Lorsque les liaisons entre mobiles et bases ne peuvent être coordonnées avec précision, notamment en raison de la mobilité des combinés, une approche différente est nécessaire. Comme il n’est pas mathématiquement possible de créer des séquences de signature qui soient à la fois orthogonales pour des points de départ arbitrairement aléatoires et qui utilisent pleinement l’espace de code, des séquences uniques « pseudo-aléatoires » ou « pseudo-bruit » appelées séquences d’étalement sont utilisées dans les systèmes CDMA asynchrones. Une séquence d’étalement est une séquence binaire qui semble aléatoire mais qui peut être reproduite de manière déterministe par les récepteurs prévus. Ces séquences d’étalement sont utilisées pour coder et décoder le signal d’un utilisateur en AMRC asynchrone de la même manière que les codes orthogonaux en AMRC synchrone (voir l’exemple ci-dessus). Ces séquences d’étalement sont statistiquement non corrélées, et la somme d’un grand nombre de séquences d’étalement produit un brouillage d’accès multiple (MAI) qui est approximé par un processus de bruit gaussien (suivant le théorème central limite en statistique). Les codes d’or sont un exemple de séquence d’étalement convenant à cette fin, car il y a une faible corrélation entre les codes. Si tous les utilisateurs sont reçus avec le même niveau de puissance, la variance (par exemple, la puissance du bruit) du MAI augmente en proportion directe du nombre d’utilisateurs. En d’autres termes, contrairement à l’AMRC synchrone, les signaux des autres utilisateurs apparaîtront comme du bruit par rapport au signal d’intérêt et interféreront légèrement avec le signal désiré en proportion du nombre d’utilisateurs.
Toutes les formes d’AMRC utilisent le facteur d’étalement du spectre pour permettre aux récepteurs de discriminer partiellement les signaux non désirés. Les signaux codés avec les séquences d’étalement spécifiées sont reçus, tandis que les signaux avec des séquences différentes (ou les mêmes séquences mais des décalages temporels différents) apparaissent comme un bruit à large bande réduit par le facteur d’étalement.
Puisque chaque utilisateur génère un MAI, le contrôle de la force du signal est une question importante avec les émetteurs CDMA. Un récepteur CDM (CDMA synchrone), TDMA ou FDMA peut en théorie rejeter complètement des signaux arbitrairement forts utilisant différents codes, intervalles de temps ou canaux de fréquence en raison de l’orthogonalité de ces systèmes. Ce n’est pas vrai pour l’AMRC asynchrone ; le rejet des signaux indésirables n’est que partiel. Si un ou tous les signaux non désirés sont beaucoup plus forts que le signal désiré, ils le submergeront. Il est donc nécessaire, dans tout système AMRC asynchrone, de faire correspondre approximativement les différents niveaux de puissance des signaux perçus par le récepteur. Dans le CDMA cellulaire, la station de base utilise un schéma de contrôle de puissance rapide en boucle fermée pour contrôler étroitement la puissance d’émission de chaque mobile.
Avantages de l’AMRC asynchrone par rapport aux autres techniquesEdit
Utilisation pratique efficace du spectre de fréquences fixesEdit
En théorie, l’AMRC, l’AMRT et l’AMRF ont exactement la même efficacité spectrale, mais, en pratique, chacun a ses propres défis – contrôle de la puissance dans le cas de l’AMRC, synchronisation dans le cas de l’AMRT et génération/filtrage de fréquences dans le cas de l’AMRF.
Les systèmes AMRT doivent soigneusement synchroniser les temps de transmission de tous les utilisateurs pour s’assurer qu’ils sont reçus dans le bon créneau horaire et ne causent pas d’interférences. Comme cela ne peut pas être parfaitement contrôlé dans un environnement mobile, chaque tranche de temps doit avoir un temps de garde, ce qui réduit la probabilité que les utilisateurs interfèrent, mais diminue l’efficacité spectrale.
De même, les systèmes FDMA doivent utiliser une bande de garde entre les canaux adjacents, en raison du décalage Doppler imprévisible du spectre du signal à cause de la mobilité des utilisateurs. Les bandes de garde réduisent la probabilité que les canaux adjacents interfèrent, mais diminuent l’utilisation du spectre.
Allocation flexible des ressourcesEdit
L’AMRC synchrone offre un avantage clé dans l’allocation flexible des ressources c’est-à-dire l’allocation des séquences d’étalement aux utilisateurs actifs. Dans le cas du MDP (AMRC synchrone), de l’AMRT et de l’AMRF, le nombre de codes orthogonaux, de créneaux temporels et de créneaux de fréquence simultanés respectivement est fixe, donc la capacité en termes de nombre d’utilisateurs simultanés est limitée. Un nombre fixe de codes orthogonaux, d’intervalles de temps ou de bandes de fréquences peut être attribué aux systèmes CDM, TDMA et FDMA, qui restent sous-utilisés en raison de la nature rafale de la téléphonie et des transmissions de données par paquets. Il n’y a pas de limite stricte au nombre d’utilisateurs pouvant être pris en charge dans un système AMRC asynchrone, mais seulement une limite pratique régie par la probabilité d’erreur binaire souhaitée, puisque le SIR (rapport signal/interférence) varie inversement au nombre d’utilisateurs. Dans un environnement de trafic en rafale comme la téléphonie mobile, l’avantage offert par l’AMRC asynchrone est que la performance (taux d’erreur sur les bits) peut fluctuer de façon aléatoire, avec une valeur moyenne déterminée par le nombre d’utilisateurs multiplié par le pourcentage d’utilisation. Supposons qu’il y ait 2N utilisateurs qui ne parlent que la moitié du temps, alors 2N utilisateurs peuvent être accueillis avec la même probabilité moyenne d’erreur sur les bits que N utilisateurs qui parlent tout le temps. La différence essentielle ici est que la probabilité d’erreur sur les bits pour N utilisateurs parlant tout le temps est constante, alors qu’il s’agit d’une quantité aléatoire (avec la même moyenne) pour 2N utilisateurs parlant la moitié du temps.
En d’autres termes, l’AMRC asynchrone convient parfaitement à un réseau mobile où un grand nombre d’émetteurs génèrent chacun une quantité relativement faible de trafic à intervalles irréguliers. Les systèmes CDM (CDMA synchrone), TDMA et FDMA ne peuvent pas récupérer les ressources sous-utilisées inhérentes au trafic en rafale en raison du nombre fixe de codes orthogonaux, de créneaux temporels ou de canaux de fréquence qui peuvent être attribués aux émetteurs individuels. Par exemple, s’il y a N créneaux temporels dans un système AMRT et 2N utilisateurs qui parlent la moitié du temps, alors la moitié du temps, il y aura plus de N utilisateurs qui devront utiliser plus de N créneaux temporels. En outre, l’allocation et la désallocation permanentes des ressources de code orthogonal, d’intervalle de temps ou de canal de fréquence nécessiteraient des frais généraux importants. En comparaison, les émetteurs CDMA asynchrones émettent simplement lorsqu’ils ont quelque chose à dire et sortent de l’antenne lorsqu’ils n’ont rien à dire, en conservant la même séquence de signature tant qu’ils sont connectés au système.
Caractéristiques d’étalement du spectre du CDMAEdit
La plupart des schémas de modulation essaient de minimiser la largeur de bande de ce signal puisque la largeur de bande est une ressource limitée. Cependant, les techniques d’étalement du spectre utilisent une largeur de bande de transmission supérieure de plusieurs ordres de grandeur à la largeur de bande minimale requise du signal. L’une des premières raisons d’agir ainsi était les applications militaires, notamment les systèmes de guidage et de communication. Ces systèmes ont été conçus en utilisant le spectre étalé en raison de sa sécurité et de sa résistance au brouillage. L’AMRC asynchrone intègre un certain niveau de confidentialité car le signal est étalé à l’aide d’un code pseudo-aléatoire ; ce code donne aux signaux à étalement de spectre une apparence aléatoire ou des propriétés semblables à celles du bruit. Un récepteur ne peut démoduler cette transmission sans connaître la séquence pseudo-aléatoire utilisée pour coder les données. L’AMRC est également résistant au brouillage. Un signal de brouillage ne dispose que d’une quantité finie d’énergie pour brouiller le signal. Le brouilleur peut soit répartir son énergie sur toute la largeur de bande du signal, soit ne brouiller qu’une partie du signal entier.
L’AMRC peut également rejeter efficacement les interférences à bande étroite. Comme les interférences à bande étroite n’affectent qu’une petite partie du signal à spectre étalé, elles peuvent facilement être éliminées par un filtrage coupe-bande sans grande perte d’information. Le codage par convolution et l’entrelacement peuvent être utilisés pour aider à récupérer ces données perdues. Les signaux AMRC sont également résistants à l’évanouissement par trajets multiples. Comme le signal à spectre étalé occupe une grande largeur de bande, seule une petite partie de celle-ci subira un évanouissement par trajets multiples à un moment donné. Comme l’interférence à bande étroite, cela n’entraînera qu’une petite perte de données et peut être surmonté.
Une autre raison pour laquelle l’AMRC est résistant à l’interférence par trajets multiples est que les versions retardées des codes pseudo-aléatoires transmis auront une mauvaise corrélation avec le code pseudo-aléatoire original, et apparaîtront donc comme un autre utilisateur, qui est ignoré au niveau du récepteur. En d’autres termes, tant que le canal à trajets multiples induit un retard d’au moins un élément, les signaux à trajets multiples arriveront au récepteur de telle sorte qu’ils seront décalés dans le temps d’au moins un élément par rapport au signal prévu. Les propriétés de corrélation des codes pseudo-aléatoires sont telles que ce léger retard fait apparaître la multivoie comme non corrélée au signal voulu, et elle est donc ignorée.
Certains dispositifs CDMA utilisent un récepteur rake, qui exploite les composantes de retard de la multivoie pour améliorer les performances du système. Un récepteur rake combine les informations de plusieurs corrélateurs, chacun étant accordé sur un retard de trajet différent, produisant une version plus forte du signal qu’un simple récepteur avec une seule corrélation accordée sur le retard de trajet du signal le plus fort.
La réutilisation des fréquences est la possibilité de réutiliser la même fréquence de canal radio sur d’autres sites cellulaires dans un système cellulaire. Dans les systèmes FDMA et TDMA, la planification des fréquences est une considération importante. Les fréquences utilisées dans les différentes cellules doivent être planifiées avec soin afin de garantir que les signaux des différentes cellules n’interfèrent pas entre eux. Dans un système CDMA, la même fréquence peut être utilisée dans chaque cellule, car la canalisation est effectuée à l’aide des codes pseudo-aléatoires. La réutilisation de la même fréquence dans chaque cellule élimine le besoin de planification des fréquences dans un système AMRC ; cependant, la planification des différentes séquences pseudo-aléatoires doit être faite pour s’assurer que le signal reçu d’une cellule n’est pas en corrélation avec le signal d’une cellule voisine.
Puisque les cellules adjacentes utilisent les mêmes fréquences, les systèmes AMRC ont la capacité d’effectuer des soft hand-offs. Les soft hand-offs permettent au téléphone mobile de communiquer simultanément avec deux ou plusieurs cellules. La meilleure qualité de signal est sélectionnée jusqu’à ce que le transfert soit terminé. C’est différent des transferts durs utilisés dans d’autres systèmes cellulaires. Dans une situation de transfert dur, lorsque le téléphone mobile s’approche d’un transfert, l’intensité du signal peut varier brusquement. En revanche, les systèmes CDMA utilisent le soft hand-off, qui est indétectable et fournit un signal plus fiable et de meilleure qualité.