CDMA - Kurzanleitung

Was ist CDMA?

COde Division Multiple Access (CDMA) ist eine digitale Mobilfunktechnologie für die mobile Kommunikation. CDMA ist die Basis, auf der Zugriffsmethoden wie cdmaOne, CDMA2000 und WCDMA basieren. CDMA-Zellularsysteme gelten als überlegen gegenüber FDMA und TDMA, weshalb CDMA eine entscheidende Rolle beim Aufbau effizienter, robuster und sicherer Funkkommunikationssysteme spielt.

Eine einfache Analogie

Nehmen wir eine einfache Analogie, um das Konzept von CDMA zu verstehen. Angenommen, wir haben ein paar Schüler in einem Klassenzimmer versammelt, die gleichzeitig miteinander sprechen möchten. Nichts wäre hörbar, wenn alle gleichzeitig anfangen zu sprechen. Entweder müssen sie sich abwechseln, um zu sprechen, oder sie müssen verschiedene Sprachen verwenden, um zu kommunizieren.

Die zweite Option ist CDMA ziemlich ähnlich - Schüler, die dieselbe Sprache sprechen, können sich verstehen, während andere Sprachen als Lärm wahrgenommen und abgelehnt werden. In ähnlicher Weise erhält bei Radio-CDMA jede Benutzergruppe einen gemeinsamen Code. Viele Codes belegen denselben Kanal, aber nur die Benutzer, die einem bestimmten Code zugeordnet sind, können kommunizieren.

Hauptmerkmale von CDMA

CDMA, das auf der Spread-Spectrum-Technik basiert, weist folgende herausragende Merkmale auf:

• In CDMA nutzt jeder Kanal das gesamte verfügbare Spektrum.

• Einzelne Gespräche werden mit einer pseudozufälligen digitalen Sequenz codiert und dann über einen weiten Frequenzbereich übertragen.

• CDMA bietet durchweg eine bessere Kapazität für die Sprach- und Datenkommunikation, sodass mehr Teilnehmer jederzeit eine Verbindung herstellen können.

• CDMA ist die gemeinsame Plattform, auf der 3G-Technologien basieren. Für 3G verwendet CDMA 1x EV-DO und EV-DV.

Standards der dritten Generation

Der CDMA2000 verwendet den FDD-MC-Modus (Frequency Division Duplexing-Multicarrier). Hier impliziert der Mehrträger N × 1,25-MHz-Kanäle, die N vorhandenen IS-95-Trägern überlagert oder auf einem nicht besetzten Spektrum eingesetzt werden. CDMA2000 enthält -

• 1x - verwendet eine Ausbreitungsrate von 1,2288 Mcps.

• 3x - verwendet eine Ausbreitungsrate von 3 × 1,2288 Mcps oder 3,6864 Mcps.

• 1xEV-DO (1x Evolution - Datenoptimiert) - verwendet eine für die Daten optimierte Ausbreitungsrate von 1,2288 Mcps.

• WCDMA / FDD-DS - Breitband-CDMA (WCDMA) -Frequenzduplex-Direktsequenz-Spreizmodus (FDD-DS). Dies hat einen einzelnen 5-MHz-Kanal. WCDMA verwendet einen einzelnen Träger pro Kanal und verwendet eine Ausbreitungsrate von 3,84 Mcps.

CDMA Development Group (CDG)

Die im Dezember 1993 gegründete CDMA Development Group (CDG) ist ein internationales Unternehmenskonsortium. Es arbeitet zusammen, um das Wachstum und die Entwicklung fortschrittlicher drahtloser Telekommunikationssysteme voranzutreiben.

CDG besteht aus Dienstanbietern, Infrastrukturherstellern, Geräteherstellern, Anbietern von Testgeräten, Anwendungsentwicklern und Inhaltsanbietern. Ihre Mitglieder definieren gemeinsam die technischen Anforderungen für die Entwicklung der komplementären Systeme CDMA2000 und 4G. Darüber hinaus soll die Interoperabilität mit anderen neuen drahtlosen Technologien die Verfügbarkeit von drahtlosen Produkten und Diensten für Verbraucher und Unternehmen weltweit erhöhen.

IMT-2000-System

CDMA-Kanäle können grob in Vorwärtskanal und Rückwärtskanal eingeteilt werden. In diesem Kapitel werden die Funktionen dieser Kanäle erläutert.

Kanal weiterleiten

Der Vorwärtskanal ist die Richtung des Kommunikations- oder Mobilfunk-Downlink-Pfades. Es enthält die folgenden Kanäle -

• Pilot Channel- Der Pilotkanal ist ein Referenzkanal. Es verwendet die Mobilstation, um die Zeit zu erfassen und als Phasenreferenz für die kohärente Demodulation. Es wird kontinuierlich von jeder Basisstation auf jeder aktiven CDMA-Frequenz übertragen. Und jede Mobilstation verfolgt dieses Signal kontinuierlich.

• Sync Channel- Der Synchronisationskanal enthält eine einzelne, sich wiederholende Nachricht, die der Mobilstation Informationen über die Zeit und die Systemkonfiguration gibt. Ebenso kann die Mobilstation durch Synchronisation mit dem Funktionscode die genaue Systemzeit haben.

• Paging Channel- Das Hauptziel von Paging Channel besteht darin, Seiten, dh Benachrichtigungen über eingehende Anrufe, an die Mobilstationen zu senden. Die Basisstation verwendet diese Seiten, um System-Overhead-Informationen und mobilstationsspezifische Nachrichten zu übertragen.

• Forward Traffic Channel- Vorwärtsverkehrskanäle sind Codekanäle. Es wird verwendet, um den einzelnen Benutzern Anrufe zuzuweisen, normalerweise Sprach- und Signalisierungsverkehr.

Kanal umkehren

Der Rückwärtskanal ist die Kommunikationsrichtung von Mobilfunk zu Zelle oder der Uplink-Pfad. Es besteht aus folgenden Kanälen:

• Access Channel- Der Zugangskanal wird von Mobilstationen verwendet, um eine Kommunikation mit der Basisstation herzustellen oder um Paging-Kanal-Nachrichten zu beantworten. Der Zugriffskanal wird für den Austausch von Kurzsignalisierungsnachrichten wie Aufrufen, Antworten auf Seiten und Registrierungen verwendet.

• Reverse Traffic Channel - Der umgekehrte Verkehrskanal wird von den einzelnen Benutzern bei ihren tatsächlichen Anrufen verwendet, um Verkehr von einer einzelnen Mobilstation zu einer oder mehreren Basisstationen zu übertragen.

Die Möglichkeit, entweder im FDD- oder im TDD-Modus zu arbeiten, ermöglicht eine effiziente Nutzung des verfügbaren Spektrums entsprechend der Frequenzzuweisung in verschiedenen Regionen.

Frequenzduplex

Ein Duplexverfahren, bei dem die Uplink- und die Downlink-Übertragung zwei separate Frequenzbänder verwenden -

• Uplink - 1920 MHz bis 1980 MHz

• Downlink - 2110 MHz bis 2170 MHz

• Bandwidth - Jeder Träger befindet sich in der Mitte eines 5 MHz breiten Bandes

Kanaltrennung

Nennwert von 5 MHz, der eingestellt werden kann.

Kanalraster

200 kHz (Mittenfrequenz muss ein Vielfaches von 200 kHz sein).

Tx-Rx-Frequenztrennung

Nennwert von 190 MHz. Dieser Wert kann entweder fest oder variabel sein (Minimum 134,8 und Maximum 245,2 MHz).

Kanal Nummer

Die Trägerfrequenz wird durch die UTRA Absolute Radio Frequency Channel Number (UARFCN) festgelegt. Diese Nummer wird vom Netzwerk (für den Uplink und den Downlink) auf dem logischen BCCH-Kanal gesendet und durch Nu = 5 * (Frequenz-Uplink-MHz) und ND = 5 * (Frequenz-Downlink-MHz) definiert.

Zeitduplex

Zeitduplex ist eine Technik, bei der die Uplink- und die Downlink-Übertragung unter Verwendung synchronisierter Zeitintervalle über dieselbe Frequenz übertragen werden. Der Träger verwendet ein 5-MHz-Band, obwohl das 3GPP (1,28 Mcps) eine Lösung mit niedriger Chiprate untersucht. Die verfügbaren Frequenzbänder für TDD liegen zwischen 1900 und 1920 MHz und zwischen 2010 und 2025 MHz.

Duplex-Methoden für Funkverbindungen

Im Fall von Zeitduplex ist die Vorwärtsverbindungsfrequenz dieselbe wie die Rückwärtsverbindungsfrequenz. In jeder Verbindung werden Signale kontinuierlich abwechselnd übertragen - genau wie bei einem Ping-Pong-Spiel.

Beispiel eines TDD-Systems

TDD verwendet ein einziges Frequenzband zum Senden und Empfangen. Ferner teilt es das Band, indem es alternative Zeitschlitze für Sende- und Empfangsoperationen zuweist. Die zu übertragenden Informationen können Sprach-, Video- oder Computerdaten im bit-seriellen Format sein. Jedes Zeitintervall kann 1 Byte lang sein oder Teil mehrerer Bytes sein.

TDD wechselt die Daten der Sende- und Empfangsstation über die Zeit. Zeitschlitze können von variabler Länge sein. Aufgrund der Art der Hochgeschwindigkeitsdaten können die kommunizierenden Parteien nicht bedeuten, dass die Übertragungen intermittierend sind. Übertragungen, die gleichzeitig erscheinen, konkurrieren tatsächlich miteinander. Digital in analoge Sprache umgewandelt, kann niemand sagen, dass es sich nicht um einen Vollduplex handelt.

In einigen TDD-Systemen sind alternative Zeitintervalle von gleicher Dauer oder haben sowohl DL als auch UL; Das System muss jedoch nicht 50/50 symmetrisch sein. Das System kann nach Bedarf asymmetrisch sein.

Beispielsweise ist beim Zugriff auf das Internet die Download-Geschwindigkeit normalerweise höher als die Upload-Geschwindigkeit. Die meisten Geräte arbeiten im asynchronen Modus, in dem die Download-Geschwindigkeit höher ist als die Upload-Geschwindigkeit. Wenn die Download-Geschwindigkeit höher als die Upload-Geschwindigkeit ist, werden weniger Zeitschlitze zum Hochladen benötigt. Einige TDD-Formate bieten eine dynamische Bandbreitenzuweisung, wenn die Anzahl der Zeitintervalle oder -dauern im laufenden Betrieb nach Bedarf geändert wird.

Der eigentliche Vorteil von TDD besteht darin, dass es sich nur um einen einzelnen Kanal des Frequenzspektrums handelt und keine Bandwächter oder Kanaltrennungen erforderlich sind, da die Intervalle mithilfe von Zeitschlitzen erfolgen. Der Nachteil ist, dass die erfolgreiche Implementierung von TDD ein Zeitmesssystem erfordert. Das genaue Timing sowohl für den Sender als auch für den Empfänger ist erforderlich, um sicherzustellen, dass sich die Zeitintervalle nicht überlappen oder sich gegenseitig stören.

Das Timing wird häufig mit der spezifischen Ableitung der GPS-Atomuhrstandards synchronisiert. Die Schutzzeit wird auch zwischen den Zeitschlitzen benötigt, um Doppelarbeit zu vermeiden. Diese Zeit entspricht im Allgemeinen der Sende-Empfangs-Verarbeitungszeit (Sende-Empfangs-Schaltzeit) und den Übertragungsverzögerungen (Latenz) auf dem Kommunikationskanal.

Frequenzduplex

Im Frequenzduplex (FDD) ist die Vorwärtsverbindungsfrequenz nicht dieselbe wie die Rückwärtsverbindungsfrequenz. In jeder Verbindung werden kontinuierlich Signale parallel übertragen.

Beispiel eines FDD-Systems

FDD erfordert zwei symmetrische Spektrumsegmente für die Aufwärts- und Abwärtsverbindungskanäle.

In einem Mobiltelefon mit Sender und Empfänger, das gleichzeitig in so unmittelbarer Nähe arbeitet, muss der Empfänger so viel Signal wie möglich vom Sender filtern. Mehr Trennung des Spektrums, die effektivsten Filter.

FDD verwendet viel Frequenzspektrum, im Allgemeinen doppelt so viel wie das erforderliche TDD-Spektrum. Außerdem muss zwischen Senden und Empfangen der Kanäle eine ausreichende Spektrumstrennung bestehen. Diese Bands sagen immer wieder - es kann nicht verwendet werden, sie sind unnötig. Angesichts der Knappheit und der Kosten des Spektrums sind sie echte Nachteile.

Verwendung von FDD

FDD wird häufig in verschiedenen Mobiltelefonsystemen verwendet. In einigen Systemen wird das Band 869-894 MHz als Downlink (DL) -Spektrum vom Mobilfunkmast zum Gerät verwendet. Das Band 824-849 MHz wird als Uplink (UL) -Spektrum des Mobilteils am Zellenstandort verwendet.

FDD funktioniert auch mit einem Kabel, bei dem Sende- und Empfangskanäle unterschiedliche Teile des Kabelspektrums erhalten, wie bei Kabelfernsehsystemen. Und Filter werden verwendet, um die Kanäle getrennt zu halten.

Nachteil von FDD

Der Nachteil von FDD besteht darin, dass keine speziellen Techniken wie mehrere Antennen, mehrere Ein- / Ausgänge (MIMO) und Beamforming zulässig sind. Diese Technologien sind ein wesentliches Element der neuen Strategien des Long Term Evolution (LTE) 4G-Mobiltelefons zur Erhöhung der Datenrate. Es ist schwierig, eine ausreichend breite Bandbreite bereitzustellen, um beide Antennenspektrumsätze abzudecken. Eine komplexe dynamische Anpassung der Schaltung ist erforderlich.

Mehrfachzugriffsmethoden

Der Funkkanal ist ein Kommunikationsmedium, das von mehreren Benutzern in einem geografischen Gebiet gemeinsam genutzt wird. Mobilstationen stehen im Wettbewerb um die Frequenzressource zur Übertragung ihres Informationsflusses. Ohne andere Maßnahmen zur Kontrolle des gleichzeitigen Zugriffs mehrerer Benutzer können Kollisionen auftreten. Da Kollisionen für verbindungsorientierte Kommunikation wie Mobiltelefone unerwünscht sind, müssen persönlichen / mobilen Teilnehmerstationen auf Anfrage die dedizierten Kanäle zugewiesen werden.

Die mobile Kommunikation, bei der drahtlose Ressourcen für alle Benutzer gemeinsam genutzt werden, muss kommuniziert werden, um den Benutzer zu identifizieren. Während der Identifizierung des Benutzers wird er als "Mehrfachzugriff" (Multiple Access) bezeichnet, der eine Funkwelle einer Anzahl von Sendestationen in einer Empfangsstation empfängt (wie in der folgenden Abbildung gezeigt).

FDMA (Frequency Division Multiple Access) ist eine der häufigsten analogen Mehrfachzugriffsmethoden. Das Frequenzband ist in Kanäle gleicher Bandbreite unterteilt, sodass jedes Gespräch auf einer anderen Frequenz geführt wird ( wie in der folgenden Abbildung dargestellt ).

FDMA-Übersicht

Bei der FDMA-Methode werden Schutzbänder zwischen den benachbarten Signalspektren verwendet, um das Übersprechen zwischen den Kanälen zu minimieren. Ein bestimmtes Frequenzband wird einer Person gegeben, und es wird empfangen, indem jede der Frequenzen auf der Empfangsseite identifiziert wird. Es wird häufig in der ersten Generation von analogen Mobiltelefonen verwendet.

Vorteile von FDMA

Da FDMA-Systeme im Vergleich zur durchschnittlichen Verzögerungsstreuung niedrige Bitraten (große Symbolzeit) verwenden, bietet es die folgenden Vorteile:

• Reduziert die Bitrateninformationen und die Verwendung effizienter numerischer Codes erhöht die Kapazität.

• Es reduziert die Kosten und senkt die Inter-Symbol-Interferenz (ISI).

• Ein Ausgleich ist nicht erforderlich.

• Ein FDMA-System kann leicht implementiert werden. Ein System kann so konfiguriert werden, dass die Verbesserungen hinsichtlich des Sprachcodierers und der Bitratenreduzierung leicht einbezogen werden können.

• Da die Übertragung kontinuierlich ist, ist weniger Anzahl von Bits für die Synchronisation und das Framing erforderlich.

Nachteile von FDMA

Obwohl FDMA mehrere Vorteile bietet, hat es auch einige Nachteile, die unten aufgeführt sind -

• Es unterscheidet sich nicht wesentlich von analogen Systemen; Die Verbesserung der Kapazität hängt von der Signal-Interferenz-Reduzierung oder einem Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) ab.

• Die maximale Durchflussrate pro Kanal ist fest und klein.

• Schutzbänder führen zu Kapazitätsverschwendung.

• Hardware impliziert Schmalbandfilter, die in VLSI nicht realisiert werden können und daher die Kosten erhöhen.

Time Division Multiple Access (TDMA) ist eine digitale Mobiltelefonkommunikationstechnologie. Es ermöglicht vielen Benutzern, dieselbe Frequenz ohne Interferenz zu teilen. Seine Technologie unterteilt ein Signal in verschiedene Zeitschlitze und erhöht die Datentragfähigkeit.

TDMA-Übersicht

Time Division Multiple Access (TDMA) ist eine komplexe Technologie, da eine genaue Synchronisation zwischen Sender und Empfänger erforderlich ist. TDMA wird in digitalen Mobilfunksystemen verwendet. Die einzelnen Mobilstationen weisen zyklisch eine Frequenz für die ausschließliche Verwendung eines Zeitintervalls zu.

In den meisten Fällen wird die gesamte Systembandbreite für einen bestimmten Zeitraum keiner Station zugewiesen. Die Frequenz des Systems ist jedoch in Teilbänder unterteilt, und TDMA wird für den Mehrfachzugriff in jedem Teilband verwendet. Unterbänder sind bekannt alscarrier frequencies. Das mobile System, das diese Technik verwendet, wird als das bezeichnetmulti-carrier systems.

Im folgenden Beispiel wurde das Frequenzband von drei Benutzern gemeinsam genutzt. Jeder Benutzer ist eindeutig zugeordnettimeslotsDaten senden und empfangen. In diesem Beispiel Benutzer‘B’ sendet nach Benutzer ‘A,’ und Benutzer ‘C’sendet danach. Auf diese Weise wird die Spitzenleistung durch die Burst-Kommunikation zu einem Problem und größer.

FDMA und TDMA

Dies ist ein Multi-Carrier-TDMA-System. Ein Frequenzbereich von 25 MHz enthält 124 Einzelketten (Trägerfrequenzen 200) Bandbreite von jedem kHz; Jeder dieser Frequenzkanäle enthält 8 TDMA-Konversationskanäle. Somit ist die einer Mobilstation zugewiesene Folge von Zeitschlitzen und Frequenzen die physikalischen Kanäle eines TDMA-Systems. In jedem Zeitschlitz sendet die Mobilstation ein Datenpaket.

Der einem Zeitschlitz für eine Mobilstation zugewiesene Zeitraum bestimmt auch die Anzahl der TDMA-Kanäle auf einer Trägerfrequenz. Die Zeitschlitzperioden werden in einem sogenannten TDMA-Rahmen zusammengefasst. Auf einer Trägerfrequenz übertragenes TDMA-Signal erfordert normalerweise mehr Bandbreite als FDMA-Signal. Aufgrund der mehrfachen Verwendung sollte die Bruttodatenrate noch höher sein.

Vorteile von TDMA

Hier ist eine Liste einiger bemerkenswerter Vorteile von TDMA -

• Ermöglicht flexible Raten (dh einem Benutzer können mehrere Slots zugewiesen werden, z. B. werden in jedem Zeitintervall 32 Kbit / s übersetzt, einem Benutzer werden zwei 64 Kbit / s-Slots pro Frame zugewiesen).

• Kann böigem oder variablem Bitratenverkehr standhalten. Die Anzahl der einem Benutzer zugewiesenen Steckplätze kann Frame für Frame geändert werden (z. B. zwei Slots in Frame 1, drei Slots in Frame 2, ein Slot in Frame 3, Frame 0 der Kerben 4 usw.).

• Für das Breitbandsystem ist kein Schutzband erforderlich.

• Für das Breitbandsystem ist kein Schmalbandfilter erforderlich.

Nachteile von TDMA

Die Nachteile von TDMA sind wie folgt:

• Hohe Datenraten von Breitbandsystemen erfordern einen komplexen Ausgleich.

• Aufgrund des Burst-Modus ist eine große Anzahl zusätzlicher Bits für die Synchronisation und Überwachung erforderlich.

• In jedem Slot wird eine Anrufzeit benötigt, um die Zeit für Ungenauigkeiten (aufgrund von Taktinstabilität) zu berücksichtigen.

• Elektronik mit hohen Bitraten erhöht den Energieverbrauch.

• Eine komplexe Signalverarbeitung ist erforderlich, um innerhalb kurzer Slots zu synchronisieren.

CDMA (Code Division Multiple Access) ist eine Art Multiplexing, das es verschiedenen Signalen ermöglicht, einen einzelnen Übertragungskanal zu belegen. Es optimiert die Nutzung der verfügbaren Bandbreite. Die Technologie wird üblicherweise in Ultrahochfrequenz-Mobiltelefonsystemen (UHF) verwendet, deren Bänder zwischen 800 MHz und 1,9 GHz liegen.

CDMA-Übersicht

Das Code Division Multiple Access-System unterscheidet sich stark vom Zeit- und Frequenzmultiplex. In diesem System hat ein Benutzer während der gesamten Dauer Zugriff auf die gesamte Bandbreite. Das Grundprinzip besteht darin, dass unterschiedliche CDMA-Codes verwendet werden, um zwischen den verschiedenen Benutzern zu unterscheiden.

Im Allgemeinen verwendete Techniken sind direkte Sequenzspreizspektrummodulation (DS-CDMA), Frequenzsprung oder gemischte CDMA-Detektion (JDCDMA). Hier wird ein Signal erzeugt, das sich über eine große Bandbreite erstreckt. Ein Code namensspreading codewird verwendet, um diese Aktion auszuführen. Unter Verwendung einer Gruppe von Codes, die orthogonal zueinander sind, ist es möglich, ein Signal mit einem gegebenen Code in Gegenwart vieler anderer Signale mit unterschiedlichen orthogonalen Codes auszuwählen.

Wie funktioniert CDMA?

CDMA ermöglicht bis zu 61 gleichzeitige Benutzer in einem 1,2288-MHz-Kanal, indem jedes Sprachpaket mit zwei PN-Codes verarbeitet wird. Es stehen 64 Walsh-Codes zur Verfügung, um zwischen Anrufen und theoretischen Grenzwerten zu unterscheiden. Betriebsgrenzen und Qualitätsprobleme reduzieren die maximale Anzahl von Anrufen etwas unter diesen Wert.

Tatsächlich können viele verschiedene "Signal" -Basisbänder mit unterschiedlichen Spreizcodes auf demselben Träger moduliert werden, um die Unterstützung vieler verschiedener Benutzer zu ermöglichen. Bei Verwendung verschiedener orthogonaler Codes ist die Interferenz zwischen den Signalen minimal. Wenn umgekehrt Signale von mehreren Mobilstationen empfangen werden, kann die Basisstation jede isolieren, da sie unterschiedliche orthogonale Spreizcodes haben.

Die folgende Abbildung zeigt die Technik des CDMA-Systems. Während der Weitergabe haben wir die Signale aller Benutzer gemischt. Dabei verwenden Sie jedoch denselben Code wie den Code, der zum Zeitpunkt des Sendens der Empfangsseite verwendet wurde. Sie können nur das Signal jedes Benutzers herausnehmen.

CDMA-Kapazität

Die Faktoren, die die CDMA-Kapazität bestimmen, sind -

• Verarbeitungsgewinn
• Signal-Rausch-Verhältnis
• Sprachaktivitätsfaktor
• Effizienz der Frequenzwiederverwendung

Die Kapazität in CDMA ist gering, CDMA hat alle Benutzer auf jeder Frequenz und Benutzer sind durch Code getrennt. Dies bedeutet, dass CDMA bei Vorhandensein von Rauschen und Interferenzen arbeitet.

Außerdem verwenden benachbarte Zellen dieselben Frequenzen, was bedeutet, dass keine Wiederverwendung erfolgt. Daher sollten CDMA-Kapazitätsberechnungen sehr einfach sein. Kein Codekanal in einer Zelle, multipliziert mit keiner Zelle. Aber so einfach ist das nicht. Obwohl nicht verfügbare Codekanäle 64 sind, ist es möglicherweise nicht möglich, eine einzelne Zeit zu verwenden, da die CDMA-Frequenz dieselbe ist.

Zentralisierte Methoden

• Das in CDMA verwendete Band beträgt 824 MHz bis 894 MHz (50 MHz + 20 MHz Abstand).
• Der Frequenzkanal ist in Codekanäle unterteilt.
• 1,25 MHz FDMA-Kanal sind in 64 Codekanäle unterteilt.

Verarbeitungsgewinn

CDMA ist eine Spread-Spectrum-Technik. Jedes Datenbit wird durch eine Codesequenz verteilt. Dies bedeutet, dass auch die Energie pro Bit erhöht wird. Dies bedeutet, dass wir davon profitieren.

P (Verstärkung) = 10 log (W / R)

W ist die Ausbreitungsrate

R ist die Datenrate

Für CDMA ist P (Verstärkung) = 10 log (1228800/9600) = 21 dB

Dies ist ein Verstärkungsfaktor und die tatsächliche Datenausbreitungsrate. Im Durchschnitt erfordert eine typische Übertragungsbedingung ein Signal-Rausch-Verhältnis von 7 dB für eine angemessene Sprachqualität.

In ein Verhältnis übersetzt muss das Signal fünfmal stärker sein als das Rauschen.

Tatsächliche Verarbeitungsverstärkung = P (Verstärkung) - SNR

= 21 - 7 = 14 dB

CDMA verwendet einen Codierer mit variabler Rate

The Voice Activity Factor of 0.4 is considered = -4dB.

Daher hat CDMA eine 100% ige Frequenzwiederverwendung. Die Verwendung derselben Frequenz in umgebenden Zellen verursacht zusätzliche Interferenzen.

In CDMA frequency, reuse efficiency is 0.67 (70% eff.) = -1.73dB

Vorteile von CDMA

CDMA hat eine weiche Kapazität. Je mehr Codes vorhanden sind, desto mehr Benutzer gibt es. Es hat folgende Vorteile:

• CDMA erfordert eine strenge Leistungskontrolle, da es unter Nah-Fern-Effekt leidet. Mit anderen Worten, ein Benutzer in der Nähe der Basisstation, der mit der gleichen Leistung sendet, übertönt das letztere Signal. Alle Signale müssen am Empfänger mehr oder weniger gleich stark sein

• Rechenempfänger können verwendet werden, um den Signalempfang zu verbessern. Verzögerte Versionen der Zeit (ein Chip oder später) des Signals (Mehrwegesignale) können gesammelt und verwendet werden, um Entscheidungen auf Bitebene zu treffen.

• Flexible Übertragung kann verwendet werden. Mobile Basisstationen können wechseln, ohne den Betreiber zu wechseln. Zwei Basisstationen empfangen ein Mobilsignal und das Mobiltelefon empfängt Signale von den beiden Basisstationen.

• Transmission Burst - reduziert Störungen.

Nachteile von CDMA

Die Nachteile der Verwendung von CDMA sind wie folgt:

• Die Codelänge muss sorgfältig ausgewählt werden. Eine große Codelänge kann zu Verzögerungen führen oder Störungen verursachen.

• Zeitsynchronisation ist erforderlich.

• Eine schrittweise Übertragung erhöht den Einsatz von Funkressourcen und kann die Kapazität verringern.

• Da die Summe der von einer Basisstation empfangenen und gesendeten Leistung eine konstant strenge Leistungssteuerung erfordert. Dies kann zu mehreren Übergaben führen.

CDMA Network ist das System zur Regulierung der CDMA-Technologie. Es umfasst alle Aspekte und Funktionen, angefangen von der Basisstation über die Sendeantenne und die Empfangsantenne bis hin zu mobilen Vermittlungsstellen.

CDMA-Netzwerkübersicht

Eine Basisstation ist ein wesentliches Element des CDMA-Netzwerks. Eine Basisstation deckt ein kleines geografisches Gebiet ab, das als a bezeichnet wirdcell. Eine Zelle kann omnidirektional oder sektoral sein. Jede Basisstation hat eine Sendeantenne und zwei Empfangsantennen für jede Zelle. Pro Zelle werden zwei Empfangsantennen verwendetspatial diversity. In vielen Anwendungen handelt es sich um einen BSC (Base Station Controller), der mehrere Basisstationen steuert.

Da die Rate der Mobiltelefondaten entweder 13 kbit / s oder 8 kbit / s beträgt, was nicht ISDN ist, werden die Switches, die das Mobile Switching Center (MSC) sind, im Allgemeinen auf 64 kbit / s umgeschaltet. Daher ist es vor dem Umschalten erforderlich, diese mobilen Datenraten in 64 kbit / s umzuwandeln. Dies wird von einem Mitglied erreicht, das das isttranscoder. Der Transcoder kann ein separates Element sein oder in jeder Basisstation oder MSC zusammengefasst sein.

Alle Basisstationen sind mit der MSC verbunden mobile sHexen ceingeben. MSC ist die Einheit, die den Aufbau, die Verbindung, die Wartung und die Entsorgung von Anrufen innerhalb des Netzwerks und auch mit der Außenwelt verwaltet.

MSC verfügt auch über eine Datenbank namens HLR / AC, bei der es sich um ein Heimatregister / Authentifizierungszentrum handelt. HLR ist die Datenbank, die die Datenbank aller Netzwerkteilnehmer verwaltet. Das AC Authentication Center ist Teil der Sicherheit des HLR, mit dem einige Algorithmen Mobiltelefone untersuchen.

Das MSC ist mit der Außenwelt verbunden, dh mit dem Festnetz. MSC kann auch mit mehreren anderen MSCs verbunden werden.

CDMA-Identitäten

Netzwerkidentitäten -

• SID (System Identity)
• NID (Netzwerkidentität)

Mobilstationsidentitäten -

• ESN (Elektronische Seriennummer)
• Permutierte ESN
• IMSI (International Mobile Station Identity)
• IMSI_S
• IMSI_11_12
• Stationsklassenzeichen

System- und Netzwerkidentität

Eine Basisstation ist Mitglied eines zellularen Systems und eines Netzwerks. Ein Netzwerk ist eine Teilmenge eines Systems. Die Systeme werden mit einer Identifikation namens installiertIdentification System(GUS). Die Netzwerke mit einem System empfangen istNetwork identification(NID). Es ist ein eindeutig identifiziertes Netzwerkpaar von (SID, NID). Die Mobilstation verfügt über eine Liste von einem oder mehreren Heimpaaren (nicht Roaming) (SID, NID).

SID

Ein Systemidentifikationsindikator 15 Bit (SID) ist in einer Mobilstation gespeichert. Es wird verwendet, um das Host-System der Mobilstationen zu bestimmen. Die Bitzuordnung des Systemidentifikationsindikators ist unten gezeigt.

Die Verteilung der internationalen Codes (INTL) (Bits 14 und 13) ist ebenfalls in der Tabelle gezeigt. Die Bits 12-0 werden jedem US-System von der FCC für Nicht-US-Länder zugewiesen. Die Bitzuweisung erfolgt durch die lokalen Regulierungsbehörden.

NID

NID hat einen Bereich von 0-65535 reservierten Werten. Der Wert 65535 in einer SID bedeutet, dass das NID-Paar angibt, dass die Mobilstation die gesamte SID als Zuhause betrachtet.

Systeme und Netzwerke

Eine Mobilstation verfügt über eine Liste von einem oder mehreren Heimpaaren (nicht Roaming) (SID, NID). Eine Mobilstation ist Roaming, wenn das Basisstations-Broadcast-Paar (SID, NID) nicht mit einem der Nicht-Roaming-Mobilstationspaare (SID, NID) übereinstimmt.

Eine Mobilstation ist ein ausländischer NID-Roamer -

• Wenn die Mobilstation Roaming ist und sich in der Liste der Mobilstationen (SID, NID) ein Paar (SID, NID) befindet, das der SID entspricht.

• Wenn die Mobilstation Roaming ist und sich in der Liste der Mobilstationen (SID, NID) ein Paar (SID, NID) befindet, für das keine passende SID verfügbar ist (bedeutet, dass eine Mobilstation eine ausländische SID eines Roaming-Kunden hat).

Elektronische Seriennummer (ESN)

ESN ist eine 32-Bit-Binärzahl, die die Mobilstation in einem CDMA-Zellularsystem eindeutig identifiziert. Es sollte werkseitig eingestellt werden und kann vor Ort nicht einfach geändert werden. Das Ändern des ESN erfordert spezielle Geräte, die Abonnenten normalerweise nicht zur Verfügung stehen. Die Bitzuordnung von ESN ist unten dargestellt -

Der Stromkreis, der das ESN bereitstellt, muss isoliert sein, damit niemand Kontakt aufnehmen und manipulieren kann. Versuche, die ESN-Schaltung zu ändern, sollten die Mobilstation funktionsunfähig machen. Zum Zeitpunkt der Erteilung der Erstabnahme muss dem Hersteller ein Code Manufacturers (MFR) in den acht höchstwertigen 32-Bit-Seriennummern (Bit 31-24 Bit) zugewiesen werden. Die Bits 23-18 sind reserviert (anfänglich Null). Und jeder Hersteller weist 0 nur 17 Bit zu. Wenn ein Hersteller fast alle möglichen Kombinationen von Seriennummern in den Bits 17-0 verwendet hat, kann der Hersteller eine Benachrichtigung an die FCC senden. Die FCC weist die nächste fortlaufende Binärzahl im Reserveblock zu (Bits 23 bis).

Permutierte ESN

CDMA ist eine Spread-Spectrum-Technik, bei der mehrere Benutzer im selben Beispiel in einer Zelle und natürlich auf derselben Frequenz auf das System zugreifen. Daher unterscheidet es die Benutzer auf der Rückwärtsverbindung (dh Informationen von der MS zur Basisstation). Es verbreitet Informationen mithilfe von Codes, die für die Mobilstation in allen CDMA-Mobilfunksystemen eindeutig sind. Dieser Code hat ein Element, das der ESN ist, verwendet jedoch nicht den ESN im gleichen Format, sondern einen ausgetauschten ESN.

Wenn sich zwei Mobiltelefone in einer Zelle derselben Marke befinden und aufeinanderfolgende Seriennummern haben und für den Empfänger der Basisstation, wird es schwierig, sie zu verbinden. Um eine starke Korrelation zwischen den langen Codes zu vermeiden, die aufeinanderfolgenden ESN entsprechen, verwenden wir daher permutierte ESNs.

Internationale Mobilstationsidentität (IMSI)

Mobilstationen werden durch die Identität der International Mobile Station Identity (IMSI) identifiziert. Die IMSI besteht aus bis zu 10 bis 15 Ziffern. Die ersten drei Ziffern der IMSI sind der Ländercode des Mobiltelefons (MCC), die restlichen Ziffern sind die Identität der nationalen NMSI-Mobilstation. Die NMSI besteht aus dem Mobilfunknetzcode (MNC) und der Mobilstationsidentifikationsnummer (SIDS).

MCC	MSN	MSIN
	NMSI
IMSI ≤ 15 Stellen

• Kundencenter: Mobiler Ländercode
• MNC: Mobilfunknetzcode
• MSIN: Identifizierung der Mobilstation
• NMSI: National Mobile Station Identity

Eine IMSI mit einer Länge von 15 Stellen wird als IMSI der Klasse 0 bezeichnet (NMSI ist die Länge mit 12 Stellen). IMSI mit einer Länge von weniger als 15 Stellen wird als IMSI der Klasse 1 bezeichnet (NMSI mit einer Länge von weniger als 12 Ziffern). Für den CDMA-Betrieb kann dieselbe IMSI in mehreren Mobilstationen registriert sein. Einzelne Systeme können diese Funktionen zulassen oder nicht. Die Verwaltung dieser Funktionen ist eine Funktion der Basisstation und des Systembetreibers.

Rechenempfänger

Aufgrund der Reflexion über die Herausforderungen eines Breitbandes kann der Funkkanal aus vielen Kopien (Mehrwege) bestehen, Signalen, die ursprünglich mit unterschiedlicher Amplitude, Phase und Verzögerung übertragen wurden. Wenn die Signalkomponenten über eine Chipperiode voneinander ankommen, kann ein Rechenempfänger zum Einstellen und Kombinieren verwendet werden. Der Rake-Empfänger verwendet ein Prinzip der Diversität über mehrere Pfade. Die folgende Abbildung zeigt das Rake-Empfängerschema.

Der Rake-Empfänger verarbeitet mehrere Mehrwegesignal-Komponenten. Die Korrelatorausgänge werden kombiniert, um eine bessere Zuverlässigkeit und Kommunikationsleistung zu erzielen. Eine Bitentscheidung auf der Basis einer einzelnen Korrelation kann eine große Bitfehlerrate als Mehrwegekomponente erzeugen, die durch die Tatsache verarbeitet wird, dass der Korrelator durch Verfärbung beschädigt werden kann. Wenn die Ausgabe eines Korrelators durch Fading verfälscht wird, kann dies nicht der Fall sein, und das verfälschte Signal kann durch den Gewichtungsprozess reduziert werden.

Walsh-Code

Walsh-Codes werden am häufigsten in orthogonalen Codes von CDMA-Anwendungen verwendet. Diese Codes entsprechen Linien einer speziellen quadratischen Matrix, die als Hadamard-Matrix bezeichnet wird. Für einen Satz von Walsh-Codes der Länge N besteht er aus n Linien, um eine quadratische Matrix aus n × n Walsh-Code zu bilden.

Das IS-95-System verwendet die 64-Walsh-Funktionsmatrix 64. Die erste Zeile dieser Matrix enthält eine Zeichenfolge aller Nullen, wobei jede der folgenden Zeilen unterschiedliche Kombinationen von Bit 0 und 1 enthält. Jede Zeile ist orthogonal und für Binärbits gleich dargestellt. Bei der Implementierung mit dem CDMA-System verwendet jeder mobile Benutzer eine der 64 Zeilenfolgen in der Matrix als Spreizcode. Und es bietet keine Kreuzkorrelation zwischen allen anderen Benutzern. Diese Matrix wird rekursiv wie folgt definiert:

Wobei n eine Potenz von 2 ist und die verschiedenen Dimensionen der Matrix W angibt. Ferner repräsentiert n die logische NICHT-Operation für alle Bits in dieser Matrix. Die drei Matrizen W _2, W ₄ und W ₈ zeigen jeweils die Walsh-Funktion für die Dimension 2, 4 und 8.

Jede Zeile der 64 Walsh-Matrix 64 entspricht einer Kanalnummer. Die Kanalnummer 0 wird der ersten Zeile der Walsh-Matrix zugeordnet, die der Code aller Nullen ist. Dieser Kanal ist auch als Pilotkanal bekannt und wird verwendet, um die Impulsantwort eines Mobilfunkkanals zu bilden und abzuschätzen.

Um die Kreuzkorrelation zwischen den Sequenzen zu berechnen, müssen wir die Bits in die Matrix konvertieren, um die Antithese von ± 1 Werten zu bilden. Alle Benutzer auf demselben CDMA-Kanal können jedoch mit einer Genauigkeit von einem Chipintervall unter Verwendung einer gemeinsamen langen PN-Sequenz synchronisiert werden. Es fungiert auch als Daten-Scrambler.

• Walsh-Code ist eine Gruppe von Spreizcodes mit guten Autokorrelationseigenschaften und schlechten Kreuzkorrelationseigenschaften. Walsh-Codes sind das Rückgrat von CDMA-Systemen und werden zur Entwicklung der einzelnen Kanäle in CDMA verwendet.

• Für IS-95 stehen 64 Codes zur Verfügung.

  • Als Pilot wird der Code "0" und für die Synchronisation der Code "32" verwendet.

  • Die Codes 1 bis 7 werden für Steuerkanäle verwendet, und die verbleibenden Codes sind für Verkehrskanäle verfügbar. Die Codes 2 bis 7 sind auch für Verkehrskanäle verfügbar, wenn sie nicht benötigt werden.

• Für cdma2000 gibt es eine Vielzahl von Walsh-Codes, deren Länge variiert, um den unterschiedlichen Datenraten und Ausbreitungsfaktoren der verschiedenen Funkkonfigurationen Rechnung zu tragen.

• Eines der 64 orthogonalen Bitmuster mit einer Rate von 1,2288 Mcps.

• Walsh-Codes werden verwendet, um die Daten für jede einzelne Übertragung zu identifizieren. In der Vorwärtsverbindung definieren sie Vorwärtscodekanäle innerhalb einer CDMA-Frequenz.

• In der Rückwärtsverbindung werden alle 64 Codes von jedem Rückwärtskanal verwendet, um Informationen zu übertragen.

Schauen Sie sich die folgende Abbildung an. Es zeigt, wie Multiplexing mit Walsh-Code durchgeführt wird.

Alle technischen Modulationen und Demodulationen streben nach mehr Leistung und / oder Effizienz der Bandbreite in einem weißen stationären Gaußschen additiven Rauschkanal. Da die Bandbreite eine begrenzte Ressource ist, besteht eines der Hauptentwurfsziele aller Modulationsschemata darin, die für die Übertragung erforderliche Bandbreite zu minimieren. Andererseits verwenden Spreizspektrumtechniken eine Übertragungsbandbreite, die um eine Größenordnung größer ist als die Bandbreite, die für das minimale Signal erforderlich ist.

Der Vorteil der Spread-Spectrum-Technik besteht darin, dass viele Benutzer gleichzeitig dieselbe Bandbreite verwenden können, ohne sich gegenseitig zu stören. Daher ist das Streuspektrum nicht wirtschaftlich, wenn die Anzahl der Benutzer geringer ist.

• Das Spreizspektrum ist eine Form der drahtlosen Kommunikation, bei der die Frequenz des übertragenen Signals absichtlich variiert wird, was zu einer höheren Bandbreite führt.

• Das Ausbreitungsspektrum ist im Kanalkapazitätssatz von Shannon und Hartley ersichtlich -

  C = B × log ₂ (1 + S / N)

• In der gegebenen Gleichung ist "C" die Kanalkapazität in Bits pro Sekunde (bps), die die maximale Datenrate für eine theoretische Bitfehlerrate ( BER ) ist. 'B' ist die erforderliche Kanalbandbreite in Hz und S / N ist das Signal-Rausch-Leistungsverhältnis.

• Das Spreizspektrum verwendet rauschähnliche Breitbandsignale, die schwer zu erkennen, abzufangen oder zu demodulieren sind. Außerdem sind Spreizspektrumsignale schwerer zu stören (zu stören) als Schmalbandsignale.

• Da Spreizspektrumsignale so breit sind, senden sie mit einer viel geringeren spektralen Leistungsdichte, gemessen in Watt pro Hertz, als Schmalbandsender. Spread-Spectrum- und Schmalbandsignale können das gleiche Band ohne oder mit nur geringen Interferenzen belegen. Diese Fähigkeit ist heute die Hauptattraktion für das gesamte Interesse am Streuspektrum.

Points to Remember - -

• Die Bandbreite des übertragenen Signals ist größer als die minimale Informationsbandbreite, die zum erfolgreichen Senden des Signals erforderlich ist.

• Eine andere Funktion als die Information selbst wird normalerweise verwendet, um die resultierende übertragene Bandbreite zu bestimmen.

Im Folgenden sind die beiden Arten von Spreizspektrumtechniken aufgeführt:

• Direkte Sequenz und
• Frequenzsprung.

Die direkte Sequenz wird von CDMA übernommen.

Direkte Sequenz (DS)

DS-CDMA (Direct Sequence Code Division Multiple Access) ist eine Technik zum Multiplexen von Benutzern mit verschiedenen Codes. Bei dieser Technik wird dieselbe Bandbreite von verschiedenen Benutzern verwendet. Jedem Benutzer wird ein eigener Spreizcode zugewiesen. Diese Codesätze sind in zwei Klassen unterteilt -

• Orthogonale Codes und
• Nicht orthogonale Codes

Walsh-Sequenzen fallen in die erste Kategorie, nämlich die orthogonalen Codes, während andere Sequenzen, dh PN, Gold und Kasami, Schieberegistersequenzen sind.

Den Benutzern werden orthogonale Codes zugewiesen. Die Ausgabe des Korrelators im Empfänger ist mit Ausnahme der gewünschten Sequenz Null. In einer synchronen direkten Sequenz empfängt der Empfänger dieselbe Codesequenz, die gesendet wurde, so dass es keine Zeitverschiebung zwischen den Benutzern gibt.

Demodulieren von DS-Signalen - 1

Um DS-Signale zu demodulieren, müssen Sie den Code kennen, der zum Zeitpunkt der Übertragung verwendet wurde. In diesem Beispiel können wir durch Multiplizieren des bei der Übertragung verwendeten Codes mit dem Empfangssignal das gesendete Signal erhalten.

In diesem Beispiel wurden zum Zeitpunkt der Übertragung (10.110.100) an das empfangene Signal mehrere Codes verwendet. Hier haben wir nach dem Gesetz zweier Additive (Modulo 2 Addition) berechnet. Es wird weiter demoduliert, indem der Code multipliziert wird, der zum Zeitpunkt dieser Übertragung verwendet wurdereverse diffusion(Ausbreitung). In dem unten angegebenen Diagramm ist zu sehen, dass während der Übertragung der Daten an das Schmalbandspektrum (Schmalbandspektrum) das Spektrum des Signals verteilt wird.

Demodulieren von DS-Signalen - 2

Wenn Sie jedoch den zum Zeitpunkt der Übertragung verwendeten Code nicht kennen, können Sie ihn nicht demodulieren. Hier versuchen Sie, den Code von verschiedenen (10101010) und dem Zeitpunkt der Übertragung zu demodulieren, aber es ist fehlgeschlagen.

Selbst wenn man das Spektrum betrachtet, breitet es sich während der Übertragungszeit aus. Wenn es durch ein Bandpassfilter (Band Path Filter) geleitet wird, bleibt nur dieses kleine Signal übrig und diese werden nicht demoduliert.

Merkmale des Spreizspektrums

Wie in der folgenden Abbildung gezeigt, kann die Leistungsdichte von Spread-Spectrum-Signalen niedriger sein als die Rauschdichte. Dies ist eine wunderbare Funktion, mit der die Signale geschützt und die Privatsphäre gewahrt werden können.

Durch Verteilen des Spektrums des übertragenen Signals kann seine Leistungsdichte so verringert werden, dass es kleiner als die Leistungsdichte des Rauschens wird. Auf diese Weise ist es möglich, das Signal im Rauschen zu verbergen. Es kann demoduliert werden, wenn Sie den Code kennen, der zum Senden des Signals verwendet wurde. Falls der Code nicht bekannt ist, bleibt das empfangene Signal auch nach der Demodulation im Rauschen verborgen.

DS-CDMA

DS-Code wird in CDMA verwendet. Bisher wurde ein grundlegender Teil der Spreizspektrumkommunikation erläutert. Von hier aus erklären wir, wie DS-CDMA (Direct Sequence Code Division Multiple Access) funktioniert.

Das Signal, bei dem es sich um ein Streuspektrum handelt, kann nur durch einen zur Übertragung verwendeten Code demoduliert werden. Auf diese Weise kann das Übertragungssignal jedes Benutzers durch den separaten Code identifiziert werden, wenn er das Signal empfängt. In dem gegebenen Beispiel werden das Spreizsignal des Benutzers A am Code A und das diffuse Signal des Benutzers B am Code B gemischt. Jedes der empfangenen Signale wird gemischt. Durch den inversen Diffusor (Despreadder) wird jedoch das Signal jedes Benutzers identifiziert.

DS-CDMA System - Forward Link

DS-CDMA System - Reverse Link

Code verbreiten

Cross-Correlation

Die Korrelation ist eine Methode zur Messung, wie genau ein bestimmtes Signal mit einem gewünschten Code übereinstimmt. In der CDMA-Technologie wird jedem Benutzer ein anderer Code zugewiesen. Der vom Benutzer zugewiesene oder ausgewählte Code ist sehr wichtig, um das Signal zu modulieren, da er mit der Leistung des CDMA-Systems zusammenhängt.

Die beste Leistung wird erzielt, wenn eine klare Trennung zwischen dem Signal der gewünschten Benutzer und den Signalen der anderen Benutzer besteht. Diese Trennung erfolgt durch Korrelieren des gewünschten Signalcodes, der lokal erzeugt wurde, und anderer empfangener Signale. Wenn das Signal mit dem Code des Benutzers übereinstimmt, ist die Korrelationsfunktion hoch und das System kann dieses Signal extrahieren. Wenn der vom Benutzer gewünschte Code nichts mit dem Signal gemeinsam hat, sollte die Korrelation so nahe wie möglich bei Null liegen (wodurch das Signal eliminiert wird). auch als Kreuzkorrelation bekannt. Also gibt es eineself-correlation (Selbstkorrelation) und cross-correlation (Kreuzkorrelation).

Die Eigenschaften der Selbstkorrelation und des Codes sind in dem folgenden Diagramm dargestellt, in dem die Korrelation zwischen dem Spreizcode 'A' und dem Spreizcode 'B' gezeigt ist. In diesem Beispiel wird die berechnete Korrelation zwischen dem Spreizcode 'A (1010110001101001) und dem Spreizcode' B '(1010100111001001) angegeben, während bei der Durchführung der Berechnungen im folgenden Beispiel das Ergebnis 6/16 beträgt.

Preferable Codes

In CDMA wird bevorzugter Code verwendet. Es gibt verschiedene Codes, die je nach Typ eines CDMA-Systems verwendet werden können. Es gibt zwei Arten von Systemen -

• Synchrones (synchrones) System und
• Asynchrones (asynchrones) System.

In einem synchronen System können orthogonale Codes (orthogonaler Code) verwendet werden. In einem asynchronen System wird hierfür beispielsweise Pseudozufallscode (Pseudozufallsrauschen) oder Goldcode verwendet.

Um gegenseitige Interferenzen in DS-CDMA zu minimieren, sollten die Spreizcodes mit weniger Kreuzkorrelation gewählt werden.

Synchronous DS-CDMA

• Orthogonale Codes sind angemessen. (Walsh-Code usw.)

Asynchronous DS-CDMA

• Pseudozufällige Rauschcodes (PN) / Maximale Sequenz
• Gold Codes

Synchronous DS-CDMA

Synchrone CDMA-Systeme werden in Punkt-zu-Mehrpunkt-Systemen realisiert. Beispiel: Verbindung weiterleiten (Basisstation zu Mobilstation) im Mobiltelefon.

Das Synchronisationssystem wird in Eins-zu-Viele-Systemen (Point to Multipoint) verwendet. Beispielsweise kann zu einem bestimmten Zeitpunkt in einem Mobilkommunikationssystem eine einzelne Basisstation (BTS) mit mehreren Mobiltelefonen (Vorwärtsverbindung / Abwärtsverbindung) kommunizieren.

In diesem System kann ein Übertragungssignal für alle Benutzer synchron kommunizieren. Das heißt, "Synchronisation" in diesem Punkt ist ein Sinn, der gesendet werden kann, um die Oberseite jedes Benutzersignals auszurichten. In diesem System ist es möglich, orthogonale Codes zu verwenden und gegenseitige Interferenzen zu reduzieren. Und orthogonale Codes, es ist das Vorzeichen, wie Kreuzkorrelation dh 0.

Asynchronous DS-CDMA

In einem asynchronen CDMA-System weisen orthogonale Codes eine schlechte Kreuzkorrelation auf.

Im Gegensatz zum Signal von der Basisstation wird das Signal von der Mobilstation zur Basisstation zum asynchronen System.

In einem asynchronen System nimmt die gegenseitige Interferenz etwas zu, es werden jedoch andere Codes wie PN-Code oder Gold-Code verwendet.

Vorteile des Spreizspektrums

Da das Signal über ein breites Frequenzband verteilt ist, wird die Leistungsspektraldichte sehr gering, so dass andere Kommunikationssysteme nicht unter dieser Art von Kommunikation leiden. Das Gaußsche Rauschen nimmt jedoch zu. Im Folgenden finden Sie eine Liste einiger Hauptvorteile von Spread Spectrum -

• Multipath kann vereinbart werden, da eine große Anzahl von Codes generiert werden kann, was eine große Anzahl von Benutzern ermöglicht.

• Im Streuspektrum gibt es keine Benutzerbeschränkung, während es in der FDMA-Technologie Einschränkungen für Benutzer gibt.

• Sicherheit - ohne Kenntnis des Verbreitungscodes ist es kaum möglich, die übertragenen Daten wiederherzustellen.

• Absteigende Zurückweisung - da eine große Bandbreite verwendet wird, wird das System verwendet. es ist weniger anfällig für Verformungen.

PN-Sequenz

Das DS-CDMA-System verwendet zwei Arten von Ausbreitungssequenzen, nämlich PN sequences und orthogonal codes. Wie oben erwähnt, wird die PN-Sequenz vom Pseudozufallsrauschgenerator erzeugt. Es ist einfach ein binäres lineares Rückkopplungsschieberegister, das aus XOR-Gattern und einem Schieberegister besteht. Dieser PN-Generator kann eine Sequenz erstellen, die sowohl für den Sender als auch für den Empfänger identisch ist.and retaining the desirable properties of the noise randomness bit sequence.

Eine PN-Sequenz weist viele Merkmale auf, wie beispielsweise eine nahezu gleiche Anzahl von Nullen und Einsen, eine sehr geringe Korrelation zwischen verschobenen Versionen der Sequenz und eine sehr geringe Kreuzkorrelation mit anderen Signalen wie Interferenz und Rauschen. Es ist jedoch in der Lage, gut mit sich selbst und seiner Umkehrung zu korrelieren. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Autokorrelation der Sequenz, da sie die Fähigkeit bestimmt, den Spreizcode für das empfangene Signal zu synchronisieren und zu sperren. Dieser Kampf wirkt sich effektiv auf die Mehrfachinterferenz aus und verbessert das SNR. M-Sequenzen, Gold-Codes und Kasami-Sequenzen sind Beispiele für diese Klasse von Sequenzen.

• Eine Pseudozufallsrauschsequenz (PN) ist eine Folge von Binärzahlen, z. B. ± 1, die zufällig zu sein scheint. aber es ist in der Tat vollkommen deterministisch.

• PN-Sequenzen werden für zwei Arten von PN-Spreizspektrumtechniken verwendet -

  • Direct Signal Spread Spectrum (DS-SS) und

  • Frequenzsprung-Spreizspektrum (FH-SS).

• Wenn 'u' PSK zum Modulieren der PN-Sequenz verwendet, führt dies zu DS-SS.

• Wenn 'u' FSK zum Modulieren der PN-Sequenz verwendet, führt dies zu FH-SS.

Frequenzsprungtechnologie

Frequenzsprung ist ein Spreizspektrum, in dem die Ausbreitung durch Frequenzsprung über ein breites Band erfolgt. Die genaue Reihenfolge, in der die Unterbrechung auftritt, wird durch eine Sprungtabelle bestimmt, die unter Verwendung einer Pseudozufallscodesequenz erzeugt wird.

Die Sprungrate ist eine Funktion der Geschwindigkeitsinformationen. Die Reihenfolge der Frequenzen wird vom Empfänger ausgewählt und durch die pseudozufällige Rauschsequenz bestimmt. Obwohl sich die Übertragung eines Frequenzsprung-Signalspektrums stark von der eines Direktsequenzsignals unterscheidet, genügt es zu beachten, dass die über ein Signalband verteilten Daten größer sind als zum Übertragen erforderlich. In beiden Fällen erscheint das resultierende Signal als Rauschen und der Empfänger verwendet eine ähnliche Technik, die bei der Übertragung verwendet wird, um das ursprüngliche Signal wiederherzustellen.

Bei der drahtlosen Kommunikation ist Fading die Abweichung der Signaldämpfung, die sich auf ein bestimmtes Ausbreitungsmedium auswirkt. Verfärbungen können mit der Zeit, der geografischen Position oder Frequenz des Radios variieren, was häufig als zufälliger Prozess modelliert wird. Ein Fading-Kanal ist ein Kommunikationskanal, der ein Fading erfährt.

Multipath Fading

In drahtlosen Systemen kann das Fading entweder auf Mehrwege zurückzuführen sein, die als bezeichnet werden multipath fading oder wegen shadowing von Hindernissen, die die Wellenausbreitung beeinflussen, bekannt als shadow fading. Hier in diesem Kapitel werden wir diskutieren, wie sich Multipath-Fading auf den Empfang von Signalen in CDMA auswirkt.

Einblenden des CDMA-Systems

CDMA-Systeme verwenden eine signalschnelle Chiprate zur Streuung des Spektrums. Es hat eine hohe Zeitauflösung, wodurch es von jedem Pfad separat ein anderes Signal empfängt. Der RAKE-Empfänger verhindert eine Signalverschlechterung, indem er alle Signale summiert.

Da CDMA eine hohe Zeitauflösung aufweist, verzögern unterschiedliche Pfade die CDMA-Signale, was unterschieden werden kann. Daher kann die Energie aller Pfade summiert werden, indem ihre Phasen und Pfadverzögerungen angepasst werden. Dies ist ein Prinzip des RAKE-Empfängers. Durch die Verwendung eines RAKE-Empfängers ist es möglich, den Verlust des empfangenen Signals aufgrund von Fading zu verbessern. Es kann eine stabile Kommunikationsumgebung gewährleisten.

In CDMA-Systemen verbessert die Mehrwegeausbreitung die Signalqualität durch Verwendung eines RAKE-Empfängers.

Das Nah-Fern-Problem ist eines der Hauptprobleme, das die Mobilkommunikation stark beeinträchtigt. In einem CDMA-System bestimmt die gegenseitige Interferenz den größten Teil des SN-Verhältnisses jedes Benutzers.

Wie wirkt sich das Nah-Fern-Problem auf die Kommunikation aus?

Die folgende Abbildung zeigt, wie sich das Nah-Fern-Problem auf die Kommunikation auswirkt.

Wie in der Abbildung gezeigt, ist Benutzer A weit vom Empfänger entfernt und Benutzer B befindet sich in der Nähe des Empfängers. Es besteht ein großer Unterschied zwischen der gewünschten Signalleistung und der gestörten Signalleistung. Die gewünschte Signalleistung ist viel höher als die gestörte Signalleistung, und daher ist das SN-Verhältnis von Benutzer A kleiner und die Kommunikationsqualität von Benutzer A wird stark verschlechtert.

Da bei CDMA alle Mobiltelefone mit derselben Frequenz senden, spielt die interne Interferenz des Netzwerks eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Netzwerkkapazität. Ferner muss jede mobile Sendeleistung gesteuert werden, um die Interferenz zu begrenzen.

Die Leistungssteuerung ist im Wesentlichen erforderlich, um das Nah-Fern-Problem zu lösen. Die Hauptidee, um das Nah-Fern-Problem zu verringern, besteht darin, das gleiche Leistungsniveau zu erreichen, das von allen Mobiltelefonen zur Basisstation empfangen wird. Jede empfangene Leistung muss mindestens eben sein, damit die Verbindung die Anforderungen des Systems so erfüllen kann, dass Eb / N0. Um den gleichen Leistungspegel an der Basisstation zu erhalten, sollten die Mobiltelefone, die näher an der Basisstation liegen, weniger Leistung übertragen als die Mobiltelefone, die weit von der mobilen Basisstation entfernt sind.

In der folgenden Abbildung gibt es zwei mobile Zellen A und B. A liegt näher an der Basisstation und B ist weit von der Basisstation entfernt. Pr ist der minimale Signalpegel für die Leistung des erforderlichen Systems. Daher sollte das Mobiltelefon B mehr Leistung an die Basisstation senden (PB> PA), um das gleiche Pr zu erreichen. Wenn es keine Leistungssteuerung gibt, mit anderen Worten, die Sendeleistung von beiden Mobilzellen gleich ist, ist das von A empfangene Signal viel stärker als die von der Mobilzelle B empfangenen Signale.

Wenn alle Mobilstationen die Signale mit derselben Leistung (MS) senden, unterscheiden sich die Empfangspegel an der Basisstation voneinander, was von den Abständen zwischen BS und MS abhängt.

Der empfangene Pegel schwankt aufgrund von Fading schnell. Um den empfangenen Pegel bei BS zu halten, muss in CDMA-Systemen eine geeignete Leistungssteuerungstechnik verwendet werden.

Wir müssen die Sendeleistung jedes Benutzers steuern. Diese Steuerung wird als bezeichnettransmission power control(Steuerleistung). Es gibt zwei Möglichkeiten, die Sendeleistung zu steuern. Erstens ist dieopen-loop (Open Loop) Steuerung und zweite ist closed-loop (Closed Loop) Steuerung.

Reverse Link Power Control

Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Nah-Fern-Effekt besteht das unmittelbare Problem darin, die Sendeleistung des Mobiltelefons zu bestimmen, wenn es zum ersten Mal eine Verbindung herstellt. Bis das Mobiltelefon nicht mit der Basisstation in Kontakt kommt, hat es keine Ahnung, wie stark das System gestört wird. Wenn versucht wird, eine hohe Leistung zu übertragen, um den Kontakt sicherzustellen, kann dies zu vielen Störungen führen. Wenn das Mobiltelefon andererseits weniger Leistung überträgt (um andere Mobilfunkverbindungen nicht zu stören), kann die Leistung die E _b / N _{0 nicht} wie erforderlich erfüllen .

Wie in den IS-95-Standards angegeben, handelt Mobile, wenn es in das System eindringen möchte, ein angerufenes Signal access.

In CDMA wird die Sendeleistung jedes Benutzers durch die Steuerleistung zugewiesen, um dieselbe Leistung (Pr) zu erreichen, die von der Basisstation / BTS mit einer Zugangssonde mit geringer Leistung empfangen wird. Das Mobiltelefon sendet seine erste Zugriffssonde und wartet dann auf eine Antwort von der Basisstation. Wenn keine Antwort empfangen wird, wird die zweite Zugriffssonde mit einer höheren Leistung gesendet.

Der Vorgang wird wiederholt, bis die Basisstation antwortet. Wenn das von der Basisstation beantwortete Signal hoch ist, wird das Mobiltelefon mit der Basisstation verbunden, die näher an der Mobilzelle mit geringer Sendeleistung liegt. Wenn das Signal schwach ist, weiß das Mobiltelefon, dass der Pfadverlust größer ist, und überträgt hohe Leistung.

Der oben beschriebene Prozess wird aufgerufen open loop power controlda es nur vom Handy selbst gesteuert wird. Die Leistungsregelung beginnt, wenn das erste Mobiltelefon versucht, mit der Basisstation zu kommunizieren.

Diese Leistungsregelung wird verwendet, um die Schattierungseffekte langsamer Variablen zu kompensieren. Da sich die hinteren und vorderen Verbindungen jedoch auf unterschiedlichen Frequenzen befinden, bietet die geschätzte Sendeleistung aufgrund des Pfadverlusts zur Vorderseite der Basisstation keine genaue Lösung für die Leistungssteuerung. Diese Leistungsregelung fällt aus oder ist zu langsam für schnelle Rayleigh-Fading-Kanäle.

Die Leistung der Regelung wird verwendet, um die schnelle Rayleigh-Verfärbung auszugleichen. Dieses Mal wird die mobile Sendeleistung von der Basisstation gesteuert. Zu diesem Zweck überwacht die Basisstation kontinuierlich die Qualität des Rückwärtsverbindungssignals. Wenn die Qualität der Verbindung niedrig ist, weist es das Mobiltelefon an, seine Leistung zu erhöhen. und wenn die Qualität der Verbindung sehr hoch ist, reduziert der mobile Basisstationscontroller seine Leistung.

Forward Link Power Control

Ähnlich wie bei der Rückwärtsverbindungsleistungssteuerung ist auch eine Vorwärtsverbindungsleistungssteuerung erforderlich, um die Vorwärtsverbindungsqualität auf einem bestimmten Niveau zu halten. Dieses Mal überwacht das Mobiltelefon die Qualität der Vorwärtsverbindung und zeigt der Basisstation an, ob sie ein- oder ausgeschaltet werden soll. Diese Leistungsregelung hat keine Auswirkung auf das Nah-Fern-Problem. Alle Signale werden beim Erreichen des Mobiltelefons mit der gleichen Leistung verwischt. Kurz gesagt, es gibt kein Nah-Fern-Problem in der Vorwärtsverbindung.

Wirkung der Leistungsregelung

Durch die Sendeleistungssteuerung kann der Benutzer unabhängig vom Standort eine konstante Kommunikationsumgebung erhalten. Der Benutzer, der weit von der Basisstation entfernt ist, sendet eine höhere Sendeleistung als der Benutzer, der näher an der Basisstation ist. Auch durch diese Sendeleistungsregelung können Sie die Auswirkungen des Ausbleichen reduzieren. Dies bedeutet, dass die Änderung der Empfangsleistung aufgrund von Fading durch die Sendeleistungssteuerung unterdrückt werden kann.

• Die Leistungsregelung kann die Schwundschwankungen ausgleichen.
• Die von allen MS empfangene Leistung wird so gesteuert, dass sie gleich ist.
• Das Nah-Fern-Problem wird durch die Leistungssteuerung gemildert.

Der Hauptkapazitätsvorteil von CDMA besteht darin, dass in jedem Sektor jeder Zelle dieselbe zugewiesene Frequenz wiederverwendet wird. In IS-136 und analogen zellularen Systemen gibt es einen Wiederholungsfaktor von sieben Zellen mit drei Sektoren. Dies bedeutet, dass jedem Sektor nur einer von 21 Kanälen zur Verfügung steht. CDAM ist so ausgelegt, dass es in jedem Sektor jeder Zelle dieselbe Frequenz teilt. Für jeden Benutzer, der anstelle von IS-95 eine cdma2000-Codierung verwendet, ist das System effizienter.

In FDMA oder TDMA wird die Funkressource so zugewiesen, dass sie nicht zwischen Nachbarzellen stört.

• Nachbarzellen können nicht dasselbe (identische) Frequenzband (oder Zeitfenster) verwenden.
• Die linke Abbildung zeigt die einfache Zellenzuordnung mit sieben Frequenzbändern.

In der tatsächlichen Situation ist es aufgrund der komplizierten Funkausbreitung und der unregelmäßigen Zellenzuweisung nicht einfach, die Frequenz (oder den Zeitschlitz) angemessen zuzuweisen.

In einem CDMA-System dagegen ist die Anordnung der Frequenz kein Problem, da alle Benutzer dieselbe Frequenz teilen. Dies ist der größte Vorteil der CDMA-Technologie.

In CDMA kann eine identische Funkressource zwischen allen Zellen verwendet werden, da CDMA-Kanäle gleichzeitig dieselbe Frequenz verwenden.

• Eine Frequenzzuweisung in CDMA ist nicht erforderlich.
• In diesem Sinne ist das CDMA-Zellularsystem einfach zu entwerfen.

Immer wenn ein Mobilfunkteilnehmer eine Basisstation zu einer anderen durchläuft, wechselt das Netzwerk automatisch zur jeweiligen Basisstation und behält die Zuständigkeit für die Abdeckung bei. Dieses Verhalten wird als "Übergabe" (Übergabe) oder "Übergabe" (Übergabe) bezeichnet.

Während in FDMA- und TDMA-Systemen eine andere Frequenz für die Kommunikation mit der Basisstation dieses Bereichs verwendet wird. Dies bedeutet, dass ein Frequenzwechsel von einer Frequenz zur anderen erfolgt und während des Umschaltens eine leichte Kommunikationsunterbrechung auftritt, die als bezeichnet wird"hard handoff" (Hard Handoff) oder "hard handover" (Harte Übergabe).

Harte Übergabe

In einem FDMA- oder TDMA-Zellularsystem kann eine neue Kommunikation hergestellt werden, nachdem die aktuelle Kommunikation zum Zeitpunkt der Übergabe unterbrochen wurde. Die Kommunikation zwischen MS und BS wird zum Zeitpunkt des Umschaltens der Frequenz oder des Zeitschlitzes unterbrochen.

Soft Handoff

Mobilfunksysteme verfolgen Mobilstationen, um ihre Kommunikationsverbindungen aufrechtzuerhalten. Wenn die Mobilstation zu einer Nachbarzelle geht, wechselt die Kommunikationsverbindung von der aktuellen Zelle zur Nachbarzelle.

Wenn ein Mobiltelefon in einen neuen Bereich eintritt (von der Basisstation zu einer anderen Basisstation), ist das Mobiltelefon der zweite Pilot mit ausreichender Leistung, indem die Nachricht an die Stärke des Fahrers an die erste Basisstation gesendet wird. Die Basisstation benachrichtigt das MTSO und dann fordert das MTSO neue anWalsh code assignment der zweiten Basisstation.

• Die erste Basisstationssteuerung mit neuer progressiver Übertragung Walsh-Zuweisung MTSO sendet dann eine Landverbindung an die zweite Basisstation. Mobile wird von zwei Basisstationen gespeist und MTSO wählt alle 20 ms den besten Qualitätsstatus aus.

• Die Leistung wird an der Mobilstation durch die erste BS niedrig und das Mobiltelefon sendet eine Pilotstärkenachricht, dann stoppt die erste BS-Übertragung und gibt den Kanal frei. Der Verkehrskanal wird auf der zweiten Basisstation fortgesetzt.

• In einem CDMA-Zellularsystem ist die Kommunikation im Moment der Übergabe nicht ausgeglichen, da keine Schaltfrequenz oder kein Zeitschlitz erforderlich ist.

Note- Eine Walsh-Sequenz ist Teil von Orthogonal Codes, während andere Sequenzen wie PN, Gold und Kasami Schieberegistersequenzen sind. Wenn den Benutzern orthogonale Codes zugewiesen werden, ist die Ausgabe des Korrelators im Empfänger mit Ausnahme der gewünschten Sequenz Null, während der synchrone Direktsequenzempfänger dieselbe Codesequenz empfängt, die gesendet wurde, sodass keine Zeitverschiebung zwischen den Benutzern erfolgt.

Ein CDMA-Signal erfährt andere hohe Interferenzsignale als die CDMA-Benutzer. Dies erfordert zwei Arten von Interferenzen - Interferenzen von anderen Benutzern in derselben Minizelle und Interferenzen von benachbarten Zellen. Die Gesamtstörung umfasst auch das Hintergrundrauschen und andere Störsignale.

CDMA basiert auf der Verwendung einer Spreizspektrum-Modulationsform, um ein Signal für seine Übertragung und seinen Abruf zu codieren.

Geräuschquellen

In der Spread-Spectrum-Technologie werden die Funksignale auf einem einzigen 1,23 MHz breiten Frequenzband verteilt. Jeder Teilnehmer hat PN-Codes zugewiesen. Signale, die den PN-Codes entsprechen, werden decodiert und verarbeitet. Signale, die keine Code-Übereinstimmungen enthalten, werden als Rauschen behandelt und ignoriert.

Signalverarbeitung: Empfangen

CDMA beginnt mit einem codierten Schmalbandsignal; Dies breitet sich bei Verwendung der PN-Codes auf eine Bandbreite von 1,23 MHz aus.

Wenn das Signal empfangen wird, wird es gefiltert und verarbeitet, um das gewünschte Signal wiederherzustellen. Ein Korrelator eliminiert Störquellen, da sie nicht mit der gewünschten Signalbehandlung korreliert sind. Mit dieser Methode kann die Anzahl der CDMA-Anrufe gleichzeitig das gleiche Frequenzspektrum belegen.

Frame-Fehlerrate

Die Anzahl der Übertragungsfehler, gemessen als Frame Error Rate (FER). Sie steigt mit der Anzahl der Anrufe. Um dieses Problem zu überwinden, können die Minizelle und der mobile Standort die Leistung erhöhen, bis entweder der mobile oder der Minizellenstandort weiter eingeschaltet werden kann, um die FER auf ein akzeptables Maß zu reduzieren. Dieses Ereignis bietet Soft-Limit-Anrufe von einer bestimmten Minizelle und hängt ab von -

• Das Grundrauschen natürlich vorkommende und von Menschen verursachte Störungen.
• Störung durch Anrufe auf dieser Minizelle.
• Störung durch Anrufe in andere Zellen.

Leistung pro Walsh-Code

Das Leistungssteuerungsbit wird während der Anrufverarbeitung verwendet, um die relative Leistung jedes einzelnen aktiven Verkehrskanals aufrechtzuerhalten, und das Hoch- oder Ausschalten, um akzeptable FER-Messungen durch das Mobiltelefon auf dem Kanal aufrechtzuerhalten. Diese Leistung wird in digitalen Verstärkungseinheiten ausgedrückt.

Die folgenden Aktionen sind im Sendepfad zu sehen:

• Das digitale Sprachpaket mit niedriger Bitrate von PSU2 (Paketvermittlungseinheit 2 im 5ESS-Schalter) wird durch einen Walsh-Code in der Minizelle verbreitet.

• Die HF-Sendeträgerfrequenz wird durch das Spreizsignal moduliert.

• Das Direktsequenz-Spreizspektrumsignal wird übertragen.

Die folgenden Aktionen werden im Empfangspfad angezeigt:

• Das Direktsequenz-Spreizspektrumsignal wird empfangen.

• Das Signal wird unter Verwendung der HF-Empfangsträgerfrequenz demoduliert.

• Das Signal wird unter Verwendung des gleichen Walsh-Codes verteilt.

• Ein Bitdetektor stellt das decodierte Signal auf eine vernünftige Darstellung des ursprünglichen Sprachmusters wieder her.