Code-division multiple access

تقنيات الإرسال
المتعدد المتقابل
نسق الدارة
(ثابت السعة)
TDM • FDM • WDM
الإرسال المتعدد للاستقطاب
إرسال متعدد حيزي (MIMO)
إرسال متعدد متقابل إحصائي
(متغير السعة)
نسق حزمي البيانات • Dynamic TDM
FHSS • DSSS • OFDMA
المواضيع ذات الصلة
طرق الولوج القنوي
ضبط ولوج الوسائط (MAC)

 ع  ن  ت

الوصول المتعدد بتقسيم الشفرة Code-division multiple access (CDMA) هو طريقة الوصول إلى القناة تستخدمه تقنيات اتصال راديو مختلفة. CDMA مثال على وصول متعدد ، حيث يمكن للعديد من أجهزة الإرسال إرسال المعلومات في وقت واحد عبر قناة اتصال واحدة. يسمح هذا للعديد من المستخدمين بمشاركة نطاق من الترددات (انظر سعة الاتصال). للسماح بهذا دون تدخل غير مبرر بين المستخدمين ، يستخدم CDMA تقنية طيف الانتشار ونظام تشفير خاص (حيث يتم تعيين رمز لكل جهاز إرسال).[1][2]

يتم استخدام CDMA كطريقة للوصول في العديد من معايير الهاتف المحمول. IS-95 ، وتسمى أيضًا "cdmaOne" ، وتطور 3G CDMA2000 ، غالبًا ما يُشار إليه ببساطة باسم "CDMA" ، ولكن UMTS ، معيار الجيل الثالث يستخدمه حاملو GSM ، ويستخدم أيضًا "CDMA عريض النطاق" أو W-CDMA ، بالإضافة إلى TD-CDMA و TD-SCDMA ، كتقنياته الراديوية.

بعد 4G المقصود لـ CDMA2000 كان UMB (Ultra Mobile Broadband) ؛ ومع ذلك ، في نوفمبر 2008 ، أعلنت كوالكم أنها ستنهي تطوير التكنولوجيا ، مفضلة LTE بدلاً من ذلك.[3]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

تاريخ

منذ فترة طويلة معروفة بتقنية قنوات الوصول المتعدد بتقسيم الشفرة. في الاتحاد السوڤياتي (USSR) ، تم نشر أول عمل مخصص لهذا الموضوع في عام 1935 بواسطة دميتري أجييڤ.[4] وقد تبين أنه من خلال استخدام الطرق الخطية ، هناك ثلاثة أنواع من فصل الإشارة: التردد والوقت والتعويض. تم استخدام تكنولوجيا CDMA في عام 1957 ، عندما صنع مهندس الراديو العسكري الشاب ليونيد كوپريانوڤيتش في موسكو نموذجًا تجريبيًا للهاتف المحمول الأوتوماتيكي القابل للارتداء ، يدعى LK-1 ، مع محطة قاعدة. يبلغ وزن LK-1 3 Kg، ومسافة تشغيل 20-30 كم ، وعمر بطارية 20-30 ساعة.[5][6] المحطة الأساسية ، كما وصفها المؤلف ، يمكن أن تخدم العديد من العملاء. في عام 1958 ، صنع كوپريانوڤيتش نموذج "الجيب" التجريبي الجديد للهاتف المحمول. وزن هذا الهاتف 0.5 Kg. لخدمة المزيد من العملاء ، اقترح كوپريانوڤيتش الجهاز ، الذي سماه "إرتباط."[7][8] في عام 1958 ، بدأ اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوڤياتية تطوير خدمة Altai) الوطنية للهاتف المحمول المدني للسيارات ، على أساس معيار MRT-1327 السوفيتي. وزن نظام الهاتف 11 kغ (390 أونصة). تم وضعها في صندوق سيارات كبار المسؤولين واستخدمت هاتفًا قياسيًا في مقصورة الركاب. المطورين الرئيسيين لنظام ألتاي كانوا VNIIS (معهد أبحاث العلوم ڤورونيج للاتصالات) و GSPI (معهد المشاريع المتخصصة الحكومية). في عام 1963 ، بدأت هذه الخدمة في موسكو ، وفي عام 1970 تم استخدام خدمة Altai في 30 مدينة في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوڤياتية.[9]


استخدامات

  • تم تنفيذ CDM المتزامن ("تعدد الإرسال" لقسم الشفرة ، وهو جيل مبكر من CDMA) في نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). هذا يسبق ويختلف عن استخدامه في الهاتف المحمول.
  • معيار كوالكم IS-95 ، الذي تم تسويقه باسم cdmaOne.
  • يتم استخدام معيار Qualcomm IS-2000 ، والمعروف باسم CDMA2000 ، من قبل العديد من شركات الهاتف المحمول ، بما في ذلك شبكة Globalstar.
  • UMTS معيار الهاتف المحمول 3G ، والذي يستخدم W-CDMA.
  • تم استخدام CDMA في نظام الأقمار الصناعية "OmniTRACS" لنقل المنطقيات لرمزية.

خطوات في تعديل CDMA

CDMA هي تقنية نفاذ متعدد الطيف المنتشر. تنشر تقنية الطيف الممتد عرض النطاق الترددي للبيانات بشكل موحد لنفس القدرة المرسلة. رمز الانتشار هو رمز عشوائي عشوائي له تابع غامض ضيق ، على عكس رموز النبض الضيقة الأخرى. في CDMA ، يتم تشغيل رمز تم إنشاؤه محليًا بمعدل أعلى بكثير من البيانات التي سيتم إرسالها. يتم دمج بيانات الإرسال عن طريق أحادي البت XOR (حصريًا OR) مع الرمز الأسرع. يوضح الشكل كيفية توليد إشارة الطيف. إشارة البيانات مع مدة النبض (مدة الرمز) XORed مع إشارة الكود مع مدة النبض (مدة الرقاقة). يتناسب (ملاحظة: عرض النطاق الترددي مع , حيث = bit time.) لذلك ، عرض النطاق الترددي لإشارة البيانات هو وعرض النطاق الترددي لإشارة الطيف المنتشر هو . حيث أصغر بكثير من , عرض النطاق الترددي لإشارة الطيف أكبر بكثير من عرض النطاق الترددي للإشارة الأصلية. تسمى النسبة عامل الانتشار أو كسب المعالجة ويحدد إلى حد ما الحد الأعلى لإجمالي عدد المستخدمين المدعومين في نفس الوقت بواسطة محطة قاعدة.[1][2]

توليد إشارة CDMA

يستخدم كل مستخدم في نظام CDMA رمزًا مختلفًا لتعديل إشارته. اختيار الرموز المستخدمة لتعديل الإشارة مهم جدًا في أداء أنظمة CDMA ، حيث يحدث أفضل أداء عندما يكون هناك فصل جيد بين إشارة المستخدم المطلوب وإشارات المستخدمين الآخرين. يتم فصل الإشارات عن طريق الارتباط الإشارة المستقبلة مع الكود الذي تم إنشاؤه محليًا للمستخدم المطلوب. إذا تطابقت الإشارة مع رمز المستخدم المطلوب ، فستكون وظيفة الارتباط عالية ويمكن للنظام استخراج هذه الإشارة. إذا كان كود المستخدم المطلوب ليس له أي شيء مشترك مع الإشارة ، فيجب أن يكون الارتباط قريبًا من الصفر قدر الإمكان (وبالتالي إزالة الإشارة) ؛ ويشار إلى هذا الارتباط المتبادل. إذا كان الرمز مرتبطًا بالإشارة في أي إزاحة غير الصفر في أي وقت ، فيجب أن يكون الارتباط قريبًا من الصفر قدر الإمكان. ويشار إلى هذا باسم الارتباط التلقائي ويستخدم لرفض التداخل متعدد المسارات.[10][11]

تشبيه لمشكلة الوصول المتعدد هو غرفة (قناة) يرغب الناس في التحدث فيها معًا في نفس الوقت. لتجنب الارتباك ، يمكن للأشخاص أن يتناوبوا في التحدث (تقسيم الوقت) ، والتحدث في درجات مختلفة (تقسيم التردد) ، أو التحدث بلغات مختلفة (تقسيم الشفرة). يشبه CDMA المثال الأخير حيث يمكن للأشخاص الذين يتحدثون نفس اللغة فهم بعضهم البعض ، ولكن يُنظر إلى اللغات الأخرى على أنها ضجيج ويتم رفضها. وبالمثل ، في CDMA الراديوي ، يتم إعطاء رمز مشترك لكل مجموعة من المستخدمين. تشغل العديد من الرموز نفس القناة ، ولكن فقط يمكن التواصل للمستخدمين المرتبطين برمز معين.

بشكل عام ، ينتمي CDMA إلى فئتين أساسيتين: متزامن (رموز متعامدة) وغير متزامن (رموز عشوائية زائفة).

مضاعفة تقسيم الشيفرة (CDMA تزامنية)

تشبه طريقة التعديل الرقمي تلك المستخدمة في أجهزة الإرسال والاستقبال الراديوية البسيطة. في الحالة التناظرية ، يتم ضرب إشارة بيانات منخفضة التردد بمرور الوقت بحامل موجة جيبية نقية عالية التردد وإرسالها. هذا هو في الواقع الالتفاف الترددي (نظرية ونر خينشين) للإشارتين ، مما يؤدي إلى حاملة ذات نطاقات جانبية ضيقة. في الحالة الرقمية ، يتم استبدال الحامل الجيبية ب توابع والش. هذه الموجات المربعة الثنائية تشكل مجموعة متعامدة كاملة. إشارة البيانات ثنائية أيضًا ويتم تحقيق الضرب الزمني باستخدام وظيفة XOR البسيطة. هذا عادة ما يكون مازج خلية جيلبرت في الدوائر.

يستغل CDMA المتزامن الخصائص الرياضية لـ التعامد بين المتجهات التي تمثل سلاسل البيانات. على سبيل المثال ، سلسلة ثنائية 1011 يمثله الناقل (1, 0, 1, 1). يمكن مضاعفة المتجهات عن طريق أخذ الناتج النقطي ، عن طريق تلخيص منتجات المكونات الخاصة بها (على سبيل المثال ، إذا u = (a, b) و v = (c, d), ثم منتج النقاط u·v = ac + bd). إذا كان الناتج النقطي صفرًا ، فيقال أن المتجهين "متعامدان" لبعضهما البعض. تساعد بعض خصائص المنتج النقطي في فهم كيفية عمل W-CDMA. إذا كانت المتجهات a و b aعمودية , إذن و:

يستخدم كل مستخدم في CDMA متزامن رمزًا متعامدًا مع رموز الآخرين لتعديل إشارته. يظهر مثال على 4 إشارات رقمية متعامدة بشكل متبادل في الشكل أدناه. الرموز المتعامدة لها ارتباط متبادل يساوي الصفر ؛ بعبارة أخرى ، لا تتداخل مع بعضها البعض. في حالة IS-95 ، يتم استخدام سيفرة والش 64 بت لترميز الإشارة لفصل مستخدمين مختلفين. نظرًا لأن كل رمز من رموز والش 64 هو متعامد مع جميع الرموز الأخرى ، يتم توجيه الإشارات إلى 64 إشارة متعامدة. يوضح المثال التالي كيف يمكن ترميز إشارة كل مستخدم وفك ترميزها.


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

مثال

مثال على 4 إشارات رقمية متعامدة بشكل متبادل

لنبدأ بمجموعة متجهات متبادلة متعامدة. (على الرغم من أن التعامد المتبادل هو الشرط الوحيد ، فعادة ما يتم إنشاء هذه المتجهات لتسهيل فك التشفير ، على سبيل المثال الأعمدة أو الصفوف من مصفوفات والش.) يظهر مثال على الدالات المتعامدة في الصورة المجاورة. سيتم تعيين هذه المتجهات للمستخدمين الفرديين ويطلق عليها رمز "الشيفرة" أو " رقاقة" أو "رمز التقطيع"). من أجل الإيجاز ، يستخدم باقي هذا المثال الرموز v مع بتين فقط.

يرتبط كل مستخدم برمز مختلف ، لنقل v. يتم تمثيل بت 1 عن طريق إرسال رمز موجب v ، ويتم تمثيل بت 0 برمز سالب −v . على سبيل المثال ، إذاv = (v0, v1) = (1, −1) والبيانات التي يرغب المستخدم في إرسالها هي (1 ، 0 ، 1 ، 1) ، ثم تكون الرموز المرسلة

(v, −v, v, v) = (v0, v1, −v0, −v1, v0, v1, v0, v1) = (1, −1, −1, 1, 1, −1, 1, −1).

لأغراض هذه المقالة ، نسمي هذا المتجه الذي تم إنشاؤه بـ المتجه المنقول .

كل مرسل لديه ناقل مختلف فريد من نوعه v تم اختياره من تلك المجموعة ، لكن طريقة بناء المتجه المرسلة متطابقة.

الآن ، بسبب الخواص الفيزيائية للتداخل ، إذا كانت هناك إشارتان عند نقطة ما في الطور ، فإنها تضيف لإعطاء ضعف سعة كل إشارة ، ولكن إذا كانت خارج الطور ، فإنها تطرح وتعطي إشارة تمثل الفرق في السعات. رقمياً ، يمكن نمذجة هذا السلوك عن طريق إضافة ناقلات الإرسال ، مكوناً بمكون.

إذا كان لدى المرسل 0 رمز (1 ، −1) وبيانات (1 ، 0 ، 1 ، 1) ، وكان لدى المرسل 1 رمز (1 ، 1) وبيانات (0 ، 0 ، 1 ، 1) ، ويرسل كلا المرسلين في وقت واحد ، ثم يصف هذا الجدول خطوات الترميز:

Step Encode sender0 Encode sender1
0 code0 = (1, −1), data0 = (1, 0, 1, 1) code1 = (1, 1), data1 = (0, 0, 1, 1)
1 encode0 = 2(1, 0, 1, 1) − (1, 1, 1, 1) = (1, −1, 1, 1) encode1 = 2(0, 0, 1, 1) − (1, 1, 1, 1) = (−1, −1, 1, 1)
2 signal0 = encode0 ⊗ code0
= (1, −1, 1, 1) ⊗ (1, −1)
= (1, −1, −1, 1, 1, −1, 1, −1)
signal1 = encode1 ⊗ code1
= (−1, −1, 1, 1) ⊗ (1, 1)
= (−1, −1, −1, −1, 1, 1, 1, 1)

نظرًا لأن الإشارة 0 والإشارة 1 تنتقل في نفس الوقت إلى الهواء ، فإنها تضيف لإنتاج إشارة خام

(1, −1, −1, 1, 1, −1, 1, −1) + (−1, −1, −1, −1, 1, 1, 1, 1) = (0, −2, −2, 0, 2, 0, 2, 0).

تسمى هذه الإشارة الأولية نمط التداخل. يستخرج جهاز الاستقبال بعد ذلك إشارة واضحة لأي مرسل معروف من خلال الجمع بين رمز المرسل ونمط التداخل. يوضح الجدول التالي كيفية عمل ذلك ويوضح أن الإشارات لا تتداخل مع بعضها البعض:

Step Decode sender0 Decode sender1
0 code0 = (1, −1), signal = (0, −2, −2, 0, 2, 0, 2, 0) code1 = (1, 1), signal = (0, −2, −2, 0, 2, 0, 2, 0)
1 decode0 = pattern.vector0 decode1 = pattern.vector1
2 decode0 = ((0, −2), (−2, 0), (2, 0), (2, 0)) · (1, −1) decode1 = ((0, −2), (−2, 0), (2, 0), (2, 0)) · (1, 1)
3 decode0 = ((0 + 2), (−2 + 0), (2 + 0), (2 + 0)) decode1 = ((0 − 2), (−2 + 0), (2 + 0), (2 + 0))
4 data0=(2, −2, 2, 2), meaning (1, 0, 1, 1) data1=(−2, −2, 2, 2), meaning (0, 0, 1, 1)

علاوة على ذلك ، بعد فك التشفير ، يتم تفسير جميع القيم الأكبر من 0 على أنها 1 ، بينما يتم تفسير جميع القيم الأقل من الصفر على أنها 0. على سبيل المثال ، بعد فك التشفير ، البيانات 0 هي (2 ، −2 ، 2 ، 2) ، ولكن المتلقي يفسر هذا مثل (1 ، 0 ، 1 ، 1). تعني قيم 0 بالضبط أن المرسل لم يرسل أي بيانات ، كما في المثال التالي:

لنفترض أن signal0 = (1, −1, −1, 1, 1, −1, 1, −1) يتم نقله وحيداً. يوضح الجدول التالي فك الشفرة عند جهاز الاستقبال:

Step Decode sender0 Decode sender1
0 code0 = (1, −1), signal = (1, −1, −1, 1, 1, −1, 1, −1) code1 = (1, 1), signal = (1, −1, −1, 1, 1, −1, 1, −1)
1 decode0 = pattern.vector0 decode1 = pattern.vector1
2 decode0 = ((1, −1), (−1, 1), (1, −1), (1, −1)) · (1, −1) decode1 = ((1, −1), (−1, 1), (1, −1), (1, −1)) · (1, 1)
3 decode0 = ((1 + 1), (−1 − 1), (1 + 1), (1 + 1)) decode1 = ((1 − 1), (−1 + 1), (1 − 1), (1 − 1))
4 data0 = (2, −2, 2, 2), meaning (1, 0, 1, 1) data1 = (0, 0, 0, 0), meaning no data

عندما يحاول جهاز الاستقبال فك تشفير الإشارة باستخدام رمز المرسل 1 ، تكون البيانات كلها أصفارًا ، وبالتالي فإن الارتباط المتبادل يساوي صفر ومن الواضح أن المرسل 1 لم يرسل أي بيانات.

CDMA تزامني

عندما لا يمكن تنسيق الارتباطات من المحمول إلى القاعدة بدقة ، لا سيما بسبب تنقل الهواتف ، يلزم اتباع نهج مختلف. نظرًا لأنه ليس من الممكن حسابيًا إنشاء تسلسلات توقيع تكون متعامدة لنقاط البداية العشوائية العشوائية والتي تستفيد تمامًا من مساحة الرمز ، يتم استخدام تسلسلات "شبه عشوائية" أو "ضوضاء زائفة" تسمى تسلسلات الانتشار في " أنظمة CDMA غير المتزامنة. تسلسل الانتشار هو تسلسل ثنائي يظهر عشوائيًا ولكن يمكن إعادة إنتاجه بطريقة حتمية بواسطة المستقبلات المقصودة. تُستخدم تتابعات الانتشار هذه لتشفير وفك تشفير إشارة المستخدم في CDMA غير المتزامن بنفس طريقة الرموز المتعامدة في CDMA المتزامن (كما هو موضح في المثال أعلاه). إن تسلسلات الانتشار هذه غير مرتبطة إحصائيًا ، ويؤدي مجموع عدد كبير من تسلسلات الانتشار إلى "تداخل وصول متعدد" (MAI) يتم تقريبه بواسطة عملية ضجيج گوسية (بعد نظرية الحد المركزي في الإحصائيات)) . Gold Codes هي مثال لتسلسل الانتشار المناسب لهذا الغرض ، حيث يوجد ارتباط منخفض بين الرموز. إذا تم تلقي جميع المستخدمين بنفس مستوى الطاقة ، فإن التباين (على سبيل المثال ، قوة الضجيج) في MAI يزداد بالتناسب المباشر مع عدد المستخدمين. وبعبارة أخرى ، على عكس CDMA المتزامن ، ستظهر إشارات المستخدمين الآخرين كضجيج على إشارة الاهتمام وتتداخل قليلاً مع الإشارة المطلوبة بما يتناسب مع عدد المستخدمين.

تستخدم جميع أشكال CDMA طيف الانتشار عامل الانتشار للسماح للمستقبلات بالتمييز الجزئي ضد الإشارات غير المرغوب فيها. يتم استقبال الإشارات المشفرة بتتابعات الانتشار المحددة ، بينما تظهر الإشارات ذات التتابعات المختلفة (أو نفس التتابعات ولكن مع تخالفات توقيت مختلفة) كضجيج عريضة النطاق يتم تقليلها بواسطة عامل الانتشار.

نظرًا لأن كل مستخدم يقوم بإنشاء MAI ، فإن التحكم في قوة الإشارة يعد مشكلة مهمة مع أجهزة إرسال CDMA. باستطاعة مستقبل CDM (CDMA متزامن) أو TDMA أو FDMA رفضًا نظريًا إشارات قوية بشكل تعسفي باستخدام رموز مختلفة أو فواصل زمنية أو قنوات تردد بسبب تعامد هذه الأنظمة. هذا لا ينطبق على CDMA غير المتزامن ؛ رفض الإشارات غير المرغوب فيها جزئي فقط. إذا كانت أي أو كل الإشارات غير المرغوب فيها أقوى بكثير من الإشارة المطلوبة ، فسوف تطغى عليها. وهذا يؤدي إلى متطلبات عامة في أي نظام CDMA غير متزامن لتتطابق تقريبًا مع مستويات قدرة الإشارة المختلفة كما تظهر في جهاز الاستقبال. في شبكة CDMA الخلوية ، تستخدم المحطة الأساسية مخططًا سريعًا للتحكم في الطاقة بحلقة مغلقة للتحكم بإحكام في قدرة الإرسال لكل هاتف محمول.


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

مزايا CDMA غير المتزامن على التقنيات الأخرى

الاستخدام العملي الفعال لطيف التردد الثابت

من الناحية النظرية ، يكون لكل من CDMA و TDMA و FDMA نفس الكفاءة الطيفية تمامًا ، ولكن في الواقع ، لكل منها تحدياته الخاصة - التحكم في الطاقة في حالة CDMA ، والتوقيت في حالة TDMA ، وتوليد / ترشيح التردد في حالة FDMA .

يجب أن تقوم أنظمة TDMA بمزامنة أوقات الإرسال لجميع المستخدمين بعناية لضمان تلقيها في الفاصل الزمني الصحيح وعدم التسبب في تداخل. نظرًا لأنه لا يمكن التحكم في ذلك تمامًا في بيئة متنقلة ، يجب أن يكون لكل فتحة زمنية وقت الحماية ، مما يقلل من احتمال تدخل المستخدمين ، ولكنه يقلل من الكفاءة الطيفية.

وبالمثل ، يجب أن تستخدم أنظمة FDMA نطاق حماية بين القنوات المجاورة ، وذلك بسبب تأثير دوپلر غير القابل للتنبؤ بطيف الإشارة بسبب تنقل المستخدم. ستقلل نطاقات الحراسة من احتمال تداخل القنوات المجاورة ، ولكنها تقلل من استخدام الطيف.

تخصيص مرن للموارد

يوفر CDMA غير المتزامن ميزة رئيسية في التخصيص المرن للموارد ، أي تخصيص تسلسلات الانتشار للمستخدمين النشطين. في حالة CDM (CDMA المتزامن) و TDMA و FDMA ، يتم إصلاح عدد الرموز المتعامدة المتزامنة والفواصل الزمنية وفتحات التردد على التوالي ، وبالتالي تكون السعة من حيث عدد المستخدمين المتزامنين محدودة. هناك عدد ثابت من الرموز المتعامدة أو الفواصل الزمنية أو نطاقات التردد التي يمكن تخصيصها لأنظمة CDM و TDMA و FDMA ، والتي لا تزال غير مستغلة بشكل كبير بسبب طبيعة الاندفاع الهاتفي ونقل البيانات المحزم. لا يوجد حد صارم لعدد المستخدمين الذين يمكن دعمهم في نظام CDMA غير المتزامن ، فقط حد عملي يحكمه احتمال خطأ البتات المطلوب لأن SIR (نسبة الإشارة إلى التداخل) تختلف بشكل عكسي مع عدد المستخدمين. في بيئة حركة المرور المتدفقة مثل الهاتف المحمول ، فإن الميزة التي توفرها CDMA غير المتزامنة هي أن الأداء (معدل الخطأ في البتات) مسموح له بالتذبذب بشكل عشوائي ، مع تحديد متوسط ​​القيمة من خلال عدد المستخدمين مضروبًا في النسبة المئوية للاستخدام. لنفترض أن هناك 2N مستخدمًا يتحدثون نصف الوقت فقط ، ثم يمكن استيعاب 2N مستخدمًا بنفس احتمال الخطأ "متوسط" مثل المستخدمين N الذين يتحدثون جميعًا من الوقت. الفرق الرئيسي هنا هو أن احتمال خطأ البت لمستخدمي "N" الذين يتحدثون طوال الوقت ثابت ، في حين أنه كمية عشوائية (بنفس الوسط) لمستخدمي 2N يتحدثون نصف الوقت.

وبعبارة أخرى ، فإن CDMA غير المتزامن مناسب بشكل مثالي لشبكة الهاتف المحمول حيث تولد أعداد كبيرة من أجهزة الإرسال كمية صغيرة نسبيًا من حركة المرور على فترات غير منتظمة. لا يمكن لأنظمة CDM (CDMA المتزامنة) و TDMA و FDMA استرداد الموارد غير المستغلة المتأصلة في حركة المرور المتدفقة بسبب العدد الثابت للرموز المتعامدة أو الفواصل الزمنية أو قنوات التردد التي يمكن تخصيصها للمرسلات الفردية. على سبيل المثال ، إذا كانت هناك فتحات زمنية "N" في نظام TDMA ومستخدمين 2N يتحدثون نصف الوقت ، فإن نصف الوقت سيكون هناك أكثر من مستخدمي "N" الذين يحتاجون إلى استخدم أكثر من فتحات زمنية "N". علاوة على ذلك ، سوف يتطلب الأمر زيادة كبيرة في النفقات لتخصيص وإلغاء تخصيص موارد الشفرة المتعامدة أو الفاصل الزمني أو قنوات التردد. وبالمقارنة ، فإن مرسلات CDMA غير المتزامنة ترسل ببساطة عندما يكون لديها ما تقوله وتنطلق في الهواء عندما لا تفعل ذلك ، مع الاحتفاظ بنفس تسلسل التوقيع طالما أنها متصلة بالنظام.

خصائص طيف الانتشار للـ CDMA

تحاول معظم مخططات التضمين تقليل عرض النطاق الترددي لهذه الإشارة لأن عرض النطاق الترددي مورد محدود. ومع ذلك ، تستخدم تقنيات الطيف المنتشر عرض نطاق إرسال أكبر بعدة أوامر من حجم عرض النطاق الأدنى للإشارة المطلوبة. كان أحد الأسباب الأولية للقيام بذلك هو التطبيقات العسكرية بما في ذلك أنظمة التوجيه والاتصالات. تم تصميم هذه الأنظمة باستخدام طيف الانتشار بسبب أمانها ومقاومتها للتشويش. يحتوي CDMA غير المتزامن على مستوى من الخصوصية مدمج لأن الإشارة تنتشر باستخدام رمز عشوائي زائف ؛ هذا الكود يجعل إشارات الطيف تنتشر بشكل عشوائي أو لها خصائص تشبه الضجيج. لا يمكن لجهاز الاستقبال إزالة تشكيل هذا الإرسال دون معرفة التسلسل شبه العشوائي المستخدم لترميز البيانات. كما أن CDMA مقاوم للتشويش. إشارة التشويش لديها فقط كمية محدودة من الطاقة المتاحة لتشويش الإشارة. يمكن لجهاز التشويش إما أن ينشر طاقته على كامل النطاق الترددي للإشارة أو انحشار جزء فقط من الإشارة بأكملها.[10][11]

يمكن لـ CDMA أيضًا رفض التداخل ضيق النطاق بشكل فعال. بما أن التداخل في النطاق الضيق يؤثر فقط على جزء صغير من إشارة الطيف المنتشر ، فيمكن إزالته بسهولة من خلال ترشيح الشق دون فقدان الكثير من المعلومات. يمكن استخدام تشفير الالتفاف و interleaving للمساعدة في استرداد هذه البيانات المفقودة. كما أن إشارات CDMA تقاوم الخبو بسبب تعدد المسيرات. بما أن إشارة الطيف تشغل عرض نطاق ترددي كبير ، فإن جزءًا صغيرًا فقط من هذا سيخضع للتخامد بسبب تعدد المسارات في أي وقت معين. مثل التداخل في النطاق الضيق ، سيؤدي ذلك إلى فقدان صغير للبيانات ويمكن التغلب عليه.

يمكن لـ CDMA أيضًا رفض التداخل ضيق النطاق بشكل فعال. بما أن التداخل في النطاق الضيق يؤثر فقط على جزء صغير من إشارة الطيف المنتشر ، فيمكن إزالته بسهولة من خلال ترشيح الشق دون فقدان الكثير من المعلومات. يمكن استخدام تشفير الالتفاف و interleaving للمساعدة في استرداد هذه البيانات المفقودة. كما أن إشارات CDMA تقاوم التخامد بسبب تعدد المسيرات. بما أن إشارة الطيف تشغل عرض نطاق ترددي كبير ، فإن جزءًا صغيرًا فقط من هذا سيخضع للخبو بسبب تعدد المسيرات في أي وقت معين. مثل التداخل في النطاق الضيق ، سيؤدي ذلك إلى فقدان صغير للبيانات ويمكن التغلب عليه.

تستخدم بعض أجهزة CDMA rake receiver ، الذي يستغل مكونات تأخير تعدد المسارات لتحسين أداء النظام. يجمع جهاز الاستقبال الخليع المعلومات من عدة عوامل ارتباط ، كل منها مضبوط على تأخير مسار مختلف ، مما ينتج نسخة أقوى من الإشارة من جهاز استقبال بسيط مع ارتباط واحد مضبوط على تأخير المسار للإشارة الأقوى.[1][2]

إعادة استخدام التردد هو القدرة على إعادة استخدام نفس تردد قناة الراديو في مواقع الخلايا الأخرى داخل النظام الخلوي. في أنظمة FDMA و TDMA ، يعتبر تخطيط التردد من الاعتبارات المهمة. يجب تخطيط الترددات المستخدمة في الخلايا المختلفة بعناية لضمان عدم تداخل الإشارات من الخلايا المختلفة مع بعضها البعض. في نظام CDMA ، يمكن استخدام نفس التردد في كل خلية ، لأن توجيه القنوات يتم باستخدام الرموز العشوائية الزائفة. إعادة استخدام نفس التردد في كل خلية يلغي الحاجة إلى تخطيط التردد في نظام CDMA ؛ ومع ذلك ، يجب أن يتم التخطيط للتسلسلات الزائفة والعشوائية المختلفة للتأكد من أن الإشارة المستقبلة من خلية واحدة لا ترتبط بالإشارة من خلية مجاورة.[1]

بما أن الخلايا المجاورة تستخدم نفس الترددات ، فإن أنظمة CDMA لديها القدرة على تنفيذ عمليات التمرير الناعمة. تسمح عمليات التسليم الناعمة للهاتف المحمول بالتواصل في وقت واحد مع خليتين أو أكثر. يتم اختيار أفضل جودة للإشارة حتى اكتمال التسليم. هذا يختلف عن عمليات اليد الصلبة المستخدمة في الأنظمة الخلوية الأخرى. في المواقف الصعبة ، حيث يقترب الهاتف المحمول من عملية التسليم ، قد تختلف قوة الإشارة فجأة. في المقابل ، تستخدم أنظمة CDMA التمرير الناعم ، وهو أمر غير قابل للكشف ويوفر إشارة أكثر موثوقية وجودة أعلى.[2]

CDMA التشاركية

نظام إرسال وكشف تعاوني جديد متعدد المستخدمين يسمى التشاركي CDMA[12]تم التحقق من الرابط الصاعد الذي يستغل الاختلافات بين تواقيع قناة التخامد لدى المستخدمين لزيادة سعة المستخدم بما يتجاوز طول الانتشار في بيئة MAI المحدودة. ويوضح المؤلفون أنه من الممكن تحقيق هذه الزيادة في التعقيد المنخفض والأداء العالي معدل الخطأ في البتات في قنوات التخامد المسطح ، وهو ما يمثل تحديًا بحثيًا رئيسيًا لأنظمة CDMA المثقلة. في هذا النهج ، بدلاً من استخدام تسلسل واحد لكل مستخدم كما هو الحال في CDMA التقليدي ، يقوم المؤلفون بتجميع عدد صغير من المستخدمين لمشاركة نفس تسلسل الانتشار وتمكين عمليات نشر المجموعة ونشرها. يتكون جهاز الاستقبال التعاوني الجديد متعدد المستخدمين من مرحلتين: مرحلة الكشف الجماعي متعدد المستخدمين (MUD) لقمع MAI بين المجموعات ومرحلة الكشف عن الاحتمالية المنخفضة التعقيد لاستعادة بيانات المستخدمين المشتركين في الانتشار باستخدام الحد الأدنى قياس المسافة الإقليدية ومعاملات كسب القناة للمستخدمين. تستخدم نسخة CDMA المحسنة المعروفة باسم الوصول المتعدد بتقسيم التشذير (IDMA) المتعامد باعتباره الوسيلة الوحيدة لفصل المستخدم بدلاً من تسلسل التوقيع المستخدم في نظام CDMA.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ^ أ ب ت ث Torrieri, Don (2018). Principles of Spread-Spectrum Communication Systems, 4th ed.
  2. ^ أ ب ت ث Stuber, Gordon L. (2017). Principles of Mobile Communication, 4th ed.
  3. ^ Qualcomm halts UMB project, Reuters, November 13, 2008
  4. ^ Ageev, D. V. (1935). "Bases of the Theory of Linear Selection. Code Demultiplexing". Proceedings of the Leningrad Experimental Institute of Communication: 3–35.
  5. ^ Nauka i Zhizn 8, 1957, p. 49.
  6. ^ Yuniy technik 7, 1957, p. 43–44.
  7. ^ Nauka i Zhizn 10, 1958, p. 66.
  8. ^ Tekhnika Molodezhi 2, 1959, p. 18–19.
  9. ^ "First Russian Mobile Phone". September 18, 2006.
  10. ^ أ ب Sklar, Bernard; Ray, Pabitra K. (2014). Digital Communications: Fundamentals and Applications, 2nd ed.
  11. ^ أ ب Molisch, Andreas (2010). Wireless Communications, 2nd ed.
  12. ^ Shakya, Indu L. (2011). "High User Capacity Collaborative CDMA". IET Communications.

للاستزادة

وصلات خارجية

قالب:Channel access methods

الكلمات الدالة: