CDMA

• Yarım Hızda Evrişimsel Kodlayıcı Kullanır
• Her Giriş Biti için İki Bit Kodlanmış Veri Çıkarır

Birçok dijital hücresel sistemin aksine, CDMA tüm ses veri bitlerinde güçlü hata düzeltme sağlar. Amaç işgal edilen bant genişliğini artırmak (veriyi yaymak) olduğundan, bu CDMA’da arzu edilen bir durumdur.

İleri bağlantı, hata düzeltme yetenekleri sağlamak için yarım oranlı bir evrişimli kodlayıcı kullanır. Bu tür kodlayıcı, gelen seri verileri kabul eder ve bir dizi gecikme dokunuşundan ve düğümlerin toplanmasından türetilen kodlanmış verileri çıkarır.

Yarım oranlı bir kodlayıcı, her sembol girişi için iki çıkış sembolü üretir. CDMA ileri bağlantısı için yarım oranlı kodlayıcı, tek bir 9.600 bps veri akışı tarafından çalıştırıldığında iki adet 9.600 bps seri veri akışı üretir.

Bu iki 9.600 seri veri akışı, tek bir 19.200 bps veri akışı üretmek için daha yüksek bir hızda birleştirilir. Evrişimli kodlamanın ardından dijital verilerde ortaya çıkan fazlalık, TIA CDMA hücresel sistemine güçlü hata düzeltme yeteneği kazandırır.

CDMA’da Çerçeve Formatları Nasıl

Analog ses, ses kodlayıcı süreçlerinden biri tarafından sıkıştırıldıktan sonra, bir çerçeve oluşturmak için bazı ek veriler eklenir. CDMA’daki her kare, kullanılan veri hızına bakılmaksızın 20 milisaniyedir. Bu şekil hem 8 kbps hem de 13 kbps ses kodlayıcılar için tüm olası çerçeve konfigürasyonlarını gösterir.

8 kbps ses kodlayıcının tam hızda çalışması durumunda, her çerçeve bir karma mod biti, 171 ses kodlayıcı biti, 12 bit CRC ve 8 kodlayıcı kuyruk bitinden oluşur. Sonuç, 9.600 bps (192 bit x 50 kare/sn = 9.600 bps) sürekli tarih hızı üreten 192 bitlik bir çerçevedir.

Karışık mod biti, çerçevenin saf kanal verisi olup olmadığını veya en azından bir miktar sinyal içerip içermediğini gösterir. CRC bitleri mobil cihazın bir çerçevenin kodunu doğru şekilde çözdüğünü doğrulamasını sağlar. Kodlayıcı kuyruk bitleri, bir sonraki veri çerçevesinin işlenmesine hazırlık amacıyla evrişimli kodlayıcının içeriğini temizlemek için arka arkaya 8 sıfır sağlar.

CDG 13 kbps kodlayıcı için çerçeve hala 20 milisaniyedir ancak 14.400 bps (288 bit x 50 kare/sn = 14.400 bps) veri hızı üretmek için toplam 288 bit gönderilir.

14.400 bps kanal, 9.600 bps kanal gibi karma mod bitine, CRC bitlerine ve kodlayıcı kuyruk bitlerine sahiptir. Bununla birlikte, 14.400 bps kanalı tüm veri hızları için bir CRC içerirken 9.600 bps kanalı yalnızca tam ve yarım oranlı çerçeveler için bir CRC kontrolü sağlar.

14.400 bps’lik kanal aynı zamanda ileri bağlantıda ayrılmış olan ancak geri bağlantıda mobil tarafından bir çerçeve silinmesini belirtmek için kullanılan 1 bit içerir (CRC kontrolü başarılı olmadı). Bu, baz istasyonunun ileri bağlantı güç kontrolünü verimli bir şekilde gerçekleştirmesine yardımcı olur.

Vocoders Veri Sıkıştırmayı Kullanarak Sesi Analogdan Analoga Dönüştürür

Üç CDMA Ses Kodlayıcısı vardır:

1. IS-96A  Değişken Hız (maksimum 8 kbps)
2. CDG  Değişken Hız (maksimum 13 kbps)
3. EVRC  Değişken Hız (geliştirilmiş 8 kbps)

1. IS-96A – orta kalite
2. EVCR – neredeyse ücretli kalite
3. CDG – ücret kalitesi

Tüm dijital iletişim sistemleri, analog ses sinyallerini dijital forma dönüştürmek için çeşitli işlemler kullanır. Uzun mesafe telefon sistemleri, yüksek kalitede ses iletimi sağlamak için uzun yıllardır 8 bit PCM (Darbe Kodu Modülasyonu) kullanmaktadır. Çoğu PCM sistemi, sesi 64 kbps dijital veri akışına dönüştürmek için sekiz bit çözünürlükte örnekleme yapar.

Son yıllarda, ADPCM (Uyarlanabilir Delta PCM), yalnızca 32 kbps kullanırken aslında PCM ile aynı ses kalitesini sağladığı için düz PCM’ye popüler bir alternatif haline geldi. Bu, dijital ağ üzerinde kalite kaybıyla daha fazla ses kanalının gönderilmesine olanak tanır.

CDMA artık yüksek derecede veri sıkıştırma sağlarken sesi dijital forma dönüştürmek için üç ses kodlayıcı standardına sahiptir. IS-96A’da tanımlandığı şekliyle orijinal ses kodlayıcı, maksimum hızı yaklaşık 8 kbps olan değişken hızlı bir ses kodlayıcıdır.

Bu, PCM veya ADPCM kodlayıcılara göre oldukça büyük bir gelişmedir (dört ila sekiz kat daha verimli). Ancak bu ses kodlayıcının değişken hız yapısı nedeniyle ortalama bit hızı 4 kbps’nin altındadır!

Yeni CDG (CDMA Geliştirme Grubu) ses kodlayıcı da değişken hızlı bir ses kodlayıcıdır ancak esasen ücretli kalitede ses sağlamak için maksimum 13 kbps veri hızı kullanır. En son eklenen, maksimum 8 kbps veri hızını koruyan ancak ses kalitesi CGD 13 kbps ses kodlayıcıdan biraz daha düşük olan EVRC’dir (Gelişmiş Değişken Hız Kodlayıcı).

9600 bps veya 14400 bps’deki (tam hız) ses verileri ilk olarak, 9600 bps durumu için veri hızını iki katına çıkaran veya 14400 bps durumu için 1,33 katına çıkaran bir evrişimli kodlayıcıdan geçirilir.

Daha sonra, hız üzerinde hiçbir etkisi olmayan, ancak sinyalin son yeniden yapılandırılmasında zaman gecikmelerine neden olan bir işlem olan serpiştirilir.  Serpiştirme işlemleri evrişimli kodlayıcının etkinliğini arttırır. Verilerle uzun bir kod XOR’lanır; bu, bir ses gizliliği işlevidir ve kanalizasyon için gerekli değildir.

Kapalı döngü güç kontrol verileri daha sonra güç kontrol bitlerinin tam konumunu belirlemek için uzun kod kullanılarak veri akışına delinir.  CDMA daha sonra bir kanal oluşturmak için bazdan mobil bağlantıya benzersiz şekilde atanan 64 bitlik Walsh kodunu uygular.

Bu, ileri bağlantıda 64 kanallık fiziksel bir sınır belirler. Kodlanmış ses verileri sıfır ise Walsh dizisinin çıktısı alınır; veri bir ise Walsh kodunun mantıksal değil’i gönderilir. Walsh kodlaması veri hızında 64 kat artış sağlar. Veriler daha sonra I ve Q kanallarına bölünür ve kısa kodlarla karıştırılır.  Nihai sinyaller bir alçak geçiş filtresinden geçirilir ve sonunda bir I/Q modülatörüne gönderilir.

EIA/TIA-95-B CDMA’daki her 20 milisaniyelik çerçeve on altı “güç kontrol grubuna” bölünmüştür. Mobil iletim yaptığında, her güç kontrol grubu 1,2288 Mbps hızında 1536 veri sembolü (yonga) içerir.

Ses kodlayıcı daha düşük bir tarih hızına geçtiğinde, CDMA mobil cihazı yalnızca uygun sayıda güç kontrol grubu göndererek çıkışını patlatır. Örneğin, çeyrek hızda on altı güç kontrol grubundan yalnızca dördü iletilir.

İletilen grupların tam konumunun, iletilen gücün zamana yayılması için rastgele seçildiğini unutmayın. Veri hızının her düşürülmesinde ortalama iletilen güç 3 dB azalır.

• Her Çerçeve 16 Güç Kontrol Grubuna Ayrılmıştır
• Her Güç Kontrol Grubu 1536 Çip İçerir (12 kodlanmış ses bitini temsil eder)
• Her Düşük Veri Hızı için Ortalama Güç 3 dB Düşürülür

Ses kodlayıcı daha düşük hızlara geçtiğinde baz istasyonu biraz farklı bir şema kullanır. İlk olarak, EIA/TIA-95-B CDMA baz istasyonları iletimlerinde darbe oluşturmaz.

Bunun yerine, baz istasyonları 9.600 bps’lik tam hıza geri dönmek için aynı bit modellerini gerektiği kadar tekrarlıyor. Dolayısıyla, eğer ses kodlayıcı bir kareyi yarım hızda seçerse, veri bitleri tüm kareyi dolduracak şekilde iki kez gönderilir.

Daha sonra iletim gücü 3 dB azaltılır, çünkü verinin iki kez tekrarlanması sinyale üç dB daha fazla işlem kazancı ekler (yarı oranlı çerçeve için 21 dB + 3 dB = 24 dB). Kazancın azaltılması, tam oranlı bir çerçeve için mevcut olan sinyal-gürültü oranının yaklaşık olarak aynısını korur. Çeyrek ve sekizde bir oranındaki çerçeveler, her bir çerçeveyi doldurmak için verileri dört ve sekiz kez tekrarlar ve güç sırasıyla 6 ve 9 dB azaltılır.

Bu, tam hızın altında çalışan çerçeveler daha düşük güçle iletildiğinden, ileri bağlantıda daha fazla kapasiteye izin verir, bu da toplam paraziti azaltır.

• Düşük Hızlarda İletim Sırasında Veri Bitlerini Tekrarlar
• Tekrarlanan Veriler 3 dB Kodlama Kazanımı Sağlar
• Her Düşük Hız için TX Gücünü 3dB azaltır

CDMA, kapasiteyi artırmak için konuşma sırasındaki sessiz zamanlardan yararlanır.  Değişken hızlı bir ses kodlayıcı kullanılır; orijinal ses kodlayıcı için kanal, kullanıcı konuşurken 9.600 bps’dir.  Kullanıcı duraklattığında veya dinlerken veri hızı yalnızca 1.200 bps’ye (CDMA Değişken Hızlı Konuşma Kodlayıcı) düşer.

2.400 ve 4.800 bps veri hızları da diğer ikisi kadar sık ​​olmasa da kullanılıyor.  CDG 14,4 kbps ses kodlayıcı, 14.400, 7.200, 3.600 ve 1.800 bps’de çalışan dört kanal hızına benzer.

Veri hızı konuşma etkinliğine dayanır ve her 20 ms’de bir uygun hıza karar verilir. Normal telefon konuşmasının yaklaşık %40 etkinlik faktörü vardır.

Mobil istasyon, ses kodlayıcı 9.600 bps’nin altında çalışırken vericisini kapatarak veri hızını düşürür.  Bu nedenle, ses kodlayıcı belirli bir çerçeve için gereken iletim hızının tam hızdan daha az olduğunu belirlediğinde CDMA cep telefonları aynı zamanda bir TDMA modunda (darbeli) çalışır. 1.200 bps’de görev döngüsü, tam veri hızının (CDMA Değişken Hızlı Konuşma Kodlayıcı) yalnızca sekizde biri kadardır.

Bu görev döngüsü için zaman seçimi, sözde rastgele bir algoritmaya dayanan stokastiktir. Bu, her cep telefonunun iletim sürelerini rastgele hale getirme etkisine sahiptir. Birçok kullanıcı üzerinden ortalama alındığında ortalama iletilen güç azalır.

Cep telefonunun iletim gücünü düşürmek, diğer tüm kullanıcılar için parazit düzeyini azaltır. Bu, CDMA’nın kapasitesini neredeyse iki kat artırır (CDMA Değişken Hızda Konuşma Kodlayıcı).

NASIL ÇALIŞIR?

• DSP, Faaliyet İçin 20 Milisaniyelik Konuşma Blokunu Analiz Ediyor
• Etkinliğe Göre Kodlama Hızını Seçer:
• Yüksek Etkinlik  Tam Veri Hızında Kodlama (9600 bps)
• Bazı Etkinlik  Yarı Veri Hızında Kodlama (4800 bps)
• Düşük Etkinlik Çeyrek Veri Hızı Kodlaması (2400 bps)
• Etkinlik Yok  1/8 Veri Hızı Kodlaması (1200 bps)
• Bu, Kapasiteyi Nasıl Artırır?
• 1,25 ms’lik Seri Hızlarda Mobil İletimler
• Sistem Kapasitesi 1/Ses Aktivite Faktörü

Artar

Kapalı döngü güç kontrolü, mobil üniteden gelen gücün açık döngü kontrolü tarafından belirlenen nominal değerden sapmasına izin vermek için kullanılır. Bu bir çeşit delta modülatörüyle yapılır.  Baz istasyonu, her bir mobil istasyondan alınan gücü ters bağlantıyla izler ve mobil cihaza, 1 dB’lik sabit bir adımla gücü artırması veya gücü azaltması komutunu verir.  Bu işlem saniyede 800 kez, yani her 1,25 msn’de bir tekrarlanır.

Baz istasyonundan cep telefonuna gönderilen Ters güç kontrol verileri, kodlanmış ses verilerinin İleri yönde değiştirilmesiyle veri akışına eklenir. Güç kontrol verileri, kodlanmış ses verilerinin üzerine yazılarak veri akışına yazıldığı için bu işleme “delme” adı verilir. Güç kontrol verileri, baz istasyonu tarafından iletilen her 1,25 milisaniyelik verinin 103,6 mikrosaniyesini kaplar.

Cep telefonunun gücü, baz istasyonundaki bağlantıyı sürdürmek için gerekenden daha fazla olmayacak şekilde kontrol edildiğinden, bir CDMA cep telefonu genellikle analog bir telefondan çok daha az güç iletir.

Baz istasyonu, alınan sinyal kalitesini saniyede 800 kez izler ve alınan sinyal kalitesi yeterli olana kadar cep telefonunu gücünü artırması veya azaltması için yönlendirir (BTS Her Kez Gücü Ters Yönde Arttırma veya Azaltma komutu gönderir). Bu çalışma noktası yayılma koşullarına, kullanıcı sayısına ve çevredeki hücrelerin yoğunluğuna ve yüklenmesine göre değişir.

Analog cep telefonlarının, zayıflama durumunda bile bağlantıyı sürdürmek için yeterli gücü iletmeleri gerekir.  Çoğu zaman analog telefonlar aşırı güç iletir.   CDMA telsizleri gerçek zamanlı olarak kontrol edilir ve değişen RF ortamına bağlı olarak kaliteli bir iletimi sürdürecek güç seviyesinde tutulur.

Bunun daha uzun pil ömrü ve daha küçük, daha düşük maliyetli amplifikatör tasarımı avantajı vardır.  Cep telefonu radyasyonuyla ilgili son zamanlardaki sağlık endişelerinin aslında bir temeli olduğu belirlenirse, çok daha düşük RF çıkış gücü nedeniyle CDMA tercih edilecektir.

Hangi Kapalı Güç Kontrol Kriterleri ?

• Baz İstasyonu Tarafından Yönetildi
• Her 1,25 msn’de bir güncellenir
• Cep Telefonuna TX Gücünü +/- 1 dB Adım Boyutunda Değiştirme Komutunu Verir
• İnce Ayar Açık Döngü Güç Tahmini
• Güç Kontrol Bitleri Kodlanmış Ses Verileri Üzerinde “Delinmiştir”
• Delinme Süresi İki 19,2 kbps
• Sembol Dönemleri = 104,2 kullanım

Aşağıdaki nedenden dolayı Açık Döngü Güç Kontrolü cdma’da gerektirir.

• Kayıpların İleri Yollarda ve Geri Yollarda Benzer Olduğunu Varsayım
• Alma Gücü + İletim Gücü = -73

1. Tüm Güçler dBm cinsinden

• Örnek: -85 dBm’lik Alınan Güç İçin

1. İletim Gücü = (-73) – (- 85)
2. İletim Gücü = +12 dBm

• Belirli Yayılım Koşulları için Ters TX Gücünün Tahminini Sağlar

Açık döngü güç kontrolü, ileri yoldaki kaybın ters yoldaki kayıpla benzerliğine dayanır (ileri, bazdan mobile bağlantıyı belirtirken geri, mobilden tabana bağlantıyı belirtir).

Açık döngü kontrolü, eğer hem geri hem de ileri güçler dBm cinsindense, iletim gücü ve alma gücünün toplamını sabit, nominal olarak -73’e ayarlar.  Alıcı antendeki sinyal seviyesindeki bir azalma, vericiden gelen sinyal gücünde bir artışa neden olacaktır.

Örneğin baz istasyonundan alınan Forward gücünün -85 dBm olduğunu varsayalım.  Bu, 1,23 MHz alıcı bant genişliğinde alınan toplam enerjidir. Hizmet veren baz istasyonundan ve aynı frekansta yakındaki diğer baz istasyonlarından gelen kompozit sinyali içerir.

-85 dBm alınan güç için açık döngü iletim gücü ayarı +12 dBm olacaktır. Böylece açık döngü güç kontrolü, telefonun iletim gücünü, telefonun herhangi bir zamanda karşılaştığı yayılma koşullarına uyacak şekilde ayarlar.

TIA/EIA-98 standart spesifikasyonuna göre, açık döngü güç kontrolü dönüş hızı, baz istasyonu tarafından yönlendirilen kapalı döngü güç kontrolünün dönüş hızıyla kabaca eşleşecek şekilde sınırlıdır. Bu, açık döngü güç kontrolünün, alıcı sinyal seviyesi düşüşüne yanıt olarak aniden aşırı güç aktarması olasılığını ortadan kaldırır.

Aşağıdaki nedenlerden dolayı Ters bağlantı CDMA’sında Güç Kontrolü Gereklidir.

Maksimum Sistem Kapasitesine şu durumlarda ulaşılır:

• Tüm Cep Telefonları, Ters Bağlantıda Kabul Edilebilir Sinyal Kalitesi için Minimum Güce Kadar Güç Kontrollüdür.
• Sonuç Olarak Ters Bağlantıda Tüm Cep Telefonları Konumlarından Bağımsız Olarak Baz İstasyonunda Yaklaşık Eşit Güçte Alınır.

• Açık Döngü Güç Kontrolü
• Kapalı Döngü Güç Kontrolü

CDMA’yı etkinleştiren temel teknolojilerden biri güç kontrolüdür.  CDMA sistem kapasitesi için sınırlayıcı faktör toplam müdahale olduğundan, her bir mobil cihazın gücünün kontrol edilmesi, maksimum kapasiteye ulaşmak için kritik öneme sahiptir. CDMA cep telefonları, Ters Bağlantıda verilen koşullar için kabul edilebilir kaliteyi sağlayan minimum güce göre güç kontrollüdür.

Sonuç olarak, her mobilin sinyali baz istasyonuna yaklaşık olarak eşit seviyelerde ulaşır (Yukarı Bağlantı Güç Kontrolü için Uplink anlamına gelir).  Bu şekilde bir üniteden diğerine müdahale minimumda tutulur.  Ters bağlantı için iki tür Ters güç kontrolü kullanılır: açık çevrim güç kontrolü ve kapalı çevrim güç kontrolü.

Mantıklı görünse de, bir trafik kanalı kurulduğunda hem açık hem de kapalı döngü güç kontrolü aynı anda aktif olur. Her ikisi de sürekli olarak aktiftir ve Ters Güç Kontrolünde ilgili kontrol algoritmalarına göre telefonun gücünü kontrol ederler.