שם מקור: The Role of CDMA in Space Communications

ליגת הקוד מספר גישה (CDMA) התפתחה כטכנולוגיית אבן הפינה של מערכות תקשורת לווייניות ומרחב, המאפשרת למשתמשים מרובים או זרמי נתונים לשתף את אותה הלהקה בו זמנית ללא התערבות הרסנית.מקורה ממחקרים צבאיים להפיץ-ספקטרום, היכולת הייחודית של CDMA לספק חזקים, מאובטחים, וקישורים בעלי יכולת גבוהה הפכו את זה הכרחי עבור כל מהלוויינים גלובליים ועד חללי חקירה עמוקים.

בניגוד לתוכניות מרובות גישה ישנות יותר כגון Frequency Division Multiple Access (FDMA) או Time Division Multiple Access (TDMA), CDMA אינו מחלק את הערוץ על ידי תדירות או חריצים זמן. במקום, הוא מקודד כל שידור עם קוד הפצה ייחודי, המאפשר לכל אותות לחפוף הן בתדירות והן בזמן.זה הבדל יסודי מספק הטבות טמונות מהותיות במהירויות ספקטרום, התנגדות, אבטחה ורווחים - כי הם בעלי ערך במיוחד בסביבה קשה.

מימון של CDMA טכנולוגיה

CDMA מסתמך על מודולציה רחבה, שבו האות המועבר תופס רוחב פס רחב הרבה יותר מהמינימום הנדרש עבור הנתונים.כל משתמש מוקצה קוד פסאודו-random (PN) שהוא אוטגוני או כמעט אוטגוני לכל הקודים האחרים.המקבל מכפיל את אות הפס רחב הנכנס על ידי העתק מסונכרן של קוד המשתמש המיועד, למעשה desp קריאה לקיבולת רוחב פס מקורית של משתמשים אחרים.

ישנם שני צורות עיקריות של ספקטרום התפשטות המשמש CDMA: עקביות (DS-CDMA), שבו הנתונים מוכפלים על ידי רצף קוד גבוה, ותדירות ההיפוך (FH-CDMA), שבו תדירות המוביל משתנה במהירות על פי קוד.בתקשורת לווינית, DS-CDMA הוא נפוץ יותר בגלל אות מתמשך שלה והתאמה עם חומרה קיימת, אם כי FCD-H מוצא שימוש במערכות אנטי-MA דורשות חזקות.

השוואה עם FDMA ו-TDMA

ב FDMA, כל משתמש מקבל מזל תדר ייחודי, אבל להקות שמירה בין ספקטרום פסולת חריצים.In TDMA, משתמשים לקחת מסתובב חריצים זמן דיסקרטי, הדורש סינכרוניזציה הדוקה ומובילה להפרעה מפולגת. CDMA מבטל להקות שמירה וזמני-slot overhead, המאפשר לכל המשתמשים להעביר באופן רציף.

יתרונות מרכזיים של CDMA במערכות לווין ומרחב

סביבת החלל מציגה אתגרים תקשורתיים נפרדים: עיכובים ארוכים, שינויים דופלר גבוהים, כוח שידור מוגבל, והתערבות מכוונת או טבעית.

יעילות ויציבות ספקטרלית

רוחב פס לווין הוא משאב יקר ומבוקר לעתים קרובות היכולת של CDMA - לעתים קרובות שלוש עד עשר פעמים גדול יותר FDMA או TDMA באותו רוחב פס - stems מיכולתו להשתמש באותה תדירות על פני כל השדים והמשתמשים, בתנאי שהקודים נשארים אוטגוניים.מערכות כמו Globalstar ו Iridium מינוףו זה כדי לשרת אלפי משתמשים בו זמנית עם הקצאות צנועות בחלל העמוק, מאפשר גישה לנתונים מרובים של תאים מרובים של תאים סרטניים.

רובוסטנטיות נגד ההתערבות וההפצה

האופי הרחב של אותות פרו-ספקטרום מספק התנגדות מוטה להפרעות פס צר, בין אם מ משדרים ארציים, לווינים אחרים, או גישור מכוון. a-Rackmer חייב להפיץ את כוחו על פני רוחב הפס של CDMA כולו כדי להיות יעיל, הדורש כוח עצום - לעתים קרובות לא מעשייקט בפעילות חלל.בנוסף, ריבוי פיגור, הנגרמת על ידי השתקפות של מבנים או פני פני פני כדור הארץ, הוא מצמצם את התהליך כמו מפולטקטינים, כמו טכניקות מנטרטיביות יותר מאשר משילוב של השבבים.

אבטחה והסתברות נמוכה של Intercept

אותות CDMA מופיעים כאנרגיה רחבה כמו רעש לכל לוויינים צבאיים, ללא קוד הפצתו הנכון.הסתברות נמוכה זו של יירוט / דה (LPI /LPD) היא קריטית עבור לווינים צבאיים ויכולה להגן על מערכות אזרחיות מפני גישה בלתי מורשית. בעוד שלא שווה ערך להצפנה, התפשטות זו מספקת שכבה ראשונה של אבטחה שמשלים אמצעי הצפנה גבוהים יותר.

יד רכה וחילה ללא ים

במערכות לוויין ניידות, כגון אלה המשרתים מטוסים או משתמשים ימיים, CDMA תומך בפסוף רך: מסוף נייד יכול לתקשר עם שני לווינים או יותר בו זמנית באמצעות אותו תדירות. כי כל הלוויינים חולקים את אותו מרחב קוד, המכשיר יכול לשלב אותות מלוויינים מרובים (macro-makeersity) או מכמה במיילים על לוויין אחד, שיפור איכות הקישור בתאים.

יישומים מעשיים של CDMA בחלל

CDMA אינו רק יתרון תיאורטי; הוא הוצב במספר מערכות חלל גדולות במשך עשרות שנים.

מערכות ניווט גלובליות (GNSS)

ייתכן שהיישום הפשט ביותר הוא GPS, GLONASS, ו-BeiDou. אות ה- GPS L1 משתמש ב-DS-CDMA עם קוד C / A ייחודי לכל לוויין, ומאפשר למקבלים לזהות ולעקוב אחר מספר לווינים במקביל באותו תדירות.עיצוב זה מאפשר ישירות את המיקום הגבוה של אמצעי הגנה על כך מיליארדי מכשירים מסתמכים על מדי יום.

עקבו אחרי LEO Constellations

מסלול כדור הארץ נמוך מגה-קונסטלציות כמו Iridium NEXT ו- Globalstar להשתמש CDMA כדי לאפשר קישוריות רציפה עם מספר קטן של לווייני מסלול.מערכת המקורית של Iridium השתמש FDMA / TDMA, אבל Iridium NEXT עבר עם מערכת היברידית FDMA / DMA אשר משפרת יעילות ספקטרום וסימולציות ידיים גלובליות באמצעות קוד כפול, עם התדירות נמוכה של לוויינים, עם 16.

תקשורת צבאית וממשלתית

לווייני מילסטאר של ארצות הברית ומתקדמים בתדירות גבוהה (AEHF) מעסיקים טכניקות ספקטרום רחב הכוללות CDMA-כמו coding לספק אנטי-ג'אם ומיומנויות בעלות נמוכה של יכולת-הintercept.תקשורת לווינית של נאט"ו (SATCOM) גם להשתמש ב- CDMA עבור קישורים טקטיים.

תקשורת חלל עמוק ובינלאומי

רשת החלל העמוק של נאס"א (DSN) משתמשת ב- CDMA כדי לתקשר עם חלליות מרוחקות מרובות בו זמנית מאותה אנטנה.כל חלליות של חללית מוקצה קוד ייחודי, ומאפשר ל-DSN לקבל נתונים ממאדים, מתחנות מסלול, ומשימות טסביות באותו זמן ותדירות.הקידוד הזה מסייע גם להבחין בין אותות חלשים מאוד ברעש קוסמי.

אתגרים טכניים ואסטרטגיות מייגציה

למרות היתרונות הרבים שלה, יישום CDMA בחלל אינו ללא קשיים.מכשולים טכניים משמעותיים כוללים את הבעיה הקרובה מרחוק, מורכבות סינכרון, שינויים דופלר, ומגבלות בקרת חשמל.

בעיית הפאר

אם אות המשתמש מגיע למקלט הלוויין חזק הרבה יותר מאשר של אחר (לדוגמה, מסוף קרקע קרוב ל- zenith לעומת רחוק ליד האופק), האות החזק יכול להציף את החלש, למנוע פיזור.ב- CDMA הארצי, שליטה כוח מתאמת את כוח השידור של כל משתמש, כך שכל האותות מגיעים לתחנת הבסיס עם כוח שווה, מהירויות עגולות פחות גבוהות יותר, כולל מגבלות חסוכות כוח פתוח יותר, כלומר, פחות מ-250 ליטרים, חסוכות כוח פתוח.

סינכרון ו-Doppler Compensation

CDMA דורש כי גנרטור הקוד של המקלט להיות מסונכרן בתוך שבריר קטנה של אורך השבב כדי להשיג despread. LEO לווייני לנוע - 7.5 ק"מ /s ליצור שינויים דופלר של עשרות קילוולץ, אשר יכול לגרום שלב הקוד סחף של כמה שבבים לשנייה. מקבלים חייבים לבצע רכישה קוד מהיר מעקב באמצעות אלגוריתמים כגון חיפוש או מסננים מודרניים, יכול לפצות על ידי קודים לא בטוחים לעתים קרובות על ידי קודים.

Power Constraints and Processing Complexity

Spacecraft יש כוח חשמלי מוגבל, לעתים קרובות מתחת 100 וואט עבור קטנטנים.התעברה פרוספקטרום צורכת כוח נוסף עבור נושאת פס רחב, אשר מפחית את הכוח הזמין עבור העברת נתונים.הרווח לעיבוד קונה חסינות, אבל במחיר: כל תוספת dB של עיבוד דורש להכפיל את קצב השבבים, הגדלת כוח או רוחב פס בצד, de ap גבוה מהנדסי, אבל צריך בעיקר קרינה דיגיטלית מראש.

הצצה ל-Surtrum Sharing

ככל שמספר הלוויינים גדל, הסיכון להפרעות בין-מערכתיות עולה.ההתנגדות הטבועית של CDMA להפרעות פס צר לא מגן מפני אות CDMA רחב הסמוך מקבוצת כוכבים אחרת. גופי רגלטוריות כמו ספקטרום ITU להקצות ודורש תיאום. סטיות טכניות כוללות שימוש במשפחות קוד שונות, תוך שימוש במגרעות הסתגלות על לווינים (מסנן זמני), וניהול אנרגיה דינמי אחר.

מגמות עתידיות: CDMA באדריכלות החלל המתפתחת

העתיד של תקשורת לווינית נע לעבר רשתות מוגדרות תוכנה, קבוצות קבוצות LEO מסיביות, ושילוב עם 5G/6G. CDMA מתפתח לצד מגמות אלה.

CDMA עבור 5G Non-Terrestrial Networks (NTN)

3GPP שחררה 17 תמיכה סטנדרטית של NTN עבור 5G, בעיקר באמצעות DMA עבור ה-Dlink ו- SC-FDMA עבור uplink - chemes תורשתיות מ- 5G NR. עם זאת, עבור קישורים עיכובים ארוכים מאוד (geostationary IoT) או סביבות גבוהות של קוביות (LE), גלות מבוססות CDMA בהתבסס על אפקט הפצה אוטגוני (O) של קודים (O) הם דורשים מערכת הפעלה מתקדמת של קודים חלופית של קודים (Dlinks) במיוחד עבור מערכת הפעלה מהירה של קודים (O) מכיוון שהם אינם נדרשים מראש של קודים של קודים (Dspectects DSDDlinkdlinks) מכיוון שהם עשויים להיות צורך מערכת הפעלה מהירה יותר מ-Dlinks (O), במיוחד עם מערכת הפעלה מהירה של מערכת הפעלה מהירה של קודים (O), CDMADlinks (O), CDMADlinks) מכיוון שהם עשויים להיות צורך מערכת הפעלה מהירה של מערכת הפעלה מהירה יותר מקוד פתוח של מערכת הפעלה מהירה של מערכת הפעלה CDMADlinks (O), CDMADlinks (O), CDMADlinks) מכיוון שהם עשויים להיות צורך מערכת הפעלה מהירה יותר מקודמתיקים מופעל CD

Massive MIMO ו- Beamforming עם CDMA

לוויינים המצוידים באנטנות בשלבי-ארי יכולים ליצור מספר רב של דבורים צרות.על ידי הקצאת קודי CDMA שונים לאומנים שונים, אותו תדירות ניתן להשתמש בו פעמים רבות ללא התערבות משותפת (גורם reuse Reuse של 1).זה חזק במיוחד בקבוצת LEO שבו מכסה לוויין יחיד מאות של beams. CDMAplies גם מפשט כי הפונקציה beamizing aaming כי יש צורך לשמור קוד מרחבי או רק על ידי אלגוריתם.

המונחים: Ultra-Secure CDMA

מחקר להתפלגות מפתח קוונטית (QKD) מהחלל הוא חקר טכניקות לספקטרום רחב כדי להסתיר את אותות קוונטיים חלשים מן אור רקע. CDMA-like ⁇ יכול לעזור להפריד את הערוץ הקוונטי מערוצים קלאסיים על אותו קישור אופטי.בנוסף, קודים חדשים המבוססים על רצפים כאוטי מציעים אפילו הסתברות נמוכה יותר של יירוט ויכולים לעמוד בפני התקפות מחשוב קוונטיות על קודים קונבנציונליים בעוד שעדיין ניסיוניים, אלה מראים כי תפקידם של CDMA יישארו רלוונטי.

שילוב עם גישה לא-אורטוקונלית (NOMA)

כשערוצי לוויין הופכים לביקוש יותר, NOMA – המאפשרים במכוון שידורים לא-אורטוקונים וקודמים אותם באמצעות ביטול התערבות מוצלח – ייתכן שמוסכמים מעל ל- CDMA. זה יכול להניב אפילו יעילות רבה יותר על ידי ניצול התחום הכוח בנוסף לקוד.מערכת CDMA NOMA-enhanced CDMA יכולה לשרת יותר משתמשים מאותו לוויין, במיוחד באזורים גבוהים.

מסקנה

CDMA הוכיח את עצמו כטכנולוגיה רבת עוצמה, גמישה ומאובטחת של גישה מרובת לווייני לוויין ומערכות תקשורת חלל.מלוויינים GPS המדריכים ניווט עולמי לבדיקות החלל העמוקות שמרחיבות את ההבנה שלנו של היקום, CDMA מאפשר תקשורת אמינה בסביבה התובענית ביותר.היכולת שלו לשפר את יעילות הספקטרום, להתנגד, ולתמוך באזיקים רכותיים המונעות באימוץ צבאי, מסחרי, מדעי ופעולות דומות לשיטות בקרה דיגיטליות, בעודן, הן יכולות להמשיך לשלב את המורכבות של פיתוח החלל שלהן, תוך כדי להשיג יעילות גבוהה יותר, תוך כדי שיפור של מערכות בקרה דיגיטלית, תוך כדי שיפור של מערכות בקרה, תוך כדי שיפור יעילות פיתוחן, תוך כדי שיפור פיתוחן, תוך כדי שיפור יעילותם של מערכות בקרה דיגיטלית, תוך כדי שיפור יעילות פיתוחן, תוך כדי שיפור של מערכות בקרה, תוך כדי שיפור יעילות פיתוחן של מערכות בקרה גבוהה יותר, תוך כדי שיפור יעילות פיתוחן של מערכות בקרה דיגיטלית, תוך כדי שיפור יעילות פיתוחן של מערכות בקרה גבוהה יותר, תוך פיתוחן של מערכות בקרה דיגיטלית, תוך כדי פיתוח של מערכות אבטחה, תוך כדי פיתוח טכנולוגיות מתקדמות יותר, תוך כדי שיפור של מערכות אבטחה, תוך כדי פיתוח של מערכות אבטחה, תוך כדי שיפור של מערכות אבטחה, תוך כדי שיפור יכולות פיתוח כוכבים, תוך כדי פיתוח טכנולוגיות אחרות, תוך

(ב) [ה]הקדמה הטכנית לעומק, ראה [ה]: [ה] [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]]] [ה]ה]]] [ה]]]] [ה]ההההקדמה הטכנית של ה-FLT:2] ‭ ‬התחילת ה-CMA] של ה-CMA]; ו-טיפול בהתערבות, ובפרט פרטים ספציפיים של ה-GPSFLT, ה-FLT: 7.