W systemach wielodostępu z podziałem kodowym (CDMA) kod ortogonalny, często określany jako kod lub sekwencja rozpraszająca, jest kluczowym elementem umożliwiającym wielu użytkownikom jednoczesne współdzielenie tego samego widma częstotliwości. Zastosowanie kodów ortogonalnych ma fundamentalne znaczenie dla powodzenia CDMA, umożliwiając wydajną i odporną na zakłócenia komunikację. Zagłębmy się w szczegóły kodów ortogonalnych w CDMA, jak działają i ich znaczenie:
1.Kody ortogonalne w CDMA:
- Definicja:
- Kody ortogonalne w CDMA to unikalne sekwencje przypisane poszczególnym użytkownikom w systemie.
- Kody te posiadają właściwości matematyczne, które czynią je ortogonalnymi, co oznacza, że mają ze sobą niską korelację.
- Cel:
- Podstawowym celem stosowania kodów ortogonalnych jest umożliwienie wielu użytkownikom jednoczesnego przesyłania i odbierania sygnałów w tym samym spektrum częstotliwości bez powodowania zakłóceń.
2.Kluczowa charakterystyka kodów ortogonalnych:
- 1. Niska korelacja:
- Kody ortogonalne wykazują niską korelację między sobą. W przypadku nakładania się korelacja między różnymi kodami jest minimalna.
- 2. Proces rozprzestrzeniania się:
- Sygnał informacyjny każdego użytkownika jest rozprowadzany w szerokim paśmie częstotliwości przy użyciu jego unikalnego kodu ortogonalnego.
- Proces rozpraszania polega na zwielokrotnieniu sygnału informacyjnego przez kod ortogonalny, skutecznie rozszerzając sygnał w dziedzinie częstotliwości.
- 3. Separacja sygnału:
- Zastosowanie kodów ortogonalnych gwarantuje, że nawet w przypadku jednoczesnej transmisji wielu użytkowników, ich rozproszone sygnały mogą zostać rozdzielone w odbiorniku bez znaczących zakłóceń.
- 4. Ortogonalność matematyczna:
- Matematycznie dwie funkcje lub ciągi są uważane za ortogonalne, jeśli ich iloczyn wewnętrzny wynosi zero. W kontekście CDMA ta właściwość matematyczna zapewnia, że kody nie kolidują ze sobą podczas transmisji.
3.Jak działają kody ortogonalne w CDMA:
- 1. Przypisanie kodu:
- Każdemu użytkownikowi w systemie CDMA przypisany jest unikalny kod ortogonalny.
- Kody są starannie zaprojektowane, aby mieć niską korelację krzyżową, zapewniając minimalne zakłócenia między użytkownikami.
- 2. Proces rozprzestrzeniania się:
- Kiedy użytkownik inicjuje transmisję, jego sygnał informacyjny jest mnożony (lub splatany) z przypisanym mu kodem ortogonalnym.
- Ten proces rozprzestrzeniania rozszerza szerokość pasma sygnału, umożliwiając jego transmisję w całym spektrum częstotliwości.
- 3. Transmisja jednoczesna:
- Wielu użytkowników może jednocześnie przesyłać rozproszone sygnały w tym samym spektrum częstotliwości.
- Niska korelacja między kodami ortogonalnymi umożliwia współistnienie sygnałów bez znaczących zakłóceń.
- 4. Dekodowanie CDMA:
- Po stronie odbiornika odebrany sygnał, który obejmuje sygnały od wielu użytkowników, jest korelowany z kodami ortogonalnymi.
- Odbiornik wykorzystuje przypisany kod ortogonalny do izolowania i dekodowania sygnału informacyjnego zamierzonego użytkownika, skutecznie oddzielając go od innych sygnałów.
4.Właściwości kodu ortogonalnego:
- 1. Szybkość żetonów:
- Szybkość generowania kodu nazywana jest szybkością chipowania.
- Kody ortogonalne w CDMA zaprojektowano tak, aby charakteryzowały się dużą szybkością chipowania, co pozwala na efektywne wykorzystanie dostępnego widma częstotliwości.
- 2. Technika widma rozproszonego:
- Zastosowanie kodów ortogonalnych jest kluczowym aspektem techniki widma rozproszonego stosowanej w CDMA.
- Technologia widma rozproszonego zwiększa bezpieczeństwo, solidność i odporność na zakłócenia transmisji CDMA.
- 3. Długość kodu:
- Długość kodu ortogonalnego wpływa na pojemność i wydajność systemu CDMA.
- Dłuższe kody zapewniają bardziej unikalne kombinacje, ale mogą powodować wyzwania w zakresie złożoności przetwarzania.
5.Wyzwania i rozważania:
- 1. Korelacja krzyżowa:
- Kluczowe znaczenie ma osiągnięcie niskiej korelacji krzyżowej pomiędzy kodami ortogonalnymi.
- Wysoka korelacja krzyżowa może prowadzić do zakłóceń i wpływać na zdolność systemu do jednoczesnej obsługi wielu użytkowników.
- 2. Projekt kodu:
- Projektowanie kodów ortogonalnych wymaga dokładnego rozważenia czynników, takich jak częstotliwość chipów, długość i korelacja krzyżowa.
- Aby zoptymalizować wydajność, stosowane są zaawansowane techniki projektowania kodu.
6.Znaczenie kodów ortogonalnych w CDMA:
- 1. Zwiększona pojemność:
- Kody ortogonalne umożliwiają systemom CDMA jednoczesną obsługę wielu użytkowników, co skutkuje zwiększoną przepustowością sieci.
- 2. Odporność na zakłócenia:
- Niska korelacja pomiędzy kodami zapewnia odporność na zakłócenia, pozwalając na niezawodną komunikację w obecności sygnałów innych użytkowników.
- 3. Bezpieczeństwo:
- Zastosowanie unikalnych kodów ortogonalnych zwiększa bezpieczeństwo transmisji CDMA, utrudniając przechwycenie lub dekodowanie sygnałów osobom nieupoważnionym.
- 4. Efektywne wykorzystanie widma:
- Zdolność CDMA do korzystania z kodów ortogonalnych ułatwia efektywne wykorzystanie widma, umożliwiając większej liczbie użytkowników współdzielenie tego samego pasma częstotliwości.
7.Wniosek:
- Kody ortogonalne są podstawowym elementem technologii CDMA, umożliwiającym jednoczesną transmisję wielu sygnałów w tym samym spektrum częstotliwości.
- Ich niskie właściwości korelacji krzyżowej przyczyniają się do zwiększenia pojemności, odporności na zakłócenia i efektywnego wykorzystania dostępnego widma w systemach CDMA.
Podsumowując, kody ortogonalne w CDMA odgrywają kluczową rolę w umożliwieniu wielu użytkownikom jednoczesnego współużytkowania tego samego widma częstotliwości. Niska korelacja pomiędzy kodami zapewnia odporność na zakłócenia, przyczyniając się do wydajności, pojemności i bezpieczeństwa systemów komunikacyjnych CDMA.