Codigo de DIVISION DE ACCESO multiple

El acceso múltiple por división de código (CDMA) es un método de acceso a canales utilizado por varias tecnologías de comunicación por radio. CDMA es un ejemplo de acceso múltiple, donde varios transmisores pueden enviar información simultáneamente a través de un solo canal de comunicación. Esto permite que varios usuarios compartan una banda de frecuencias (ver ancho de banda). Para permitir esto sin interferencia indebida entre los usuarios, CDMA emplea tecnología de espectro ensanchado y un esquema de codificación especial (donde a cada transmisor se le asigna un código).

CDMA optimiza el uso del ancho de banda disponible, ya que transmite en todo el rango de frecuencias y no limita el rango de frecuencias del usuario.

Se utiliza como método de acceso en muchos estándares de telefonía móvil. IS-95, también llamado "cdmaOne", y su evolución 3G CDMA2000, a menudo se denominan simplemente "CDMA", pero UMTS, el estándar 3G utilizado por los operadores GSM, también usa & #34;CDMA de banda ancha o W-CDMA, así como TD-CDMA y TD-SCDMA, como sus tecnologías de radio.

También se puede utilizar como tecnología de acceso al canal o al medio, como ALOHA por ejemplo, o como canal piloto/de señalización permanente para permitir a los usuarios sincronizar sus osciladores locales a una frecuencia del sistema común, estimando así los parámetros del canal de forma permanente.

En estos esquemas, el mensaje se modula en una secuencia de difusión más larga, que consta de varios chips (0es y 1es). Debido a sus muy ventajosas características de autocorrelación y correlación cruzada, estas secuencias de dispersión también se han utilizado para aplicaciones de radar durante muchas décadas, donde se denominan códigos Barker (con una longitud de secuencia muy corta, normalmente de 8 a 32).

Para aplicaciones de comunicación basadas en el espacio, CDMA se ha utilizado durante muchas décadas debido a la gran pérdida de trayectoria y el desplazamiento Doppler causados por el movimiento de los satélites. CDMA se usa a menudo con modulación por desplazamiento de fase binaria (BPSK) en su forma más simple, pero se puede combinar con cualquier esquema de modulación como (en casos avanzados) modulación de amplitud en cuadratura (QAM) o multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM), que normalmente lo hace muy robusto y eficiente (y equipándolos con capacidades de alcance precisas, lo cual es difícil sin CDMA). Otros esquemas usan subportadoras basadas en la modulación de portadora compensada binaria (modulación BOC), que está inspirada en los códigos de Manchester y permite una brecha más grande entre la frecuencia central virtual y las subportadoras, lo que no es el caso de las subportadoras OFDM. Muchos operadores (como AT&T y Verizon) cerrarán las redes 3G CDMA en 2022.

Historia

La tecnología de múltiples canales de acceso por división de código se conoce desde hace mucho tiempo.

Estados Unidos

En los EE. UU., una de las primeras descripciones de CDMA se puede encontrar en el informe resumido del Proyecto Hartwell sobre 'La seguridad del transporte en el extranjero', que fue un proyecto de investigación de verano llevado a cabo en el Instituto de Massachusetts. of Technology de junio a agosto de 1950. En 1952 se llevaron a cabo más investigaciones en el contexto de interferencia y antiinterferencia en Lincoln Lab.

URSS

En la Unión Soviética (URSS), el primer trabajo dedicado a este tema fue publicado en 1935 por Dmitry Ageev. Se demostró que mediante el uso de métodos lineales, existen tres tipos de separación de señales: frecuencia, tiempo y compensatoria. La tecnología de CDMA se utilizó en 1957, cuando el joven ingeniero de radio militar Leonid Kupriyanovich en Moscú hizo un modelo experimental de un teléfono móvil automático portátil, llamado LK-1 por él, con una estación base. LK-1 tiene un peso de 3 kg, una distancia de funcionamiento de 20 a 30 km y una duración de la batería de 20 a 30 horas. La estación base, como la describe el autor, podría servir a varios clientes. En 1958, Kupriyanovich hizo el nuevo "bolsillo" modelo de teléfono móvil. Este teléfono pesaba 0,5 kg. Para atender a más clientes, Kupriyanovich propuso el dispositivo, al que llamó "correlador". En 1958, la URSS también inició el desarrollo del "Altai" servicio nacional civil de telefonía móvil para automóviles, basado en el estándar soviético MRT-1327. El sistema telefónico pesaba 11 kg (24 lb). Se colocó en la cajuela de los vehículos de los altos funcionarios y se usó un auricular estándar en el compartimiento de pasajeros. Los principales desarrolladores del sistema Altai fueron VNIIS (Instituto de Investigación Científica de Comunicaciones de Voronezh) y GSPI (Instituto Estatal de Proyectos Especializados). En 1963, este servicio comenzó en Moscú y en 1970, el servicio de Altai se utilizó en 30 ciudades de la URSS.

Usos

• El MDL sincrónico (código-división 'multiplexing', una generación temprana de MDL) se implementó en el Sistema de Posicionamiento Global (GPS). Esto precede y es distinto de su uso en teléfonos móviles.
• El estándar Qualcomm IS-95, comercializado como cdmaOne.
• El estándar Qualcomm IS-2000, conocido como CDMA2000, es utilizado por varias compañías de telefonía móvil, incluyendo la red Globalstar.
• El estándar de teléfono móvil UMTS 3G, que utiliza W-CDMA.
• CDMA se ha utilizado en el OmniTRACS Sistema satélite para logística de transporte.

Pasos en la modulación CDMA

CDMA es una técnica de acceso múltiple de espectro extendido. Una técnica de espectro diseminado extiende el ancho de banda de los datos uniformemente para el mismo poder transmitido. Un código de propagación es un código pseudo-aleatorio que tiene una función de ambigüedad estrecha, a diferencia de otros códigos de pulso estrechos. En CDMA un código generado localmente corre a un ritmo mucho mayor que los datos a transmitir. Los datos para la transmisión se combinan con el bitwise XOR (OO exclusivo) con el código más rápido. La figura muestra cómo se genera una señal de espectro extendido. La señal de datos con duración del pulso ${displaystyle T_{b}$ (período de simbolo) es XORed con la señal de código con la duración del pulso ${displaystyle T_{c}$ (período de chip). (Nota: ancho de banda es proporcional a ${displaystyle 1/T}$, donde ${displaystyle T}$ = poco tiempo.) Por lo tanto, el ancho de banda de la señal de datos es ${displaystyle 1/T_{b}$ y el ancho de banda de la señal del espectro esparcido ${displaystyle 1/T_{c}}$. Desde ${displaystyle T_{c}$ es mucho más pequeño que ${displaystyle T_{b}$, el ancho de banda de la señal del espectro es mucho más grande que el ancho de banda de la señal original. La relación ${displaystyle T_{b}/T_{c}$ se llama factor de propagación o ganancia de procesamiento y determina en cierta medida el límite superior del número total de usuarios apoyados simultáneamente por una estación base.

Cada usuario en un sistema CDMA usa un código diferente para modular su señal. La elección de los códigos utilizados para modular la señal es muy importante en el rendimiento de los sistemas CDMA. El mejor rendimiento ocurre cuando hay una buena separación entre la señal de un usuario deseado y las señales de otros usuarios. La separación de las señales se realiza correlacionando la señal recibida con el código generado localmente del usuario deseado. Si la señal coincide con el código del usuario deseado, la función de correlación será alta y el sistema podrá extraer esa señal. Si el código del usuario deseado no tiene nada en común con la señal, la correlación debe ser lo más cercana posible a cero (eliminando así la señal); esto se conoce como correlación cruzada. Si el código se correlaciona con la señal en cualquier desplazamiento de tiempo distinto de cero, la correlación debe ser lo más cercana posible a cero. Esto se denomina autocorrelación y se utiliza para rechazar la interferencia de trayectos múltiples.

Una analogía al problema del acceso múltiple es una sala (canal) en la que las personas desean hablar entre sí simultáneamente. Para evitar confusiones, las personas pueden turnarse para hablar (división de tiempo), hablar en diferentes tonos (división de frecuencia) o hablar en diferentes idiomas (división de código). CDMA es análogo al último ejemplo donde las personas que hablan el mismo idioma pueden entenderse entre sí, pero otros idiomas se perciben como ruido y se rechazan. De manera similar, en radio CDMA, cada grupo de usuarios recibe un código compartido. Muchos códigos ocupan el mismo canal, pero solo los usuarios asociados con un código en particular pueden comunicarse.

En general, CDMA pertenece a dos categorías básicas: síncrono (códigos ortogonales) y asíncrono (códigos pseudoaleatorios).

Multiplexación por división de código (CDMA síncrona)

(feminine)

El método de modulación digital es análogo a los que se utilizan en los transceptores de radio simples. En el caso analógico, una señal de datos de baja frecuencia se multiplica en el tiempo con una portadora de onda sinusoidal pura de alta frecuencia y se transmite. Esto es efectivamente una convolución de frecuencia (teorema de Wiener-Khinchin) de las dos señales, lo que da como resultado una portadora con bandas laterales estrechas. En el caso digital, la portadora sinusoidal se reemplaza por funciones de Walsh. Estas son ondas cuadradas binarias que forman un conjunto ortonormal completo. La señal de datos también es binaria y la multiplicación del tiempo se logra con una función XOR simple. Este suele ser un mezclador de celdas de Gilbert en el circuito.

Sincrónico CDMA explota propiedades matemáticas de ortogonalidad entre vectores que representan las cadenas de datos. Por ejemplo, la cadena binaria 1011 está representado por el vector (1, 0, 1, 1). Los vectores se pueden multiplicar tomando su producto de puntos, resumiendo los productos de sus respectivos componentes (por ejemplo, si u =a, b) y v =c, d), entonces su producto de punto u·v = ac + bd). Si el producto de punto es cero, se dice que los dos vectores son ortogonal entre sí. Algunas propiedades de la ayuda del producto del punto comprensión de cómo funciona W-CDMA. Si vectores a y b son ortogonales, entonces ${displaystyle mathbf {a} cdot mathbf {b} =0}$ y:

${displaystyle mathbf {a} cdot (mathbf {a} +mathbf {b}= eternamathbf {a} perpetua^{2}, {text{since}} mathbf {a} cdot mathbf {a} # Mathbf {a} cdot mathbf {b} = sufrimientomathbf {a} "Perfecto"$

${displaystyle mathbf {a} cdot (-mathbf {a} ### Madbf {b}=-fnMithbf {a}fncipado, {text{since} {cHFF} }cdot mathbf {a} # Mathbf {a} cdot mathbf {b} =- sufrimientomathbf {a} ################################################################################################################################################################################################################################################################$

${displaystyle mathbf {b} cdot (mathbf {a} +mathbf {b}= eternamathbf {b} perpetua^{2}, {text{since}} mathbf {b} cdot mathbf {a} # Mathbf {b} cdot mathbf {b} =0+ tuercamathbf {b} "Perfecto".$

${displaystyle mathbf {b} cdot (mathbf {a} -mathbf {b}=-fnMitbf {b}fncipado,\fnMisss}\\fnMitbf {b} mathbf {b} cdot mathbf {a} -mathbf {b} cdot mathbf {b} **** {2}$

Cada usuario en CDMA síncrono usa un código ortogonal a los demás' códigos para modular su señal. En la siguiente figura se muestra un ejemplo de 4 señales digitales mutuamente ortogonales. Los códigos ortogonales tienen una correlación cruzada igual a cero; en otras palabras, no interfieren entre sí. En el caso de IS-95, se utilizan códigos Walsh de 64 bits para codificar la señal para separar a diferentes usuarios. Dado que cada uno de los 64 códigos de Walsh es ortogonal a todos los demás, las señales se canalizan en 64 señales ortogonales. El siguiente ejemplo demuestra cómo se puede codificar y decodificar la señal de cada usuario.

Ejemplo

Comience con un conjunto de vectores que sean mutuamente ortogonales. (Aunque la ortogonalidad mutua es la única condición, estos vectores generalmente se construyen para facilitar la decodificación, por ejemplo, columnas o filas de matrices de Walsh). En la imagen adyacente se muestra un ejemplo de funciones ortogonales. Estos vectores se asignarán a usuarios individuales y se denominan código, código de chip o código de chip. En aras de la brevedad, el resto de este ejemplo utiliza códigos v con solo dos bits.

Cada usuario está asociado con un código diferente, digamos v. Un bit 1 se representa mediante la transmisión de un código positivo v, y un bit 0 se representa mediante un código negativo −v. Por ejemplo, si v = (v₀, v₁) = (1, −1) y los datos que el usuario desea transmitir son (1, 0, 1, 1), entonces los símbolos transmitidos serían

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

Para los propósitos de este artículo, llamaremos a este vector construido el vector transmitido.

Cada emisor tiene un vector único y diferente v elegido de ese conjunto, pero el método de construcción del vector transmitido es idéntico.

Ahora, debido a las propiedades físicas de la interferencia, si dos señales en un punto están en fase, se suman para dar el doble de la amplitud de cada señal, pero si están desfasadas, se restan y dan una señal que es la diferencia de amplitudes. Digitalmente, este comportamiento se puede modelar mediante la suma de los vectores de transmisión, componente por componente.

Si sender0 tiene código (1, −1) y datos (1, 0, 1, 1), y sender1 tiene código (1, 1) y datos (0, 0, 1, 1), y ambos transmiten simultáneamente, esta tabla describe los pasos de codificación:

Paso	Encode sender0	Encode sender1
0	code0 = (1 −1), data0 = (1, 0, 1, 1)	(0, 0, 1, 1)
1	codifica0 = 2(1, 0, 1, 1) − (1, 1, 1) = (1, −1, 1)	código1 = 2(0, 0, 1, 1) − (1, 1, 1) = (−1, −1, 1, 1)
2	señal0 = código 0 = (1 −1, 1) ⊗ (1 −1) = 1 −1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, −1, 1, −1)	señal1 = código 1 ⊗ code1 = (1, 1, 1) = 1, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1,

Debido a que la señal 0 y la señal 1 se transmiten al aire al mismo tiempo, se suman para producir la señal sin procesar

(1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 0, 2, 0, 2, 0, 2, 0).

Esta señal sin procesar se denomina patrón de interferencia. Luego, el receptor extrae una señal inteligible para cualquier remitente conocido al combinar el código del remitente con el patrón de interferencia. La siguiente tabla explica cómo funciona esto y muestra que las señales no interfieren entre sí:

Paso	Decode sender0	Decode sender1
0	code0 = (1,−1), signal = (0, −2, 0, 2, 0, 2, 0, 2, 0)	code1 = (1, 1), señal = (0, −2, 0, 2, 0, 2, 0)
1	decode0 = patrón.vector0	decode1 = patrón.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), significado (1, 0, 1, 1)	(0, 0, 1, 1)

Además, después de la decodificación, todos los valores mayores que 0 se interpretan como 1, mientras que todos los valores menores que cero se interpretan como 0. Por ejemplo, después de la decodificación, data0 es (2, −2, 2, 2), pero el receptor interpreta esto como (1, 0, 1, 1). Los valores de exactamente 0 significan que el remitente no transmitió ningún dato, como en el siguiente ejemplo:

Suponga que la señal0 = (1, −1, −1, 1, 1, −1, 1, −1) se transmite sola. La siguiente tabla muestra la decodificación en el receptor:

Paso	Decode sender0	Decode sender1
0	código0 = (1 −1), señal = (1, −1, 1, 1, −1, 1, 1, −1)	code1 = (1, 1), señal = (1, −1, 1, 1, − 1, 1, 1, −1)
1	decode0 = patrón.vector0	decode1 = patrón.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	datos0 = (2, 2, 2, 2), que significa (1, 0, 1, 1)	data1 = (0, 0, 0, 0), que significa que no hay datos

Cuando el receptor intenta decodificar la señal usando el código del remitente, los datos son todos ceros; por lo tanto, la correlación cruzada es igual a cero y está claro que sender1 no transmitió ningún dato.

CDMA asíncrono

Cuando los enlaces de móvil a base no pueden coordinarse con precisión, especialmente debido a la movilidad de los teléfonos, se requiere un enfoque diferente. Dado que no es matemáticamente posible crear secuencias de firmas que sean ortogonales para puntos de inicio arbitrariamente aleatorios y que aprovechen al máximo el espacio del código, la única "pseudoaleatoria" o "pseudo-ruido" Las secuencias denominadas secuencias de difusión se utilizan en sistemas CDMA asíncronos. Una secuencia de difusión es una secuencia binaria que parece aleatoria pero que los receptores previstos pueden reproducir de forma determinista. Estas secuencias de difusión se utilizan para codificar y decodificar la señal de un usuario en CDMA asíncrono de la misma manera que los códigos ortogonales en CDMA síncrono (que se muestra en el ejemplo anterior). Estas secuencias de dispersión no están correlacionadas estadísticamente, y la suma de un gran número de secuencias de dispersión da como resultado una interferencia de acceso múltiple (MAI) que se aproxima mediante un proceso de ruido gaussiano (siguiendo el teorema del límite central en estadística). Los códigos dorados son un ejemplo de una secuencia de propagación adecuada para este propósito, ya que existe una baja correlación entre los códigos. Si todos los usuarios se reciben con el mismo nivel de potencia, entonces la varianza (por ejemplo, la potencia de ruido) del MAI aumenta en proporción directa al número de usuarios. En otras palabras, a diferencia de CDMA síncrono, las señales de otros usuarios aparecerán como ruido para la señal de interés e interferirán levemente con la señal deseada en proporción al número de usuarios.

Todas las formas de CDMA utilizan el factor de dispersión de espectro ensanchado para permitir que los receptores discriminen parcialmente las señales no deseadas. Las señales codificadas con las secuencias de ensanchamiento especificadas se reciben, mientras que las señales con secuencias diferentes (o las mismas secuencias pero con diferentes compensaciones de tiempo) aparecen como ruido de banda ancha reducido por el factor de ensanchamiento.

Dado que cada usuario genera MAI, controlar la intensidad de la señal es un tema importante con los transmisores CDMA. En teoría, un receptor CDM (CDMA síncrono), TDMA o FDMA puede rechazar por completo señales arbitrariamente fuertes utilizando diferentes códigos, intervalos de tiempo o canales de frecuencia debido a la ortogonalidad de estos sistemas. Esto no es cierto para CDMA asíncrono; el rechazo de señales no deseadas es sólo parcial. Si alguna o todas las señales no deseadas son mucho más fuertes que la señal deseada, la abrumarán. Esto conduce a un requisito general en cualquier sistema CDMA asíncrono para que coincida aproximadamente con los diversos niveles de potencia de la señal que se ven en el receptor. En celular CDMA, la estación base utiliza un esquema de control de potencia de circuito cerrado rápido para controlar estrictamente la potencia de transmisión de cada móvil.

En 2019, se desarrollaron esquemas para estimar con precisión la longitud requerida de los códigos en función de Doppler y las características de retardo. Poco después, también se publicaron técnicas basadas en aprendizaje automático que generan secuencias de una longitud deseada y propiedades de propagación. Estas son altamente competitivas con las secuencias clásicas de Gold y Welch. Estos no son generados por registros de cambio de retroalimentación lineal, sino que deben almacenarse en tablas de búsqueda.

Ventajas de CDMA asíncrono sobre otras técnicas

Utilización práctica eficiente del espectro de frecuencia fija

En teoría, CDMA, TDMA y FDMA tienen exactamente la misma eficiencia espectral, pero, en la práctica, cada uno tiene sus propios desafíos: control de potencia en el caso de CDMA, temporización en el caso de TDMA y generación/filtrado de frecuencia en el caso de CDMA. caso de FDMA.

Los sistemas TDMA deben sincronizar cuidadosamente los tiempos de transmisión de todos los usuarios para garantizar que se reciban en el intervalo de tiempo correcto y no causen interferencias. Como esto no se puede controlar perfectamente en un entorno móvil, cada intervalo de tiempo debe tener un tiempo de guardia, lo que reduce la probabilidad de que los usuarios interfieran, pero disminuye la eficiencia espectral.

Del mismo modo, los sistemas FDMA deben utilizar una banda de protección entre canales adyacentes, debido al desplazamiento Doppler impredecible del espectro de la señal debido a la movilidad del usuario. Las bandas de guarda reducirán la probabilidad de que los canales adyacentes interfieran, pero disminuirán la utilización del espectro.

Asignación flexible de recursos

CDMA asíncrono ofrece una ventaja clave en la asignación flexible de recursos, es decir, la asignación de secuencias de propagación a usuarios activos. En el caso de CDM (CDMA síncrono), TDMA y FDMA, el número de códigos ortogonales simultáneos, intervalos de tiempo y intervalos de frecuencia, respectivamente, son fijos, por lo que la capacidad en términos de número de usuarios simultáneos es limitada. Existe un número fijo de códigos ortogonales, intervalos de tiempo o bandas de frecuencia que se pueden asignar a los sistemas CDM, TDMA y FDMA, que permanecen infrautilizados debido a la naturaleza de ráfagas de la telefonía y las transmisiones de datos paquetizados. No existe un límite estricto para el número de usuarios que se pueden admitir en un sistema CDMA asíncrono, solo un límite práctico regido por la probabilidad de error de bit deseada, ya que la SIR (relación señal a interferencia) varía inversamente con el número de usuarios. En un entorno de tráfico en ráfagas como la telefonía móvil, la ventaja que ofrece la CDMA asíncrona es que el rendimiento (tasa de error de bit) puede fluctuar aleatoriamente, con un valor medio determinado por el número de usuarios multiplicado por el porcentaje de utilización. Supongamos que hay 2N usuarios que solo hablan la mitad del tiempo, entonces 2N usuarios pueden acomodarse con la misma probabilidad de error de bit promedio que N usuarios que hablan todo el tiempo. La diferencia clave aquí es que la probabilidad de error de bit para N usuarios hablando todo el tiempo es constante, mientras que es una cantidad aleatoria (con la misma media) para 2< Usuarios i>N hablando la mitad del tiempo.

En otras palabras, CDMA asíncrono es ideal para una red móvil donde una gran cantidad de transmisores generan cada uno una cantidad relativamente pequeña de tráfico a intervalos irregulares. Los sistemas CDM (CDMA síncrono), TDMA y FDMA no pueden recuperar los recursos infrautilizados inherentes al tráfico en ráfagas debido al número fijo de códigos ortogonales, intervalos de tiempo o canales de frecuencia que se pueden asignar a los transmisores individuales. Por ejemplo, si hay N intervalos de tiempo en un sistema TDMA y 2N usuarios que hablan la mitad del tiempo, entonces la mitad del tiempo habrá más de N usuarios que necesitan usar más de N intervalos de tiempo. Además, requeriría una sobrecarga significativa para asignar y desasignar continuamente los recursos de código ortogonal, intervalo de tiempo o canal de frecuencia. En comparación, los transmisores CDMA asíncronos simplemente envían cuando tienen algo que decir y salen del aire cuando no lo tienen, manteniendo la misma secuencia de firma siempre que estén conectados al sistema.

Características de espectro ensanchado de CDMA

La mayoría de los esquemas de modulación intentan minimizar el ancho de banda de esta señal, ya que el ancho de banda es un recurso limitado. Sin embargo, las técnicas de espectro ensanchado utilizan un ancho de banda de transmisión que es varios órdenes de magnitud mayor que el ancho de banda de señal mínimo requerido. Una de las razones iniciales para hacer esto fueron las aplicaciones militares, incluidos los sistemas de orientación y comunicación. Estos sistemas fueron diseñados utilizando espectro ensanchado debido a su seguridad y resistencia a interferencias. CDMA asíncrono tiene cierto nivel de privacidad incorporado porque la señal se propaga mediante un código pseudoaleatorio; este código hace que las señales de espectro ensanchado parezcan aleatorias o tengan propiedades similares al ruido. Un receptor no puede demodular esta transmisión sin conocer la secuencia pseudoaleatoria utilizada para codificar los datos. CDMA también es resistente a las interferencias. Una señal de interferencia solo tiene una cantidad finita de energía disponible para interferir la señal. El bloqueador puede distribuir su energía en todo el ancho de banda de la señal o bloquear solo una parte de la señal completa.

CDMA también puede rechazar eficazmente la interferencia de banda estrecha. Dado que la interferencia de banda estrecha afecta solo a una pequeña parte de la señal de espectro ensanchado, se puede eliminar fácilmente mediante el filtrado de muesca sin mucha pérdida de información. La codificación de convolución y el intercalado se pueden utilizar para ayudar a recuperar estos datos perdidos. Las señales CDMA también son resistentes al desvanecimiento por trayectos múltiples. Dado que la señal de espectro ensanchado ocupa un gran ancho de banda, solo una pequeña parte de este sufrirá desvanecimiento debido a la multitrayectoria en un momento dado. Al igual que la interferencia de banda estrecha, esto dará como resultado solo una pequeña pérdida de datos y puede superarse.

Otra razón por la que CDMA es resistente a la interferencia multitrayecto es que las versiones retrasadas de los códigos pseudoaleatorios transmitidos tendrán una correlación deficiente con el código pseudoaleatorio original y, por lo tanto, aparecerán como otro usuario, que se ignora en el receptor. En otras palabras, siempre que el canal de trayectos múltiples induzca al menos un chip de retardo, las señales de trayectos múltiples llegarán al receptor de tal manera que se desplacen en el tiempo en al menos un chip de la señal prevista. Las propiedades de correlación de los códigos pseudoaleatorios son tales que este ligero retardo hace que la trayectoria múltiple parezca no estar correlacionada con la señal prevista y, por lo tanto, se ignora.

Algunos dispositivos CDMA utilizan un receptor de rake, que aprovecha los componentes de retardo de trayectos múltiples para mejorar el rendimiento del sistema. Un receptor rake combina la información de varios correladores, cada uno sintonizado con un retraso de ruta diferente, produciendo una versión más fuerte de la señal que un receptor simple con una sola correlación sintonizada con el retraso de ruta de la señal más fuerte.

La reutilización de frecuencia es la capacidad de reutilizar la misma frecuencia de canal de radio en otros sitios celulares dentro de un sistema celular. En los sistemas FDMA y TDMA, la planificación de frecuencias es una consideración importante. Las frecuencias utilizadas en diferentes celdas deben planificarse cuidadosamente para garantizar que las señales de diferentes celdas no interfieran entre sí. En un sistema CDMA, se puede usar la misma frecuencia en cada celda, porque la canalización se realiza usando códigos pseudoaleatorios. Reutilizar la misma frecuencia en cada celda elimina la necesidad de planificar frecuencias en un sistema CDMA; sin embargo, se debe realizar la planificación de las diferentes secuencias pseudoaleatorias para garantizar que la señal recibida de una celda no se correlacione con la señal de una celda cercana.

Dado que las celdas adyacentes usan las mismas frecuencias, los sistemas CDMA tienen la capacidad de realizar traspasos suaves. Los traspasos suaves permiten que el teléfono móvil se comunique simultáneamente con dos o más celdas. Se selecciona la mejor calidad de señal hasta que se completa el traspaso. Esto es diferente de las transferencias duras utilizadas en otros sistemas celulares. En una situación de traspaso estricto, cuando el teléfono móvil se aproxima a un traspaso, la intensidad de la señal puede variar abruptamente. Por el contrario, los sistemas CDMA utilizan el traspaso suave, que es indetectable y proporciona una señal más fiable y de mayor calidad.

CDMA colaborativa

(feminine)

Se ha investigado un novedoso esquema colaborativo de detección y transmisión multiusuario llamado CDMA colaborativo para el enlace ascendente que explota las diferencias entre los usuarios. desvanecimiento de las firmas de los canales para aumentar la capacidad del usuario mucho más allá de la longitud de propagación en el entorno limitado por MAI. Los autores muestran que es posible lograr este aumento con un rendimiento de baja complejidad y alta tasa de error de bit en canales con desvanecimiento plano, lo cual es un desafío de investigación importante para los sistemas CDMA sobrecargados. En este enfoque, en lugar de utilizar una secuencia por usuario como en el CDMA convencional, los autores agrupan a un pequeño número de usuarios para compartir la misma secuencia de propagación y permitir operaciones de propagación y eliminación de grupos. El nuevo receptor multiusuario colaborativo consta de dos etapas: una etapa de detección multiusuario grupal (MUD) para suprimir el MAI entre los grupos y una etapa de detección de máxima probabilidad de baja complejidad para recuperar de forma conjunta los usuarios co-spread. datos utilizando la medida de distancia euclidiana mínima y los usuarios' coeficientes de ganancia de canal. Una versión mejorada de CDMA conocida como acceso múltiple por división de intercalado (IDMA) utiliza el intercalado ortogonal como el único medio de separación de usuarios en lugar de la secuencia de firma utilizada en el sistema CDMA.