Når forbindelser fra mobil til base ikke kan koordineres præcist, især på grund af mobiltetenes mobilitet, er det nødvendigt med en anden fremgangsmåde. Da det ikke er matematisk muligt at skabe signatursekvenser, der både er ortogonale for vilkårligt tilfældige startpunkter, og som udnytter kodeområdet fuldt ud, anvendes der i asynkrone CDMA-systemer unikke “pseudo-tilfældig” eller “pseudo-støj” sekvenser kaldet spredningssekvenser. En spredningssekvens er en binær sekvens, der ser tilfældig ud, men som kan reproduceres på en deterministisk måde af de tilsigtede modtagere. Disse spredningssekvenser anvendes til at kode og afkode et brugersignal i asynkrone CDMA-systemer på samme måde som de ortogonale koder i synkrone CDMA-systemer (som vist i eksemplet ovenfor). Disse spredningssekvenser er statistisk ukorrelerede, og summen af et stort antal spredningssekvenser resulterer i multipel adgangsinterferens (MAI), som tilnærmes ved en Gaussisk støjproces (i henhold til det centrale grænseteorem i statistik). Guldkoder er et eksempel på en spredningssekvens, der er egnet til dette formål, da der er lav korrelation mellem koderne. Hvis alle brugere modtages med samme effektniveau, stiger variansen (f.eks. støjstyrken) af MAI i direkte forhold til antallet af brugere. Med andre ord vil signalerne fra andre brugere, i modsætning til synkron CDMA, fremstå som støj i forhold til det pågældende signal og forstyrre det ønskede signal en smule i forhold til antallet af brugere.
Alle former for CDMA anvender spredespektrumspredningsfaktoren for at give modtagerne mulighed for delvis at skelne mellem uønskede signaler. Signaler kodet med de specificerede spredningssekvenser modtages, mens signaler med andre sekvenser (eller de samme sekvenser, men med forskellige tidsforskydninger) fremstår som bredbåndsstøj, der er reduceret med spredningsfaktoren.
Da hver bruger genererer MAI, er det vigtigt at kontrollere signalstyrken i CDMA-sendere. En CDM- (synkron CDMA), TDMA- eller FDMA-modtager kan i teorien fuldstændigt afvise vilkårligt stærke signaler, der anvender forskellige koder, tidslommer eller frekvenskanaler, på grund af disse systemers ortogonalitet. Dette gælder ikke for asynkron CDMA; afvisningen af uønskede signaler er kun delvis. Hvis nogle af eller alle de uønskede signaler er meget stærkere end det ønskede signal, vil de overvælde det. Dette fører til et generelt krav i ethvert asynkront CDMA-system om, at de forskellige signalstyrkeniveauer, som ses i modtageren, skal være nogenlunde ens. I CDMA-celler anvender basestationen en hurtig lukket effektstyringsordning til nøje at kontrollere hver mobils sendestyrke.
Fordele ved asynkron CDMA i forhold til andre teknikkerRediger
Effektiv praktisk udnyttelse af det faste frekvensspektrumRediger
I teorien har CDMA, TDMA og FDMA nøjagtig samme spektrale effektivitet, men i praksis har de hver især deres egne udfordringer – effektstyring i CDMA-sagen, timing i TDMA-sagen og frekvensgenerering/filtrering i FDMA-sagen.
TDMA-systemer skal nøje synkronisere alle brugernes sendetidspunkter for at sikre, at de modtages i det korrekte tidsinterval og ikke forårsager interferens. Da dette ikke kan kontrolleres perfekt i et mobilt miljø, skal hvert tidsinterval have en beskyttelsestid, hvilket reducerer sandsynligheden for, at brugerne forstyrrer hinanden, men mindsker den spektrale effektivitet.
På samme måde skal FDMA-systemer bruge et beskyttelsesbånd mellem tilstødende kanaler på grund af den uforudsigelige Dopplerforskydning af signalspektret på grund af brugernes mobilitet. Guardbands reducerer sandsynligheden for, at tilstødende kanaler forstyrrer hinanden, men mindsker udnyttelsen af spektret.
Fleksibel tildeling af ressourcerRediger
Asynkron CDMA giver en afgørende fordel i den fleksible tildeling af ressourcer, dvs. tildeling af spredningssekvenser til aktive brugere. I tilfælde af CDM (synkron CDMA), TDMA og FDMA er antallet af samtidige ortogonale koder, tidslommer og frekvensslommer henholdsvis fastlåst, og kapaciteten i form af antallet af samtidige brugere er derfor begrænset. Der er et fast antal ortogonale koder, tidslommer eller frekvensbånd, der kan tildeles til CDM-, TDMA- og FDMA-systemer, som ikke udnyttes fuldt ud på grund af telefoni og pakkede datatransmissioner, der foregår i stor stil. Der er ingen streng grænse for det antal brugere, der kan understøttes i et asynkront CDMA-system, men kun en praktisk grænse, der er styret af den ønskede bitfejlsandsynlighed, da SIR (signal-til-støj-forholdet) varierer omvendt med antallet af brugere. I et miljø med stor trafikmængde som f.eks. mobiltelefoni er fordelen ved asynkron CDMA, at ydelsen (bitfejlprocenten) kan svinge tilfældigt med en gennemsnitsværdi, der bestemmes af antallet af brugere gange udnyttelsesprocenten. Hvis der er 2N brugere, som kun taler halvdelen af tiden, kan 2N brugere indkvarteres med den samme gennemsnitlige bitfejlsandsynlighed som N brugere, der taler hele tiden. Den afgørende forskel her er, at bitfejlsandsynligheden for N brugere, der taler hele tiden, er konstant, mens den er en tilfældig størrelse (med samme middelværdi) for 2N brugere, der taler halvdelen af tiden.
Med andre ord er asynkron CDMA ideelt egnet til et mobilnet, hvor et stort antal sendere hver især genererer en relativt lille mængde trafik med uregelmæssige intervaller. CDM- (synkront CDMA), TDMA- og FDMA-systemer kan ikke genvinde de underudnyttede ressourcer, der er forbundet med burst-trafik, på grund af det faste antal ortogonale koder, tidslommer eller frekvenskanaler, der kan tildeles de enkelte sendere. Hvis der f.eks. er N tidslommer i et TDMA-system og 2N brugere, der taler halvdelen af tiden, vil der halvdelen af tiden være mere end N brugere, der har brug for at bruge mere end N tidslommer. Desuden vil det kræve et betydeligt overhead at allokere og deallokere de ortogonale kode-, tidslot- eller frekvenskanalressourcer løbende. Til sammenligning sender asynkrone CDMA-sendere blot, når de har noget at sige, og går ud af æteren, når de ikke har noget at sige, idet de beholder den samme signatursekvens, så længe de er tilsluttet systemet.
Spread-spectrum-egenskaber ved CDMAEdit
De fleste modulationsordninger forsøger at minimere båndbredden af dette signal, da båndbredde er en begrænset ressource. Spread-spectrum-teknikker anvender imidlertid en transmissionsbåndbredde, der er flere størrelsesordener større end den minimale nødvendige signalbåndbredde. En af de oprindelige grunde til at gøre dette var militære anvendelser, herunder styrings- og kommunikationssystemer. Disse systemer blev udviklet ved hjælp af spredt spektrum på grund af deres sikkerhed og modstandsdygtighed over for støjsending. Asynkron CDMA har en vis grad af fortrolighed indbygget, fordi signalet spredes ved hjælp af en pseudo-tilfældig kode; denne kode får spredespektrumsignalerne til at virke tilfældige eller støjlignende. En modtager kan ikke demodulere denne transmission uden kendskab til den pseudo-tilfældige sekvens, der er anvendt til at kode dataene. CDMA er også modstandsdygtig over for jamming. Et støjsignal har kun en begrænset mængde strøm til rådighed til at blokere signalet. Jammeren kan enten sprede sin energi over hele signalets båndbredde eller kun jamme en del af hele signalet.
CDMA kan også effektivt afvise smalbåndsinterferens. Da smalbåndsinterferens kun påvirker en lille del af signalet med spredt spektrum, kan den let fjernes ved hjælp af notch-filtrering uden større tab af information. Konvolutionskodning og interleaving kan anvendes til at hjælpe med at genoprette disse tabte data. CDMA-signaler er også modstandsdygtige over for multipath fading. Da spredespektrumsignalet optager en stor båndbredde, er det kun en lille del af denne båndbredde, der til enhver tid vil blive svækket på grund af multipath. Ligesom smalbåndsinterferens vil dette kun medføre et lille tab af data og kan overvindes.
En anden grund til, at CDMA er modstandsdygtig over for flerbaneinterferens, er, at de forsinkede versioner af de transmitterede pseudo-tilfældige koder vil have dårlig korrelation med den oprindelige pseudo-tilfældige kode og vil således fremstå som en anden bruger, som ignoreres af modtageren. Med andre ord, så længe multipath-kanalen medfører mindst én chip forsinkelse, vil multipath-signalerne ankomme til modtageren således, at de er tidsmæssigt forskudt med mindst én chip i forhold til det tilsigtede signal. Korrelationsegenskaberne for de pseudo-tilfældige koder er af en sådan art, at denne lille forsinkelse får multipath-signalet til at fremstå ukorreleret med det tilsigtede signal, og det ignoreres derfor.
Somme CDMA-enheder anvender en rake-modtager, som udnytter multipath-forsinkelseskomponenterne til at forbedre systemets ydeevne. En rake-modtager kombinerer oplysningerne fra flere korrelatorer, der hver især er indstillet på en anden vejforsinkelse, hvilket giver en stærkere version af signalet end en simpel modtager med en enkelt korrelation, der er indstillet på vejforsinkelsen for det stærkeste signal.
Frekvensgenbrug er muligheden for at genbruge den samme radiokanalfrekvens på andre cellepladser i et mobilsystem. I FDMA- og TDMA-systemer er frekvensplanlægning en vigtig overvejelse. De frekvenser, der anvendes i forskellige celler, skal planlægges omhyggeligt for at sikre, at signaler fra forskellige celler ikke interfererer med hinanden. I et CDMA-system kan der anvendes den samme frekvens i alle celler, fordi kanalisering sker ved hjælp af pseudo-tilfældige koder. Ved at genbruge den samme frekvens i hver celle er der ikke behov for frekvensplanlægning i et CDMA-system; planlægningen af de forskellige pseudo-tilfældige sekvenser skal dog foretages for at sikre, at det modtagne signal fra en celle ikke korrelerer med signalet fra en nærliggende celle.
Da tilstødende celler bruger de samme frekvenser, har CDMA-systemer mulighed for at foretage soft hand-offs. Soft hand-offs gør det muligt for mobiltelefonen at kommunikere samtidig med to eller flere celler. Den bedste signalkvalitet vælges, indtil hand-off er afsluttet. Dette adskiller sig fra de hårde hand-offs, der anvendes i andre cellulære systemer. I en situation med hard-hand-off kan signalstyrken svinge pludseligt, når mobiltelefonen nærmer sig en hand-off. CDMA-systemer anvender derimod soft hand-off, som ikke kan spores, og som giver et mere pålideligt signal af højere kvalitet.