Многостанционный доступ с кодовым разделением (cdma)
Многостанционный доступ с кодовым разделением (CDMA — Code Division Multiple Access) — технология, отличающаяся от доступа с частотным разделением и доступа с временным разделением. Она не использует для разделения каналов ни частоты, ни времени, хотя по многим признакам она напоминает частотный доступ (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Упрощенная структурная схема системы с кодовым разделением каналов
Каждый входной цифровой сигнал складывается ("модулируется") с отдельной "несущей", в качестве которой выступает псевдослучайная последовательность (ПСП). ПСП передается со скоростью большей, чем скорость исходного сигнала, после чего полученные сигналы объединяются в единый поток. При этом полоса частот, используемая в радиоканале, гораздо шире, чем полоса исходного сигнала. Этот процесс получил название расширение спектра (Spreading Specter). Псевдослучайные последовательности выбираются таким образом, чтобы на приемном конце их можно было разделить (отфильтровать) и отделить сигнал от его псевдослучайной последовательности ("несущей"). Передача единого объединенного потока осуществляется в одной полосе частот с помощью одного из видов фазовой манипуляции. Поэтому системы, основанные на CDMA, не требуют разделения полосы частот на отдельные каналы, что, в свою очередь, облегчает процесс хэндовера (переход из одной соты в другую).
Псевдослучайные последовательности должны иметь нулевую корреляцию, т. е. быть взаимонезависимы.
Существует два способа множественного (многостанционного) доступа с кодовым разделением каналов (CDMA):
ортогональный многостанционный доступ;
неортогональный многостанционный доступ, или асинхронный многостанционный доступ с кодовым разделением каналов.
3.1 Корреляция и ортогональные функции Уолша
Как было сказано выше, для объединения нескольких каналов при кодовом разделении каналов необходимо, чтобы псевдослучайные коды были разделимы с помощью корреляционного фильтра. Для этого они должны достаточно различаться. Степень подобия (похожести) функций в математике отображается с помощью корреляции. Различаются взаимная корреляция — сравнение двух функций, ортогональная корреляция — при полной независимости двух функций и автокорреляция — сравнение функции с собой при сдвиге во времени.
Взаимная корреляция (cross correlation) для двух периодических функций с периодом
определяется
формулой:
Она измеряет подобие двух сигналов, сдвинутых во времени.
Ортогональная корреляция — это частный случай взаимной корреляции, когда эта функция равна нулю:
Эти сигналы могут передаваться одновременно, поскольку они не создают взаимных помех.
Автокорреляция периодического сигнала определяется следующей формулой:
Она определяет подобие данной функции с ее же версией, сдвинутой во времени.
Для дискретных функций интегрирование можно заменить суммированием.
В системах многостанционного доступа с кодовым разделением каналов применяются ортогональные функции Уолша. Одним из необходимых (но не достаточных) свойств такого кода является его сбалансированность, т. е. одинаковое число нулей и единиц.
Однако ортогональные функции Уолша имеют недостатки. Система должна быть синхронизирована. При сдвиге синхронизации функции корреляция увеличивается.
Для сдвинутых по времени и несинхронизированных сигналов взаимная корреляция может быть не равна нулю. Они могут интерферировать друг с другом. Вот почему кодирование с помощью функций Уолша может применяться только при синхронном CDMA.