Acesso Múltiplo por Divisão de Código - Code-division multiple access

O acesso múltiplo por divisão de código ( CDMA ) é um método de acesso de canal usado por várias tecnologias de comunicação de rádio . CDMA é um exemplo de acesso múltiplo , onde vários transmissores podem enviar informações simultaneamente por um único canal de comunicação. Isso permite que vários usuários compartilhem uma banda de frequências (consulte largura de banda ). Para permitir isso sem interferência indevida entre os usuários, o CDMA emprega tecnologia de espalhamento espectral e um esquema de codificação especial (onde cada transmissor recebe um código).

O CDMA otimiza o uso da largura de banda disponível, pois transmite em toda a faixa de frequência e não limita a faixa de frequência do usuário.

É usado como método de acesso em muitos padrões de telefonia móvel . IS-95 , também chamado de "cdmaOne", e sua evolução 3G CDMA2000 , são frequentemente referidos simplesmente como "CDMA", mas UMTS , o padrão 3G usado pelas operadoras GSM , também usa "CDMA de banda larga", ou W-CDMA, como bem como TD-CDMA e TD-SCDMA, como suas tecnologias de rádio.

Também pode ser usado como um canal ou tecnologia de acesso médio, como ALOHA, por exemplo, ou como um piloto permanente / canal de sinalização para permitir que os usuários sincronizem seus osciladores locais para uma frequência de sistema comum, desse modo também estimando os parâmetros do canal permanentemente.

Nestes esquemas, a mensagem é modulada em uma sequência de propagação mais longa, consistindo em vários chips (0es e 1es). Devido às suas características de autocorrelação e cruzada muito vantajosas, essas sequências de espalhamento também são usadas para aplicações de radar há muitas décadas, onde são chamadas de códigos de Barker (com um comprimento de sequência muito curto, normalmente de 8 a 32).

Para aplicações de comunicação baseadas no espaço, ele também é usado há muitas décadas, devido à grande perda de caminho e deslocamento Doppler causados pelo movimento do satélite. Normalmente nessas aplicações, nem FDMA nem TDMA são usados como uma modulação única, devido a este efeito. CDMA é frequentemente usado com BPSK em sua forma mais simples, mas pode ser combinado com qualquer esquema de modulação como em casos avançados QAM ou OFDM, o que normalmente o torna muito robusto e eficiente (e equipando-os com recursos de alcance preciso, o que é difícil sem CDMA) . Outros esquemas usam subportadoras baseadas em portadora de deslocamento binário (BOC), que é inspirada nos códigos Manchester e permitem uma lacuna maior entre a frequência central virtual e as subportadoras, o que não é o caso das subportadoras OFDM. Muitas operadoras (como AT&T e Verizon ) fecharão redes 3G CDMA em 2022.

História

A tecnologia de canais de acesso múltiplo por divisão de código é conhecida há muito tempo. Na União Soviética (URSS), o primeiro trabalho dedicado a este assunto foi publicado em 1935 por Dmitry Ageev . Foi demonstrado que através da utilização de métodos lineares, existem três tipos de separação de sinais: frequência, tempo e compensatória. A tecnologia do CDMA foi usada em 1957, quando o jovem engenheiro de rádio militar Leonid Kupriyanovich em Moscou fez um modelo experimental de um telefone móvel automático vestível, chamado por ele LK-1, com uma estação base. O LK-1 pesa 3 kg, distância de operação de 20 a 30 km e bateria de 20 a 30 horas. A estação base, conforme descrito pelo autor, pode servir a vários clientes. Em 1958, Kupriyanovich fez o novo modelo experimental de "bolso" de telefone celular. Este telefone pesava 0,5 kg. Para atender a mais clientes, Kupriyanovich propôs o dispositivo, que chamou de "correlacionador". Em 1958, a URSS também iniciou o desenvolvimento do serviço nacional de telefonia móvel civil " Altai " para automóveis, baseado no padrão soviético MRT-1327. O sistema telefônico pesava 11 kg (24 lb). Ele foi colocado no porta-malas dos veículos de funcionários de alto escalão e utilizado um monofone padrão no compartimento de passageiros. Os principais desenvolvedores do sistema Altai foram VNIIS (Instituto de Pesquisas Científicas de Comunicações de Voronezh) e GSPI (Instituto Estadual de Projetos Especializados). Em 1963, esse serviço foi iniciado em Moscou e, em 1970, o serviço Altai foi usado em 30 cidades da URSS.

Usos

Um telefone celular CDMA2000

O CDM síncrono ('multiplexação' por divisão de código, uma geração inicial do CDMA) foi implementado no Sistema de Posicionamento Global (GPS). Isso é anterior e diferente de seu uso em telefones celulares .
O padrão IS-95 da Qualcomm , comercializado como cdmaOne.
O padrão IS-2000 da Qualcomm , conhecido como CDMA2000, é usado por várias empresas de telefonia móvel, incluindo a rede Globalstar .
O padrão de telefone móvel UMTS 3G, que usa W-CDMA .
O CDMA tem sido usado no sistema de satélites OmniTRACS para logística de transporte .

Etapas na modulação CDMA

CDMA é uma técnica de acesso múltiplo de amplo espectro. Uma técnica de espalhamento espectral espalha a largura de banda dos dados uniformemente para a mesma potência transmitida. Um código de propagação é um código pseudoaleatório que possui uma função de ambigüidade estreita , ao contrário de outros códigos de pulso estreitos. Em CDMA, um código gerado localmente é executado a uma taxa muito mais alta do que os dados a serem transmitidos. Os dados para transmissão são combinados por XOR bit a bit (OU exclusivo) com o código mais rápido. A figura mostra como um sinal de espalhamento espectral é gerado. O sinal de dados com duração de pulso de (período do símbolo) é XORed com o sinal de código com duração do pulso de (período do chip). (Nota: a largura de banda é proporcional a , onde = tempo de bit.) Portanto, a largura de banda do sinal de dados é e a largura de banda do sinal de espalhamento espectral é . Como é muito menor que , a largura de banda do sinal de espalhamento espectral é muito maior do que a largura de banda do sinal original. A proporção é chamada de fator de difusão ou ganho de processamento e determina, até certo ponto, o limite superior do número total de usuários suportados simultaneamente por uma estação base. ${\ displaystyle T_ {b}}$ ${\ displaystyle T_ {c}}$ ${\ displaystyle 1 / T}$ ${\ displaystyle T}$ ${\ displaystyle 1 / T_ {b}}$ ${\ displaystyle 1 / T_ {c}}$ ${\ displaystyle T_ {c}}$ ${\ displaystyle T_ {b}}$ ${\ displaystyle T_ {b} / T_ {c}}$

Geração de um sinal CDMA

Cada usuário em um sistema CDMA usa um código diferente para modular seu sinal. A escolha dos códigos usados para modular o sinal é muito importante no desempenho dos sistemas CDMA. O melhor desempenho ocorre quando há uma boa separação entre o sinal de um usuário desejado e os sinais de outros usuários. A separação dos sinais é feita correlacionando o sinal recebido com o código gerado localmente do usuário desejado. Se o sinal corresponder ao código do usuário desejado, a função de correlação será alta e o sistema poderá extrair esse sinal. Se o código do usuário desejado não tiver nada em comum com o sinal, a correlação deve ser o mais próxima possível de zero (eliminando assim o sinal); isso é conhecido como correlação cruzada . Se o código estiver correlacionado com o sinal em qualquer deslocamento de tempo diferente de zero, a correlação deve ser o mais próximo possível de zero. Isso é conhecido como autocorrelação e é usado para rejeitar interferência de múltiplos caminhos.

Uma analogia para o problema de acesso múltiplo é uma sala (canal) em que as pessoas desejam falar umas com as outras simultaneamente. Para evitar confusão, as pessoas podem se revezar para falar (divisão de tempo), falar em tons diferentes (divisão de frequência) ou falar em idiomas diferentes (divisão de código). O CDMA é análogo ao último exemplo em que pessoas que falam a mesma língua podem se entender, mas outras línguas são percebidas como ruído e rejeitadas. Da mesma forma, no rádio CDMA, cada grupo de usuários recebe um código compartilhado. Muitos códigos ocupam o mesmo canal, mas apenas os usuários associados a um determinado código podem se comunicar.

Em geral, o CDMA pertence a duas categorias básicas: síncrono (códigos ortogonais) e assíncrono (códigos pseudo-aleatórios).

Multiplexação por divisão de código (CDMA síncrono)

O método de modulação digital é análogo aos usados em transceptores de rádio simples. No caso analógico, um sinal de dados de baixa frequência é multiplicado no tempo por uma portadora de onda senoidal pura de alta frequência e transmitido. Esta é efetivamente uma convolução de frequência ( teorema de Wiener-Khinchin ) dos dois sinais, resultando em uma portadora com bandas laterais estreitas. No caso digital, a portadora senoidal é substituída por funções de Walsh . Estas são ondas quadradas binárias que formam um conjunto ortonormal completo. O sinal de dados também é binário e a multiplicação do tempo é obtida com uma função XOR simples. Geralmente é um mixer de célula Gilbert no circuito.

O CDMA síncrono explora propriedades matemáticas de ortogonalidade entre vetores que representam as cadeias de dados. Por exemplo, a sequência binária 1011 é representada pelo vetor (1, 0, 1, 1). Os vetores podem ser multiplicados tomando seu produto escalar , somando os produtos de seus respectivos componentes (por exemplo, se u = ( a , b ) ev = ( c , d ), então seu produto escalar u · v = ac + bd ) Se o produto escalar for zero, os dois vetores são considerados ortogonais entre si. Algumas propriedades do produto escalar auxiliam na compreensão de como o W-CDMA funciona. Se vetores a e b são ortogonais, em seguida, e: ${\ displaystyle \ mathbf {a} \ cdot \ mathbf {b} = 0}$

{\ displaystyle \ mathbf {a} \ cdot (\ mathbf {a} + \ mathbf {b}) = \ | \ mathbf {a} \ | ^ {2}, \ {\ text {desde}} \ \ mathbf { a} \ cdot \ mathbf {a} + \ mathbf {a} \ cdot \ mathbf {b} = \ | \ mathbf {a} \ | ^ {2} +0,}

{\ displaystyle \ mathbf {a} \ cdot (- \ mathbf {a} + \ mathbf {b}) = - \ | \ mathbf {a} \ | ^ {2}, \ {\ text {desde}} \ { - \ mathbf {a}} \ cdot \ mathbf {a} + \ mathbf {a} \ cdot \ mathbf {b} = - \ | \ mathbf {a} \ | ^ {2} +0,}

{\ displaystyle \ mathbf {b} \ cdot (\ mathbf {a} + \ mathbf {b}) = \ | \ mathbf {b} \ | ^ {2}, \ {\ text {desde}} \ \ mathbf { b} \ cdot \ mathbf {a} + \ mathbf {b} \ cdot \ mathbf {b} = 0 + \ | \ mathbf {b} \ | ^ {2},}

{\ displaystyle \ mathbf {b} \ cdot (\ mathbf {a} - \ mathbf {b}) = - \ | \ mathbf {b} \ | ^ {2}, \ {\ text {desde}} \ \ mathbf {b} \ cdot \ mathbf {a} - \ mathbf {b} \ cdot \ mathbf {b} = 0- \ | \ mathbf {b} \ | ^ {2}.}

Cada usuário em CDMA síncrono usa um código ortogonal aos códigos dos outros para modular seu sinal. Um exemplo de 4 sinais digitais mutuamente ortogonais é mostrado na figura abaixo. Os códigos ortogonais têm uma correlação cruzada igual a zero; em outras palavras, eles não interferem um no outro. No caso do IS-95, os códigos Walsh de 64 bits são usados para codificar o sinal para separar usuários diferentes. Como cada um dos 64 códigos de Walsh é ortogonal a todos os outros, os sinais são canalizados em 64 sinais ortogonais. O exemplo a seguir demonstra como o sinal de cada usuário pode ser codificado e decodificado.

Exemplo

Um exemplo de 4 sinais digitais mutuamente ortogonais

Comece com um conjunto de vetores que são mutuamente ortogonais . (Embora a ortogonalidade mútua seja a única condição, esses vetores são geralmente construídos para facilitar a decodificação, por exemplo, colunas ou linhas de matrizes Walsh .) Um exemplo de funções ortogonais é mostrado na imagem adjacente. Estes vetores serão atribuídos a usuários individuais e são chamados de código , chip de código , ou código de lascar . Por motivos de brevidade, o restante deste exemplo usa códigos v com apenas dois bits.

Cada usuário está associado a um código diferente, digamos v . Um bit 1 é representado pela transmissão de um código positivo v , e um bit 0 é representado por um código negativo −v . Por exemplo, se v = ( v ₀ , v ₁ ) = (1, −1) e os dados que o usuário deseja transmitir são (1, 0, 1, 1), então os símbolos transmitidos seriam

( v , −v , v , v ) = ( v ₀ , v ₁ , - v ₀ , - v ₁ , v ₀ , v ₁ , v ₀ , v ₁ ) = (1, −1, −1, 1, 1, −1, 1, −1).

Para os fins deste artigo, chamamos esse vetor construído de vetor transmitido .

Cada emissor tem um vetor v diferente e único escolhido desse conjunto, mas o método de construção do vetor transmitido é idêntico.

Agora, devido às propriedades físicas de interferência, se dois sinais em um ponto estão em fase, eles somam para dar o dobro da amplitude de cada sinal, mas se estiverem fora de fase, eles subtraem e dão um sinal que é a diferença do amplitudes. Digitalmente, esse comportamento pode ser modelado pela adição dos vetores de transmissão, componente por componente.

Se remetente0 tiver código (1, −1) e dados (1, 0, 1, 1), e remetente1 tiver código (1, 1) e dados (0, 0, 1, 1), e ambos os remetentes transmitirem simultaneamente, então esta tabela descreve as etapas de codificação:

Etapa	Codificar remetente0	Codificar remetente1
0	código0 = (1, −1), dados0 = (1, 0, 1, 1)	código1 = (1, 1), dados1 = (0, 0, 1, 1)
1	encode0 = 2 (1, 0, 1, 1) - (1, 1, 1, 1) = (1, −1, 1, 1)	encode1 = 2 (0, 0, 1, 1) - (1, 1, 1, 1) = (−1, −1, 1, 1)
2	sinal0 = codificar0 ⊗ código0 = (1, −1, 1, 1) ⊗ (1, −1) = (1, −1, −1, 1, 1, −1, 1, −1)	sinal1 = codificar1 ⊗ código1 = (−1, −1, 1, 1) ⊗ (1, 1) = (−1, −1, −1, −1, 1, 1, 1, 1)

Como o sinal0 e o sinal1 são transmitidos ao mesmo tempo para o ar, eles adicionam para produzir o sinal bruto

(1, −1, −1, 1, 1, −1, 1, −1) + (−1, −1, −1, −1, 1, 1, 1, 1) = (0, −2, -2, 0, 2, 0, 2, 0).

Esse sinal bruto é chamado de padrão de interferência. O receptor então extrai um sinal inteligível para qualquer remetente conhecido, combinando o código do remetente com o padrão de interferência. A tabela a seguir explica como isso funciona e mostra que os sinais não interferem entre si:

Etapa	Decodificar remetente0	Decodificar remetente1
0	código 0 = (1, −1), sinal = (0, −2, −2, 0, 2, 0, 2, 0)	código 1 = (1, 1), sinal = (0, −2, −2, 0, 2, 0, 2, 0)
1	decode0 = pattern.vector0	decode1 = pattern.vector1
2	decodificar 0 = ((0, −2), (−2, 0), (2, 0), (2, 0)) · (1, −1)	decodificar 1 = ((0, −2), (−2, 0), (2, 0), (2, 0)) · (1, 1)
3	decodificar 0 = ((0 + 2), (−2 + 0), (2 + 0), (2 + 0))	decodificar 1 = ((0 - 2), (−2 + 0), (2 + 0), (2 + 0))
4	dados0 = (2, −2, 2, 2), o que significa (1, 0, 1, 1)	dados1 = (- 2, −2, 2, 2), o que significa (0, 0, 1, 1)

Além disso, após a decodificação, todos os valores maiores que 0 são interpretados como 1, enquanto todos os valores menores que zero são interpretados como 0. Por exemplo, após a decodificação, dados0 são (2, −2, 2, 2), mas o receptor interpreta isso como (1, 0, 1, 1). Valores exatamente 0 significam que o remetente não transmitiu nenhum dado, como no exemplo a seguir:

Suponha que o sinal 0 = (1, −1, −1, 1, 1, −1, 1, −1) seja transmitido sozinho. A tabela a seguir mostra a decodificação no receptor:

Etapa	Decodificar remetente0	Decodificar remetente1
0	código 0 = (1, −1), sinal = (1, −1, −1, 1, 1, −1, 1, −1)	código1 = (1, 1), sinal = (1, −1, −1, 1, 1, −1, 1, −1)
1	decode0 = pattern.vector0	decode1 = pattern.vector1
2	decodificar 0 = ((1, −1), (−1, 1), (1, −1), (1, −1)) · (1, −1)	decodificar 1 = ((1, −1), (−1, 1), (1, −1), (1, −1)) · (1, 1)
3	decodificar 0 = ((1 + 1), (−1 - 1), (1 + 1), (1 + 1))	decodificar 1 = ((1 - 1), (−1 + 1), (1 - 1), (1 - 1))
4	dados0 = (2, −2, 2, 2), o que significa (1, 0, 1, 1)	dados1 = (0, 0, 0, 0), o que significa que não há dados

Quando o receptor tenta decodificar o sinal usando o código do remetente1, os dados são todos zeros, portanto, a correlação cruzada é igual a zero e é claro que o remetente1 não transmitiu nenhum dado.

CDMA assíncrono

Quando os links móvel-base não podem ser coordenados com precisão, principalmente devido à mobilidade dos aparelhos, uma abordagem diferente é necessária. Uma vez que não é matematicamente possível criar sequências de assinatura que sejam ortogonais para pontos de partida arbitrariamente aleatórios e que façam uso total do espaço do código, sequências "pseudo-aleatórias" ou "pseudo-ruído" exclusivas chamadas sequências de espalhamento são usadas em CDMA assíncrono sistemas. Uma sequência de propagação é uma sequência binária que parece aleatória, mas pode ser reproduzida de maneira determinística pelos receptores pretendidos. Essas sequências de propagação são usadas para codificar e decodificar o sinal de um usuário em CDMA assíncrono da mesma maneira que os códigos ortogonais em CDMA síncrono (mostrado no exemplo acima). Essas sequências de propagação não são estatisticamente correlacionadas e a soma de um grande número de sequências de propagação resulta em interferência de acesso múltiplo (MAI) que é aproximada por um processo de ruído gaussiano (seguindo o teorema do limite central nas estatísticas). Os códigos ouro são um exemplo de sequência de espalhamento adequada para esse fim, pois há baixa correlação entre os códigos. Se todos os usuários forem recebidos com o mesmo nível de potência, a variação (por exemplo, a potência do ruído) do MAI aumenta em proporção direta ao número de usuários. Em outras palavras, ao contrário do CDMA síncrono, os sinais de outros usuários aparecerão como ruído para o sinal de interesse e interferirão levemente no sinal desejado em proporção ao número de usuários.

Todas as formas de CDMA usam o fator de espalhamento de espalhamento espectral para permitir que os receptores discriminem parcialmente os sinais indesejados. Os sinais codificados com as sequências de propagação especificadas são recebidos, enquanto os sinais com sequências diferentes (ou as mesmas sequências, mas deslocamentos de temporização diferentes) aparecem como ruído de banda larga reduzido pelo fator de propagação.

Uma vez que cada usuário gera MAI, controlar a intensidade do sinal é uma questão importante com os transmissores CDMA. Um receptor CDM (CDMA síncrono), TDMA ou FDMA pode, em teoria, rejeitar completamente sinais arbitrariamente fortes usando diferentes códigos, intervalos de tempo ou canais de frequência devido à ortogonalidade desses sistemas. Isso não é verdade para CDMA assíncrono; a rejeição de sinais indesejados é apenas parcial. Se algum ou todos os sinais indesejados forem muito mais fortes do que o sinal desejado, eles o sobrecarregarão. Isso leva a um requisito geral em qualquer sistema CDMA assíncrono para coincidir aproximadamente os vários níveis de potência de sinal, conforme visto no receptor. No celular CDMA, a estação base usa um esquema de controle de energia de loop fechado rápido para controlar rigidamente a energia de transmissão de cada dispositivo móvel.

Em 2019, foram desenvolvidos esquemas para estimar com precisão o comprimento necessário dos códigos na dependência do Doppler e das características de atraso. Logo depois, técnicas baseadas em aprendizado de máquina que geram sequências de um comprimento desejado e propriedades de espalhamento também foram publicadas. Eles são altamente competitivos com as sequências clássicas de Gold e Welch. Eles não são gerados por registradores de deslocamento de feedback linear, mas devem ser armazenados em tabelas de pesquisa.

Vantagens do CDMA assíncrono sobre outras técnicas

Utilização prática eficiente do espectro de frequência fixa

Em teoria, CDMA, TDMA e FDMA têm exatamente a mesma eficiência espectral, mas, na prática, cada um tem seus próprios desafios - controle de potência no caso de CDMA, temporização no caso de TDMA e geração / filtragem de frequência no caso de FDMA .

Os sistemas TDMA devem sincronizar cuidadosamente os tempos de transmissão de todos os usuários para garantir que sejam recebidos no intervalo de tempo correto e não causem interferência. Como isso não pode ser perfeitamente controlado em um ambiente móvel, cada slot de tempo deve ter um tempo de guarda, o que reduz a probabilidade de os usuários interferirem, mas diminui a eficiência espectral.

Da mesma forma, os sistemas FDMA devem usar uma banda de guarda entre os canais adjacentes, devido ao deslocamento Doppler imprevisível do espectro do sinal devido à mobilidade do usuário. As bandas de guarda reduzirão a probabilidade de que canais adjacentes interfiram, mas diminuirão a utilização do espectro.

Alocação flexível de recursos

O CDMA assíncrono oferece uma vantagem chave na alocação flexível de recursos, ou seja, alocação de sequências de difusão para usuários ativos. No caso do CDM (CDMA síncrono), TDMA e FDMA, o número de códigos ortogonais simultâneos, intervalos de tempo e intervalos de frequência, respectivamente, são fixos, portanto, a capacidade em termos do número de usuários simultâneos é limitada. Há um número fixo de códigos ortogonais, intervalos de tempo ou bandas de frequência que podem ser alocados para sistemas CDM, TDMA e FDMA, que permanecem subutilizados devido à natureza intermitente da telefonia e das transmissões de dados em pacotes. Não há limite estrito para o número de usuários que podem ser suportados em um sistema CDMA assíncrono, apenas um limite prático governado pela probabilidade de erro de bit desejada, uma vez que o SIR (relação sinal-interferência) varia inversamente com o número de usuários. Em um ambiente de tráfego intenso como a telefonia móvel, a vantagem proporcionada pelo CDMA assíncrono é que o desempenho (taxa de erro de bit) pode flutuar aleatoriamente, com um valor médio determinado pelo número de usuários vezes a porcentagem de utilização. Suponha que haja 2 N usuários que falam apenas metade do tempo, então 2 N usuários podem ser acomodados com a mesma probabilidade média de erro de bit que N usuários que falam o tempo todo. A principal diferença aqui é que a probabilidade de erro de bit para N usuários falando o tempo todo é constante, ao passo que é uma quantidade aleatória (com a mesma média) para 2 N usuários falando metade do tempo.

Em outras palavras, o CDMA assíncrono é ideal para uma rede móvel onde um grande número de transmissores gera, cada um, uma quantidade relativamente pequena de tráfego em intervalos irregulares. Os sistemas CDM (CDMA síncrono), TDMA e FDMA não podem recuperar os recursos subutilizados inerentes ao tráfego em rajadas devido ao número fixo de códigos ortogonais , slots de tempo ou canais de frequência que podem ser atribuídos a transmissores individuais. Por exemplo, se houver N slots de tempo em um sistema TDMA e 2 N usuários que falam metade do tempo, então na metade do tempo haverá mais de N usuários que precisam usar mais de N intervalos de tempo. Além disso, seria necessária uma sobrecarga significativa para alocar e desalocar continuamente os recursos de código ortogonal, intervalo de tempo ou canal de frequência. Em comparação, os transmissores CDMA assíncronos simplesmente enviam quando têm algo a dizer e saem do ar quando não têm, mantendo a mesma sequência de assinatura enquanto estiverem conectados ao sistema.

Características de espectro de propagação de CDMA

A maioria dos esquemas de modulação tenta minimizar a largura de banda desse sinal, pois a largura de banda é um recurso limitado. No entanto, as técnicas de espalhamento espectral usam uma largura de banda de transmissão que é várias ordens de magnitude maior do que a largura de banda mínima necessária do sinal. Uma das razões iniciais para fazer isso foram os aplicativos militares, incluindo sistemas de orientação e comunicação. Esses sistemas foram projetados usando espalhamento espectral devido à sua segurança e resistência ao bloqueio. O CDMA assíncrono tem algum nível de privacidade embutido porque o sinal é espalhado usando um código pseudo-aleatório; este código faz com que os sinais de espectro de dispersão pareçam aleatórios ou tenham propriedades semelhantes a ruído. Um receptor não pode demodular esta transmissão sem o conhecimento da seqüência pseudo-aleatória usada para codificar os dados. O CDMA também é resistente ao bloqueio. Um sinal de interferência tem apenas uma quantidade finita de potência disponível para interferir no sinal. O jammer pode espalhar sua energia por toda a largura de banda do sinal ou interferir em apenas parte de todo o sinal.

O CDMA também pode rejeitar com eficácia a interferência de banda estreita. Como a interferência de banda estreita afeta apenas uma pequena parte do sinal de espalhamento espectral, ela pode ser facilmente removida por meio da filtragem de entalhe sem muita perda de informações. A codificação de convolução e a intercalação podem ser usadas para auxiliar na recuperação desses dados perdidos. Os sinais CDMA também são resistentes ao desvanecimento multipercurso. Como o sinal de espalhamento espectral ocupa uma grande largura de banda, apenas uma pequena parte dele sofrerá desvanecimento devido ao multipercurso a qualquer momento. Como a interferência de banda estreita, isso resultará em apenas uma pequena perda de dados e pode ser superado.

Outro motivo pelo qual o CDMA é resistente à interferência de caminhos múltiplos é porque as versões atrasadas dos códigos pseudoaleatórios transmitidos terão correlação fraca com o código pseudoaleatório original e, portanto, aparecerão como outro usuário, que é ignorado no receptor. Em outras palavras, desde que o canal de caminhos múltiplos induza pelo menos um chip de atraso, os sinais de caminhos múltiplos chegarão ao receptor de modo que sejam deslocados no tempo por pelo menos um chip do sinal pretendido. As propriedades de correlação dos códigos pseudo-aleatórios são tais que este pequeno atraso faz com que o multipercurso apareça não correlacionado com o sinal pretendido e, portanto, é ignorado.

Alguns dispositivos CDMA usam um receptor de rake , que explora componentes de atraso de multipath para melhorar o desempenho do sistema. Um receptor de rake combina as informações de vários correlacionadores, cada um sintonizado com um atraso de caminho diferente, produzindo uma versão mais forte do sinal do que um receptor simples com uma única correlação sintonizada com o atraso de caminho do sinal mais forte.

Reutilização de frequência é a capacidade de reutilizar a mesma frequência de canal de rádio em outros locais de células dentro de um sistema celular. Nos sistemas FDMA e TDMA, o planejamento de frequência é uma consideração importante. As frequências usadas em células diferentes devem ser planejadas cuidadosamente para garantir que os sinais de células diferentes não interfiram uns com os outros. Em um sistema CDMA, a mesma frequência pode ser usada em todas as células, porque a canalização é feita usando os códigos pseudo-aleatórios. Reutilizar a mesma frequência em todas as células elimina a necessidade de planejamento de frequência em um sistema CDMA; no entanto, o planejamento das diferentes sequências pseudo-aleatórias deve ser feito para garantir que o sinal recebido de uma célula não se correlaciona com o sinal de uma célula próxima.

Como as células adjacentes usam as mesmas frequências, os sistemas CDMA têm a capacidade de realizar transferências suaves. Os soft hand-offs permitem que o telefone móvel se comunique simultaneamente com duas ou mais células. A melhor qualidade de sinal é selecionada até que a transferência seja concluída. Isso é diferente de transferências rígidas utilizadas em outros sistemas celulares. Em uma situação de transferência difícil, conforme o telefone móvel se aproxima de uma transferência, a intensidade do sinal pode variar abruptamente. Em contraste, os sistemas CDMA usam a transferência suave, que é indetectável e fornece um sinal mais confiável e de alta qualidade.

CDMA Colaborativo

Um novo esquema de transmissão e detecção colaborativa multiusuário chamado CDMA colaborativo foi investigado para o uplink que explora as diferenças entre as assinaturas de canal de desvanecimento dos usuários para aumentar a capacidade do usuário muito além do comprimento de propagação no ambiente limitado por MAI. Os autores mostram que é possível atingir esse aumento em um desempenho de baixa complexidade e alta taxa de erro de bit em canais com desvanecimento plano, o que é um grande desafio de pesquisa para sistemas CDMA sobrecarregados. Nesta abordagem, em vez de usar uma sequência por usuário como no CDMA convencional, os autores agrupam um pequeno número de usuários para compartilhar a mesma sequência de espalhamento e permitir operações de espalhamento e espalhamento em grupo. O novo receptor multiusuário colaborativo consiste em dois estágios: estágio de detecção de múltiplos usuários em grupo (MUD) para suprimir o MAI entre os grupos e um estágio de detecção de máxima verossimilhança de baixa complexidade para recuperar em conjunto os dados de usuários compartilhados usando o mínimo Medida de distância euclidiana e coeficientes de ganho de canal dos usuários. Uma versão de CDMA aprimorada, conhecida como acesso múltiplo por divisão de intercalação (IDMA), usa a intercalação ortogonal como o único meio de separação do usuário no lugar da sequência de assinatura usada no sistema CDMA.

Veja também

Eficiência espectral CDMA
CDMA2000
Comparação de padrões de telefones celulares
cdmaOne
Fator de propagação de variável ortogonal (OVSF), uma implementação de CDMA
Ruído pseudoaleatório
Acesso múltiplo por divisão em quadratura (QDMA), uma implementação de CDMA
Elevação sobre a térmica
Espalhe o espectro
W-CDMA

Notas

Referências

Leitura adicional

Papathanassiou, A., Salkintzis, AK, & Mathiopoulos, PT (2001). "Um estudo comparativo do desempenho do uplink de W-CDMA e OFDM para comunicações móveis multimídia via satélites LEO" . IEEE Personal Communications , 8 (3), 35–43.

links externos

Palestra no Princeton Institute for Advanced Study sobre o trabalho de Solomon Golomb em sequências pseudo-aleatórias

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