Code Division Multiple Access (CDMA) is een digitale cellulaire technologie waarmee meerdere gebruikers tegelijkertijd dezelfde frequentieband kunnen delen door het gebruik van unieke codes. Een cruciaal aspect van CDMA is het gebruik van orthogonale codes, dit zijn reeksen binaire cijfers die zijn ontworpen om onderling orthogonaal te zijn. Laten we CDMA verkennen en ons verdiepen in het concept van orthogonale codes:
1. CDMA-technologie:
- Gespreide spectrummodulatie:
- CDMA maakt gebruik van spread spectrum modulatie, waarbij de gegevens van elke gebruiker over een brede frequentieband worden verspreid met behulp van een unieke spreidingscode.
- Deze spreidingscode maakt het mogelijk dat meerdere gebruikers dezelfde frequentieband delen zonder wederzijdse interferentie.
- Codeverdeling Meerdere toegang:
- In CDMA onderscheiden gebruikers zich door hun unieke codes, ook wel spreidingscodes of sequenties genoemd.
- De spreidingscodes spelen een cruciale rol bij het mogelijk maken van de gelijktijdige verzending van meerdere signalen in dezelfde frequentieband.
2. Orthogonale codes in CDMA:
- Orthogonaliteitsdefinitie:
- In de context van CDMA zijn orthogonale codes reeksen binaire cijfers (bits) die een specifieke wiskundige eigenschap vertonen die orthogonaliteit wordt genoemd.
- Orthogonale codes hebben een kruiscorrelatie gelijk aan nul, wat betekent dat wanneer de ene code met een andere wordt vermenigvuldigd en over een bepaalde tijdsperiode wordt geïntegreerd, het resultaat nul is.
- Interferentie minimaliseren:
- De orthogonaliteit van codes in CDMA is essentieel voor het minimaliseren van interferentie tussen gebruikers.
- Als codes orthogonaal zijn, is de correlatie tussen de codes van verschillende gebruikers laag en kunnen hun signalen effectiever worden gescheiden.
- Codelengte en orthogonaliteit:
- De lengte van de spreidingscodes beïnvloedt hun orthogonaliteit.
- Langere codes bieden over het algemeen een betere orthogonaliteit, maar langere codes kunnen ook een hogere verwerkingskracht vereisen en uitdagingen op het gebied van synchronisatie met zich meebrengen.
3. Soorten orthogonale codes:
- Walsh-codes:
- Een veelgebruikt type orthogonale code dat in CDMA wordt gebruikt, is de Walsh-code.
- Walsh-codes zijn een reeks orthogonale codes met uitgebalanceerde aantallen positieve en negatieve waarden.
- Elke gebruiker in een CDMA-netwerk krijgt een unieke Walsh-code toegewezen voor het verspreiden van zijn gegevens.
- Gouden codes:
- Goudcodes zijn een ander type orthogonale code die wordt gebruikt in CDMA-systemen.
- Goudcodes worden gegenereerd door meerdere schuifregisters te combineren met specifieke feedbackverbindingen.
- Ze bieden goede autocorrelatie- en kruiscorrelatie-eigenschappen, waardoor ze geschikt zijn voor CDMA-toepassingen.
4. Toepassingen van orthogonale codes:
- Gebruikersidentificatie:
- Orthogonale codes in CDMA worden gebruikt voor gebruikersidentificatie en differentiatie.
- Elke gebruiker krijgt een unieke orthogonale code toegewezen, waardoor het netwerk zijn signalen kan onderscheiden en scheiden.
- Verspreiding en ontspreiding:
- Tijdens de verzending worden de gegevens van een gebruiker verspreid met behulp van de toegewezen orthogonale code.
- Bij de ontvanger wordt het ontvangen signaal ontspreid met behulp van dezelfde orthogonale code, waardoor de originele gegevens kunnen worden geëxtraheerd.
5. Uitdagingen en overwegingen:
- Bijna-orthogonaliteit:
- Het bereiken van perfecte orthogonaliteit kan een uitdaging zijn bij praktische implementaties.
- Sommige codes kunnen bijna-orthogonaliteit vertonen, wat betekent dat hun kruiscorrelatie laag maar niet nul is.
- Codeplanning en -beheer:
- Efficiënte codeplanning en -beheer zijn cruciaal bij het ontwerpen van CDMA-netwerken.
- De toewijzing van orthogonale codes aan gebruikers vereist zorgvuldige overweging om interferentie te minimaliseren en de netwerkprestaties te optimaliseren.
6. Evolutie naar hogere generaties:
- CDMA-technologieën zijn in de loop van de tijd geëvolueerd, waarbij CDMA2000 een van de volgende generaties is.
- Orthogonale codes blijven een fundamenteel element in het ontwerp van op CDMA gebaseerde communicatiesystemen.
Samenvattend is CDMA afhankelijk van het gebruik van orthogonale codes om meerdere gebruikers in staat te stellen tegelijkertijd dezelfde frequentieband te delen. De orthogonaliteit van codes minimaliseert interferentie, waardoor efficiënte en gelijktijdige communicatie in CDMA-netwerken mogelijk is. Walsh-codes en Gold-codes zijn voorbeelden van orthogonale codes die vaak worden gebruikt in CDMA-systemen. De juiste planning en beheer van orthogonale codes zijn essentieel voor het optimaliseren van de CDMA-netwerkprestaties.