Wielodostęp z podziałem kodowym (CDMA) to cyfrowa technologia komórkowa, która umożliwia wielu użytkownikom jednoczesne współdzielenie tego samego pasma częstotliwości dzięki zastosowaniu unikalnych kodów. Jednym z kluczowych aspektów CDMA jest wykorzystanie kodów ortogonalnych, które są ciągami cyfr binarnych zaprojektowanymi tak, aby były wzajemnie ortogonalne. Przyjrzyjmy się CDMA i zagłębimy się w koncepcję kodów ortogonalnych:
1. Technologia CDMA:
- Modulacja widma rozproszonego:
- CDMA wykorzystuje modulację widma rozproszonego, w której dane każdego użytkownika są rozprowadzane w szerokim paśmie częstotliwości przy użyciu unikalnego kodu rozpraszającego.
- Ten kod rozpraszający umożliwia wielu użytkownikom współdzielenie tego samego pasma częstotliwości bez wzajemnych zakłóceń.
- Wielokrotny dostęp z podziałem kodu:
- W CDMA użytkownicy wyróżniają się unikalnymi kodami, często nazywanymi kodami lub sekwencjami rozpowszechniającymi.
- Kody rozpraszające odgrywają kluczową rolę w umożliwieniu jednoczesnej transmisji wielu sygnałów w tym samym paśmie częstotliwości.
2. Kody ortogonalne w CDMA:
- Definicja ortogonalności:
- W kontekście CDMA kody ortogonalne to sekwencje cyfr binarnych (bitów), które wykazują specyficzną właściwość matematyczną zwaną ortogonalnością.
- Kody ortogonalne mają korelację krzyżową równą zeru, co oznacza, że gdy jeden kod zostanie pomnożony przez inny i całkowany w danym okresie czasu, wynik będzie wynosić zero.
- Minimalizacja zakłóceń:
- Ortogonalność kodów w CDMA jest niezbędna do minimalizacji zakłóceń pomiędzy użytkownikami.
- Kiedy kody są ortogonalne, korelacja między kodami różnych użytkowników jest niska, a ich sygnały można skuteczniej oddzielać.
- Długość kodu i ortogonalność:
- Długość kodów rozszerzających wpływa na ich ortogonalność.
- Dłuższe kody zazwyczaj zapewniają lepszą ortogonalność, ale dłuższe kody mogą również wymagać większej mocy obliczeniowej i powodować problemy w synchronizacji.
3. Typy kodów ortogonalnych:
- Kody Walsha:
- Jednym z powszechnych typów kodu ortogonalnego używanego w CDMA jest kod Walsha.
- Kody Walsha to zbiór kodów ortogonalnych ze zrównoważonymi liczbami wartości dodatnich i ujemnych.
- Każdy użytkownik w sieci CDMA ma przypisany unikalny kod Walsha umożliwiający rozpowszechnianie jego danych.
- Złote kody:
- Złote kody to kolejny rodzaj kodu ortogonalnego używanego w systemach CDMA.
- Złote kody są generowane przez połączenie wielu rejestrów przesuwnych z określonymi połączeniami sprzężenia zwrotnego.
- Oferują dobre właściwości autokorelacji i korelacji krzyżowej, dzięki czemu nadają się do zastosowań CDMA.
4. Zastosowania kodów ortogonalnych:
- Identyfikacja użytkownika:
- Kody ortogonalne w CDMA służą do identyfikacji i różnicowania użytkowników.
- Każdy użytkownik ma przypisany unikalny kod ortogonalny, umożliwiający sieci rozróżnianie i oddzielanie jego sygnałów.
- Rozprzestrzenianie i niszczenie:
- Podczas transmisji dane użytkownika są rozpowszechniane przy użyciu przypisanego mu kodu ortogonalnego.
- W odbiorniku odebrany sygnał jest rozpraszany przy użyciu tego samego kodu ortogonalnego, co pozwala na ekstrakcję oryginalnych danych.
5. Wyzwania i rozważania:
- Bliska ortogonalność:
- Osiągnięcie doskonałej ortogonalności może być wyzwaniem w praktycznych wdrożeniach.
- Niektóre kody mogą wykazywać bliską ortogonalność, co oznacza, że ich korelacja krzyżowa jest niska, ale nie zerowa.
- Planowanie i zarządzanie kodem:
- Efektywne planowanie kodu i zarządzanie nim są kluczowe w projektowaniu sieci CDMA.
- Przydział kodów ortogonalnych użytkownikom wymaga starannego rozważenia, aby zminimalizować zakłócenia i zoptymalizować wydajność sieci.
6. Ewolucja do wyższych pokoleń:
- Technologie CDMA ewoluowały na przestrzeni czasu, a CDMA2000 jest jedną z kolejnych generacji.
- Kody ortogonalne nadal stanowią podstawowy element w projektowaniu systemów komunikacyjnych opartych na CDMA.
Podsumowując, CDMA opiera się na wykorzystaniu kodów ortogonalnych, aby umożliwić wielu użytkownikom jednoczesne współdzielenie tego samego pasma częstotliwości. Ortogonalność kodów minimalizuje zakłócenia, pozwalając na efektywną i jednoczesną komunikację w sieciach CDMA. Kody Walsha i kody Golda są przykładami kodów ortogonalnych powszechnie stosowanych w systemach CDMA. Właściwe planowanie i zarządzanie kodami ortogonalnymi jest niezbędne do optymalizacji wydajności sieci CDMA.