Generowanie i maskowanie kodów PN w systemach CDMA
Kody PN (Pseudo-Noise, czyli pseudolosowe) odgrywają kluczową rolę w technologii CDMA (Code Division Multiple Access). Służą one do rozdzielania sygnałów wielu użytkowników pracujących jednocześnie na tej samej częstotliwości radiowej. Kod PN wygląda na losowy, ale jest generowany w sposób deterministyczny i cykliczny, co pozwala zarówno nadajnikowi, jak i odbiornikowi na synchronizację sygnału. Generowanie i maskowanie tych kodów to istotne zagadnienia techniczne, bez których transmisja w CDMA nie mogłaby prawidłowo funkcjonować.
Na czym polega generowanie kodów PN
Generowanie kodów PN opiera się na zastosowaniu rejestrów przesuwających z funkcją sprzężenia zwrotnego (LFSR – Linear Feedback Shift Register). Rejestry te operują na bitach, które są przesuwane i mieszane zgodnie z określoną funkcją logiczną. Taka struktura generuje sekwencję bitową, która posiada właściwości zbliżone do szumu losowego.
Podstawowy schemat generowania wygląda następująco:
- Rejestr przesuwający jest inicjowany określoną wartością początkową (tzw. nasionem).
- Na każdym kroku bity są przesuwane, a niektóre z nich są łączone logicznie (np. XOR) w celu wygenerowania nowego bitu.
- Sekwencja powtarza się cyklicznie po określonej liczbie bitów (np. 215 – 1).
W systemie CDMA2000 stosowane są kody PN o długości 32 768 bitów, co odpowiada okresowi 26,67 ms przy częstotliwości próbkowania 1,2288 MHz.
Właściwości kodów PN
| Właściwość | Opis |
|---|---|
| Długość sekwencji | Określana przez długość rejestru przesuwającego, najczęściej 15 lub 31 bitów |
| Autokorelacja | Idealna – wysoka zgodność tylko przy pełnym dopasowaniu fazy |
| Korelacja krzyżowa | Niska – minimalne zakłócenia między użytkownikami |
| Cykliczność | Sekwencja jest okresowa i może być odtwarzana |
Maskowanie kodów PN
Maskowanie kodów PN to proces, w którym podstawowa sekwencja PN jest modyfikowana (najczęściej przez operację XOR z innym wzorcem binarnym) w celu uzyskania różnorodnych kodów dla różnych celów – np. dla różnych sektorów w tej samej stacji bazowej lub dla różnych użytkowników.
Proces ten może wyglądać następująco:
- Dla każdego sektora lub kanału przypisuje się inny maskujący wzorzec binarny.
- Podstawowy kod PN jest modyfikowany poprzez XOR z tym wzorcem, tworząc unikalny kod dla danego połączenia.
- Maskowanie pozwala zmniejszyć interferencję i ułatwia separację sygnałów.
Rola kodów PN w synchronizacji i adresowaniu
Kody PN są używane nie tylko do separacji sygnałów użytkowników, ale także do synchronizacji czasu i lokalizacji w sieci. Każda stacja bazowa nadaje określony kod PN z określonym przesunięciem fazowym. Dzięki temu terminale mogą określić, z jakiej stacji pochodzi sygnał, oraz zsynchronizować swój zegar z siecią.
Zastosowanie kodów PN w praktyce
W systemach takich jak IS-95 i CDMA2000 każdy kanał pilotowy używa unikalnego przesunięcia fazowego tej samej sekwencji PN, co umożliwia terminalom ich rozróżnienie. Kod PN jest również wykorzystywany do szyfrowania danych i zwiększania prywatności transmisji.
Powiązane pytania z wyjaśnieniem
Dlaczego kod PN musi być pseudolosowy?
Kod musi wyglądać jak losowy, by efektywnie maskować sygnał i zmniejszać interferencję. Jednocześnie deterministyczna natura kodu pozwala odbiornikowi na synchronizację i dekodowanie transmisji.
Czy różni operatorzy używają różnych kodów PN?
Tak, operatorzy mogą używać różnych zestawów kodów PN lub różnych przesunięć fazowych w zależności od regionu, sektora stacji bazowej i planu sieciowego. Pozwala to na skalowalność systemu i uniknięcie kolizji sygnałów.
Jakie są różnice między kodami PN a kodami ortogonalnymi?
Kody PN są używane do rozróżniania użytkowników i stacji w przestrzeni i czasie. Kody ortogonalne (np. Walsh) są używane do rozdzielenia kanałów użytkowników w obrębie jednej komórki. Kody PN mają niską korelację krzyżową, a kody ortogonalne – zerową korelację między sobą w idealnych warunkach.