvence důležitým faktorem. Frekvence používané v různých buňkách musí být pečlivě naplánovány, aby signály z různých buněk vzájemně nerušily. V systému CDMA lze použít stejnou frekvenci v každé buňce, protože channelizace se provádí pomocí pseudonáhodných kódů. Opětovné použití stejné frekvence v každé buňce eliminuje potřebu frekvenčního plánování v systému CDMA; musí se však provést plánování různých pseudonáhodných sekvencí, aby se zajistilo, že přijímaný signál z jedné buňky nekoreluje se signálem z blízké buňky.

Protože sousední buňky používají stejné frekvence, systémy CDMA mají schopnost provádět měkké předávání. Měkké předávání umožňuje mobilnímu telefonu komunikovat současně se dvěma nebo více buňkami. Je vybrána nejlepší kvalita signálu, dokud není předání dokončeno. To se liší od tvrdých odchylek používaných v jiných buněčných systémech. V těžké situaci, kdy se mobilní telefon blíží k předání, se síla signálu může prudce lišit. Naproti tomu systémy CDMA používají měkké předávání, které nelze detekovat a poskytuje spolehlivější a kvalitnější signál.

Kolaborativní CDMA

Pro uplink byl zkoumán nový kolaborativní přenosový a detekční schéma pro více uživatelů s názvem kolaborativní CDMA, který využívá rozdílů mezi slabnoucími podpisy uživatelů ke zvýšení kapacity uživatelů daleko za šířkou šíření v prostředí omezeném MAI. Autoři ukazují, že tohoto zvýšení je možné dosáhnout při nízké složitosti a vysokém výkonu bitové chybovosti v plochých blednoucích kanálech, což je hlavní výzkumná výzva pro přetížené systémy CDMA. V tomto přístupu místo použití jedné sekvence na uživatele, jako v konvenčním CDMA, autoři seskupují malý počet uživatelů, aby sdíleli stejnou sekvenci šíření a umožnili skupinové operace šíření a rozdělování. Nový kolaborativní přijímač pro více uživatelů se skládá ze dvou fází: fáze detekce více uživatelů (MUD) pro potlačení MAI mezi skupinami a fáze detekce maximální pravděpodobnosti s nízkou složitostí pro společnou obnovu dat společně šířených uživatelů pomocí minimálního Euklidovská míra vzdálenosti a koeficienty zisku kanálu uživatelů. Vylepšená verze CDMA známá jako vícenásobný přístup s prokládáním-dělení (IDMA) používá ortogonální prokládání jako jediný způsob oddělení uživatelů místo podpisové sekvence používané v systému CDMA.

Viz také

Poznámky

Reference

Další čtení

• Papathanassiou, A., Salkintzis, AK a Mathiopoulos, PT (2001). „Srovnávací studie uplinkového výkonu W-CDMA a OFDM pro mobilní multimediální komunikaci prostřednictvím satelitů LEO“ . IEEE Personal Communications , 8 (3), 35–43.

externí odkazy

• Diskuse na Princeton Institute for Advanced Study o práci Solomona Golomba o pseudonáhodných sekvencích