Gdy łącza mobilne do bazy nie mogą być precyzyjnie skoordynowane, szczególnie ze względu na mobilność aparatów telefonicznych, wymagane jest inne podejście. Ponieważ nie jest matematycznie możliwe stworzenie sekwencji sygnatur, które są zarówno ortogonalne dla dowolnie losowych punktów początkowych i które w pełni wykorzystują przestrzeń kodową, w asynchronicznych systemach CDMA stosowane są unikalne sekwencje „pseudolosowe” lub „pseudoszumowe” zwane sekwencjami rozprzestrzeniającymi. Sekwencja rozprzestrzeniająca jest sekwencją binarną, która wydaje się przypadkowa, ale może być odtworzona w sposób deterministyczny przez zamierzone odbiorniki. Te sekwencje rozprzestrzeniające są wykorzystywane do kodowania i dekodowania sygnału użytkownika w asynchronicznym CDMA w taki sam sposób, jak kody ortogonalne w synchronicznym CDMA (pokazane w powyższym przykładzie). Te sekwencje rozprzestrzeniania są statystycznie nieskorelowane, a suma dużej liczby sekwencji rozprzestrzeniania skutkuje zakłóceniami dostępu wielokrotnego (MAI), które są aproksymowane przez proces szumu gaussowskiego (zgodnie z centralnym twierdzeniem granicznym w statystyce). Kody złota są przykładem sekwencji rozprzestrzeniania odpowiedniej do tego celu, ponieważ istnieje niska korelacja między kodami. Jeżeli wszyscy użytkownicy są odbierani z tym samym poziomem mocy, to wariancja (np. moc szumu) MAI wzrasta wprost proporcjonalnie do liczby użytkowników. Innymi słowy, w przeciwieństwie do synchronicznego CDMA, sygnały innych użytkowników będą pojawiać się jako szum w stosunku do sygnału zainteresowania i zakłócać nieznacznie sygnał pożądany proporcjonalnie do liczby użytkowników.
Wszystkie formy CDMA wykorzystują współczynnik rozprzestrzeniania widma w celu umożliwienia odbiornikom częściowej dyskryminacji niepożądanych sygnałów. Sygnały zakodowane z określonymi sekwencjami rozprzestrzeniania są odbierane, podczas gdy sygnały z różnymi sekwencjami (lub tymi samymi sekwencjami, ale różnymi przesunięciami czasowymi) pojawiają się jako szerokopasmowy szum zredukowany przez współczynnik rozprzestrzeniania.
Ponieważ każdy użytkownik generuje MAI, kontrolowanie siły sygnału jest ważnym zagadnieniem w nadajnikach CDMA. Odbiornik CDM (synchroniczne CDMA), TDMA, lub FDMA może teoretycznie całkowicie odrzucić dowolnie silne sygnały wykorzystujące różne kody, szczeliny czasowe lub kanały częstotliwościowe ze względu na ortogonalność tych systemów. To nie jest prawdą dla asynchronicznego CDMA, odrzucenie niechcianych sygnałów jest tylko częściowe. Jeśli którykolwiek lub wszystkie niechciane sygnały są znacznie silniejsze niż pożądany sygnał, będą one przytłaczać go. Prowadzi to do ogólnego wymogu w każdym asynchronicznym systemie CDMA, aby w przybliżeniu dopasować różne poziomy mocy sygnału, jak widać na odbiorniku. W systemie komórkowym CDMA stacja bazowa wykorzystuje szybki schemat kontroli mocy w zamkniętej pętli, aby ściśle kontrolować moc nadawania każdej komórki.
Zalety asynchronicznego CDMA w porównaniu z innymi technikamiEdit
Efektywne praktyczne wykorzystanie widma stałych częstotliwościEdit
W teorii CDMA, TDMA i FDMA mają dokładnie taką samą wydajność widmową, ale w praktyce każda z nich ma swoje własne wyzwania – kontrolę mocy w przypadku CDMA, synchronizację w przypadku TDMA i generowanie/filtrowanie częstotliwości w przypadku FDMA.
Systemy TDMA muszą starannie synchronizować czasy transmisji wszystkich użytkowników, aby zapewnić, że są one odbierane w odpowiednim przedziale czasowym i nie powodują zakłóceń. Ponieważ nie można tego doskonale kontrolować w środowisku mobilnym, każda szczelina czasowa musi mieć czas ochronny, co zmniejsza prawdopodobieństwo, że użytkownicy będą się zakłócać, ale zmniejsza wydajność spektralną.
Podobnie, systemy FDMA muszą używać pasma ochronnego między sąsiednimi kanałami, ze względu na nieprzewidywalne przesunięcie dopplerowskie widma sygnału z powodu mobilności użytkowników. Pasma ochronne zmniejszą prawdopodobieństwo interferencji sąsiednich kanałów, ale zmniejszą wykorzystanie widma.
Elastyczne przydzielanie zasobówEdit
Asynchroniczne CDMA oferuje kluczową zaletę w postaci elastycznego przydzielania zasobów, tj. przydzielania sekwencji rozpraszających aktywnym użytkownikom. W przypadku CDM (synchroniczna CDMA), TDMA i FDMA liczba jednoczesnych kodów ortogonalnych, szczelin czasowych i szczelin częstotliwościowych jest stała, stąd pojemność pod względem liczby jednoczesnych użytkowników jest ograniczona. Istnieje stała liczba kodów ortogonalnych, szczelin czasowych lub pasm częstotliwości, które mogą być przydzielone dla systemów CDM, TDMA i FDMA, które pozostają niewykorzystane ze względu na wybuchowy charakter telefonii i pakietowej transmisji danych. Nie ma ścisłego ograniczenia liczby użytkowników, którzy mogą być obsługiwani w asynchronicznym systemie CDMA, tylko praktyczne ograniczenie regulowane przez pożądane prawdopodobieństwo błędu bitowego, ponieważ SIR (stosunek sygnału do zakłóceń) zmienia się odwrotnie proporcjonalnie do liczby użytkowników. W środowisku o dużym natężeniu ruchu, takim jak telefonia komórkowa, zaletą asynchronicznego systemu CDMA jest to, że wydajność (bitowa stopa błędów) może zmieniać się w sposób losowy, przy czym średnia wartość zależy od liczby użytkowników pomnożonej przez procent wykorzystania. Załóżmy, że istnieje 2N użytkowników, którzy mówią tylko połowę czasu, a następnie 2N użytkowników może być zakwaterowany z tym samym średnim prawdopodobieństwem błędu bitowego jak N użytkowników, którzy mówią cały czas. Kluczową różnicą jest to, że prawdopodobieństwo błędu bitowego dla N użytkowników mówiących przez cały czas jest stałe, podczas gdy jest to wielkość losowa (z tą samą średnią) dla 2N użytkowników mówiących przez połowę czasu.
Innymi słowy, asynchroniczne CDMA idealnie nadaje się do sieci komórkowej, gdzie duża liczba nadajników każdy generuje stosunkowo niewielką ilość ruchu w nieregularnych odstępach czasu. CDM (synchroniczne CDMA), TDMA i FDMA systemy nie mogą odzyskać niewykorzystane zasoby nieodłączne do ruchu bursty ze względu na stałą liczbę ortogonalnych kodów, szczelin czasowych lub kanałów częstotliwości, które mogą być przypisane do poszczególnych nadajników. Na przykład, jeśli istnieje N szczelin czasowych w systemie TDMA i 2N użytkowników, którzy mówią przez połowę czasu, to przez połowę czasu będzie więcej niż N użytkowników potrzebujących wykorzystać więcej niż N szczelin czasowych. Co więcej, ciągłe przydzielanie i odbieranie zasobów ortogonalnego kodu, szczeliny czasowej lub kanału częstotliwości wymagałoby znacznego narzutu. Dla porównania, asynchroniczne nadajniki CDMA po prostu wysłać, gdy mają coś do powiedzenia i zejść z anteny, gdy nie, zachowując tę samą sekwencję podpisu tak długo, jak są one podłączone do systemu.
Charakterystyka widma rozproszonego CDMAEdit
Większość schematów modulacji starają się zminimalizować szerokość pasma tego sygnału, ponieważ szerokość pasma jest ograniczonym zasobem. Jednak techniki spread-spectrum wykorzystują szerokość pasma transmisji, która jest kilka rzędów wielkości większa niż minimalna wymagana szerokość pasma sygnału. Jednym z początkowych powodów, dla których tak się stało, były zastosowania wojskowe, w tym systemy naprowadzania i komunikacji. Systemy te zostały zaprojektowane przy użyciu widma rozproszonego ze względu na jego bezpieczeństwo i odporność na zagłuszanie. Asynchroniczne CDMA ma pewien poziom prywatności wbudowany, ponieważ sygnał jest rozprzestrzeniany przy użyciu pseudolosowego kodu; kod ten sprawia, że sygnały widma rozproszonego wydają się losowe lub mają właściwości podobne do szumu. Odbiornik nie może zdemodulować tej transmisji bez znajomości sekwencji pseudolosowej użytej do zakodowania danych. CDMA jest również odporne na zakłócenia. Sygnał zagłuszający ma tylko skończoną ilość mocy dostępnej do zagłuszania sygnału. Zagłuszacz może albo rozłożyć swoją energię na całą szerokość pasma sygnału, albo zagłuszyć tylko część całego sygnału.
CDMA może również skutecznie odrzucać zakłócenia wąskopasmowe. Ponieważ zakłócenia wąskopasmowe wpływają tylko na niewielką część sygnału widma rozproszonego, można je łatwo usunąć przez filtrowanie wcięcia bez dużej utraty informacji. Kodowanie konwolucyjne i interleaving mogą być użyte do pomocy w odzyskaniu tych utraconych danych. Sygnały CDMA są również odporne na zanikanie wielodrogowe. Ponieważ sygnał spread-spectrum zajmuje dużą szerokość pasma, tylko niewielka jego część będzie podlegać zanikaniu z powodu wielodrożności w danym czasie. Podobnie jak w przypadku interferencji wąskopasmowej, spowoduje to tylko niewielką utratę danych i może być przezwyciężone.
Innym powodem, dla którego CDMA jest odporne na interferencję wielodrogową jest to, że opóźnione wersje przesyłanych kodów pseudolosowych będą miały słabą korelację z oryginalnym kodem pseudolosowym, a zatem pojawią się jako kolejny użytkownik, który jest ignorowany w odbiorniku. Innymi słowy, tak długo jak kanał wielodrogowy indukuje co najmniej jeden żeton opóźnienia, sygnały wielodrogowe będą docierały do odbiornika w taki sposób, że będą przesunięte w czasie o co najmniej jeden żeton w stosunku do sygnału zamierzonego. Właściwości korelacyjne kodów pseudolosowych są takie, że to niewielkie opóźnienie powoduje, że multipath wydaje się nieskorelowany z zamierzonym sygnałem, a zatem jest ignorowany.
Niektóre urządzenia CDMA używają odbiornika rake, który wykorzystuje składniki opóźnienia multipath w celu poprawy wydajności systemu. Odbiornik rake łączy informacje z kilku korelatorów, z których każdy jest dostrojony do innego opóźnienia ścieżki, produkując silniejszą wersję sygnału niż prosty odbiornik z pojedynczą korelacją dostrojoną do opóźnienia ścieżki najsilniejszego sygnału.
Wykorzystanie częstotliwości jest zdolnością do ponownego wykorzystania tej samej częstotliwości kanału radiowego w innych miejscach komórki w ramach systemu komórkowego. W systemach FDMA i TDMA, planowanie częstotliwości jest ważnym czynnikiem. Częstotliwości używane w różnych komórkach muszą być starannie zaplanowane, aby sygnały z różnych komórek nie zakłócały się wzajemnie. W systemie CDMA, ta sama częstotliwość może być używana w każdej komórce, ponieważ kanalizacja jest wykonywana przy użyciu kodów pseudolosowych. Ponowne wykorzystanie tej samej częstotliwości w każdej komórce eliminuje potrzebę planowania częstotliwości w systemie CDMA; jednakże planowanie różnych sekwencji pseudolosowych musi być wykonane w celu zapewnienia, że odbierany sygnał z jednej komórki nie koreluje z sygnałem z pobliskiej komórki.
Ponieważ sąsiednie komórki używają tych samych częstotliwości, systemy CDMA mają możliwość wykonywania miękkich przełączeń. Miękkie przełączanie pozwala telefonowi komórkowemu na jednoczesną komunikację z dwoma lub więcej komórkami. Najlepsza jakość sygnału jest wybierana do momentu zakończenia przełączania. Różni się to od twardego wyłączania stosowanego w innych systemach komórkowych. W przypadku twardego wyłączenia, gdy telefon komórkowy zbliża się do wyłączenia, siła sygnału może się gwałtownie zmieniać. W przeciwieństwie do tego, systemy CDMA wykorzystują miękki hand-off, który jest niewykrywalny i zapewnia bardziej niezawodny i wyższej jakości sygnał.
.