CDMA - Guida rapida

Cos'è il CDMA?

Code Division Multiple Access (CDMA) è una tecnologia cellulare digitale utilizzata per la comunicazione mobile. CDMA è la base su cui sono costruiti metodi di accesso come cdmaOne, CDMA2000 e WCDMA. I sistemi cellulari CDMA sono considerati superiori a FDMA e TDMA, motivo per cui CDMA svolge un ruolo fondamentale nella costruzione di sistemi di comunicazione radio efficienti, robusti e sicuri.

Una semplice analogia

Facciamo una semplice analogia per comprendere il concetto di CDMA. Supponiamo di avere alcuni studenti riuniti in una classe che vorrebbero parlare tra loro contemporaneamente. Niente sarebbe udibile se tutti iniziassero a parlare nello stesso momento. O devono fare a turno per parlare o usare lingue diverse per comunicare.

La seconda opzione è abbastanza simile al CDMA: gli studenti che parlano la stessa lingua possono capirsi, mentre le altre lingue sono percepite come rumorose e rifiutate. Allo stesso modo, nella radio CDMA, a ogni gruppo di utenti viene assegnato un codice condiviso. Molti codici occupano lo stesso canale, ma solo gli utenti associati a un particolare codice possono comunicare.

Caratteristiche salienti di CDMA

Il CDMA, che si basa sulla tecnica dello spettro diffuso, ha le seguenti caratteristiche salienti:

• In CDMA, ogni canale utilizza l'intero spettro disponibile.

• Le singole conversazioni vengono codificate con una sequenza digitale pseudocasuale e quindi trasmesse utilizzando un'ampia gamma di frequenze.

• CDMA fornisce costantemente una migliore capacità per le comunicazioni voce e dati, consentendo a più abbonati di connettersi in un dato momento.

• CDMA è la piattaforma comune su cui sono costruite le tecnologie 3G. Per 3G, CDMA utilizza 1x EV-DO e EV-DV.

Standard di terza generazione

CDMA2000 utilizza la modalità FDD-MC (Frequency Division Duplexing-Multicarrier). In questo caso, multicarrier implica canali N × 1,25 MHz sovrapposti a N portanti IS-95 esistenti o distribuiti su uno spettro non occupato. CDMA2000 include:

• 1x - utilizza una velocità di diffusione di 1.2288 Mcps.

• 3x: utilizza una velocità di diffusione di 3 × 1.2288 Mcps o 3.6864 Mcps.

• 1xEV-DO (1x Evolution - Data Optimized) - utilizza una velocità di diffusione di 1.2288 Mcps, ottimizzata per i dati.

• WCDMA / FDD-DS - Modalità di diffusione della sequenza diretta (FDD-DS) a divisione di frequenza CDMA a banda larga (WCDMA) Questo ha un singolo canale da 5 MHz. WCDMA utilizza una singola portante per canale e impiega una velocità di diffusione di 3,84 Mcps.

CDMA Development Group (CDG)

Il CDMA Development Group (CDG), fondato nel dicembre 1993, è un consorzio internazionale di aziende. Lavora insieme per guidare la crescita e l'evoluzione dei sistemi di telecomunicazione wireless avanzati.

CDG è composto da fornitori di servizi, produttori di infrastrutture, fornitori di dispositivi, fornitori di apparecchiature di test, sviluppatori di applicazioni e fornitori di contenuti. I suoi membri definiscono congiuntamente i requisiti tecnici per lo sviluppo dei sistemi complementari CDMA2000 e 4G. Inoltre, l'interoperabilità con altre tecnologie wireless emergenti ha lo scopo di aumentare la disponibilità di prodotti e servizi wireless per consumatori e aziende in tutto il mondo.

Sistema IMT-2000

I canali CDMA possono essere ampiamente classificati come canale in avanti e canale inverso. Questo capitolo spiega le funzionalità di questi canali.

Canale in avanti

Il canale Forward è la direzione della comunicazione o del percorso di downlink da cellulare a cella. Include i seguenti canali:

• Pilot Channel- Il canale pilota è un canale di riferimento. Utilizza la stazione mobile per acquisire il tempo e come riferimento di fase per una demodulazione coerente. Viene trasmesso continuamente da ciascuna stazione base su ciascuna frequenza CDMA attiva. Inoltre, ogni stazione mobile traccia continuamente questo segnale.

• Sync Channel- Il canale di sincronizzazione trasporta un singolo messaggio ripetuto, che fornisce le informazioni sull'ora e sulla configurazione del sistema alla stazione mobile. Allo stesso modo, la stazione mobile può avere l'ora esatta del sistema tramite la sincronizzazione con il codice funzione.

• Paging Channel- L'obiettivo principale di Paging Channel è l'invio di pagine, ovvero notifiche di chiamate in arrivo, alle stazioni mobili. La stazione base utilizza queste pagine per trasmettere informazioni generali di sistema e messaggi specifici della stazione mobile.

• Forward Traffic Channel- I canali di traffico in avanti sono canali di codice. Viene utilizzato per assegnare le chiamate, solitamente voce e traffico di segnalazione ai singoli utenti.

Canale inverso

Il canale inverso è la direzione di comunicazione da cellulare a cella o il percorso di uplink. Consiste dei seguenti canali:

• Access Channel- Il canale di accesso viene utilizzato dalle stazioni mobili per stabilire una comunicazione con la stazione base o per rispondere ai messaggi del canale cercapersone. Il canale di accesso viene utilizzato per brevi scambi di messaggi di segnalazione come chiamate, risposte a pagine e registrazioni.

• Reverse Traffic Channel - Il canale di traffico inverso viene utilizzato dai singoli utenti nelle loro chiamate effettive per trasmettere il traffico da una singola stazione mobile a una o più stazioni base.

La possibilità di operare in modalità FDD o TDD è consentita per un uso efficiente dello spettro disponibile in base all'allocazione di frequenza nelle diverse regioni.

Duplex a divisione di frequenza

Un metodo duplex in cui le trasmissioni Uplink e Downlink utilizzano due bande di frequenza separate -

• Uplink - Da 1920 MHz a 1980 MHz

• Downlink - Da 2110 MHz a 2170 MHz

• Bandwidth - Ogni portante si trova al centro di una banda larga 5 MHz

Separazione dei canali

Valore nominale di 5 MHz che può essere regolato.

Channel Raster

200 kHz (la frequenza centrale deve essere un multiplo di 200 kHz).

Separazione frequenza Tx-Rx

Valore nominale di 190 MHz. Questo valore può essere fisso o variabile (minimo di 134,8 e massimo di 245,2 MHz).

Numero canale

La frequenza portante è designata dall'UTRA Absolute Radio Frequency Channel Number (UARFCN). Questo numero viene inviato dalla rete (per uplink e downlink) sul canale logico BCCH ed è definito da Nu = 5 * (Frequenza uplink MHz) e ND = 5 * (Frequenza downlink MHz).

Duplex a divisione di tempo

Il duplex a divisione di tempo è una tecnica mediante la quale le trasmissioni Uplink e Downlink vengono trasportate sulla stessa frequenza utilizzando intervalli di tempo sincronizzati. Il vettore utilizza una banda di 5 MHz, sebbene ci sia una soluzione a basso tasso di chip in fase di studio da parte del 3GPP (1,28 Mcps). Le bande di frequenza disponibili per TDD saranno 1900–1920 MHz e 2010-2025 MHz.

Metodi duplex di collegamenti radio

In caso di Time Division Duplex, la frequenza di collegamento in avanti è uguale alla frequenza di collegamento inverso. In ogni collegamento, i segnali vengono trasmessi continuamente a turno, proprio come un gioco di ping-pong.

Esempio di sistema TDD

TDD utilizza un'unica banda di frequenza sia per trasmettere che per ricevere. Inoltre, condivide la banda assegnando fasce orarie alternative per le operazioni di trasmissione e ricezione. Le informazioni da trasmettere possono essere voce, video o dati di computer in formato bit-seriale. Ogni intervallo di tempo può essere lungo 1 byte o può essere una parte di diversi byte.

TDD alterna nel tempo i dati della stazione di trasmissione e ricezione. Le fasce orarie possono essere di lunghezza variabile. A causa della natura dei dati ad alta velocità, le parti comunicanti non possono significare che le trasmissioni siano intermittenti. Le trasmissioni che sembrano simultanee sono in realtà in competizione tra loro. Convertito digitalmente in voce analogica, nessuno può dire che non sia un full duplex.

In alcuni sistemi TDD, gli intervalli di tempo alternativi hanno la stessa durata o hanno sia DL che UL; tuttavia, non è necessario che il sistema sia simmetrico 50/50. Il sistema può essere asimmetrico secondo necessità.

Ad esempio, durante l'accesso a Internet, la velocità di download è generalmente superiore alla velocità di caricamento. La maggior parte delle apparecchiature funziona in modalità asincrona in cui la velocità di download è superiore alla velocità di upload. Quando la velocità di download è superiore alla velocità di upload, sono necessari meno intervalli di tempo per il caricamento. Alcuni formati TDD offrono un'allocazione dinamica della larghezza di banda quando il numero di intervalli di tempo o di durate viene modificato al volo secondo necessità.

Il vero vantaggio di TDD è che è solo un singolo canale dello spettro di frequenza e non richiede protezioni di banda o separazioni di canali poiché gli intervalli avvengono utilizzando time slot. Lo svantaggio è che l'implementazione di successo di TDD richiede un sistema di temporizzazione. Il tempismo preciso sia per il trasmettitore che per il ricevitore è necessario per garantire che gli intervalli di tempo non si sovrappongano o interferiscano con un altro.

La temporizzazione è spesso sincronizzata al derivato specifico degli standard dell'orologio atomico GPS. Il tempo di guardia è necessario anche tra le fasce orarie per evitare duplicazioni. Questo tempo è generalmente uguale al tempo di elaborazione trasmissione-ricezione (tempo di commutazione trasmissione-ricezione) e ai ritardi di trasmissione (latenza) sul canale di comunicazione.

Duplex a divisione di frequenza

In Duplex a divisione di frequenza (FDD), la frequenza del collegamento in avanti non è la stessa della frequenza del collegamento inverso. In ogni collegamento, i segnali vengono trasmessi continuamente in parallelo.

Esempio di sistema FDD

FDD richiede due segmenti simmetrici di spettro per i canali uplink e downlink.

In un telefono cellulare con un trasmettitore e un ricevitore, che operano simultaneamente in così stretta vicinanza, il ricevitore deve filtrare il più possibile il segnale dal trasmettitore. Più separazione dello spettro, i filtri più efficaci.

FDD utilizza molto spettro di frequenza, generalmente il doppio dello spettro TDD richiesto. Inoltre, deve esserci un'adeguata separazione dello spettro tra trasmissione e ricezione dei canali. Queste band continuano a dire: non possono essere usate, non sono necessarie. Data la scarsità e il costo dello spettro, sono veri svantaggi.

Uso di FDD

FDD è ampiamente utilizzato in diversi sistemi di telefonia cellulare. In alcuni sistemi, la banda 869-894 MHz viene utilizzata come spettro di downlink (DL) dalla torre del sito cellulare al dispositivo. Inoltre, la banda 824-849 MHz viene utilizzata come spettro di uplink (UL) del telefono nel sito della cella.

FDD funziona anche su un cavo in cui ai canali di trasmissione e ricezione vengono assegnate parti diverse dello spettro via cavo, come nei sistemi TV via cavo. Inoltre, i filtri vengono utilizzati per mantenere separati i canali.

Svantaggio di FDD

Lo svantaggio di FDD è che non consente tecniche speciali come più antenne, più input-output (MIMO) e beamforming. Queste tecnologie sono un elemento essenziale delle nuove strategie del telefono cellulare 4G Long Term Evolution (LTE) per aumentare la velocità dei dati. È difficile creare una larghezza di banda sufficientemente ampia da coprire entrambi gli insiemi di spettro dell'antenna. È necessaria la regolazione dinamica del complesso del circuito.

Metodi di accesso multipli

Il canale radio è un mezzo di comunicazione condiviso da più utenti in un'area geografica. Le stazioni mobili sono in concorrenza tra loro perché la risorsa di frequenza trasmetta il proprio flusso di informazioni. Senza altre misure per controllare l'accesso simultaneo di più utenti, possono verificarsi collisioni. Poiché le collisioni sono indesiderabili per la comunicazione orientata alla connessione come i telefoni cellulari, le stazioni degli abbonati personali / mobili devono essere assegnate ai canali dedicati su richiesta.

La comunicazione mobile, condividendo le risorse wireless su tutti gli utenti, deve essere comunicata per identificare l'utente. Durante l'identificazione dell'utente, viene indicato come "accesso multiplo" (accesso multiplo) che riceve un'onda radio da un numero di stazioni trasmittenti in una stazione ricevente (come mostrato nell'immagine seguente).

L'accesso multiplo a divisione di frequenza (FDMA) è uno dei metodi di accesso multiplo analogico più comuni. La banda di frequenza è suddivisa in canali di uguale larghezza di banda in modo che ogni conversazione venga condotta su una frequenza diversa ( come mostrato nella figura sotto ).

Panoramica FDMA

Nel metodo FDMA, le bande di guardia vengono utilizzate tra gli spettri del segnale adiacenti per ridurre al minimo la diafonia tra i canali. Una banda di frequenza specifica viene assegnata a una persona e verrà ricevuta identificando ciascuna frequenza all'estremità ricevente. Viene spesso utilizzato nella prima generazione di telefoni cellulari analogici.

Vantaggi di FDMA

Poiché i sistemi FDMA utilizzano velocità di trasmissione basse (tempo di simbolo elevato) rispetto alla diffusione media del ritardo, offre i seguenti vantaggi:

• Riduce le informazioni sul bit rate e l'uso di codici numerici efficienti aumenta la capacità.

• Riduce il costo e abbassa l'interferenza tra simboli (ISI)

• L'equalizzazione non è necessaria.

• Un sistema FDMA può essere facilmente implementato. Un sistema può essere configurato in modo che i miglioramenti in termini di codificatore vocale e riduzione della velocità di trasmissione possano essere facilmente incorporati.

• Poiché la trasmissione è continua, è richiesto un numero inferiore di bit per la sincronizzazione e il framing.

Svantaggi di FDMA

Sebbene FDMA offra diversi vantaggi, presenta anche alcuni inconvenienti, elencati di seguito:

• Non differisce in modo significativo dai sistemi analogici; il miglioramento della capacità dipende dalla riduzione segnale-interferenza o da un rapporto segnale-rumore (SNR).

• La portata massima per canale è fissa e piccola.

• Le bande di guardia portano a uno spreco di capacità.

• L'hardware implica filtri a banda stretta, che non possono essere realizzati in VLSI e quindi aumenta il costo.

Time Division Multiple Access (TDMA) è una tecnologia di comunicazione telefonica cellulare digitale. Facilita molti utenti a condividere la stessa frequenza senza interferenze. La sua tecnologia divide un segnale in diversi intervalli di tempo e aumenta la capacità di trasporto dei dati.

Panoramica TDMA

L'accesso multiplo a divisione di tempo (TDMA) è una tecnologia complessa, perché richiede una sincronizzazione accurata tra il trasmettitore e il ricevitore. TDMA è utilizzato nei sistemi radio mobili digitali. Le singole postazioni mobili assegnano ciclicamente una frequenza ad uso esclusivo di un intervallo di tempo.

Nella maggior parte dei casi, l'intera larghezza di banda del sistema per un intervallo di tempo non viene assegnata a una stazione. Tuttavia, la frequenza del sistema è suddivisa in sottobande e TDMA viene utilizzato per l'accesso multiplo in ciascuna sottobanda. Le sottobande sono note comecarrier frequencies. Il sistema mobile che utilizza questa tecnica è denominatomulti-carrier systems.

Nell'esempio seguente, la banda di frequenza è stata condivisa da tre utenti. Ogni utente è assegnato in modo definitotimeslotsinviare e ricevere dati. In questo esempio, user‘B’ invia dopo l'utente ‘A,’ e utente ‘C’invia in seguito. In questo modo, la potenza di picco diventa un problema e maggiore dalla comunicazione burst.

FDMA e TDMA

Questo è un sistema TDMA multiportante. Una gamma di frequenza di 25 MHz contiene 124 catene singole (frequenze portanti 200) di larghezza di banda di ogni kHz; ciascuno di questi canali di frequenza contiene 8 canali di conversazione TDMA. Pertanto, la sequenza di intervalli di tempo e frequenze assegnate a una stazione mobile è i canali fisici di un sistema TDMA. In ciascuna finestra temporale, la stazione mobile trasmette un pacchetto di dati.

Il periodo di tempo assegnato a una finestra temporale per una stazione mobile determina anche il numero di canali TDMA su una frequenza portante. Gli intervalli di tempo vengono combinati in un cosiddetto frame TDMA. Il segnale TDMA trasmesso su una frequenza portante di solito richiede una larghezza di banda maggiore del segnale FDMA. A causa dell'utilizzo di più volte, la velocità dati lorda dovrebbe essere ancora più alta.

Vantaggi di TDMA

Ecco un elenco di alcuni notevoli vantaggi di TDMA:

• Consente velocità flessibili (ovvero è possibile assegnare più slot a un utente, ad esempio, ogni intervallo di tempo traduce 32 Kbps, a un utente vengono assegnati due slot da 64 Kbps per frame).

• Può sopportare traffico rafficato o a velocità di trasmissione variabile. Il numero di slot assegnati a un utente può essere modificato fotogramma per fotogramma (ad esempio, due slot nel frame 1, tre slot nel frame 2, uno slot nel frame 3, frame 0 delle tacche 4, ecc.).

• Nessuna banda di protezione richiesta per il sistema a banda larga.

• Nessun filtro a banda stretta richiesto per il sistema a banda larga.

Svantaggi di TDMA

Gli svantaggi di TDMA sono i seguenti:

• Le elevate velocità di trasmissione dei dati dei sistemi a banda larga richiedono un'equalizzazione complessa.

• A causa della modalità burst, è necessario un gran numero di bit aggiuntivi per la sincronizzazione e la supervisione.

• Il tempo di chiamata è necessario in ogni slot per adeguare il tempo alle imprecisioni (a causa dell'instabilità dell'orologio).

• L'elettronica che funziona a velocità di trasmissione elevate aumenta il consumo di energia.

• È necessaria un'elaborazione complessa del segnale per la sincronizzazione all'interno di brevi slot.

Code Division Multiple Access (CDMA) è una sorta di multiplexing che consente a vari segnali di occupare un singolo canale di trasmissione. Ottimizza l'uso della larghezza di banda disponibile. La tecnologia è comunemente utilizzata nei sistemi di telefonia cellulare ad altissima frequenza (UHF), bande comprese tra 800 MHz e 1,9 GHz.

Panoramica CDMA

Il sistema di accesso multiplo a divisione di codice è molto diverso dal multiplexing di tempo e frequenza. In questo sistema, un utente ha accesso a tutta la larghezza di banda per l'intera durata. Il principio di base è che vengono utilizzati codici CDMA diversi per distinguere tra i diversi utenti.

Le tecniche generalmente utilizzate sono la modulazione di spettro a sequenza diretta (DS-CDMA), il salto di frequenza o il rilevamento CDMA misto (JDCDMA). Qui viene generato un segnale che si estende su un'ampia larghezza di banda. Un codice chiamatospreading codeviene utilizzato per eseguire questa azione. Utilizzando un gruppo di codici, tra loro ortogonali, è possibile selezionare un segnale con un dato codice in presenza di molti altri segnali con differenti codici ortogonali.

Come funziona CDMA?

CDMA consente fino a 61 utenti simultanei in un canale a 1.2288 MHz elaborando ciascun pacchetto vocale con due codici PN. Sono disponibili 64 codici Walsh per distinguere tra chiamate e limiti teorici. Limiti operativi e problemi di qualità ridurranno il numero massimo di chiamate leggermente inferiore a questo valore.

Infatti, molti "segnali" differenti in banda base con differenti codici di diffusione possono essere modulati sulla stessa portante per supportare molti utenti differenti. Utilizzando diversi codici ortogonali, l'interferenza tra i segnali è minima. Al contrario, quando i segnali vengono ricevuti da più stazioni mobili, la stazione base è in grado di isolare ciascuna poiché hanno codici di diffusione ortogonali differenti.

La figura seguente mostra la tecnicità del sistema CDMA. Durante la propagazione, abbiamo mescolato i segnali di tutti gli utenti, ma in questo modo si utilizza lo stesso codice del codice utilizzato al momento dell'invio del lato ricevente. Puoi togliere solo il segnale di ogni utente.

Capacità CDMA

I fattori che determinano la capacità del CDMA sono:

• Guadagno di elaborazione
• Rapporto segnale-rumore
• Fattore di attività vocale
• Efficienza di riutilizzo della frequenza

La capacità in CDMA è morbida, CDMA ha tutti gli utenti su ciascuna frequenza e gli utenti sono separati da codice. Ciò significa che CDMA opera in presenza di rumore e interferenza.

Inoltre, le celle vicine utilizzano le stesse frequenze, il che significa nessun riutilizzo. Quindi, i calcoli della capacità CDMA dovrebbero essere molto semplici. Nessun canale di codice in una cella, moltiplicato per nessuna cella. Ma non è così semplice. Sebbene i canali di codice non disponibili siano 64, potrebbe non essere possibile utilizzarli una sola volta, poiché la frequenza CDMA è la stessa.

Metodi centralizzati

• La banda utilizzata in CDMA è compresa tra 824 MHz e 894 MHz (separazione di 50 MHz + 20 MHz).
• Il canale di frequenza è diviso in canali di codice.
• 1,25 MHz del canale FDMA è diviso in 64 canali di codice.

Guadagno di elaborazione

CDMA è una tecnica a spettro esteso. Ogni bit di dati viene distribuito da una sequenza di codice. Ciò significa che anche l'energia per bit viene aumentata. Ciò significa che ne trarremo vantaggio.

P (guadagno) = 10log (W / R)

W è il tasso di diffusione

R è la velocità dei dati

Per CDMA P (guadagno) = 10 log (1228800/9600) = 21dB

Questo è un fattore di guadagno e l'effettiva velocità di propagazione dei dati. In media, una condizione di trasmissione tipica richiede un rapporto segnale / rumore di 7 dB per un'adeguata qualità della voce.

Tradotto in un rapporto, il segnale deve essere cinque volte più forte del rumore.

Guadagno di elaborazione effettivo = P (guadagno) - SNR

= 21-7 = 14dB

CDMA utilizza un codificatore a tasso variabile

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

Quindi, CDMA ha il 100% di riutilizzo della frequenza. L'uso della stessa frequenza nelle celle circostanti causa alcune interferenze aggiuntive.

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

Vantaggi di CDMA

CDMA ha una capacità morbida. Maggiore è il numero di codici, maggiore è il numero di utenti. Presenta i seguenti vantaggi:

• Il CDMA richiede uno stretto controllo della potenza, poiché soffre di un effetto quasi lontano. In altre parole, un utente vicino alla stazione base che trasmette con la stessa potenza annegherà quest'ultimo segnale. Tutti i segnali devono avere più o meno uguale potenza al ricevitore

• I ricevitori Rake possono essere utilizzati per migliorare la ricezione del segnale. È possibile raccogliere versioni ritardate del tempo (un chip o successive) del segnale (segnali multipath) e utilizzarle per prendere decisioni a livello di bit.

• È possibile utilizzare il trasferimento flessibile. Le stazioni base mobili possono cambiare senza cambiare operatore. Due stazioni base ricevono il segnale mobile e il cellulare riceve segnali dalle due stazioni base.

• Burst di trasmissione: riduce le interferenze.

Svantaggi di CDMA

Gli svantaggi dell'utilizzo di CDMA sono i seguenti:

• La lunghezza del codice deve essere selezionata con cura. Una lunghezza del codice elevata può causare ritardi o causare interferenze.

• È necessaria la sincronizzazione dell'ora.

• Il trasferimento graduale aumenta l'uso delle risorse radio e può ridurre la capacità.

• Poiché la somma della potenza ricevuta e trasmessa da una stazione base richiede un controllo costante della potenza. Ciò può comportare diversi passaggi di consegne.

CDMA Network è il sistema destinato a regolare la tecnologia CDMA. Comprende tutti gli aspetti e le funzionalità a partire dalla stazione base, antenna trasmittente, antenna ricevente, fino ai centri di commutazione mobile.

Panoramica della rete CDMA

Una stazione base è un elemento essenziale della rete CDMA. Una stazione base copre una piccola area geografica chiamata acell. Una cella può essere omnidirezionale o settoriale. Ciascuna stazione base ha un'antenna trasmittente e due antenne riceventi per ogni cella. A tale scopo vengono utilizzate due antenne riceventi per cellaspatial diversity. In molte applicazioni, è un BSC (Base Station Controller), che controlla diverse stazioni base.

Poiché la velocità dei dati del telefono cellulare è di 13 kbps o 8 kbps, non è ISDN, ma gli interruttori che sono il centro di commutazione mobile (MSC) sono generalmente commutati a 64 kbps. Pertanto, prima di cambiare, è necessario convertire questa velocità di trasmissione dati mobile a 64 kbps. Ciò viene eseguito da un membro, che è iltranscoder. Il transcodificatore può essere un elemento separato o può essere collocato in ciascuna stazione base o MSC.

Tutte le stazioni base sono collegate all'MSC, che è il mobile sstreghe caccedere. MSC è l'entità che gestisce la creazione, la connessione, la manutenzione e lo smaltimento delle chiamate all'interno della rete e anche con il mondo esterno.

MSC ha anche un database chiamato HLR / AC, che è un centro di registrazione / autenticazione della posizione domestica. HLR è il database, che mantiene il database di tutti gli abbonati alla rete. AC Authentication Center è la parte della sicurezza del HLR, che alcuni algoritmi esaminano i telefoni cellulari.

L'MSC è connesso al mondo esterno, cioè alla rete fissa. MSC può anche essere collegato a molti altri MSC.

Identità CDMA

Identità di rete -

• SID (System Identity)
• NID (identità di rete)

Identità delle stazioni mobili -

• ESN (numero di serie elettronico)
• ESN permutato
• IMSI (International Mobile Station Identity)
• IMSI_S
• IMSI_11_12
• Marchio di classe della stazione

Identità di sistema e di rete

Una stazione base è un membro di un sistema cellulare e di una rete. Una rete è un sottoinsieme di un sistema. I sistemi vengono installati con un'identificazione chiamataIdentification System(CIS). Le reti con un sistema di ricezione èNetwork identification(NID). È una coppia di rete identificata in modo univoco di (SID, NID). La stazione mobile ha un elenco di una o più coppie domestiche (non roaming) (SID, NID).

SID

Un indicatore di identificazione del sistema a 15 bit (SID) è memorizzato in una stazione mobile. Viene utilizzato per determinare il sistema host delle stazioni mobili. Di seguito è illustrata l'allocazione dei bit dell'indicatore di identificazione del sistema.

La tabella mostra anche la distribuzione dei codici internazionali (INTL) (bit 14 e 13). I bit 12-0 vengono assegnati a ciascun sistema statunitense dalla FCC per i paesi non statunitensi. L'assegnazione dei bit verrà effettuata dalle autorità di regolamentazione locali.

NID

NID ha un intervallo di 0-65535 valori riservati. Il valore di 65535 in un SID significa che la coppia NID indica che la Mobile Station considera l'intero SID come casa.

Sistemi e reti

Una stazione mobile ha un elenco di una o più coppie domestiche (non roaming) (SID, NID). Una stazione mobile è in roaming quando la coppia di stazioni radio base (SID, NID) non corrisponde a una delle coppie di stazioni mobili non in roaming (SID, NID).

Una stazione mobile è un roamer NID straniero -

• se la stazione mobile è in roaming e ci sono alcune coppie (SID, NID) nell'elenco delle stazioni mobili (SID, NID) che corrisponde a SID.

• se la stazione mobile è in roaming e ci sono alcune coppie (SID, NID) nell'elenco delle stazioni mobili (SID, NID) per le quali non è disponibile alcun SID corrispondente (significa che una stazione mobile ha un SID esterno del cliente in roaming).

Numero di serie elettronico (ESN)

ESN è un numero binario a 32 bit che identifica in modo univoco la stazione mobile in un sistema cellulare CDMA. Dovrebbe essere impostato in fabbrica e non può essere facilmente modificato sul campo. La modifica dell'ESN richiederà attrezzature speciali, normalmente non disponibili per gli abbonati. L'allocazione dei bit di ESN è mostrata di seguito:

Il circuito che fornisce l'ESN deve essere isolato in modo che nessuno possa contattarlo e manometterlo. I tentativi di cambiare il circuito ESN dovrebbero rendere inoperativa la stazione mobile. Al momento del rilascio dell'accettazione iniziale, al produttore deve essere assegnato un codice Produttori (MFR) negli otto bit più significativi (bit 31-24 bit) numero di serie a 32 bit. I bit 23-18 sono riservati (inizialmente zero). Inoltre, ogni produttore assegna solo 17 bit a 0. Quando un produttore ha utilizzato quasi tutte le possibili combinazioni di numeri di serie nei bit 17-0, il produttore può inviare una notifica alla FCC. La FCC assegnerà il numero binario sequenziale successivo nel blocco di riserva (bit da 23 a).

ESN permutato

CDMA è una tecnica a spettro esteso in cui più utenti accedono al sistema nello stesso esempio in una cella e, naturalmente, sulla stessa frequenza. Pertanto, discrimina gli utenti sul collegamento inverso (ovvero le informazioni dallo Stato membro alla stazione base). Diffonde le informazioni utilizzando codici che sono univoci per la stazione mobile in tutti i sistemi cellulari CDMA. Questo codice ha un elemento che è l'ESN, ma non usa invece l'ESN nello stesso formato, usa un ESN scambiato.

Se ci sono due cellulari in una cella della stessa marca e hanno numeri di serie consecutivi e per il ricevitore della stazione base, diventa difficile collegarli. Pertanto, per evitare una forte correlazione tra i codici lunghi corrispondenti a ESN successivi, utilizziamo ESN permutati.

International Mobile Station Identity (IMSI)

Le stazioni mobili sono identificate dall'identità dell'IMSI (International Mobile Station Identity). L'IMSI è composto da un massimo di 10-15 cifre numeriche. Le prime tre cifre dell'IMSI sono il codice del paese del cellulare (MCC), le cifre rimanenti sono l'identità della stazione mobile NMSI nazionale. L'NMSI è costituito dal codice di rete mobile (MNC) e dal numero di identificazione della stazione mobile (SIDS).

MCC	MSN	MSIN
	NMSI
IMSI ≤15 cifre

• Centro clienti: codice paese mobile
• MNC: codice di rete mobile
• MSIN: identificazione della stazione mobile
• NMSI: National Mobile Station Identity

Un IMSI di 15 cifre di lunghezza è chiamato IMSI di classe 0 (NMSI è di 12 cifre di lunghezza). L'IMSI, che ha una lunghezza inferiore a 15 cifre, è chiamato IMSI di classe 1 (NMSI la lunghezza è inferiore a 12 conteggi). Per il funzionamento CDMA, lo stesso IMSI può essere registrato in più stazioni mobili. I singoli sistemi possono o meno consentire queste funzionalità. La gestione di queste funzioni è una funzione della stazione base e dell'operatore di sistema.

Ricevitore Rake

A causa della riflessione sulle sfide di una banda larga, il canale radio può essere costituito da molte copie (multipath), segnali originariamente trasmessi con ampiezza, fase e ritardo differenti. Se i componenti del segnale arrivano in un periodo di chip l'uno dall'altro, è possibile utilizzare un ricevitore rake per regolare e combinare. Il ricevitore Rake utilizza un principio di diversità attraverso molteplici percorsi. La figura sotto mostra lo schema del ricevitore Rake.

Il ricevitore Rake elabora diversi componenti di segnali multipath. Le uscite del correlatore vengono combinate per ottenere una migliore affidabilità e prestazioni di comunicazione. La decisione di bit sulla base di una singola correlazione può produrre un elevato tasso di errore di bit come componente multipath elaborato dal fatto che il correlatore può essere danneggiato dallo scolorimento. Se l'uscita di un correlatore è corrotta dallo sbiadimento, l'altro non può esserlo e il segnale danneggiato può essere ridotto dal processo di ponderazione.

Codice Walsh

I codici Walsh sono più comunemente usati nei codici ortogonali delle applicazioni CDMA. Questi codici corrispondono alle linee di una speciale matrice quadrata chiamata matrice di Hadamard. Per un insieme di codici Walsh di lunghezza N, è costituito da n linee per formare una matrice quadrata di n × n codice Walsh.

Il sistema IS-95 utilizza 64 matrice di funzioni Walsh 64. La prima riga di questa matrice contiene una stringa di tutti zeri con ciascuna delle seguenti righe contenente diverse combinazioni di bit 0 e 1. Ciascuna riga è una rappresentazione ortogonale e uguale per i bit binari. Quando implementato con il sistema CDMA, ogni utente mobile utilizza una delle 64 sequenze di righe nella matrice come codice di diffusione. Inoltre, fornisce zero correlazioni incrociate tra tutti gli altri utenti. Questa matrice è definita ricorsivamente come segue:

Dove n è una potenza di 2 e indica le diverse dimensioni della matrice W. Inoltre, n rappresenta l'operazione NOT logica su tutti i bit di questa matrice. Le tre matrici W _2, W ₄ e W ₈ mostrano rispettivamente la funzione Walsh per le dimensioni 2, 4 e 8.

Ogni riga della matrice 64 Walsh 64 corrisponde a un numero di canale. Il numero di canale 0 è mappato alla prima riga della matrice Walsh, che è il codice di tutti gli zeri. Questo canale è anche noto come canale pilota e viene utilizzato per formare e stimare la risposta all'impulso di un canale radio mobile.

Per calcolare la correlazione incrociata tra le sequenze, dovremo convertire i bit nella matrice per formare l'antitesi di ± 1 valori. Tuttavia, tutti gli utenti sullo stesso canale CDMA possono essere sincronizzati con una precisione di un intervallo di chip utilizzando una sequenza PN lunga comune. Funziona anche come uno scrambler di dati.

• Il codice Walsh è un gruppo di codici di diffusione con buone proprietà di autocorrelazione e scarse proprietà di correlazione incrociata. I codici Walsh sono la spina dorsale dei sistemi CDMA e vengono utilizzati per sviluppare i singoli canali in CDMA.

• Per IS-95, sono disponibili 64 codici.

  • Il codice "0" viene utilizzato come pilota e il codice "32" viene utilizzato per la sincronizzazione.

  • I codici da 1 a 7 vengono utilizzati per i canali di controllo e i codici rimanenti sono disponibili per i canali di traffico. I codici da 2 a 7 sono disponibili anche per i canali di traffico se non sono necessari.

• Per cdma2000, esistono moltissimi codici Walsh, che variano in lunghezza per adattarsi alle diverse velocità di trasmissione dati e fattori di diffusione delle diverse configurazioni radio.

• Uno dei 64 pattern ortogonali a una velocità di 1.2288 Mcps.

• I codici Walsh vengono utilizzati per identificare i dati per ogni singola trasmissione. Nel collegamento in avanti, definiscono i canali di codice in avanti all'interno di una frequenza CDMA.

• Nel collegamento inverso, tutti i 64 codici vengono utilizzati da ciascun canale inverso per trasportare le informazioni.

Dai un'occhiata alla seguente illustrazione. Mostra come viene eseguito il multiplexing utilizzando il codice Walsh.

Tutta la modulazione e la demodulazione tecnica mirano a una maggiore potenza e / o efficienza della larghezza di banda in un canale di rumore stazionario additivo gaussiano bianco. Poiché la larghezza di banda è una risorsa limitata, uno degli obiettivi principali di progettazione di tutti gli schemi di modulazione è ridurre al minimo la larghezza di banda richiesta per la trasmissione. D'altra parte, le tecniche di spettro diffuso utilizzano una larghezza di banda di trasmissione che è dell'ordine di grandezza maggiore della larghezza di banda richiesta per il segnale minimo.

Il vantaggio della tecnica dello spettro diffuso è che: molti utenti possono utilizzare contemporaneamente la stessa larghezza di banda senza interferire tra loro. Pertanto, lo spettro diffuso non è economico quando il numero di utenti è inferiore.

• Lo spettro esteso è una forma di comunicazione wireless in cui la frequenza del segnale trasmesso viene deliberatamente variata con conseguente maggiore larghezza di banda.

• Lo spettro di diffusione è evidente nel teorema della capacità del canale di Shannon e Hartley -

  C = B × log ₂ (1 + S / N)

• Nell'equazione data, "C" è la capacità del canale in bit al secondo (bps), che è la velocità dati massima per un tasso di errore di bit teorico ( BER ). 'B' è la larghezza di banda del canale richiesta in Hz e S / N è il rapporto di potenza segnale-rumore.

• Lo spettro esteso utilizza segnali a banda larga, simili a rumore, difficili da rilevare, intercettare o demodulare. Inoltre, i segnali a spettro esteso sono più difficili da disturbare (interferire con) rispetto ai segnali a banda stretta.

• Poiché i segnali a spettro esteso sono così ampi, trasmettono a una densità di potenza spettrale molto inferiore, misurata in watt per hertz, rispetto ai trasmettitori a banda stretta. I segnali a spettro esteso e banda stretta possono occupare la stessa banda, con poca o nessuna interferenza. Questa capacità è l'attrazione principale per tutto l'interesse per lo spettro diffuso oggi.

Points to Remember -

• La larghezza di banda del segnale trasmesso è maggiore della larghezza di banda minima delle informazioni, necessaria per trasmettere correttamente il segnale.

• Alcune funzioni diverse dalle informazioni stesse vengono normalmente impiegate per determinare la larghezza di banda trasmessa risultante.

Di seguito sono riportati i due tipi di tecniche di spettro esteso:

• Sequenza diretta e
• Salto di frequenza.

La sequenza diretta è adottata da CDMA.

Sequenza diretta (DS)

Direct Sequence Code Division Multiple Access (DS-CDMA) è una tecnica per multiplexare utenti in base a codici diversi. In questa tecnica, la stessa larghezza di banda viene utilizzata da utenti diversi. Ad ogni utente viene assegnato un proprio codice di diffusione. Questi set di codici sono divisi in due classi:

• Codici ortogonali e
• Codici non ortogonali

Le sequenze Walsh rientrano nella prima categoria che è Codici ortogonali mentre altre sequenze cioè PN, Gold e Kasami sono sequenze di registro a scorrimento.

I codici ortogonali sono assegnati agli utenti, l'uscita del correlatore nel ricevitore sarà zero tranne la sequenza desiderata. Nella sequenza diretta sincrona, il ricevitore riceve la stessa sequenza di codice che è stata trasmessa in modo che non vi sia spostamento temporale tra gli utenti.

Segnali DS demodulanti - 1

Per demodulare i segnali DS, è necessario conoscere il codice utilizzato al momento della trasmissione. In questo esempio, moltiplicando il codice utilizzato nella trasmissione per il segnale di ricezione, possiamo ottenere il segnale trasmesso.

In questo esempio, sono stati utilizzati più codici al momento della trasmissione (10.110.100) al segnale ricevuto. Qui, abbiamo calcolato utilizzando la legge di due additivi (Modulo 2 Addition). Viene ulteriormente demodulato moltiplicando il codice utilizzato al momento di questa trasmissione, denominatoreverse diffusion(spargimento). Nel diagramma riportato di seguito, si può vedere che durante la trasmissione dei dati allo spettro a banda stretta (Narrow Band), lo spettro del segnale viene disperso.

Segnali DS demodulanti - 2

Se invece non conosci il codice che è stato utilizzato al momento della trasmissione, non potrai demodulare. Qui, stai cercando di demodulare il codice di diversi (10101010) e l'ora di trasmissione, ma non è riuscito.

Anche guardando lo spettro, si sta diffondendo durante il tempo di trasmissione. Quando viene fatto passare attraverso un filtro passa-banda (Band Path Filter), rimane solo questo piccolo segnale e questi non vengono demodulati.

Caratteristiche dello spettro di diffusione

Come mostrato nella figura seguente, la densità di potenza dei segnali Spread Spectrum potrebbe essere inferiore alla densità del rumore. Questa è una caratteristica meravigliosa che può proteggere i segnali e mantenere la privacy.

Diffondendo lo spettro del segnale trasmesso, si può ridurre la sua densità di potenza in modo tale che diventi inferiore alla densità di potenza del rumore. In questo modo è possibile nascondere il segnale nel rumore. Può essere demodulato se si conosce il codice utilizzato per inviare il segnale. Nel caso in cui il codice non sia noto, il segnale ricevuto rimarrà nascosto nel rumore anche dopo la demodulazione.

DS-CDMA

Il codice DS viene utilizzato in CDMA. Finora è stata spiegata la parte fondamentale della comunicazione a spettro esteso. Da qui, spiegheremo come funziona Direct Sequence Code Division Multiple Access (DS-CDMA).

Il segnale che è a spettro diffuso, può essere demodulato solo da un codice utilizzato per la trasmissione. Usando questo, il segnale di trasmissione di ogni utente può essere identificato dal codice separato quando riceve il segnale. Nell'esempio fornito, il segnale diffuso dell'utente A in corrispondenza del codice A e il segnale diffuso dell'utente B in corrispondenza del codice B. Ciascun segnale quando riceve vengono miscelati. Tuttavia, tramite il diffusore inverso (Despreadder), identifica il segnale di ogni utente.

DS-CDMA System - Forward Link

DS-CDMA System - Reverse Link

Codice di diffusione

Cross-Correlation

La correlazione è un metodo di misurazione della precisione con cui un dato segnale corrisponde a un codice desiderato. Nella tecnologia CDMA, ad ogni utente viene assegnato un codice diverso, il codice che viene assegnato o scelto dall'utente è molto importante per modulare il segnale perché è legato alle prestazioni del sistema CDMA.

Si otterranno le migliori prestazioni quando ci sarà una netta separazione tra il segnale degli utenti desiderati e i segnali degli altri utenti. Questa separazione viene effettuata correlando il codice di segnale desiderato che è stato generato localmente e altri segnali ricevuti. Se il segnale corrisponde al codice dell'utente, la funzione di correlazione sarà alta e il sistema può estrarre quel segnale. Se il codice desiderato dall'utente non ha nulla in comune con il segnale, la correlazione dovrebbe essere il più vicino possibile allo zero (eliminando così il segnale); noto anche come correlazione incrociata. Quindi, c'è un fileself-correlation (Auto-correlazione) e cross-correlation (Correlazione incrociata).

Le proprietà di autocorrelazione e codice sono mostrate nel diagramma riportato di seguito in cui è mostrata la correlazione tra il codice di diffusione "A" e il codice di diffusione "B". In questo esempio, viene fornita la correlazione calcolata tra il codice di diffusione 'A (1010110001101001) e il codice di diffusione' B '(1010100111001001), mentre si eseguono i calcoli nell'esempio seguente, il risultato è arrivato a 6/16.

Preferable Codes

Il codice preferibile è utilizzato in CDMA. Esistono diversi codici che possono essere utilizzati a seconda del tipo di un sistema di CDMA. Esistono due tipi di sistema:

• Sistema sincrono (sincrono) e
• Sistema asincrono (asincrono).

In un sistema sincrono possono essere utilizzati codici ortogonali (codice ortogonale). Nel sistema asincrono per questo, come il codice pseudo-casuale (rumore pseudo-casuale) o il codice Gold viene utilizzato.

Al fine di ridurre al minimo l'interferenza reciproca in DS-CDMA, è necessario scegliere i codici di diffusione con minore correlazione incrociata.

Synchronous DS-CDMA

• I codici ortogonali sono appropriati. (Codice Walsh ecc.)

Asynchronous DS-CDMA

• Codici rumore pseudocasuali (PN) / sequenza massima
• Codici oro

Synchronous DS-CDMA

I sistemi CDMA sincroni sono realizzati in sistemi da punto a multipunto. Ad esempio, inoltra collegamento (da stazione base a stazione mobile) nel telefono cellulare.

Il sistema di sincronizzazione viene utilizzato nei sistemi uno-a-molti (punto a multipunto). Ad esempio, in un dato momento, in un sistema di comunicazione mobile, una singola stazione base (BTS) può comunicare con più telefoni cellulari (collegamento in avanti / collegamento in discesa).

In questo sistema, un segnale di trasmissione per tutti gli utenti può comunicare in sincronizzazione. Significa che la "sincronizzazione" su questo punto è un senso che può essere inviato per allineare la parte superiore di ogni segnale utente. In questo sistema è possibile utilizzare codici ortogonali ed è anche possibile ridurre l'interferenza reciproca. E codici ortogonali, è il segno, come la correlazione incrociata cioè 0.

Asynchronous DS-CDMA

Nel sistema CDMA asincrono, i codici ortogonali hanno una cattiva correlazione incrociata.

A differenza del segnale dalla stazione base, il segnale dalla stazione mobile alla stazione base, diventa il sistema asincrono.

In un sistema asincrono, l'interferenza in qualche modo reciproca aumenta, ma utilizza gli altri codici come il codice PN o il codice Gold.

Vantaggi dello spettro di diffusione

Poiché il segnale è distribuito su un'ampia banda di frequenza, la densità spettrale di potenza diventa molto bassa, quindi altri sistemi di comunicazione non soffrono di questo tipo di comunicazione. Tuttavia, il rumore gaussiano aumenta. Di seguito è riportato un elenco di alcuni dei principali vantaggi di Spread Spectrum:

• Multipath può essere concordato, poiché è possibile generare un gran numero di codici, consentendo un gran numero di utenti.

• Nello spettro diffuso, non ci sono limiti di utenti mentre ci sono limitazioni di utenti nella tecnologia FDMA.

• Sicurezza: senza conoscere il codice di diffusione, è quasi impossibile recuperare i dati trasmessi.

• Rifiuto decrescente - poiché viene utilizzata un'ampia larghezza di banda, il sistema; è meno suscettibile alla deformazione.

Sequenza PN

Il sistema DS-CDMA utilizza due tipi di sequenze di spargimento, ovvero, PN sequences e orthogonal codes. Come accennato in precedenza, la sequenza PN è generata dal generatore di rumore pseudo-casuale. È semplicemente un registro a scorrimento con feedback lineare binario, costituito da porte XOR e un registro a scorrimento. Questo generatore PN ha la capacità di creare una sequenza identica sia per il trasmettitore che per il ricevitore,and retaining the desirable properties of the noise randomness bit sequence.

Una sequenza PN ha molte caratteristiche come avere un numero quasi uguale di zeri e uno, una correlazione molto bassa tra le versioni spostate della sequenza e una correlazione incrociata molto bassa con altri segnali come interferenza e rumore. Tuttavia, è in grado di correlarsi bene con se stesso e il suo inverso. Un altro aspetto importante è l'autocorrelazione della sequenza in quanto determina la capacità di sincronizzare e bloccare il codice di diffusione per il segnale ricevuto. Questa lotta effettua efficacemente l'interferenza multipla e migliora l'SNR. Le sequenze M, i codici Gold e le sequenze Kasami sono gli esempi di questa classe di sequenze.

• Una sequenza di rumore pseudo-casuale (PN) è una sequenza di numeri binari, ad es. ± 1, che sembra essere casuale; ma in effetti è perfettamente deterministico.

• Le sequenze PN vengono utilizzate per due tipi di tecniche di spettro diffuso PN:

  • Spettro di diffusione del segnale diretto (DS-SS) e

  • Spettro di diffusione del luppolo in frequenza (FH-SS).

• Se "u" utilizza PSK per modulare la sequenza PN, risulta DS-SS.

• Se "u" utilizza FSK per modulare la sequenza PN, risulta in FH-SS.

Tecnologia di salto di frequenza

Il salto di frequenza è uno spettro diffuso in cui la propagazione avviene saltando di frequenza su un'ampia banda. L'ordine preciso in cui si verifica l'interruzione è determinato da una tabella di salto generata utilizzando una sequenza di codice pseudo-casuale.

La velocità di salto è una funzione delle informazioni sulla velocità. L'ordine delle frequenze è selezionato dal ricevitore ed è dettato dalla sequenza di rumore pseudo-casuale. Sebbene la trasmissione di uno spettro di segnale a salto di frequenza sia abbastanza diversa da quella di un segnale in sequenza diretta, è sufficiente notare che i dati distribuiti su una banda di segnale è maggiore del necessario per il trasporto. In entrambi i casi, il segnale risultante apparirà come rumore e il ricevitore utilizza una tecnica simile, che viene utilizzata nella trasmissione per recuperare il segnale originale.

Nelle comunicazioni wireless, la dissolvenza è la deviazione dell'attenuazione del segnale che influisce su un determinato mezzo di propagazione. Lo scolorimento può variare con il tempo, la posizione geografica o la frequenza della radio, che è spesso modellata come un processo casuale. Un canale in dissolvenza è un canale di comunicazione che subisce lo svanimento.

Dissolvenza multipath

Nei sistemi wireless, la dissolvenza può essere dovuta al multipath, chiamato come multipath fading o a causa di shadowing da ostacoli che influenzano la propagazione delle onde, noti come shadow fading. In questo capitolo, discuteremo di come il fading multipath influenzi la ricezione dei segnali in CDMA.

Dissolvenza nel sistema CDMA

I sistemi CDMA utilizzano un chip rate veloce del segnale per diffondere lo spettro. Ha un'elevata risoluzione temporale, grazie alla quale riceve separatamente un segnale diverso da ciascun percorso. Il ricevitore RAKE previene la degradazione del segnale sommando tutti i segnali.

Poiché CDMA ha un'elevata risoluzione temporale, percorsi diversi ritardano i segnali CDMA, che possono essere discriminati. Pertanto, l'energia di tutti i percorsi può essere sommata regolando le loro fasi e i ritardi del percorso. Questo è un principio del ricevitore RAKE. Utilizzando un ricevitore RAKE, è possibile migliorare la perdita del segnale ricevuto a causa del fading. Può garantire un ambiente di comunicazione stabile.

Nei sistemi CDMA, la propagazione multi-path migliora la qualità del segnale utilizzando il ricevitore RAKE.

Il problema del vicino lontano è uno dei principali problemi che danneggia gravemente le comunicazioni mobili. In un sistema CDMA, l'interferenza reciproca determinerà la maggior parte del rapporto SN di ciascun utente.

In che modo il problema della lontananza influisce sulla comunicazione?

La seguente illustrazione mostra come il problema vicino-lontano influenzi la comunicazione.

Come mostrato nell'illustrazione, l'utente A è lontano dal ricevitore e l'utente B è vicino al ricevitore, ci sarà una grande differenza tra la potenza del segnale desiderata e la potenza del segnale interferito. La potenza del segnale desiderata sarà molto più alta della potenza del segnale interferito e quindi il rapporto SN dell'utente A sarà inferiore e la qualità della comunicazione dell'utente A sarà gravemente degradata.

In CDMA, poiché tutti i cellulari trasmettono alla stessa frequenza, l'interferenza interna della rete gioca un ruolo critico nel determinare la capacità della rete. Inoltre, la potenza di ciascun trasmettitore mobile deve essere controllata per limitare l'interferenza.

Il controllo della potenza è essenzialmente necessario per risolvere il problema del vicino-lontano. L'idea principale per ridurre il problema del vicino-lontano è raggiungere lo stesso livello di potenza ricevuto da tutti i cellulari alla stazione base. Ciascuna potenza ricevuta deve essere almeno a livello, in modo da consentire al collegamento di soddisfare i requisiti del sistema in modo tale che Eb / N0. Per ricevere lo stesso livello di potenza alla stazione base, i cellulari che sono più vicini alla stazione base dovrebbero trasmettere meno potenza rispetto ai cellulari che sono lontani dalla stazione base mobile.

Nella figura sotto, ci sono due celle mobili A e B. A è più vicino alla stazione base e B è lontano dalla stazione base. Pr è il livello di segnale minimo per le prestazioni del sistema richiesto. Pertanto, il cellulare B dovrebbe trasmettere più potenza per ottenere lo stesso Pr alla stazione base (PB> PA). Se non c'è il controllo della potenza, in altre parole, la potenza di trasmissione è la stessa da entrambe le celle mobili, il segnale ricevuto da A è molto più forte dei segnali ricevuti dalla cella mobile B.

Quando tutte le stazioni mobili trasmettono i segnali alla stessa potenza (MS), i livelli ricevuti nella stazione base sono diversi l'uno dall'altro, il che dipende dalle distanze tra BS e MS.

Il livello ricevuto oscilla rapidamente a causa dello sbiadimento. Per mantenere il livello ricevuto a BS, è necessario impiegare una tecnica di controllo della potenza adeguata nei sistemi CDMA.

Dobbiamo controllare la potenza di trasmissione di ogni utente. Questo controllo è chiamatotransmission power control(Control Power). Esistono due modi per controllare la potenza di trasmissione. Il primo è il fileopen-loop Controllo (anello aperto) e il secondo è closed-loop Controllo (anello chiuso).

Controllo alimentazione collegamento inverso

Oltre all'effetto vicino-lontano sopra descritto, il problema immediato è determinare la potenza di trasmissione del cellulare quando stabilisce per la prima volta una connessione. Fino a quando il cellulare non entra in contatto con la stazione base, non ha idea della quantità di interferenze nel sistema. Se tenta di trasmettere una potenza elevata per garantire il contatto, può introdurre troppe interferenze. D'altra parte, se il cellulare trasmette meno potenza (per non disturbare altre connessioni mobili), la potenza non può soddisfare l' E _b / N ₀ come richiesto.

Come specificato negli standard IS-95, il cellulare agisce quando vuole entrare nel sistema, invia un segnale chiamato access.

In CDMA, la potenza di trasmissione di ciascun utente viene assegnata dalla potenza di controllo per ottenere la stessa potenza (Pr) ricevuta dalla stazione base / BTS con sonda di accesso a bassa potenza. Il cellulare invia la sua prima sonda di accesso, quindi attende una risposta dalla stazione base. Se non riceve risposta, la seconda sonda di accesso viene inviata con una potenza maggiore.

Il processo viene ripetuto finché la stazione base non risponde. Se il segnale a cui risponde la stazione di base è alto, il cellulare viene connesso con la stazione di base che è più vicina alla cella mobile con bassa potenza di trasmissione. Allo stesso modo, se il segnale è debole, il cellulare sa che la perdita di percorso è maggiore e trasmette una potenza elevata.

Viene chiamato il processo sopra descritto open loop power controlpoiché è controllato solo dal cellulare stesso. Il controllo dell'alimentazione ad anello aperto inizia quando il primo cellulare tenta di comunicare con la stazione base.

Questo controllo della potenza viene utilizzato per compensare gli effetti di ombreggiatura delle variabili lente. Tuttavia, poiché i collegamenti posteriore e anteriore sono su frequenze diverse, la potenza di trasmissione stimata non fornisce una soluzione accurata per il controllo della potenza a causa della perdita di percorso verso la parte anteriore della stazione di base. Questo controllo di potenza non riesce o è troppo lento per i canali in dissolvenza Rayleigh veloci.

La potenza del controllo ad anello chiuso viene utilizzata per compensare il rapido scolorimento di Rayleigh. Questa volta, la potenza di trasmissione mobile è controllata dalla stazione base. A tale scopo, la stazione base monitora continuamente la qualità del segnale del collegamento inverso. Se la qualità della connessione è bassa, dice al cellulare di aumentare la sua potenza; e se la qualità della connessione è molto alta, il controller della stazione base mobile riduce la sua potenza.

Forward Link Power Control

Analogamente, per il controllo della potenza del collegamento inverso, anche il controllo della potenza del collegamento in avanti è necessario per mantenere la qualità del collegamento in avanti a un livello specificato. Questa volta, il cellulare monitora la qualità del collegamento in avanti e indica alla stazione base di accendersi o spegnersi. Questo controllo della potenza non ha alcun effetto sul problema del vicino-lontano. Tutti i segnali vengono confusi insieme allo stesso livello di potenza quando arrivano al cellulare. In breve, non vi è alcun problema quasi lontano nel collegamento in avanti.

Effetto del controllo della potenza

Tramite il controllo della potenza di trasmissione, l'utente può ottenere un ambiente di comunicazione costante indipendentemente dalla posizione. L'utente che è lontano dalla stazione base invia una potenza di trasmissione maggiore rispetto all'utente che è più vicino alla stazione base. Inoltre, grazie a questo controllo della potenza di trasmissione, è possibile ridurre gli effetti dello sbiadimento. Ciò significa che la variazione della potenza ricevuta a causa del fading può essere soppressa dal controllo della potenza di trasmissione.

• Il controllo della potenza è in grado di compensare la fluttuazione in dissolvenza.
• La potenza ricevuta da tutti gli SM viene controllata in modo da essere uguale.
• Il problema di Near-Far è mitigato dal controllo dell'alimentazione.

Il principale vantaggio in termini di capacità del CDMA è che riutilizza la stessa frequenza assegnata in ogni settore di ogni cella. In IS-136 e nei sistemi cellulari analogici, c'è un fattore di ripetizione di sette celle, con tre settori. Ciò significa che solo un canale su 21 è disponibile per ogni settore. CDAM è progettato per condividere la stessa frequenza in ogni settore di ogni cella. Per ogni utente che utilizza la codifica cdma2000 anziché IS-95, il sistema è più efficiente.

In FDMA o TDMA, la risorsa radio è allocata per non interferire tra le celle vicine -

• Le celle adiacenti non possono utilizzare la stessa banda di frequenza (identica) (o fascia oraria).
• La figura a sinistra mostra la semplice allocazione delle celle con sette bande di frequenza.

Nella situazione reale, a causa della complicata propagazione radio e dell'allocazione irregolare delle celle, non è facile allocare la frequenza (o la fascia oraria) in modo appropriato.

In un sistema CDMA contro questo, poiché tutti gli utenti condividono la stessa frequenza, la disposizione della frequenza non è un problema. Questo è il più grande vantaggio della tecnologia CDMA.

In CDMA, una risorsa radio identica può essere utilizzata tra tutte le celle, poiché i canali CDMA utilizzano simultaneamente la stessa frequenza.

• L'assegnazione della frequenza in CDMA non è necessaria.
• In questo senso, il sistema cellulare CDMA è facile da progettare.

Ogni volta che un abbonato cellulare passa da una stazione base all'altra, la rete passa automaticamente all'altra rispettiva stazione base e mantiene la responsabilità della copertura. Questo comportamento è chiamato "consegna" (Handoff) o "consegna" (Handover).

Mentre nei sistemi FDMA e TDMA, utilizza una frequenza diversa per comunicare con la stazione base di quella zona. Significa che ci sarà un cambio di frequenza da una frequenza all'altra e durante la commutazione ci sarà un leggero taglio di comunicazione, che è chiamato come"hard handoff" (Hard Handoff) o "hard handover" (Hard Handover).

Handoff difficile

Nel sistema cellulare FDMA o TDMA, è possibile stabilire una nuova comunicazione dopo aver interrotto la comunicazione corrente al momento dell'handoff. La comunicazione tra MS e BS si interrompe al momento della commutazione della frequenza o della fascia oraria.

Soft Handoff

I sistemi cellulari tracciano le stazioni mobili per mantenere i loro collegamenti di comunicazione. Quando la stazione mobile va a una cella vicina, il collegamento di comunicazione passa dalla cella corrente alla cella vicina.

Quando un cellulare entra in una nuova area (dalla stazione di base a un'altra stazione di base), il cellulare è il secondo pilota di potenza sufficiente inviando il messaggio alla forza del conducente alla prima stazione di base. La stazione di base notifica l'MTSO e quindi l'MTSO richiede di nuovoWalsh code assignment della seconda stazione base.

• La prima stazione base controlla con il nuovo trasferimento progressivo assegnazione Walsh MTSO quindi invia il collegamento terrestre alla seconda stazione base. Mobile è alimentato da due stazioni base e MTSO seleziona lo stato di qualità migliore ogni 20 ms.

• La potenza scende alla stazione mobile dal primo BS e il cellulare invia un messaggio di forza pilota, quindi la prima trasmissione BS si interrompe e rilascia il canale. E il canale del traffico continua sulla seconda stazione base.

• Nel sistema cellulare CDMA, la comunicazione non si interrompe nemmeno al momento durante l'handoff, perché la frequenza di commutazione o la fascia oraria non è richiesta.

Note- Una sequenza Walsh fa parte dei codici ortogonali, mentre altre sequenze come PN, Gold e Kasami sono sequenze di registro a scorrimento. Nel caso in cui agli utenti vengano assegnati codici ortogonali, l'uscita del correlatore nel ricevitore sarà zero tranne la sequenza desiderata, mentre il ricevitore a sequenza diretta sincrona riceve la stessa sequenza di codice che è stata trasmessa, quindi non c'è spostamento temporale tra gli utenti.

Un segnale CDMA subisce segnali di interferenza elevati diversi dagli utenti CDMA. Ciò richiede due forme di interferenza: interferenza da altri utenti nella stessa minicell e interferenza dalle celle adiacenti. L'interferenza totale include anche il rumore di fondo e altri segnali spuri.

CDMA si basa sull'uso di una forma di modulazione a spettro esteso per codificare un segnale per la sua trasmissione e il suo recupero.

Fonti di rumore

Nella tecnologia a spettro esteso, i segnali radio sono distribuiti su una singola banda di frequenza larga 1,23 MHz. Ogni abbonato ha assegnato codici PN. I segnali corrispondenti ai codici PN vengono decodificati ed elaborati. I segnali che non contengono le corrispondenze di codice vengono trattati come rumore e ignorati.

Elaborazione del segnale: ricezione

CDMA inizia con un segnale a banda stretta codificato; questo si diffonde con l'uso dei codici PN ad una larghezza di banda di 1,23 MHz.

Quando il segnale viene ricevuto, viene filtrato ed elaborato per recuperare il segnale desiderato. Un correlatore elimina le fonti di interferenza perché non sono correlate con il trattamento del segnale desiderato. Utilizzando questo metodo, il numero di chiamate CDMA può occupare contemporaneamente lo stesso spettro di frequenze.

Frame Error Rate

Il numero di errori di trasmissione, misurato in termini di frame error rate (FER). Aumenta con il numero di chiamate. Per superare questo problema, il minicell e il sito mobile possono aumentare la potenza fino a quando il sito mobile o il sito minicell possono accendersi ulteriormente per ridurre la FER a una quantità accettabile. Questo evento fornisce un limite morbido chiamate da una particolare minicell e dipende da:

• Il rumore di fondo naturale e le interferenze provocate dall'uomo.
• Interferenza da chiamate su questa minicell.
• Interferenza da chiamate su altre celle.

Potenza per codice Walsh

Il bit di controllo della potenza viene utilizzato durante l'elaborazione delle chiamate per mantenere la potenza relativa di ogni singolo canale di traffico attivo e l'accensione o lo spegnimento per mantenere misurazioni FER accettabili dal cellulare sul canale. Questa potenza è espressa in termini di unità di guadagno digitale.

Le seguenti azioni possono essere visualizzate nel percorso di trasmissione:

• Il pacchetto vocale digitale a bassa velocità di trasmissione da PSU2 (unità di commutazione di pacchetto 2 nello switch 5ESS) è diffuso da un codice Walsh nella minicella.

• La frequenza portante di trasmissione RF è modulata dal segnale diffuso.

• Viene trasmesso il segnale di spettro diffuso in sequenza diretta.

Le seguenti azioni possono essere visualizzate nel percorso di ricezione:

• Viene ricevuto il segnale di spettro diffuso in sequenza diretta.

• Il segnale viene demodulato utilizzando la frequenza portante di ricezione RF.

• Il segnale viene visualizzato utilizzando lo stesso codice Walsh.

• Un rilevatore di bit ripristina il segnale decodificato su una rappresentazione ragionevole dello schema vocale originale.