CDMA - Szybki przewodnik

Co to jest CDMA?

Coda Division Mostatecznie Access (CDMA) to cyfrowa technologia komórkowa używana do komunikacji mobilnej. CDMA jest podstawą, na której zbudowane są metody dostępu, takie jak cdmaOne, CDMA2000 i WCDMA. Systemy komórkowe CDMA są uważane za lepsze od FDMA i TDMA, dlatego CDMA odgrywa kluczową rolę w budowaniu wydajnych, solidnych i bezpiecznych systemów komunikacji radiowej.

Prosta analogia

Weźmy prostą analogię, aby zrozumieć koncepcję CDMA. Załóżmy, że w klasie zgromadziło się kilku uczniów, którzy chcieliby ze sobą rozmawiać jednocześnie. Nic nie byłoby słyszalne, gdyby wszyscy zaczęli mówić w tym samym czasie. Albo muszą mówić na zmianę, albo porozumiewać się różnymi językami.

Druga opcja jest dość podobna do CDMA - uczniowie mówiący tym samym językiem mogą się nawzajem rozumieć, podczas gdy inne języki są postrzegane jako szum i odrzucane. Podobnie w radiu CDMA, każda grupa użytkowników otrzymuje wspólny kod. Wiele kodów zajmuje ten sam kanał, ale tylko użytkownicy skojarzeni z określonym kodem mogą się komunikować.

Istotne cechy CDMA

CDMA, który jest oparty na technice widma rozproszonego, ma następujące istotne cechy -

• W CDMA każdy kanał wykorzystuje pełne dostępne widmo.

• Poszczególne rozmowy są kodowane pseudolosową sekwencją cyfrową, a następnie transmitowane z wykorzystaniem szerokiego zakresu częstotliwości.

• CDMA konsekwentnie zapewnia lepszą przepustowość do komunikacji głosowej i transmisji danych, pozwalając większej liczbie abonentów na połączenie w dowolnym momencie.

• CDMA to wspólna platforma, na której budowane są technologie 3G. W przypadku 3G CDMA wykorzystuje 1x EV-DO i EV-DV.

Standardy trzeciej generacji

CDMA2000 wykorzystuje tryb dupleksowania z podziałem częstotliwości na wiele nośników (FDD-MC). Tutaj, multicarrier implikuje N × 1,25 MHz kanałów nałożonych na N istniejących nośnych IS-95 lub rozmieszczonych na niezajętym widmie. CDMA2000 zawiera -

• 1x - stosuje szybkość rozsiewu 1,2288 Mcps.

• 3x - stosuje szybkość rozprowadzania 3 × 1,2288 Mcps lub 3,6864 Mcps.

• 1xEV-DO (1x Evolution - Data Optimized) - wykorzystuje szybkość rozsiewu 1,2288 Mcps, zoptymalizowaną pod kątem danych.

• WCDMA / FDD-DS - Szerokopasmowy CDMA (WCDMA) Tryb dupleksowania z podziałem częstotliwości - bezpośrednie rozpraszanie sekwencji (FDD-DS). Ma pojedynczy kanał 5 MHz. WCDMA wykorzystuje jedną nośną na kanał i współczynnik rozpraszania 3,84 Mcps.

Grupa Rozwoju CDMA (CDG)

Grupa CDMA Development (CDG), założona w grudniu 1993 r., Jest międzynarodowym konsorcjum firm. Działa razem, aby przewodzić rozwojowi i ewolucji zaawansowanych bezprzewodowych systemów telekomunikacyjnych.

CDG składa się z dostawców usług, producentów infrastruktury, sprzedawców urządzeń, sprzedawców sprzętu testowego, twórców aplikacji i dostawców treści. Jej członkowie wspólnie określają wymagania techniczne dla rozwoju komplementarnych systemów CDMA2000 i 4G. Ponadto interoperacyjność z innymi pojawiającymi się technologiami bezprzewodowymi ma na celu zwiększenie dostępności produktów i usług bezprzewodowych dla konsumentów i przedsiębiorstw na całym świecie.

System IMT-2000

Kanały CDMA można ogólnie podzielić na kanały przednie i kanały zwrotne. W tym rozdziale wyjaśniono funkcje tych kanałów.

Kanał do przodu

Kanał nadawczy to kierunek komunikacji lub ścieżki łącza w dół między komórką. Obejmuje następujące kanały -

• Pilot Channel- Kanał pilota jest kanałem odniesienia. Wykorzystuje stację ruchomą do zbierania czasu i jako odniesienie fazy dla koherentnej demodulacji. Nadawany jest w sposób ciągły przez każdą stację bazową na każdej aktywnej częstotliwości CDMA. Każda stacja mobilna stale śledzi ten sygnał.

• Sync Channel- Kanał synchronizacji przenosi pojedynczy, powtarzający się komunikat, który przekazuje do stacji ruchomej informacje o czasie i konfiguracji systemu. Podobnie, stacja ruchoma może mieć dokładny czas systemowy dzięki synchronizacji z krótkim kodem.

• Paging Channel- Głównym celem Paging Channel jest wysyłanie stron, czyli powiadomień o połączeniach przychodzących, do stacji ruchomych. Stacja bazowa wykorzystuje te strony do przesyłania informacji ogólnych o systemie i komunikatów specyficznych dla stacji ruchomej.

• Forward Traffic Channel- Kanały ruchu do przodu są kanałami kodowymi. Służy do przypisywania połączeń, najczęściej ruchu głosowego i sygnalizacyjnego do poszczególnych użytkowników.

Kanał zwrotny

Kanał zwrotny to kierunek komunikacji między komórkami lub ścieżka łącza w górę. Składa się z następujących kanałów -

• Access Channel- Kanał dostępu jest używany przez stacje mobilne do nawiązywania komunikacji ze stacją bazową lub do odpowiadania na wiadomości kanału przywoławczego. Kanał dostępu jest używany do wymiany krótkich komunikatów sygnalizacyjnych, takich jak wywołania, odpowiedzi na strony i rejestracje.

• Reverse Traffic Channel - Kanał ruchu zwrotnego jest wykorzystywany przez indywidualnych użytkowników w ich rzeczywistych połączeniach do przesyłania ruchu z pojedynczej stacji ruchomej do jednej lub większej liczby stacji bazowych.

Dopuszcza się możliwość pracy w trybie FDD lub TDD w celu efektywnego wykorzystania dostępnego widma zgodnie z przydziałem częstotliwości w różnych regionach.

Duplex z podziałem częstotliwości

Metoda dupleksowa, w której transmisja łącza w górę i łącza w dół wykorzystuje dwa oddzielne pasma częstotliwości -

• Uplink - 1920 MHz do 1980 MHz

• Downlink - od 2110 MHz do 2170 MHz

• Bandwidth - Każda nośna znajduje się w środku pasma o szerokości 5 MHz

Separacja kanałów

Wartość nominalna 5 MHz, którą można regulować.

Kanał Raster

200 kHz (częstotliwość środkowa musi być wielokrotnością 200 kHz).

Separacja częstotliwości Tx-Rx

Wartość nominalna 190 MHz. Ta wartość może być stała lub zmienna (minimum 134,8 i maksimum 245,2 MHz).

Numer kanału

Częstotliwość nośna jest określona przez bezwzględny numer kanału częstotliwości radiowej UTRA (UARFCN). Ta liczba jest wysyłana przez sieć (dla łącza w górę i łącza w dół) w kanale logicznym BCCH i jest zdefiniowana przez Nu = 5 * (częstotliwość łącza w górę MHz) i ND = 5 * (częstotliwość łącza w dół MHz).

Duplex z podziałem czasu

Dupleks z podziałem czasu to technika, za pomocą której transmisje łącza w górę i łącza w dół są przenoszone na tej samej częstotliwości przy użyciu zsynchronizowanych przedziałów czasu. Nośnik wykorzystuje pasmo 5 MHz, chociaż 3GPP bada rozwiązanie o niskiej szybkości chipów (1,28 Mcps). Dostępne pasma częstotliwości dla TDD to 1900–1920 MHz i 2010–2025 MHz.

Metody dupleksowe łączy radiowych

W przypadku dupleksu z podziałem czasu, częstotliwość łącza nadawczego jest taka sama, jak częstotliwość łącza zwrotnego. W każdym łączu sygnały są przesyłane w sposób ciągły po kolei - zupełnie jak w grze w ping-ponga.

Przykład systemu TDD

TDD wykorzystuje jedno pasmo częstotliwości zarówno do nadawania, jak i do odbioru. Ponadto dzieli pasmo, przydzielając alternatywne szczeliny czasowe dla operacji nadawania i odbierania. Przesyłane informacje mogą być danymi głosowymi, wideo lub komputerowymi w formacie bit-serial. Każdy przedział czasu może mieć długość 1 bajtu lub może stanowić część kilku bajtów.

TDD zmienia w czasie dane stacji nadawczej i odbiorczej. Przedziały czasowe mogą mieć różną długość. Ze względu na charakter szybkich danych strony komunikujące się nie mogą oznaczać, że transmisje są przerywane. Transmisje, które wydają się być równoczesne, w rzeczywistości konkurują ze sobą. Cyfrowo przekonwertowany na głos analogowy nikt nie może powiedzieć, że nie jest to pełny dupleks.

W niektórych systemach TDD alternatywne przedziały czasu mają taką samą długość lub mają zarówno DL, jak i UL; jednak system nie musi być symetryczny 50/50. W razie potrzeby system może być asymetryczny.

Na przykład podczas łączenia się z Internetem prędkość pobierania jest zwykle większa niż prędkość wysyłania. Większość urządzeń pracuje w trybie asynchronicznym, w którym prędkość pobierania jest większa niż prędkość wysyłania. Gdy prędkość pobierania jest wyższa niż prędkość wysyłania, do przesłania potrzeba mniej szczelin czasowych. Niektóre formaty TDD oferują dynamiczną alokację przepustowości, gdy liczba przedziałów czasu lub czasu trwania jest zmieniana w locie w razie potrzeby.

Prawdziwą zaletą TDD jest to, że jest to tylko jeden kanał widma częstotliwości i nie wymaga stosowania zabezpieczeń pasmowych ani separacji kanałów, ponieważ interwały odbywają się przy użyciu szczelin czasowych. Wadą jest to, że pomyślne wdrożenie TDD wymaga systemu synchronizacji. Dokładne taktowanie zarówno nadajnika, jak i odbiornika jest potrzebne, aby zapewnić, że przedziały czasowe nie nakładają się ani nie kolidują z innymi.

Czas jest często synchronizowany z pochodną specyficzną dla standardów zegara atomowego GPS. Czas ochronny jest również potrzebny między przedziałami czasowymi, aby uniknąć powielania. Ten czas jest generalnie równy czasowi przetwarzania transmisji-odbioru (czas przełączania transmisji-odbioru) i opóźnieniom transmisji (latencji) w kanale komunikacyjnym.

Duplex z podziałem częstotliwości

W trybie dupleksu z podziałem częstotliwości (FDD) częstotliwość łącza nadawczego nie jest taka sama, jak częstotliwość łącza zwrotnego. W każdym łączu sygnały są stale przesyłane równolegle.

Przykład systemu FDD

FDD wymaga dwóch symetrycznych segmentów widma dla kanałów łącza w górę i łącza w dół.

W telefonie komórkowym z nadajnikiem i odbiornikiem, działającym jednocześnie w tak bliskiej odległości, odbiornik musi filtrować jak najwięcej sygnału z nadajnika. Większa separacja widma, najskuteczniejsze filtry.

FDD wykorzystuje dużo widma częstotliwości, na ogół dwa razy więcej niż wymagane widmo TDD. Ponadto musi istnieć odpowiednia separacja widma między nadawaniem a odbiorem kanałów. Te opaski powtarzają - nie można ich używać, są niepotrzebne. Biorąc pod uwagę niedobór i koszt widma, są to rzeczywiste wady.

Korzystanie z FDD

FDD jest szeroko stosowany w różnych systemach telefonii komórkowej. W niektórych systemach pasmo 869-894 MHz jest wykorzystywane jako widmo łącza w dół (DL) od wieży komórkowej do urządzenia. A pasmo 824-849 MHz jest wykorzystywane jako widmo łącza w górę (UL) słuchawki w lokalizacji komórki.

FDD działa również na kablu, w którym kanały nadawcze i odbiorcze mają różne części widma kablowego, tak jak w systemach telewizji kablowej. Filtry służą do oddzielenia kanałów.

Wada FDD

Wadą FDD jest to, że nie zezwala na specjalne techniki, takie jak wiele anten, wiele wejść-wyjść (MIMO) i formowanie wiązki. Technologie te są istotnym elementem nowych strategii telefonu komórkowego Long Term Evolution (LTE) 4G w celu zwiększenia szybkości transmisji danych. Trudno jest uzyskać wystarczająco szerokie pasmo, aby pokryć oba zestawy widma anteny. Wymagana jest złożona dynamiczna regulacja obwodu.

Wiele metod dostępu

Kanał radiowy jest medium komunikacyjnym używanym przez kilku użytkowników na określonym obszarze geograficznym. Stacje mobilne konkurują ze sobą o zasoby częstotliwości do przesyłania ich przepływu informacji. Kolizje mogą wystąpić bez innych środków kontroli jednoczesnego dostępu kilku użytkowników. Ponieważ kolizje są niepożądane w przypadku komunikacji zorientowanej na połączenie, takiej jak telefony komórkowe, osobiste / mobilne stacje abonenckie muszą na żądanie przydzielić dedykowane kanały.

Komunikacja mobilna, udostępniająca zasoby bezprzewodowe wszystkim użytkownikom, musi być przekazywana w celu identyfikacji użytkownika. Identyfikując użytkownika, określa się to jako „wielokrotny dostęp” (wielokrotny dostęp), który odbiera falę radiową wielu stacji nadawczych w stacji odbiorczej (jak pokazano na poniższym obrazie).

Wielodostęp z podziałem częstotliwości (FDMA) jest jedną z najpopularniejszych analogowych metod wielodostępu. Pasmo częstotliwości jest podzielone na kanały o równej szerokości pasma, dzięki czemu każda rozmowa jest prowadzona na innej częstotliwości ( jak pokazano na poniższym rysunku ).

Przegląd FDMA

W metodzie FDMA pasma ochronne są używane między sąsiednimi widmami sygnału, aby zminimalizować przesłuchy między kanałami. Określone pasmo częstotliwości jest przydzielane jednej osobie i będzie odbierane poprzez identyfikację każdej częstotliwości na końcu odbiorczym. Jest często używany w analogowych telefonach komórkowych pierwszej generacji.

Zalety FDMA

Ponieważ systemy FDMA wykorzystują niskie szybkości transmisji (duży czas symbolu) w porównaniu ze średnim rozpraszaniem opóźnienia, oferuje następujące zalety -

• Zmniejsza informacje o przepływności, a użycie wydajnych kodów numerycznych zwiększa pojemność.

• Zmniejsza koszty i zmniejsza interferencję między symbolami (ISI)

• Wyrównanie nie jest konieczne.

• System FDMA można łatwo wdrożyć. System można skonfigurować tak, aby można było łatwo wprowadzić ulepszenia w zakresie kodera mowy i redukcji przepływności.

• Ponieważ transmisja jest ciągła, do synchronizacji i ramkowania wymagana jest mniejsza liczba bitów.

Wady FDMA

Chociaż FDMA oferuje kilka zalet, ma również kilka wad, które wymieniono poniżej -

• Nie różni się znacząco od systemów analogowych; poprawa wydajności zależy od redukcji sygnału do zakłóceń lub stosunku sygnału do szumu (SNR).

• Maksymalne natężenie przepływu na kanał jest stałe i małe.

• Taśmy ochronne prowadzą do marnotrawstwa pojemności.

• Sprzęt oznacza filtry wąskopasmowe, których nie można zrealizować w VLSI, a zatem zwiększa koszt.

Wielodostęp z podziałem czasu (TDMA) to technologia cyfrowej komunikacji telefonicznej. Ułatwia wielu użytkownikom współdzielenie tej samej częstotliwości bez zakłóceń. Jego technologia dzieli sygnał na różne szczeliny czasowe i zwiększa pojemność przenoszenia danych.

Przegląd TDMA

Wielodostęp z podziałem czasu (TDMA) to złożona technologia, ponieważ wymaga dokładnej synchronizacji między nadajnikiem i odbiornikiem. TDMA jest używany w cyfrowych mobilnych systemach radiowych. Poszczególne stacje ruchome cyklicznie przydzielają częstotliwość do wyłącznego wykorzystania przedziału czasu.

W większości przypadków cała przepustowość systemu w określonym przedziale czasu nie jest przypisana do stacji. Jednak częstotliwość systemu jest podzielona na podpasma, a TDMA jest wykorzystywane do wielokrotnego dostępu w każdym podzakresie. Podpasma są znane jakocarrier frequencies. System mobilny korzystający z tej techniki jest nazywanymulti-carrier systems.

W poniższym przykładzie pasmo częstotliwości zostało udostępnione trzem użytkownikom. Każdy użytkownik jest przypisany do określonegotimeslotsdo wysyłania i odbierania danych. W tym przykładzie user‘B’ wysyła po użytkownika ‘A,’ i użytkownika ‘C’wysyła następnie. W ten sposób moc szczytowa staje się problemem i zwiększa się w przypadku komunikacji seryjnej.

FDMA i TDMA

Jest to system TDMA z wieloma nośnymi. Zakres częstotliwości 25 MHz obejmuje 124 pojedyncze łańcuchy (częstotliwości nośne 200) o szerokości pasma każdego kHz; każdy z tych kanałów częstotliwości zawiera 8 kanałów konwersacyjnych TDMA. Zatem sekwencja szczelin czasowych i częstotliwości przypisanych do stacji ruchomej to kanały fizyczne systemu TDMA. W każdym przedziale czasowym stacja mobilna przesyła pakiet danych.

Okres czasu przypisany do szczeliny czasowej dla stacji ruchomej określa również liczbę kanałów TDMA na częstotliwości nośnej. Okresy szczelin czasowych są łączone w tak zwaną ramkę TDMA. Sygnał TDMA przesyłany na częstotliwości nośnej zwykle wymaga większej szerokości pasma niż sygnał FDMA. Ze względu na wielokrotne użycie szybkość transmisji danych brutto powinna być jeszcze wyższa.

Zalety TDMA

Oto lista kilku godnych uwagi zalet TDMA -

• Pozwala na elastyczne szybkości (tzn. Kilka szczelin może być przypisanych do użytkownika, na przykład, każdy przedział czasu przekłada się na 32 Kb / s, użytkownikowi są przypisane dwa gniazda 64 Kb / s na ramkę).

• Może wytrzymać porywisty lub ruch o zmiennej przepływności. Liczba szczelin przydzielonych użytkownikowi może być zmieniana klatka po ramce (na przykład dwie szczeliny w ramce 1, trzy szczeliny w ramce 2, jedna szczelina w ramce 3, ramka 0 wycięć 4 itd.).

• System szerokopasmowy nie wymaga opaski ochronnej.

• W systemie szerokopasmowym nie jest wymagany filtr wąskopasmowy.

Wady TDMA

Wady TDMA są następujące -

• Wysokie szybkości transmisji danych w systemach szerokopasmowych wymagają złożonej korekcji.

• Ze względu na tryb seryjny wymagana jest duża liczba dodatkowych bitów do synchronizacji i nadzoru.

• Czas połączenia jest potrzebny w każdym slocie, aby uwzględnić czas na niedokładności (z powodu niestabilności zegara).

• Elektronika pracująca z dużymi przepływnościami zwiększa zużycie energii.

• Do synchronizacji w krótkich szczelinach wymagane jest złożone przetwarzanie sygnału.

Code Division Multiple Access (CDMA) to rodzaj multipleksowania, który ułatwia różnym sygnałom zajmowanie jednego kanału transmisyjnego. Optymalizuje wykorzystanie dostępnej przepustowości. Technologia ta jest powszechnie stosowana w systemach telefonii komórkowej o ultrawysokiej częstotliwości (UHF), w pasmach od 800 MHz do 1,9 GHz.

Przegląd CDMA

System wielokrotnego dostępu z podziałem kodowym bardzo różni się od multipleksowania czasowego i częstotliwościowego. W tym systemie użytkownik ma dostęp do całej przepustowości przez cały czas trwania. Podstawową zasadą jest to, że różne kody CDMA służą do rozróżniania różnych użytkowników.

Ogólnie stosowane techniki to bezpośrednia modulacja widma z rozproszeniem sekwencji (DS-CDMA), przeskok częstotliwości lub detekcja mieszana CDMA (JDCDMA). Tutaj generowany jest sygnał, który rozciąga się na szerokim paśmie. Kod wywołanyspreading codesłuży do wykonywania tej czynności. Korzystając z grupy kodów, które są względem siebie ortogonalne, można wybrać sygnał o danym kodzie w obecności wielu innych sygnałów o różnych kodach ortogonalnych.

Jak działa CDMA?

CDMA pozwala na 61 jednoczesnych użytkowników w kanale 1,2288 MHz, przetwarzając każdy pakiet głosowy dwoma kodami PN. Dostępne są 64 kody Walsha do rozróżnienia połączeń i teoretycznych ograniczeń. Limity operacyjne i problemy z jakością zmniejszą maksymalną liczbę połączeń nieco poniżej tej wartości.

W rzeczywistości wiele różnych pasm podstawowych „sygnałów” z różnymi kodami rozpraszania może być modulowanych na tej samej nośnej, aby umożliwić obsługę wielu różnych użytkowników. Stosując różne kody ortogonalne, interferencja między sygnałami jest minimalna. I odwrotnie, gdy sygnały są odbierane z kilku stacji ruchomych, stacja bazowa jest zdolna do izolowania każdej z nich, ponieważ mają one różne ortogonalne kody rozpraszania.

Poniższy rysunek przedstawia techniczną stronę systemu CDMA. Podczas propagacji zmiksowaliśmy sygnały wszystkich użytkowników, ale w ten sposób używasz tego samego kodu, co kod, który był używany w momencie wysyłania strony odbierającej. Możesz wyłączyć tylko sygnał każdego użytkownika.

Pojemność CDMA

Czynniki decydujące o pojemności CDMA to:

• Zysk przetwarzania
• Stosunek sygnału do szumu
• Współczynnik aktywności głosowej
• Efektywność ponownego wykorzystania częstotliwości

Pojemność w CDMA jest niewielka, CDMA ma wszystkich użytkowników na każdej częstotliwości, a użytkownicy są oddzieleni kodem. Oznacza to, że CDMA działa w obecności szumów i zakłóceń.

Ponadto sąsiednie komórki używają tych samych częstotliwości, co oznacza brak ponownego wykorzystania. Zatem obliczenia pojemności CDMA powinny być bardzo proste. Brak kanału kodu w komórce pomnożony przez brak komórki. Ale to nie jest takie proste. Chociaż niedostępne kanały kodowe to 64, może nie być możliwe użycie pojedynczego czasu, ponieważ częstotliwość CDMA jest taka sama.

Scentralizowane metody

• Pasmo używane w CDMA to 824 MHz do 894 MHz (separacja 50 MHz + 20 MHz).
• Kanał częstotliwości jest podzielony na kanały kodowe.
• 1,25 MHz kanału FDMA jest podzielone na 64 kanały kodowe.

Zysk przetwarzania

CDMA jest techniką widma rozproszonego. Każdy bit danych jest rozproszony przez sekwencję kodu. Oznacza to, że energia na bit jest również zwiększona. Oznacza to, że zyskujemy na tym.

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

W to stopa spreadu

R to szybkość transmisji danych

Dla CDMA P (wzmocnienie) = 10 log (1228800/9600) = 21dB

Jest to współczynnik wzmocnienia i rzeczywista szybkość propagacji danych. Średnio typowe warunki transmisji wymagają sygnału do szumu o stosunku 7 dB dla odpowiedniej jakości głosu.

W przeliczeniu na współczynnik sygnał musi być pięć razy silniejszy niż szum.

Rzeczywiste wzmocnienie przetwarzania = P (wzmocnienie) - SNR

= 21 - 7 = 14 dB

CDMA używa kodera o zmiennej szybkości

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

W związku z tym CDMA ma 100% ponowne wykorzystanie częstotliwości. Użycie tej samej częstotliwości w otaczających komórkach powoduje dodatkowe zakłócenia.

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

Zalety CDMA

CDMA ma miękką pojemność. Im większa liczba kodów, tym większa liczba użytkowników. Ma następujące zalety -

• CDMA wymaga ścisłej kontroli mocy, ponieważ cierpi z powodu efektu bliskiej odległości. Innymi słowy, użytkownik znajdujący się w pobliżu stacji bazowej nadający z tą samą mocą, zagłuszy sygnał później. Wszystkie sygnały muszą mieć mniej więcej taką samą moc w odbiorniku

• Odbiorniki Rake mogą służyć do poprawy odbioru sygnału. Opóźnione wersje czasu (chip lub później) sygnału (sygnały wielościeżkowe) mogą być gromadzone i wykorzystywane do podejmowania decyzji na poziomie bitów.

• Można zastosować transfer elastyczny. Mobilne stacje bazowe mogą się przełączać bez zmiany operatora. Dwie stacje bazowe odbierają sygnał mobilny, a telefon komórkowy odbiera sygnały z dwóch stacji bazowych.

• Transmisja Burst - zmniejsza zakłócenia.

Wady CDMA

Wady korzystania z CDMA są następujące -

• Długość kodu musi być starannie dobrana. Duża długość kodu może powodować opóźnienie lub powodować zakłócenia.

• Wymagana jest synchronizacja czasu.

• Stopniowy transfer zwiększa wykorzystanie zasobów radiowych i może zmniejszyć przepustowość.

• Ponieważ suma mocy odbieranej i przesyłanej ze stacji bazowej wymaga stałej ścisłej kontroli mocy. Może to spowodować kilka przekazań.

Sieć CDMA to system przeznaczony do regulacji technologii CDMA. Obejmuje wszystkie aspekty i funkcje, począwszy od stacji bazowej, anteny nadawczej, odbiorczej, a skończywszy na ruchomych centrach łączności.

Przegląd sieci CDMA

Stacja bazowa jest podstawowym elementem sieci CDMA. Stacja bazowa obejmuje niewielki obszar geograficzny zwany acell. Komórka może być wielokierunkowa lub sektorowa. Każda stacja bazowa ma antenę nadawczą i dwie anteny odbiorcze dla każdej komórki. W tym celu na komórkę są używane dwie anteny odbiorczespatial diversity. W wielu zastosowaniach jest to BSC (Base Station Controller), który steruje kilkoma stacjami bazowymi.

Ponieważ szybkość transmisji danych telefonu komórkowego wynosi 13 kb / s lub 8 kb / s, co jest wartością inną niż ISDN, ale przełączniki, które są ruchomymi centrami przełączającymi (MSC), są zwykle przełączane na 64 kb / s. Dlatego przed przełączeniem konieczne jest przekonwertowanie tych mobilnych szybkości transmisji danych na 64 kb / s. Jest to realizowane przez członka, którym jesttranscoder. Transkoder może być oddzielnym elementem lub może być umieszczony w każdej stacji bazowej lub MSC.

Wszystkie stacje bazowe są podłączone do MSC, którym jest mposłuszny sczarownica cwchodzić. MSC to podmiot, który zarządza nawiązywaniem, łączeniem, utrzymywaniem i usuwaniem połączeń w sieci, a także ze światem zewnętrznym.

MSC posiada również bazę danych o nazwie HLR / AC, która jest macierzystym centrum rejestru / uwierzytelniania. HLR to baza danych, która utrzymuje bazę danych wszystkich abonentów sieci. Centrum Uwierzytelniania AC jest częścią zabezpieczenia HLR, którego niektóre algorytmy sprawdzają telefony komórkowe.

MSC jest połączony ze światem zewnętrznym, tj. Siecią stacjonarną. MSC można również podłączyć do kilku innych MSC.

Tożsamości CDMA

Tożsamości sieciowe -

• SID (tożsamość systemu)
• NID (tożsamość sieciowa)

Tożsamości stacji mobilnej -

• ESN (elektroniczny numer seryjny)
• Permuted ESN
• IMSI (międzynarodowa tożsamość stacji ruchomej)
• IMSI_S
• IMSI_11_12
• Znak klasy stacji

Tożsamość systemu i sieci

Stacja bazowa jest członkiem systemu komórkowego i sieci. Sieć jest podzbiorem systemu. Systemy są instalowane z identyfikatorem tzwIdentification System(WNP). Sieci z systemem odbierającym toNetwork identification(NID). Jest to jednoznacznie identyfikowana para sieci (SID, NID). Stacja mobilna ma listę jednej lub więcej par macierzystych (nie roamingowych) (SID, NID).

SID

W stacji ruchomej przechowywany jest 15-bitowy wskaźnik identyfikacji systemu (SID). Służy do określenia systemu nadrzędnego stacji ruchomych. Alokacja bitów wskaźnika identyfikacji systemu jest pokazana poniżej.

W tabeli przedstawiono również dystrybucję kodów międzynarodowych (INTL) (bity 14 i 13). Bity 12-0 są przypisywane do każdego systemu w USA przez FCC dla krajów spoza USA. Przydział bitów zostanie dokonany przez lokalne organy regulacyjne.

NID

NID ma zakres zarezerwowanych wartości od 0 do 65535. Wartość 65535 w identyfikatorze SID oznacza, że ​​para NID ma wskazywać, że stacja mobilna uważa cały identyfikator SID za macierzysty.

Systemy i sieci

Stacja mobilna ma listę jednej lub więcej par macierzystych (nie roamingowych) (SID, NID). Stacja mobilna korzysta z roamingu, gdy para stacji bazowej rozgłoszeniowej (SID, NID) nie pasuje do jednej z par stacjonarnych stacji mobilnych (SID, NID).

Stacja mobilna to zagraniczny roamer NID -

• jeśli stacja mobilna jest w roamingu i na liście stacji ruchomych (SID, NID) znajdują się pary (SID, NID), które odpowiadają identyfikatorowi SID.

• jeśli stacja mobilna korzysta z roamingu i na liście stacji ruchomych (SID, NID) znajduje się para (SID, NID), dla której nie jest dostępny pasujący identyfikator SID (oznacza to, że stacja mobilna ma obcy identyfikator SID klienta roamingu).

Elektroniczny numer seryjny (ESN)

ESN to 32-bitowa liczba binarna, która jednoznacznie identyfikuje stację mobilną w systemie komórkowym CDMA. Powinien być ustawiony fabrycznie i nie można go łatwo zmienić w terenie. Zmiana ESN będzie wymagać specjalnego sprzętu, który zwykle nie jest dostępny dla abonentów. Alokacja bitów ESN jest pokazana poniżej -

Obwód zapewniający ESN musi być odizolowany, aby nikt nie mógł się z nim skontaktować i manipulować. Próby zmiany obwodu ESN powinny spowodować wyłączenie stacji ruchomej. W momencie wydawania odbioru wstępnego producentowi należy przypisać kod Producenci (MFR) w ośmiu najbardziej znaczących bitach (bity 31-24 bity) 32-bitowy numer seryjny. Bity 23-18 są zarezerwowane (początkowo zero). Każdy producent przydziela tylko 17 bitów do 0. Gdy producent wykorzystał prawie wszystkie możliwe kombinacje numerów seryjnych w bitach 17-0, może przesłać powiadomienie do FCC. FCC przypisze kolejną sekwencyjną liczbę binarną w bloku rezerwowym (bity od 23 do).

Permuted ESN

CDMA to technika rozpraszania widma, w której wielu użytkowników uzyskuje dostęp do systemu na tym samym przykładzie w komórce i oczywiście na tej samej częstotliwości. Dlatego rozróżnia użytkowników łącza zwrotnego (tj. Informacje z MS do stacji bazowej). Rozpowszechnia informacje za pomocą kodów, które są unikalne dla stacji ruchomej we wszystkich systemach komórkowych CDMA. Ten kod zawiera element, który jest ESN, ale zamiast tego używa ESN w tym samym formacie, używa zamienionego ESN.

Jeśli w komórce tej samej marki znajdują się dwa telefony komórkowe, które mają kolejne numery seryjne i dla odbiornika stacji bazowej, połączenie ich staje się trudne. Dlatego, aby uniknąć silnej korelacji między długimi kodami odpowiadającymi kolejnym ESN, używamy permutowanych ESN.

Międzynarodowa tożsamość stacji ruchomej (IMSI)

Stacje mobilne są identyfikowane na podstawie tożsamości międzynarodowej stacji ruchomej (IMSI). IMSI składa się z maksymalnie 10 do 15 cyfr. Pierwsze trzy cyfry IMSI to kod kraju telefonu komórkowego (MCC), pozostałe cyfry to identyfikator krajowej stacji ruchomej NMSI. NMSI składa się z kodu sieci komórkowej (MNC) i numeru identyfikacyjnego stacji ruchomej (SIDS).

MCK	MSN	MSIN
	NMSI
IMSI ≤15 cyfr

• MCK: numer kierunkowy kraju dla telefonów komórkowych
• MNC: kod sieci komórkowej
• MSIN: Identyfikacja stacji mobilnej
• NMSI: tożsamość krajowej stacji ruchomej

IMSI o długości 15 cyfr nazywany jest IMSI klasy 0 (NMSI ma długość 12 cyfr). IMSI, który ma mniej niż 15 cyfr, nazywany jest IMSI klasy 1 (NMSI ma długość mniejszą niż 12 zliczeń). W przypadku operacji CDMA ten sam IMSI może być zarejestrowany w wielu stacjach ruchomych. Poszczególne systemy mogą, ale nie muszą pozwalać na te możliwości. Zarządzanie tymi funkcjami jest funkcją stacji bazowej i operatora systemu.

Odbiornik prowizji

Ze względu na refleksję na temat wyzwań związanych z szerokopasmowym dostępem do Internetu, kanał radiowy może składać się z wielu kopii (wielościeżkowych) sygnałów pierwotnie transmitowanych z różną amplitudą, fazą i opóźnieniem. Jeżeli składowe sygnału docierają do siebie przez okres chipa, do regulacji i łączenia można zastosować odbiornik rake. Odbiornik Rake wykorzystuje zasadę różnorodności poprzez wiele ścieżek. Poniższy rysunek przedstawia schemat odbiornika Rake.

Odbiornik Rake przetwarza kilka składowych sygnałów wielościeżkowych. Wyjścia korelatora są połączone, aby uzyskać lepszą niezawodność i wydajność komunikacji. Decyzja bitowa na podstawie pojedynczej korelacji może generować dużą bitową stopę błędów, ponieważ składowa wielościeżkowa jest przetwarzana przez fakt, że korelator może zostać uszkodzony przez odbarwienie. Jeśli sygnał wyjściowy korelatora jest uszkodzony przez zanikanie, drugi nie może być, a uszkodzony sygnał może zostać zredukowany przez proces ważenia.

Kod Walsha

Kody Walsha są najczęściej używane w ortogonalnych kodach aplikacji CDMA. Kody te odpowiadają liniom specjalnej macierzy kwadratowej zwanej macierzą Hadamarda. Zestaw kodów Walsha o długości N składa się z n wierszy tworzących kwadratową macierz n × n kodu Walsha.

System IS-95 wykorzystuje 64 macierz funkcji Walsha 64. Pierwsza linia tej macierzy zawiera ciąg wszystkich zer, przy czym każdy z kolejnych wierszy zawiera różne kombinacje bitów 0 i 1. Każda linia jest ortogonalna i równa reprezentacji bitów binarnych. Po zaimplementowaniu w systemie CDMA każdy użytkownik mobilny używa jednej z 64 sekwencji wierszy w macierzy jako kodu rozpraszającego. I zapewnia zerową korelację krzyżową między wszystkimi innymi użytkownikami. Ta macierz jest definiowana rekurencyjnie w następujący sposób -

Gdzie n jest potęgą 2 i wskazuje różne wymiary macierzy W. Ponadto n reprezentuje operację logiczną NIE na wszystkich bitach w tej macierzy. Trzy macierze W _2, W ₄ i W _8, odpowiednio, pokazują funkcję Walsha dla wymiaru 2, 4 i 8.

Każda linia 64 macierzy Walsha 64 odpowiada numerowi kanału. Numer kanału 0 jest mapowany do pierwszego wiersza macierzy Walsha, który jest kodem wszystkich zer. Kanał ten jest również znany jako kanał pilotujący i jest używany do tworzenia i oceny odpowiedzi impulsowej ruchomego kanału radiowego.

Aby obliczyć korelację krzyżową między sekwencjami, będziemy musieli przekształcić bity w macierz, aby utworzyć antytezę wartości ± 1. Jednak wszyscy użytkownicy tego samego kanału CDMA mogą być zsynchronizowani z dokładnością do jednego interwału chipa przy użyciu wspólnej długiej sekwencji PN. Działa również jako szyfrator danych.

• Kod Walsha to grupa kodów rozpraszających o dobrych właściwościach autokorelacji i słabych właściwościach korelacji krzyżowej. Kody Walsha stanowią podstawę systemów CDMA i służą do opracowywania poszczególnych kanałów w CDMA.

• W przypadku IS-95 dostępne są 64 kody.

  • Kod „0” jest używany jako pilot, a kod „32” jest używany do synchronizacji.

  • Kody od 1 do 7 są używane dla kanałów sterowania, a pozostałe kody są dostępne dla kanałów ruchu. Kody od 2 do 7 są również dostępne dla kanałów ruchu, jeśli nie są potrzebne.

• W przypadku cdma2000 istnieje wiele kodów Walsha, które różnią się długością, aby dostosować się do różnych szybkości transmisji danych i współczynników rozprzestrzeniania różnych konfiguracji radiowych.

• Jeden z 64 ortogonalnych wzorców bitowych o szybkości 1,2288 Mps.

• Kody Walsha służą do identyfikacji danych dla każdej indywidualnej transmisji. W łączu nadawczym definiują kanały kodu nadawczego w ramach częstotliwości CDMA.

• W łączu zwrotnym wszystkie 64 kody są wykorzystywane przez każdy kanał zwrotny do przenoszenia informacji.

Spójrz na poniższą ilustrację. Pokazuje, jak odbywa się multipleksowanie za pomocą Walsha Code.

Wszystkie techniczne modulacje i demodulacje dążą do uzyskania większej mocy i / lub wydajności pasma w białym, dodatkowym, stacjonarnym kanale szumu Gaussa. Ponieważ przepustowość jest ograniczonym zasobem, jednym z głównych celów projektowych wszystkich schematów modulacji jest zminimalizowanie przepustowości wymaganej do transmisji. Z drugiej strony, techniki widma rozproszonego wykorzystują szerokość pasma transmisji, która jest o rząd wielkości większa niż szerokość pasma wymagana dla sygnału minimalnego.

Zaletą techniki rozpraszania widma jest to, że - wielu użytkowników może jednocześnie korzystać z tej samej szerokości pasma bez wzajemnych zakłóceń. Dlatego rozproszone widmo nie jest ekonomiczne, gdy liczba użytkowników jest mniejsza.

• Widmo rozproszone to forma komunikacji bezprzewodowej, w której częstotliwość transmitowanego sygnału jest celowo zmieniana, co skutkuje wyższą szerokością pasma.

• Widmo rozproszone jest widoczne w twierdzeniu Shannona i Hartleya o pojemności kanału -

  C = B × log ₂ (1 + S / N)

• W podanym równaniu `` C '' jest przepustowością kanału w bitach na sekundę (b / s), która jest maksymalną szybkością przesyłania danych dla teoretycznej bitowej stopy błędów ( BER ). „B” to wymagana szerokość pasma kanału w Hz, a S / N to stosunek mocy sygnału do szumu.

• Widmo rozproszone wykorzystuje szerokopasmowe sygnały podobne do szumu, które są trudne do wykrycia, przechwycenia lub demodulacji. Ponadto sygnały o widmie rozproszonym są trudniejsze do zagłuszania (zakłócania) niż sygnały wąskopasmowe.

• Ponieważ sygnały o widmie rozproszonym są tak szerokie, transmitują z dużo mniejszą widmową gęstością mocy, mierzoną w watach na herc, niż nadajniki wąskopasmowe. Sygnały o widmie rozproszonym i sygnały wąskopasmowe mogą zajmować to samo pasmo, z niewielkimi zakłóceniami lub bez zakłóceń. Ta zdolność jest główną atrakcją dla wszystkich dzisiejszych zainteresowań widmem rozproszonym.

Points to Remember -

• Przepustowość przesyłanego sygnału jest większa niż minimalna szerokość pasma informacji, która jest potrzebna do pomyślnego przesłania sygnału.

• Niektóre funkcje inne niż same informacje są zwykle wykorzystywane do określenia wynikowej przepustowości przesyłanego pasma.

Poniżej przedstawiono dwa rodzaje technik widma rozproszonego -

• Direct Sequence i
• Skakanie po częstotliwościach.

Direct Sequence został przyjęty przez CDMA.

Direct Sequence (DS)

DS-CDMA (Direct Sequence Code Division Multiple Access) to technika multipleksowania użytkowników przy użyciu różnych kodów. W tej technice ta sama przepustowość jest używana przez różnych użytkowników. Każdy użytkownik ma przypisany jeden własny kod rozproszenia. Te zestawy kodów są podzielone na dwie klasy -

• Kody ortogonalne i
• Kody nieortogonalne

Sekwencje Walsha należą do pierwszej kategorii, którą są kody ortogonalne, podczas gdy inne sekwencje, np. PN, Gold i Kasami, są sekwencjami rejestru przesuwnego.

Kody ortogonalne są przypisane do użytkowników, wyjście korelatora w odbiorniku będzie wynosić zero, z wyjątkiem żądanej sekwencji. W synchronicznej bezpośredniej sekwencji odbiornik odbiera tę samą sekwencję kodu, która została przesłana, tak że nie ma przesunięcia czasowego między użytkownikami.

Demodulacja sygnałów DS - 1

Aby zdemodulować sygnały DS, musisz znać kod, który był używany w czasie transmisji. W tym przykładzie, mnożąc kod użyty w transmisji na sygnał odbiorczy, możemy uzyskać przesyłany sygnał.

W tym przykładzie użyto wielu kodów w momencie transmisji (10,110,100) do odebranego sygnału. Tutaj obliczyliśmy, korzystając z prawa dwóch dodatków (Modulo 2 Addition). Jest dalej demodulowany przez pomnożenie kodu, który był używany w czasie tej transmisji, zwanyreverse diffusion(odrobaczanie). Na poniższym schemacie widać, że podczas transmisji danych do widma wąskopasmowego (wąskopasmowego), widmo sygnału jest rozproszone.

Demodulacja sygnałów DS - 2

Z drugiej strony, jeśli nie znasz kodu, który był używany w czasie transmisji, nie będziesz w stanie zdemodulować. Tutaj próbujesz zdemodulować w kodzie inny (10101010) i czas transmisji, ale to się nie udało.

Nawet patrząc na widmo, rozprzestrzenia się ono w czasie transmisji. Po przejściu przez filtr pasmowo-przepustowy (filtr pasmowy) pozostaje tylko ten mały sygnał, który nie jest demodulowany.

Cechy Spread Spectrum

Jak pokazano na poniższym rysunku, gęstość mocy sygnałów widma rozproszonego może być niższa niż gęstość szumów. To wspaniała funkcja, która może chronić sygnały i zachować prywatność.

Rozprzestrzeniając widmo transmitowanego sygnału, można zmniejszyć jego gęstość mocy tak, aby była mniejsza niż gęstość mocy szumu. W ten sposób można ukryć sygnał w szumie. Można go zdemodulować, jeśli znasz kod, który został użyty do wysłania sygnału. W przypadku, gdy kod nie jest znany, odebrany sygnał pozostanie ukryty w szumie nawet po demodulacji.

DS-CDMA

Kod DS jest używany w CDMA. Jak dotąd wyjaśniono podstawową część komunikacji w zakresie widma rozproszonego. W tym miejscu wyjaśnimy, jak działa wielokrotny dostęp z bezpośrednim podziałem kodu sekwencji (DS-CDMA).

Sygnał, który jest widmem rozproszonym, może być demodulowany tylko przez kod używany do transmisji. Dzięki temu sygnał transmisji każdego użytkownika można zidentyfikować za pomocą oddzielnego kodu, gdy odbiera on sygnał. W podanym przykładzie sygnał rozproszony użytkownika A w kodzie A i sygnał rozproszony użytkownika B w kodzie B. Każdy z odbieranych sygnałów jest mieszany. Jednak dzięki odwrotnemu dyfuzorowi (Despreadder) identyfikuje sygnał każdego użytkownika.

DS-CDMA System - Forward Link

DS-CDMA System - Reverse Link

Kod rozpowszechniania

Cross-Correlation

Korelacja to metoda pomiaru dokładności dopasowania danego sygnału do żądanego kodu. W technologii CDMA każdemu użytkownikowi przypisany jest inny kod, kod, który jest nadawany lub wybierany przez użytkownika, jest bardzo ważny dla modulacji sygnału, ponieważ jest powiązany z wydajnością systemu CDMA.

Najlepszą wydajność uzyskuje się, gdy będzie wyraźna separacja między sygnałem pożądanych użytkowników a sygnałami innych użytkowników. Ta separacja jest dokonywana poprzez korelację pożądanego kodu sygnału, który został wygenerowany lokalnie, i innych odebranych sygnałów. Jeśli sygnał jest zgodny z kodem użytkownika, wówczas funkcja korelacji będzie wysoka i system może wyodrębnić ten sygnał. Jeśli żądany przez użytkownika kod nie ma nic wspólnego z sygnałem, korelacja powinna być możliwie bliska zeru (eliminując w ten sposób sygnał); znany również jako korelacja krzyżowa. Tak więc jestself-correlation (Korelacja własna) i cross-correlation (Korelacja krzyżowa).

Właściwości autokorelacji i kodu pokazano na poniższym diagramie, na którym pokazano korelację między kodem rozprzestrzeniania „A” a kodem rozprzestrzeniania „B”. W tym przykładzie podano obliczoną korelację kodu rozprzestrzeniania „A (1010110001101001) i kodu„ B ”(1010100111001001), podczas wykonywania obliczeń w poniższym przykładzie wynik wyniósł 6/16.

Preferable Codes

Preferowany kod jest używany w CDMA. Istnieją różne kody, których można użyć w zależności od typu systemu CDMA. Istnieją dwa rodzaje systemów -

• System synchroniczny (synchroniczny) i
• System asynchroniczny (asynchroniczny).

W systemie synchronicznym można stosować kody ortogonalne (kod ortogonalny). W systemie asynchronicznym jest do tego używany kod pseudolosowy (pseudolosowy szum) lub kod Gold.

Aby zminimalizować wzajemne interferencje w DS-CDMA, należy wybrać kody rozpraszania o mniejszej korelacji krzyżowej.

Synchronous DS-CDMA

• Kody ortogonalne są odpowiednie. (Kod Walsha itp.)

Asynchronous DS-CDMA

• Kody szumów pseudolosowych (PN) / sekwencja maksymalna
• Złote kody

Synchronous DS-CDMA

Synchroniczne systemy CDMA są realizowane w systemach punkt-wielopunkt. Na przykład łącze do przodu (stacja bazowa do stacji mobilnej) w telefonie komórkowym.

System synchronizacji jest używany w systemach jeden-do-wielu (punkt-wielopunkt). Na przykład w danym czasie w systemie komunikacji mobilnej pojedyncza stacja bazowa (BTS) może komunikować się z wieloma telefonami komórkowymi (łącze nadawcze / łącze w dół).

W tym systemie sygnał transmisji dla wszystkich użytkowników może komunikować się synchronicznie. Oznacza to, że „Synchronizacja” w tym punkcie to sens, który można wysłać, aby wyrównać górę każdego sygnału użytkownika. W tym systemie możliwe jest stosowanie kodów ortogonalnych, a także możliwa jest redukcja wzajemnych zakłóceń. A kody ortogonalne to znak, taki jak korelacja krzyżowa, czyli 0.

Asynchronous DS-CDMA

W asynchronicznym systemie CDMA kody ortogonalne mają złą korelację krzyżową.

W przeciwieństwie do sygnału ze stacji bazowej, sygnał ze stacji ruchomej do stacji bazowej staje się systemem asynchronicznym.

W systemie asynchronicznym nieco wzrasta wzajemna interferencja, ale używa on innych kodów, takich jak kod PN lub kod Gold.

Zalety Spread Spectrum

Ponieważ sygnał jest rozłożony w szerokim paśmie częstotliwości, gęstość widmowa mocy staje się bardzo niska, więc inne systemy komunikacyjne nie cierpią z powodu tego rodzaju komunikacji. Jednak szum Gaussa wzrasta. Poniżej znajduje się lista kilku głównych zalet Spread Spectrum -

• Można uzgodnić z wieloma ścieżkami, ponieważ można wygenerować dużą liczbę kodów, co pozwala na dużą liczbę użytkowników.

• W widmie rozproszonym nie ma ograniczeń użytkowników, natomiast w technologii FDMA istnieją ograniczenia użytkowników.

• Bezpieczeństwo - bez znajomości kodu rozprzestrzeniającego odzyskanie przesłanych danych jest prawie niemożliwe.

• Odrzucenie malejące - system wykorzystuje dużą przepustowość; jest mniej podatny na odkształcenia.

Sekwencja PN

System DS-CDMA wykorzystuje dwa typy sekwencji rozprzestrzeniania, tj. PN sequences i orthogonal codes. Jak wspomniano powyżej, sekwencja PN jest generowana przez generator szumów pseudolosowych. Jest to po prostu binarny rejestr przesuwny z liniowym sprzężeniem zwrotnym, składający się z bramek XOR i rejestru przesuwnego. Ten generator PN ma możliwość tworzenia sekwencji identycznej zarówno dla nadajnika jak i dla odbiornika,and retaining the desirable properties of the noise randomness bit sequence.

Sekwencja PN ma wiele cech, takich jak prawie równa liczba zer i jedynek, bardzo niska korelacja między przesuniętymi wersjami sekwencji i bardzo niska korelacja krzyżowa z innymi sygnałami, takimi jak zakłócenia i szum. Jednak jest w stanie dobrze korelować ze sobą i ze swoją odwrotnością. Innym ważnym aspektem jest autokorelacja sekwencji, ponieważ określa ona zdolność do synchronizacji i blokowania kodu rozpraszającego dla odebranego sygnału. Ta walka skutecznie wpływa na wielokrotne zakłócenia i poprawia SNR. Sekwencje M, kody Gold i sekwencje Kasami są przykładami tej klasy sekwencji.

• Sekwencja szumu pseudolosowego (PN) to sekwencja liczb binarnych, np. ± 1, która wydaje się być losowa; ale w rzeczywistości jest to całkowicie deterministyczne.

• Sekwencje PN są używane w dwóch typach technik widma rozproszonego PN -

  • Direct Signal Spread Spectrum (DS-SS) i

  • Widmo rozproszenia częstotliwości przeskoków (FH-SS).

• Jeśli „u” używa PSK do modulowania sekwencji PN, daje to DS-SS.

• Jeśli 'u' używa FSK do modulowania sekwencji PN, daje to FH-SS.

Technologia przeskoku częstotliwości

Przeskakiwanie częstotliwości to widmo rozproszone, w którym propagacja odbywa się przez przeskakiwanie częstotliwości w szerokim paśmie. Dokładna kolejność, w jakiej następuje przerwanie, jest określana przez tablicę przeskoków wygenerowaną przy użyciu sekwencji kodu pseudolosowego.

Szybkość przeskoku jest funkcją informacji o prędkości. Kolejność częstotliwości jest wybierana przez odbiornik i jest podyktowana pseudolosową sekwencją szumów. Chociaż transmisja widma sygnału z przeskokiem częstotliwości różni się znacznie od transmisji sygnału z sekwencją bezpośrednią, wystarczy zauważyć, że dane są rozprowadzane w paśmie sygnału są większe niż to konieczne do przeniesienia. W obu przypadkach wynikowy sygnał pojawi się jako szum, a odbiornik wykorzystuje podobną technikę, która jest wykorzystywana w transmisji do odzyskania oryginalnego sygnału.

W komunikacji bezprzewodowej zanikanie to odchylenie tłumienia sygnału wpływające na określone media propagacyjne. Przebarwienia mogą się zmieniać w zależności od czasu, położenia geograficznego lub częstotliwości radia, co często jest modelowane jako proces losowy. Zanikający kanał to kanał komunikacyjny, w którym występuje zanikanie.

Zanikanie wielościeżkowe

W systemach bezprzewodowych zanikanie może być spowodowane wieloma ścieżkami, nazywanymi as multipath fading lub z powodu shadowing od przeszkód wpływających na rozchodzenie się fal, znanych jako shadow fading. W tym rozdziale omówimy, jak zanikanie wielościeżkowe wpływa na odbiór sygnałów w CDMA.

Blaknięcie w systemie CDMA

Systemy CDMA wykorzystują sygnał o dużej szybkości chipów do rozpraszania widma. Ma wysoką rozdzielczość czasową, dzięki czemu odbiera inny sygnał z każdego toru osobno. Odbiornik RAKE zapobiega degradacji sygnału poprzez sumowanie wszystkich sygnałów.

Ponieważ CDMA ma wysoką rozdzielczość czasową, różne ścieżki opóźniają sygnały CDMA, które mogą być rozróżniane. Dlatego energię ze wszystkich ścieżek można zsumować, dostosowując ich fazy i opóźnienia ścieżek. To jest zasada działania odbiornika RAKE. Używając odbiornika RAKE, można poprawić utratę odbieranego sygnału z powodu zaniku. Może zapewnić stabilne środowisko komunikacji.

W systemach CDMA propagacja wielościeżkowa poprawia jakość sygnału dzięki zastosowaniu odbiornika RAKE.

Problem blisko-daleko jest jednym z głównych problemów, które poważnie szkodzą łączności ruchomej. W systemie CDMA wzajemne zakłócenia będą określać większość współczynnika SN każdego użytkownika.

Jak bliski problem wpływa na komunikację?

Poniższa ilustracja pokazuje, jak problem z bliska wpływa na komunikację.

Jak pokazano na ilustracji, użytkownik A jest daleko od odbiornika, a użytkownik B jest blisko odbiornika, będzie duża różnica między wymaganą mocą sygnału a mocą sygnału zakłóconego. Pożądana moc sygnału będzie znacznie wyższa niż moc sygnału zakłócanego, a zatem stosunek SN użytkownika A będzie mniejszy, a jakość komunikacji użytkownika A będzie poważnie obniżona.

W CDMA, ponieważ wszystkie telefony komórkowe nadają na tej samej częstotliwości, wewnętrzne zakłócenia sieci odgrywają kluczową rolę w określaniu przepustowości sieci. Ponadto moc każdego nadajnika mobilnego musi być kontrolowana w celu ograniczenia zakłóceń.

Kontrola mocy jest zasadniczo potrzebna, aby rozwiązać problem bliskiej odległości. Główną ideą zmniejszenia problemu bliskiej odległości jest osiągnięcie tego samego poziomu mocy odbieranego przez wszystkie telefony komórkowe do stacji bazowej. Każda odbierana moc musi być co najmniej na poziomie, aby łącze spełniało wymagania systemu takie, że Eb / N0. Aby otrzymać ten sam poziom mocy w stacji bazowej, telefony komórkowe, które są bliżej stacji bazowej, powinny transmitować mniej energii niż telefony komórkowe, które są daleko od ruchomej stacji bazowej.

Na poniższym rysunku znajdują się dwie mobilne komórki A i B. A znajduje się bliżej stacji bazowej, a B jest daleko od stacji bazowej. Pr to minimalny poziom sygnału do działania wymaganego systemu. Dlatego telefon komórkowy B powinien transmitować więcej mocy, aby osiągnąć ten sam Pr do stacji bazowej (PB> PA). Jeśli nie ma kontroli mocy, innymi słowy, moc transmisji jest taka sama z obu komórek mobilnych, sygnał odebrany z A jest znacznie silniejszy niż sygnały odebrane z komórki B.

Gdy wszystkie stacje ruchome transmitują sygnały z tą samą mocą (MS), odbierane poziomy w stacji bazowej różnią się od siebie, co zależy od odległości między BS a MS.

Otrzymany poziom szybko się zmienia z powodu blaknięcia. W celu utrzymania odbieranego poziomu na BS, w systemach CDMA musi być zastosowana odpowiednia technika sterowania mocą.

Musimy kontrolować moc transmisji każdego użytkownika. Ta kontrolka nosi nazwętransmission power control(Kontrola mocy). Istnieją dwa sposoby kontrolowania mocy nadawania. Pierwsza toopen-loop (Otwarta pętla), a druga to closed-loop Sterowanie (pętla zamknięta).

Reverse Link Power Control

Oprócz efektu bliskiej odległości opisanego powyżej, natychmiastowym problemem jest określenie mocy nadawania telefonu komórkowego, gdy po raz pierwszy ustanawia połączenie. Dopóki telefon komórkowy nie styka się ze stacją bazową, nie ma pojęcia o ilości zakłóceń w systemie. Jeśli spróbuje przesłać dużą moc, aby zapewnić kontakt, może wprowadzić zbyt duże zakłócenia. Z drugiej strony, jeśli telefon komórkowy przesyła mniejszą moc (aby nie zakłócać innych połączeń mobilnych), moc nie może spełnić wymagań E _b / N ₀ .

Jak określono w standardach IS-95, telefon komórkowy działa, gdy chce dostać się do systemu, wysyła sygnał tzw access.

W CDMA moc transmisji każdego użytkownika jest przydzielana przez moc sterowania w celu uzyskania takiej samej mocy (Pr), jaką odbiera stacja bazowa / BTS z sondą dostępu o małej mocy. Telefon komórkowy wysyła swoją pierwszą sondę dostępu, a następnie czeka na odpowiedź ze stacji bazowej. Jeśli nie otrzyma odpowiedzi, druga sonda dostępu jest wysyłana z większą mocą.

Proces jest powtarzany, aż stacja bazowa odpowie. Jeżeli sygnał odebrany przez stację bazową jest wysoki, to telefon komórkowy łączy się ze stacją bazową, która jest bliżej komórki mobilnej o małej mocy transmisji. Podobnie, jeśli sygnał jest słaby, telefon komórkowy wie, że utrata ścieżki jest większa i transmituje dużą moc.

Proces opisany powyżej nazywa się open loop power controlponieważ jest kontrolowany tylko przez sam telefon komórkowy. Sterowanie mocą w otwartej pętli rozpoczyna się, gdy pierwszy telefon komórkowy próbuje skomunikować się ze stacją bazową.

Ta regulacja mocy służy do kompensacji efektów cieniowania wolnych zmiennych. Jednakże, ponieważ łącza tylne i nadawcze mają różne częstotliwości, szacunkowa moc nadawania nie daje dokładnego rozwiązania w zakresie sterowania mocą z powodu utraty ścieżki do przodu stacji bazowej. Ta regulacja mocy zawodzi lub jest zbyt wolna dla szybko zanikających kanałów Rayleigha.

Siła sterowania w zamkniętej pętli jest wykorzystywana do kompensacji szybkich odbarwień Rayleigha. Tym razem moc transmisji mobilnej jest kontrolowana przez stację bazową. W tym celu stacja bazowa stale monitoruje jakość sygnału łącza zwrotnego. Jeśli jakość połączenia jest niska, informuje telefon komórkowy, aby zwiększył moc; a jeśli jakość połączenia jest bardzo wysoka, kontroler ruchomej stacji bazowej zmniejsza swoją moc.

Sterowanie mocą łącza do przodu

Podobnie jak w przypadku sterowania mocą łącza zwrotnego, sterowanie mocą łącza nadawczego jest również konieczne, aby utrzymać jakość łącza nadawczego na określonym poziomie. Tym razem telefon komórkowy monitoruje jakość łącza nadawczego i wskazuje stacji bazowej, aby włączyć lub wyłączyć. Ta kontrola mocy nie ma wpływu na problem bliskiej odległości. Wszystkie sygnały są rozmazane razem na tym samym poziomie mocy, gdy docierają do telefonu komórkowego. Krótko mówiąc, w łączu do przodu nie ma problemu z bliska.

Efekt kontroli mocy

Dzięki sterowaniu mocą transmisji użytkownik może uzyskać stałe środowisko komunikacyjne niezależnie od lokalizacji. Użytkownik znajdujący się daleko od stacji bazowej wysyła wyższą moc transmisji niż użytkownik znajdujący się bliżej stacji bazowej. Również dzięki tej regulacji mocy transmisji można zredukować efekty zanikania. Oznacza to, że zmiany odbieranej mocy spowodowane zanikaniem mogą być tłumione przez sterowanie mocą transmisji.

• Sterowanie mocą jest w stanie skompensować zanikające wahania.
• Moc otrzymywana od wszystkich państw członkowskich jest kontrolowana, aby była równa.
• Problem bliskiej odległości jest łagodzony przez kontrolę mocy.

Główną zaletą pojemności CDMA jest to, że ponownie wykorzystuje tę samą przydzieloną częstotliwość w każdym sektorze każdej komórki. W IS-136 i analogowych systemach komórkowych występuje współczynnik powtarzania siedmiu komórek z trzema sektorami. Oznacza to, że tylko jeden na 21 kanałów jest dostępny dla każdego sektora. CDAM jest zaprojektowany do współdzielenia tej samej częstotliwości w każdym sektorze każdej komórki. Dla każdego użytkownika, który używa kodowania cdma2000 zamiast IS-95, system jest bardziej wydajny.

W FDMA lub TDMA zasoby radiowe są przydzielane tak, aby nie zakłócać sąsiednich komórek -

• Sąsiednie komórki nie mogą używać tego samego (identycznego) pasma częstotliwości (lub szczeliny czasowej).
• Rysunek po lewej przedstawia prosty przydział komórek z siedmioma pasmami częstotliwości.

W rzeczywistości, ze względu na skomplikowaną propagację radiową i nieregularną alokację komórek, nie jest łatwo przydzielić odpowiednią częstotliwość (lub przedział czasu).

W systemie CDMA przeciwko temu, ponieważ wszyscy użytkownicy korzystają z tej samej częstotliwości, ustawienie częstotliwości nie stanowi problemu. To największa zaleta technologii CDMA.

W CDMA identyczne zasoby radiowe mogą być używane we wszystkich komórkach, ponieważ kanały CDMA używają jednocześnie tej samej częstotliwości.

• Alokacja częstotliwości w CDMA nie jest konieczna.
• W tym sensie system komórkowy CDMA jest łatwy do zaprojektowania.

Za każdym razem, gdy abonent komórkowy przechodzi przez jedną stację bazową do drugiej, sieć automatycznie przełącza się na inną odpowiednią stację bazową i utrzymuje odpowiedzialność za zasięg. To zachowanie nazywane jest „przekazaniem” (przekazaniem) lub „przekazaniem” (przekazaniem).

Podczas gdy w systemach FDMA i TDMA używa innej częstotliwości do komunikacji ze stacją bazową tego obszaru. Oznacza to, że nastąpi przełączanie częstotliwości z jednej częstotliwości na drugą, a podczas przełączania nastąpi lekkie przerwanie komunikacji, co nazywa się"hard handoff" (Hard Handoff) lub "hard handover" (Hard Handover).

Hard Handoff

W systemie komórkowym FDMA lub TDMA nowa komunikacja może zostać nawiązana po zerwaniu bieżącej komunikacji w momencie przekazania. Komunikacja między MS a BS zrywa się w momencie przełączania częstotliwości lub szczeliny czasowej.

Miękkie przekazanie

Systemy komórkowe śledzą stacje mobilne w celu utrzymania ich łączy komunikacyjnych. Gdy stacja mobilna przechodzi do sąsiedniej komórki, łącze komunikacyjne przełącza się z bieżącej komórki do sąsiedniej komórki.

Kiedy telefon komórkowy wchodzi w nowy obszar (ze stacji bazowej do innej stacji bazowej), telefon komórkowy jest drugim pilotem o wystarczającej mocy, wysyłając wiadomość do siły kierowcy do pierwszej stacji bazowej. Stacja bazowa powiadamia MTSO, a następnie MTSO żąda nowegoWalsh code assignment drugiej stacji bazowej.

• Pierwsza stacja bazowa kontroluje nowy progresywny transfer Walsha MTSO, a następnie wysyła łącze lądowe do drugiej stacji bazowej. Mobile jest zasilany przez dwie stacje bazowe, a MTSO wybiera stan najlepszej jakości co 20 ms.

• Moc spada na stacji ruchomej przez pierwszą stację bazową BS i telefon komórkowy wysyła komunikat o sile sygnału pilota, po czym transmisja pierwszej stacji BS zatrzymuje się i zwalnia kanał. Kanał ruchu jest kontynuowany w drugiej stacji bazowej.

• W systemie komórkowym CDMA komunikacja nie jest przerywana nawet w momencie przekazania, ponieważ przełączanie częstotliwości lub szczeliny czasowej nie jest wymagane.

Note- Sekwencja Walsha jest częścią kodów ortogonalnych, podczas gdy inne sekwencje, takie jak PN, Gold i Kasami, są sekwencjami rejestru przesuwnego. W przypadku przypisania użytkownikom kodów ortogonalnych, sygnał wyjściowy korelatora w odbiorniku będzie równy zeru, z wyjątkiem żądanej sekwencji, podczas gdy odbiornik synchronicznej sekwencji bezpośredniej odbiera tę samą sekwencję kodu, która została przesłana, więc nie ma przesunięcia czasowego między użytkownikami.

Sygnał CDMA doświadcza silnych zakłóceń innych niż użytkownicy CDMA. Przybiera to dwie formy zakłóceń - interferencja ze strony innych użytkowników tej samej minikomórki oraz interferencja z sąsiednich komórek. Całkowita interferencja obejmuje również szum tła i inne fałszywe sygnały.

CDMA opiera się na wykorzystaniu modulacji z widmem rozproszonym do kodowania sygnału do jego transmisji i wyszukiwania.

Źródła hałasu

W technologii widma rozproszonego sygnały radiowe są rozprowadzane w jednym szerokim paśmie częstotliwości 1,23 MHz. Każdy abonent ma przypisane kody PN. Sygnały odpowiadające kodom PN są dekodowane i przetwarzane. Sygnały, które nie zawierają dopasowania kodu, są traktowane jako szum i ignorowane.

Przetwarzanie sygnału: odbiór

CDMA zaczyna się od zakodowanego sygnału wąskopasmowego; rozprzestrzenia się to z wykorzystaniem kodów PN do szerokości pasma 1,23 MHz.

Po odebraniu sygnału jest on filtrowany i przetwarzany w celu odzyskania żądanego sygnału. Korelator eliminuje źródła zakłóceń, ponieważ nie są one skorelowane z pożądaną obróbką sygnału. Stosując tę ​​metodę, liczba wywołań CDMA może jednocześnie zajmować to samo widmo częstotliwości.

Współczynnik błędów ramki

Liczba błędów transmisji, mierzona jako współczynnik błędu ramki (FER). Zwiększa się wraz z liczbą połączeń. Aby przezwyciężyć ten problem, minikomórka i strona mobilna mogą zwiększać moc do czasu, gdy mobilna lub strona minikomórki będzie mogła dalej zasilać, aby zmniejszyć FER do akceptowalnej wielkości. To zdarzenie zapewnia wywołanie miękkiego limitu z określonej minikomórki i zależy od -

• Naturalnie występująca podłoga szumowa i zakłócenia spowodowane przez człowieka.
• Zakłócenia wywołane przez tę minikomórkę.
• Zakłócenia wywołane połączeniami z innymi komórkami.

Moc na kod Walsha

Bit sterowania mocą jest używany podczas przetwarzania połączenia, aby utrzymać względną moc każdego pojedynczego aktywnego kanału ruchu i zwiększyć lub zmniejszyć moc w celu utrzymania dopuszczalnych pomiarów FER przez telefon komórkowy w kanale. Ta moc jest wyrażona w cyfrowych jednostkach wzmocnienia.

Na ścieżce transmisji można zobaczyć następujące działania -

• Cyfrowy pakiet głosowy o niskiej przepływności z PSU2 (jednostka przełączająca pakiet 2 w przełączniku 5ESS) jest rozpraszany przez kod Walsha w minikomórce.

• Częstotliwość nośna transmisji RF jest modulowana przez rozproszony sygnał.

• Nadawany jest sygnał o widmie rozproszonym o sekwencji bezpośredniej.

Na ścieżce odbioru można zobaczyć następujące działania -

• Odbierany jest sygnał o widmie rozproszonym o sekwencji bezpośredniej.

• Sygnał jest demodulowany przy użyciu częstotliwości nośnej odbioru RF.

• Sygnał rozchodzi się przy użyciu tego samego kodu Walsha.

• Detektor bitów przywraca zdekodowany sygnał do rozsądnej reprezentacji oryginalnego wzorca mowy.