Când legăturile mobil-bază nu pot fi coordonate cu precizie, în special din cauza mobilității telefoanelor, este necesară o abordare diferită. Deoarece nu este posibil din punct de vedere matematic să se creeze secvențe de semnătură care să fie în același timp ortogonale pentru puncte de plecare arbitrar aleatoare și care să utilizeze pe deplin spațiul de codare, în sistemele CDMA asincrone se utilizează secvențe unice „pseudoaleatoare” sau „pseudo-aleatoare” numite secvențe de împrăștiere. O secvență de împrăștiere este o secvență binară care pare aleatorie, dar care poate fi reprodusă în mod determinist de către receptorii destinați. Aceste secvențe de împrăștiere sunt utilizate pentru a codifica și decodifica semnalul unui utilizator în CDMA asincron în același mod ca și codurile ortogonale din CDMA sincron (prezentate în exemplul de mai sus). Aceste secvențe de împrăștiere sunt necorelate din punct de vedere statistic, iar suma unui număr mare de secvențe de împrăștiere are ca rezultat o interferență de acces multiplu (MAI) care este aproximată de un proces de zgomot gaussian (conform teoremei limitei centrale în statistică). Codurile Gold sunt un exemplu de secvență de împrăștiere adecvată în acest scop, deoarece există o corelație scăzută între coduri. În cazul în care toți utilizatorii sunt recepționați cu același nivel de putere, atunci variația (de exemplu, puterea zgomotului) MAI crește direct proporțional cu numărul de utilizatori. Cu alte cuvinte, spre deosebire de CDMA sincron, semnalele celorlalți utilizatori vor apărea ca zgomot față de semnalul de interes și vor interfera ușor cu semnalul dorit proporțional cu numărul de utilizatori.
Toate formele de CDMA utilizează factorul de împrăștiere a spectrului de împrăștiere pentru a permite receptoarelor să discrimineze parțial semnalele nedorite. Semnalele codificate cu secvențele de împrăștiere specificate sunt recepționate, în timp ce semnalele cu secvențe diferite (sau cu aceleași secvențe, dar cu decalaje temporale diferite) apar ca zgomot în bandă largă redus de factorul de împrăștiere.
Din moment ce fiecare utilizator generează MAI, controlul intensității semnalului este o problemă importantă în cazul emițătoarelor CDMA. Un receptor CDM (CDMA sincron), TDMA sau FDMA poate, în teorie, să respingă complet semnalele arbitrar de puternice care utilizează coduri, sloturi de timp sau canale de frecvență diferite, datorită ortogonalității acestor sisteme. Acest lucru nu este valabil pentru CDMA asincron; respingerea semnalelor nedorite este doar parțială. În cazul în care unul sau toate semnalele nedorite sunt mult mai puternice decât semnalul dorit, acestea îl vor copleși. Acest lucru conduce la o cerință generală în orice sistem CDMA asincron pentru a potrivi aproximativ diferitele niveluri de putere ale semnalelor așa cum sunt văzute la receptor. În sistemul celular CDMA, stația de bază utilizează o schemă rapidă de control al puterii în buclă închisă pentru a controla cu strictețe puterea de transmisie a fiecărui mobil.
Avantajele CDMA asincron față de alte tehniciEdit
Utilizarea eficientă în practică a spectrului de frecvențe fixeEdit
În teorie, CDMA, TDMA și FDMA au exact aceeași eficiență spectrală, dar, în practică, fiecare are propriile provocări – controlul puterii în cazul CDMA, sincronizarea în cazul TDMA și generarea/filtrarea frecvențelor în cazul FDMA.
Sistemele TDMA trebuie să sincronizeze cu atenție timpii de transmisie ai tuturor utilizatorilor pentru a se asigura că aceștia sunt recepționați în intervalul de timp corect și că nu provoacă interferențe. Deoarece acest lucru nu poate fi controlat perfect într-un mediu mobil, fiecare interval de timp trebuie să aibă un timp de gardă, ceea ce reduce probabilitatea ca utilizatorii să interfereze, dar scade eficiența spectrală.
În mod similar, sistemele FDMA trebuie să utilizeze o bandă de gardă între canalele adiacente, din cauza deplasării Doppler imprevizibile a spectrului de semnal din cauza mobilității utilizatorilor. Benzile de gardă vor reduce probabilitatea ca canalele adiacente să interfereze, dar scad utilizarea spectrului.
Alocarea flexibilă a resurselorEdit
CDMA asincronă oferă un avantaj esențial în alocarea flexibilă a resurselor, adică alocarea secvențelor de împrăștiere către utilizatorii activi. În cazul CDM (CDMA sincronă), TDMA și FDMA, numărul de coduri ortogonale simultane, de sloturi de timp și, respectiv, de sloturi de frecvență sunt fixe, prin urmare capacitatea în ceea ce privește numărul de utilizatori simultani este limitată. Există un număr fix de coduri ortogonale, sloturi de timp sau benzi de frecvență care pot fi alocate pentru sistemele CDM, TDMA și FDMA, care rămân subutilizate din cauza naturii explozive a telefoniei și a transmisiunilor de date în pachete. Nu există o limită strictă a numărului de utilizatori care pot fi suportați într-un sistem CDMA asincron, ci doar o limită practică guvernată de probabilitatea dorită de eroare de bit, deoarece SIR (raportul semnal-interferență) variază invers proporțional cu numărul de utilizatori. Într-un mediu cu trafic în rafale, cum este telefonia mobilă, avantajul oferit de CDMA asincron este că performanța (rata de eroare pe biți) poate fluctua aleatoriu, cu o valoare medie determinată de numărul de utilizatori înmulțit cu procentul de utilizare. Să presupunem că există 2N utilizatori care vorbesc doar jumătate din timp, atunci 2N utilizatori pot fi găzduiți cu aceeași probabilitate medie de eroare de bit ca și N utilizatori care vorbesc tot timpul. Diferența esențială aici este că probabilitatea de eroare pe biți pentru N utilizatori care vorbesc tot timpul este constantă, în timp ce este o cantitate aleatorie (cu aceeași medie) pentru 2N utilizatori care vorbesc jumătate din timp.
Cu alte cuvinte, CDMA asincron este ideal pentru o rețea mobilă în care un număr mare de emițătoare generează fiecare o cantitate relativ mică de trafic la intervale neregulate. Sistemele CDM (CDMA sincron), TDMA și FDMA nu pot recupera resursele subutilizate inerente traficului în rafală din cauza numărului fix de coduri ortogonale, sloturi de timp sau canale de frecvență care pot fi atribuite emițătorilor individuali. De exemplu, dacă există N sloturi de timp într-un sistem TDMA și 2N utilizatori care vorbesc jumătate din timp, atunci jumătate din timp vor exista mai mult de N utilizatori care vor avea nevoie să utilizeze mai mult de N sloturi de timp. În plus, alocarea și dezobișnuirea continuă a resurselor de cod ortogonal, a sloturilor de timp sau a canalelor de frecvență ar necesita un volum semnificativ de cheltuieli generale. Prin comparație, emițătoarele CDMA asincrone trimit pur și simplu atunci când au ceva de spus și ies din emisie atunci când nu au nimic de spus, păstrând aceeași secvență de semnătură atâta timp cât sunt conectate la sistem.
Caracteristicile spectrului de împrăștiere ale CDMAEdit
Majoritatea schemelor de modulație încearcă să minimizeze lățimea de bandă a acestui semnal, deoarece lățimea de bandă este o resursă limitată. Cu toate acestea, tehnicile de împrăștiere a spectrului utilizează o lățime de bandă de transmisie care este cu câteva ordine de mărime mai mare decât lățimea de bandă minimă necesară a semnalului. Unul dintre motivele inițiale pentru care s-a procedat astfel au fost aplicațiile militare, inclusiv sistemele de ghidare și de comunicații. Aceste sisteme au fost proiectate folosind spectrul împrăștiat datorită securității și rezistenței sale la bruiaj. Sistemul CDMA asincron dispune de un anumit nivel de confidențialitate, deoarece semnalul este împrăștiat cu ajutorul unui cod pseudo-aleatoriu; acest cod face ca semnalele cu spectru împrăștiat să pară aleatorii sau să aibă proprietăți asemănătoare zgomotului. Un receptor nu poate demodula această transmisie fără să cunoască secvența pseudo-aleatorie folosită pentru a codifica datele. CDMA este, de asemenea, rezistent la bruiaj. Un semnal de bruiaj are la dispoziție doar o cantitate finită de putere pentru a bruia semnalul. Cel care bruiază poate fie să își răspândească energia pe întreaga lățime de bandă a semnalului, fie să bruieze doar o parte din întregul semnal.
CDMA poate, de asemenea, să respingă eficient interferențele în bandă îngustă. Deoarece interferența în bandă îngustă afectează doar o mică parte a semnalului cu spectru de împrăștiere, aceasta poate fi eliminată cu ușurință prin filtrare de tip notch fără mari pierderi de informații. Codificarea prin convoluție și întrepătrunderea pot fi utilizate pentru a ajuta la recuperarea acestor date pierdute. Semnalele CDMA sunt, de asemenea, rezistente la fadingul multipath. Deoarece semnalul cu spectru împrăștiat ocupă o lățime de bandă mare, doar o mică parte a acesteia va fi supusă, la un moment dat, unui fading datorat căilor multiple. La fel ca și interferența în bandă îngustă, aceasta va avea ca rezultat doar o mică pierdere de date și poate fi depășită.
Un alt motiv pentru care CDMA este rezistent la interferența multipath este acela că versiunile întârziate ale codurilor pseudoaleatoare transmise vor avea o corelație slabă cu codul pseudoaleator original și, astfel, vor apărea ca un alt utilizator, care este ignorat la receptor. Cu alte cuvinte, atâta timp cât canalul multipath induce cel puțin un cip de întârziere, semnalele multipath vor ajunge la receptor astfel încât să fie decalate în timp cu cel puțin un cip față de semnalul dorit. Proprietățile de corelație ale codurilor pseudoaleatoare sunt de așa natură încât această ușoară întârziere face ca multipath-ul să apară necorelat cu semnalul dorit, fiind astfel ignorat.
Câteva dispozitive CDMA folosesc un receptor rake, care exploatează componentele de întârziere multipath pentru a îmbunătăți performanța sistemului. Un receptor rake combină informațiile provenite de la mai multe corelatoare, fiecare dintre acestea fiind acordat la o întârziere de traiectorie diferită, producând o versiune mai puternică a semnalului decât un receptor simplu cu o singură corelație acordată la întârzierea de traiectorie a celui mai puternic semnal.
Reutilizarea frecvenței este abilitatea de a reutiliza aceeași frecvență a canalului radio la alte site-uri celulare în cadrul unui sistem celular. În sistemele FDMA și TDMA, planificarea frecvențelor este un aspect important. Frecvențele utilizate în diferite celule trebuie să fie planificate cu atenție pentru a se asigura că semnalele din diferite celule nu interferează între ele. Într-un sistem CDMA, aceeași frecvență poate fi utilizată în fiecare celulă, deoarece canalizarea se realizează cu ajutorul codurilor pseudoaleatorii. Reutilizarea aceleiași frecvențe în fiecare celulă elimină necesitatea planificării frecvențelor într-un sistem CDMA; cu toate acestea, planificarea diferitelor secvențe pseudoaleatoare trebuie făcută pentru a se asigura că semnalul recepționat de la o celulă nu se corelează cu semnalul de la o celulă învecinată.
Din moment ce celulele adiacente utilizează aceleași frecvențe, sistemele CDMA au capacitatea de a efectua transferuri soft hand-off. Soft hand-offs permit telefonului mobil să comunice simultan cu două sau mai multe celule. Cea mai bună calitate a semnalului este selectată până când hand-off-ul este finalizat. Acest lucru este diferit de transferurile permanente (hard hand-off) utilizate în alte sisteme celulare. Într-o situație de „hard-hand-off”, pe măsură ce telefonul mobil se apropie de un hand-off, intensitatea semnalului poate varia brusc. În schimb, sistemele CDMA utilizează hand-off-ul soft, care este nedetectabil și oferă un semnal mai fiabil și de calitate superioară.
.