Když nelze přesně koordinovat spoje mezi mobilními zařízeními a základnami, zejména z důvodu mobility telefonních přístrojů, je třeba použít jiný přístup. Protože není matematicky možné vytvořit signaturní sekvence, které by byly zároveň ortogonální pro libovolně náhodné počáteční body a které by plně využívaly kódový prostor, používají se v asynchronních systémech CDMA jedinečné „pseudonáhodné“ nebo „pseudonáhodné“ sekvence nazývané rozprostírací sekvence. Rozšiřující posloupnost je binární posloupnost, která se jeví jako náhodná, ale zamýšlené přijímače ji mohou reprodukovat deterministickým způsobem. Tyto rozprostírací sekvence se používají k zakódování a dekódování signálu uživatele v asynchronním CDMA stejným způsobem jako ortogonální kódy v synchronním CDMA (znázorněno v příkladu výše). Tyto rozprostírací sekvence jsou statisticky nekorelované a součet velkého počtu rozprostíracích sekvencí vede k rušení vícenásobného přístupu (MAI), které je aproximováno Gaussovým šumovým procesem (podle centrální limitní věty ve statistice). Zlaté kódy jsou příkladem rozprostírací posloupnosti vhodné pro tento účel, protože mezi kódy je nízká korelace. Pokud jsou všichni uživatelé přijímáni se stejnou úrovní výkonu, pak rozptyl (např. výkon šumu) MAI roste přímo úměrně s počtem uživatelů. Jinými slovy, na rozdíl od synchronního CDMA se signály ostatních uživatelů budou jevit jako šum k zájmovému signálu a budou mírně rušit požadovaný signál úměrně počtu uživatelů.
Všechny formy CDMA používají faktor rozprostření spektra, aby umožnily přijímačům částečně rozlišit nežádoucí signály. Signály zakódované s určenými sekvencemi rozprostření jsou přijímány, zatímco signály s odlišnými sekvencemi (nebo se stejnými sekvencemi, ale s odlišným časovým posunem) se jeví jako širokopásmový šum redukovaný faktorem rozprostření.
Protože každý uživatel generuje MAI, je řízení síly signálu důležitou otázkou u vysílačů CDMA. Přijímač CDM (synchronní CDMA), TDMA nebo FDMA může teoreticky zcela odmítnout libovolně silné signály používající různé kódy, časové sloty nebo frekvenční kanály díky ortogonalitě těchto systémů. To neplatí pro asynchronní CDMA; odmítnutí nežádoucích signálů je pouze částečné. Pokud je některý z nežádoucích signálů nebo všechny nežádoucí signály mnohem silnější než požadovaný signál, přehluší jej. To vede k obecnému požadavku, aby v každém asynchronním systému CDMA přibližně odpovídaly různé úrovně výkonu signálu, jak je vidí přijímač. V buňkovém systému CDMA používá základnová stanice rychlé uzavřené schéma řízení výkonu k přísnému řízení vysílacího výkonu každého mobilního telefonu.
Výhody asynchronního CDMA oproti jiným technikámEdit
Efektivní praktické využití pevného kmitočtového spektraEdit
Teoreticky mají CDMA, TDMA a FDMA naprosto stejnou spektrální účinnost, ale v praxi má každá z nich své vlastní problémy – řízení výkonu v případě CDMA, časování v případě TDMA a generování/frekvenční filtrování v případě FDMA.
Systémy TDMA musí pečlivě synchronizovat vysílací časy všech uživatelů, aby bylo zajištěno, že jsou přijímány ve správném časovém slotu a nezpůsobují rušení. Protože toto nelze v mobilním prostředí dokonale kontrolovat, musí mít každý časový slot ochranný čas, což snižuje pravděpodobnost, že se uživatelé budou rušit, ale snižuje spektrální účinnost.
Podobně musí systémy FDMA používat ochranné pásmo mezi sousedními kanály kvůli nepředvídatelnému dopplerovskému posunu spektra signálu v důsledku mobility uživatelů. Ochranná pásma sníží pravděpodobnost, že se sousední kanály budou rušit, ale sníží využití spektra.
Pružné přidělování prostředkůEdit
Asynchronní CDMA nabízí klíčovou výhodu v pružném přidělování prostředků, tj. přidělování rozprostíracích sekvencí aktivním uživatelům. V případě CDM (synchronního CDMA), TDMA a FDMA je počet souběžných ortogonálních kódů, časových slotů, resp. frekvenčních slotů pevně stanoven, a proto je kapacita z hlediska počtu souběžných uživatelů omezena. Pro systémy CDM, TDMA a FDMA existuje pevný počet ortogonálních kódů, časových slotů nebo kmitočtových pásem, které mohou být přiděleny, a které zůstávají nedostatečně využity v důsledku burzovního charakteru telefonie a paketových datových přenosů. Neexistuje žádné striktní omezení počtu uživatelů, které lze podporovat v asynchronním systému CDMA, pouze praktické omezení, které se řídí požadovanou pravděpodobností bitové chyby, protože poměr signálu k rušení (SIR) se mění nepřímo úměrně s počtem uživatelů. V prostředí s přerušovaným provozem, jako je mobilní telefonie, je výhodou asynchronního CDMA to, že výkon (bitová chybovost) může náhodně kolísat, přičemž průměrná hodnota je určena počtem uživatelů krát procento využití. Předpokládejme, že existuje 2N uživatelů, kteří hovoří pouze polovinu času, pak 2N uživatelů lze pojmout se stejnou průměrnou pravděpodobností bitové chyby jako N uživatelů, kteří hovoří po celou dobu. Klíčový rozdíl zde spočívá v tom, že pravděpodobnost bitové chyby pro N uživatelů, kteří hovoří po celou dobu, je konstantní, zatímco pro 2N uživatelů, kteří hovoří polovinu času, je to náhodná veličina (se stejnou střední hodnotou).
Jinými slovy, asynchronní CDMA se ideálně hodí pro mobilní síť, kde velké množství vysílačů generuje relativně malé množství provozu v nepravidelných intervalech. Systémy CDM (synchronní CDMA), TDMA a FDMA nemohou obnovit nedostatečně využité zdroje, které jsou vlastní burzovnímu provozu, vzhledem k pevnému počtu ortogonálních kódů, časových slotů nebo frekvenčních kanálů, které lze přidělit jednotlivým vysílačům. Pokud například v systému TDMA existuje N časových slotů a 2N uživatelů, kteří hovoří polovinu času, pak v polovině času bude více než N uživatelů potřebovat využít více než N časových slotů. Kromě toho by neustálé přidělování a rozdělování prostředků ortogonálního kódu, časových slotů nebo frekvenčních kanálů vyžadovalo značnou režii. Oproti tomu asynchronní vysílače CDMA jednoduše vysílají, když mají co říci, a vypnou vysílání, když nemají, přičemž zachovávají stejnou signaturní sekvenci po celou dobu, kdy jsou připojeny k systému.
Charakteristiky rozprostřeného spektra CDMAEdit
Většina modulačních schémat se snaží minimalizovat šířku pásma tohoto signálu, protože šířka pásma je omezený zdroj. Techniky s rozprostřeným spektrem však využívají šířku přenosového pásma, která je o několik řádů větší než minimální požadovaná šířka pásma signálu. Jedním z původních důvodů pro tento postup byly vojenské aplikace včetně naváděcích a komunikačních systémů. Tyto systémy byly navrženy s využitím rozprostřeného spektra kvůli jeho bezpečnosti a odolnosti proti rušení. Asynchronní CDMA má zabudovanou určitou úroveň soukromí, protože signál je šířen pomocí pseudonáhodného kódu; díky tomuto kódu se signály s rozprostřeným spektrem jeví jako náhodné nebo mají vlastnosti podobné šumu. Přijímač nemůže demodulovat tento přenos bez znalosti pseudonáhodné posloupnosti použité k zakódování dat. CDMA je také odolné proti rušení. Rušivý signál má k dispozici pouze konečné množství výkonu, kterým může signál rušit. Rušič může buď rozložit svou energii na celou šířku pásma signálu, nebo rušit pouze část celého signálu.
CDMA může také účinně odmítat úzkopásmové rušení. Protože úzkopásmové rušení ovlivňuje pouze malou část signálu s rozprostřeným spektrem, lze je snadno odstranit pomocí vrubové filtrace bez větší ztráty informace. Při obnově těchto ztracených dat lze použít konvoluční kódování a prokládání. Signály CDMA jsou také odolné vůči vícecestnému blednutí. Vzhledem k tomu, že signál s rozprostřeným spektrem zabírá velkou šířku pásma, pouze malá část tohoto pásma v daném okamžiku podléhá vícecestnému blednutí. Stejně jako úzkopásmové rušení to bude mít za následek jen malou ztrátu dat a lze ji překonat.
Dalším důvodem, proč je CDMA odolné vůči vícecestnému rušení, je to, že zpožděné verze vysílaných pseudonáhodných kódů budou mít špatnou korelaci s původním pseudonáhodným kódem, a budou se tedy jevit jako další uživatel, který je v přijímači ignorován. Jinými slovy, pokud vícecestný kanál vyvolá alespoň jeden čip zpoždění, budou vícecestné signály přicházet k přijímači tak, že budou časově posunuty alespoň o jeden čip oproti zamýšlenému signálu. Korelační vlastnosti pseudonáhodných kódů jsou takové, že toto nepatrné zpoždění způsobuje, že se vícecestný signál jeví jako nekorelovaný se zamýšleným signálem, a proto se ignoruje.
Některá zařízení CDMA používají hrabicový přijímač, který využívá složky vícecestného zpoždění ke zlepšení výkonu systému. Hráběcí přijímač kombinuje informace z několika korelátorů, z nichž každý je naladěn na jiné zpoždění dráhy, a vytváří tak silnější verzi signálu než jednoduchý přijímač s jedinou korelací naladěnou na zpoždění dráhy nejsilnějšího signálu.
Znovuvyužití frekvence je možnost znovu použít stejnou frekvenci rádiového kanálu na jiných buňkách v rámci buňkového systému. V systémech FDMA a TDMA je frekvenční plánování důležitým faktorem. Kmitočty používané v různých buňkách musí být pečlivě naplánovány, aby se signály z různých buněk navzájem nerušily. V systému CDMA lze v každé buňce použít stejnou frekvenci, protože kanalizace se provádí pomocí pseudonáhodných kódů. Opakované použití stejného kmitočtu v každé buňce odstraňuje potřebu plánování kmitočtu v systému CDMA; musí se však plánovat různé pseudonáhodné sekvence, aby se zajistilo, že přijímaný signál z jedné buňky nebude korelován se signálem z blízké buňky.
Protože sousední buňky používají stejné kmitočty, systémy CDMA mají možnost provádět měkké předávání. Měkké předávání umožňuje mobilnímu telefonu komunikovat současně se dvěma nebo více buňkami. Dokud není předání dokončeno, je vybrána nejlepší kvalita signálu. Tím se liší od tvrdého předávání, které se používá v jiných mobilních systémech. V případě tvrdého předání se může síla signálu náhle měnit, jakmile se mobilní telefon přiblíží k předání. Naproti tomu systémy CDMA používají měkké předání, které je nezjistitelné a poskytuje spolehlivější a kvalitnější signál
.