Code Division Multiple Access (CDMA) ist eine Spread-Spectrum-Technologie, die es mehreren Benutzern ermöglicht, gleichzeitig dasselbe Frequenzband zu nutzen. CDMA erreicht dies, indem es jedem Benutzer einen eindeutigen Code zuweist, der eine störungsfreie Koexistenz seiner Signale ermöglicht. Es gibt verschiedene Arten von CDMA-Spread-Spectrum-Techniken, jede mit ihren spezifischen Eigenschaften. Schauen wir uns die Haupttypen an:
1. Direct Sequence CDMA (DS-CDMA):
- Spreiztechnik:
- Direct Sequence CDMA (DS-CDMA) verwendet eine Spreiztechnik, bei der jedes Bit der Originaldaten durch mehrere Chips dargestellt wird. Diese Chips werden durch einen Spreizcode erzeugt, der auch als Spreizsequenz oder Pseudozufallsrauschcode (PN) bezeichnet wird.
- Codelänge und Chiprate:
- DS-CDMA beinhaltet eine längere Codelänge, was bedeutet, dass der Spreizcode über einen längeren Zeitraum wiederholt wird. Die Chiprate bzw. die Rate, mit der der Code generiert wird, ist höher als die Datenrate.
- Vorteile:
- DS-CDMA bietet Robustheit gegen Interferenzen und Multipath-Fading. Es bietet eine verbesserte Leistung bei Vorhandensein von Rauschen und ermöglicht es mehreren Benutzern, dasselbe Frequenzband mit minimalen Interferenzen zu nutzen.
- Anwendungen:
- DS-CDMA wird häufig in mobilen Kommunikationssystemen, einschließlich 3G- und 4G-Mobilfunknetzen, verwendet, da es mehrere Benutzer unterstützen und zuverlässige Kommunikation in anspruchsvollen Umgebungen ermöglichen kann.
2. Frequenzsprung-CDMA (FH-CDMA):
- Spreiztechnik:
- Frequency Hopping CDMA (FH-CDMA) beinhaltet die Änderung der Trägerfrequenz während der Übertragung. Das Signal wird mithilfe von Sprungmustern sowohl im Zeit- als auch im Frequenzbereich gespreizt.
- Codelänge und Sprungrate:
- FH-CDMA verwendet kürzere Spreizcodes und die Sprungrate bestimmt, wie oft sich die Trägerfrequenz ändert. Die Kombination aus Code- und Frequenzsprung erhöht die Sicherheit und Störfestigkeit.
- Vorteile:
- FH-CDMA bietet eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Schmalbandstörungen und erhöht die Sicherheit der Kommunikation. Das Frequenzsprungmuster macht es für unbefugte Benutzer schwierig, das übertragene Signal abzufangen.
- Anwendungen:
- FH-CDMA wird häufig in militärischen Kommunikationssystemen, sicheren drahtlosen Netzwerken und bestimmten industriellen Anwendungen verwendet, bei denen Interferenz und Sicherheit von entscheidender Bedeutung sind.
3. Orthogonaler Frequenzmultiplexzugriff (OFDMA):
- Spreiztechnik:
- Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) ist eine Art von CDMA, die eine andere Spreiztechnik verwendet, die auf der Aufteilung des verfügbaren Frequenzspektrums in orthogonale Unterträger basiert. Jeder Unterträger repräsentiert einen anderen Code.
- Codelänge und Unterträgerabstand:
- OFDMA verwendet einen anderen Ansatz, bei dem der Spreizcode implizit durch die Unterträgerfrequenz bestimmt wird. Die Codelänge ist praktisch unendlich und die Unterträger sind in regelmäßigen Abständen angeordnet.
- Vorteile:
- OFDMA ist für seine Effizienz im Umgang mit frequenzselektivem Fading bekannt und unterstützt hohe Datenraten, indem es mehreren Benutzern die gleichzeitige Übertragung auf verschiedenen Unterträgern ermöglicht. Es handelt sich um eine Schlüsseltechnologie in den drahtlosen Kommunikationssystemen 4G (LTE) und 5G.
- Anwendungen:
- OFDMA wird häufig in drahtlosen Breitbandkommunikationssystemen wie LTE und WiMAX verwendet, bei denen hohe Datenraten, spektrale Effizienz und Unterstützung für mehrere Benutzer unerlässlich sind.
4. Multi-Carrier-CDMA (MC-CDMA):
- Spreiztechnik:
- Multi-Carrier CDMA (MC-CDMA) kombiniert die Prinzipien von CDMA mit Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). Es verteilt Datensymbole mithilfe von CDMA-Prinzipien auf mehrere Unterträger.
- Codelänge und Unterträgerabstand:
- MC-CDMA beinhaltet die Verwendung von CDMA-Codes über Unterträger hinweg, ähnlich wie OFDMA. Die Kombination ermöglicht eine robuste Kommunikation in frequenzselektiven Fading-Kanälen.
- Vorteile:
- MC-CDMA übernimmt die Vorteile von CDMA und OFDM. Es bietet Widerstand gegen Interferenzen, Multipath-Fading und unterstützt hohe Datenraten. Es wird für zukünftige drahtlose Kommunikationssysteme in Betracht gezogen.
- Anwendungen:
- MC-CDMA ist aufgrund seiner Fähigkeit, eine effiziente und robuste Kommunikation in anspruchsvollen Funkumgebungen bereitzustellen, eine potenzielle Technologie für zukünftige drahtlose Kommunikationssysteme, auch über 5G-Netzwerke hinaus.
Zusammenfassend umfassen die wichtigsten Arten von CDMA-Spreizspektrumtechniken Direct Sequence CDMA (DS-CDMA), Frequency Hopping CDMA (FH-CDMA), Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) und Multi-Carrier CDMA (MC-CDMA). Jeder Typ verfügt über spezifische Eigenschaften, die ihn für verschiedene Anwendungen und Szenarien in drahtlosen Kommunikationssystemen geeignet machen.