Inleiding tot de Code Division Meerdere Toegang

Moderne draadloze communicatiesystemen zijn afhankelijk van efficiënte technieken voor meerdere toegangen, zodat veel gebruikers hetzelfde spectrum tegelijkertijd kunnen delen. Code Division Multiple Access (CDMA) staat los van frequentie-indeling en tijdverdelingsmethoden, omdat het alle gebruikers in staat stelt om de volledige bandbreedte te allen tijde in te nemen. De belangrijkste activer van deze gelijktijdige, interferentie-tolerante communicatie is het gebruik van verspreidingscodes, waaronder orthogonale codes een centrale rol spelen. Zonder orthogonale codes zou de ondertekeningsscheiding die CDMA praktisch maakt in systemen variërend van 2G IS-95 tot 3G WCDMA en opkomende 4G/5G varianten onmogelijk zijn.

In een CDMA-systeem wordt het datasignaal van elke gebruiker vermenigvuldigd met een unieke codereeks die een grote bandbreedte heeft ten opzichte van de datasnelheid. Dit proces verspreidt het signaal over de frequentieband. Bij de ontvanger wordt dezelfde code toegepast om het gewenste signaal te ontwarren terwijl de signalen van andere gebruikers (verspreid door verschillende codes) als lawaai verschijnen. De mate waarin deze scheiding werkt is afhankelijk van de correlatie-eigenschappen van de codes. Ideaal is dat codes van verschillende gebruikers nul kruiscorrelation moeten hebben, dat wil zeggen dat ze orthogonaal moeten zijn. Het nastreven van bijna-perfect orthogonaliteit definieert de prestatiegrenzen van CDMA-netwerken.

Orthogonale codes begrijpen in diepte

Een orthogonale codeset is een verzameling van sequenties waarbij het binnenproduct (puntproduct) van een van de twee afzonderlijke sequenties nul is. In de praktijk betekent dit dat wanneer twee gebruikers met behulp van orthogonale codes uitzenden, hun signalen niet met elkaar interfereren bij de ontvanger, uitgaande van perfecte synchronisatie en geen kanaaldefecten. Mathematisch gezien, voor twee lengte-Ncodes ci en ]c[j[[ met elementen +1 en −1, orthogonaliteit vereist:

Deze eigenschap is de basis waarop CDMA zijn multi-access mogelijkheid bouwt. De meest bekende families van orthogonale codes gebruikt in draadloze normen zijn Walsh .Hadamard sequenties, Orthogonal Variable Spreading Factor (OVSF) codes, en gespecialiseerde nul-correlation-zone sequenties gebruikt in quasi-orthogonale ontwerpen.

Orthogonaliteit kan alleen onder ideale omstandigheden worden gehandhaafd: perfecte tijduitlijning tussen alle gebruikers en een frequentie-vlak, niet-dispersieve kanaal. In echte netwerken, worden deze voorwaarden zelden volledig voldaan, en het systeem moet worden ontworpen om een verlies van orthogonaliteit te verdragen. Daarom is het begrijpen van de theoretische onderbouwing van orthogonale codes essentieel voor netwerk ingenieurs en onderzoekers.

De wiskunde van Walsh .Hadamard Codes

Walsh-codes worden gegenereerd uit Hadamard-matrices, die vierkante matrices van orde zijn N (waar N een macht is van 2) waarvan de inzendingen ±1 zijn en waarvan de rijen onderling orthogonaal zijn. De standaardconstructie maakt gebruik van de recursieve definitie:

H1 = [1],   H2N = [HN   H]N[; HN   −HN[]]]]]]

Elke rij van de matrix komt overeen met een Walsh-lengtecode N. In IS-95 CDMA-systemen gebruikt de voorwaartse link (basisstation naar mobiel) Walsh-codes van 64 om tot 64 kanalen te onderscheiden (piloot, sync, paging en verkeer). Omdat het basisstation alle codes synchroon uitzendt, blijft orthogonaliteit behouden. Op de omgekeerde link echter niet-orthogonale (maar lage-correlatie) codes zoals lange PN-sequenties worden gebruikt omdat synchrone transmissie vanuit meerdere mobiele stations niet-praktisch is.

De orthogonaliteit van Walsh-codes houdt alleen stand wanneer de codes perfect op tijd zijn afgestemd. Een verschuiving door zelfs één chip vernietigt orthogonaliteit, waardoor zorgvuldige timingsynchronisatie cruciaal is in CDMA-forwardlinks. De codelengte legt ook een strikte limiet op het aantal orthogonale kanalen: voor lengte N, hoogstens N orthogonale codes bestaan. Deze beperking leidt tot codehergebruik en planning uitdagingen in cellulaire netwerken.

Codes voor orthogonale variabele spreadingfactor (OVSF)

Terwijl Walsh codes bieden een vaste verspreidingsfactor, 3G WCDMA (UMTS) systemen vereisen ondersteuning voor meerdere data rates tegelijk. OVSF codes werden ingevoerd om variabele lengte orthogonale codes te bieden terwijl het handhaven van orthogonaliteit over gebruikers met verschillende verspreidingsfactoren. OVSF codes worden georganiseerd in een code boom waar elke knooppunt heeft twee kind codes afgeleid door het concatenderen van de oudercode met zichzelf (voor een tak) en met de negatie (voor de andere tak).

Deze hiërarchische structuur zorgt ervoor dat twee codes van dezelfde boom orthogonaal zijn als geen van beide een voorouder van de andere is. Hierdoor kan het netwerk kortere codes (hogere data rates) toewijzen aan gebruikers die meer bandbreedte nodig hebben, terwijl langere codes gebruikers dienen met lagere data rates. Echter, de boomstructuur verplicht een harde beperking: als een code wordt toegewezen aan een gebruiker, worden al zijn afstammelingen en voorouders geblokkeerd. Dit creëert een probleem met codecapaciteitbeheer dat wordt opgelost door dynamische codetoewijzingsalgoritmen, vaak gekoppeld aan kanaalkwaliteit en Quality of Service (QoS) eisen.

OVSF codes zijn een belangrijke reden waarom 3G CDMA systemen flexibele datasnelheden van een paar kbps tot 2 Mbps kunnen bieden. Hun orthogonale eigenschap zorgt ervoor dat binnen een cel, de voorwaartse koppeling interferentie laag blijft, zelfs als de datasnelheden variëren.

Rol van orthogonale codes in de prestaties van het CDMA-systeem

De prestaties van een CDMA-systeem worden meestal gemeten in termen van capaciteit (aantal gelijktijdige gebruikers), datadoorvoer en gesprekskwaliteit (gemeten door bitfoutsnelheid of framewissingsfrequentie). Orthogonale codes beïnvloeden alle drie de metrics. Hier onderzoeken we de prestatiebijdragen in detail.

Capaciteitsverbetering door Orthogonale spreiding

In een perfect synchrone voorwaartsverbinding met orthogonale codes is de interferentie van andere gebruikers binnen dezelfde cel theoretisch nul. Dit betekent dat de enige interferentie die een gebruiker ziet is van aangrenzende cellen (intercell interferentie) en thermische ruis. De capaciteit van een CDMA-cel wordt dan bepaald door de signaal-tot-interferentie-plus-ruisverhouding (SINR) eis van de zwakste gebruiker. Door intracell interferentie te elimineren, orthogonale codes laten een groter aantal gelijktijdige gebruikers toe dan mogelijk zou zijn met niet-orthogonale codes. Studies tonen aan dat orthogonale naar voren koppelingen kunnen verbeteren capaciteit met 40.00% in vergelijking met zuiver willekeurige verspreiding scenario's.

Echter, als gebruikers bewegen en multipath vernietigt orthogonaliteit, de orthogonaliteitsfactor (een waarde tussen 0 en 1) degradeert. In een typische macro-cel omgeving, de orthogonaliteit factor kan 0,4 tot 0,6, wat slechts 40.0 60% van het overgedragen vermogen van andere gebruikers lijkt te zijn als interferentie. Dit betekent nog steeds een aanzienlijke capaciteitswinst, maar het vereist robuuste machtscontrole en geavanceerde ontvangers om te handhaven.

Reductie van de interferentie en duidelijkheid van het signaal

Orthogonale codes verbeteren ook de signaalhelderheid door het probleem in de buurt te verminderen. In CDMA kan een gebruiker die dicht bij het basisstation staat een gebruiker op afstand overweldigen als alle gebruikers op gelijke kracht uitzenden. Door orthogonale codes op de voorwaartse link te gebruiken, kan het basisstation het signaal van elke gebruiker overbrengen op een stroomniveau dat geschikt is voor het verlies van die gebruiker zonder interferentie te creëren voor anderen, omdat de codes ze scheiden. Hierdoor kan het basisstation onafhankelijk van de gebruiker stroom toewijzen, een mogelijkheid niet mogelijk in TDMA of FDMA-systemen waar tijd/frequentiebronnen zijn vastgesteld.

Op de omgekeerde link, waar orthogonaliteit moeilijker te handhaven is, wordt machtscontrole het primaire instrument om interferentie te beperken. Niettemin, sommige geavanceerde CDMA-systemen gebruiken quasi-orthogonale codes of interferentie annuleringstechnieken die de bekende structuur van orthogonale codes te exploiteren om de prestaties te verbeteren.

Data-doorvoer en flexibele ondersteuning van de tarieven

Met OVSF codes, kunnen CDMA systemen een breed scala van data rates ondersteunen door het toewijzen van codes met verschillende verspreidingsfactoren. Een gebruiker die hoge doorvoer krijgt een korte code (kleine verspreidingsfactor), die de gegevenssnelheid verhoogt maar ook vermindert de verwerking winst. De verminderde verwerking winst maakt de gebruiker kwetsbaarder voor interferentie, zodat het systeem moet toewijzen van hogere transmissievermogen of vertrouwen op betere kanaalomstandigheden. De orthogonale eigenschap zorgt ervoor dat zelfs als verspreiding factoren veranderen, de codes blijven orthogonaal aan andere toegewezen codes in de boom, met behoud van lage intra-cel interferentie.

Adaptieve modulatie en codering (AMC) in combinatie met orthogonale code-toewijzing maakt het mogelijk om bij goede kanaalomstandigheden de pieksnelheden van de moderne CDMA-gebaseerde systemen (zoals HSPA) te bereiken die hoger zijn dan 10 Mbps. De orthogonaliteit van codes wordt bewaard over verschillende verspreidingsfactoren, waardoor deze flexibele tarieftoewijzing mogelijk is zonder de gehele codeset opnieuw te ontwerpen.

Soorten Orthogonale Codes gebruikt in CDMA

Terwijl Walsh en OVSF codes domineren commerciële normen, andere orthogonale code families zijn ontwikkeld voor specifieke doeleinden. De volgende secties beschrijven de belangrijkste types en hun toepassingen.

Walsh

Zoals vermeld, gebruikt IS-95 Walsh-codes van lengte 64 op de voorwaartse link. Het vooruitgestuurde CDMA-kanaal bestaat uit een pilotkanaal (all-zeros Walsh-code 0), tot 7 pagingkanalen, een synckanaal en meerdere verkeerskanalen, elk toegewezen een unieke Walsh-code. Omdat het basisstation synchroniseert alle kanalen, is de orthogonaliteit perfect binnen de cel. Het cdma2000 1x systeem breidt dit uit door het gebruik van langere Walsh-codes (tot lengte 256) en het invoeren van quasi-orthogonale codesets om het aantal beschikbare kanalen te verhogen terwijl het offeren van sommige orthogonaliteit.

Walsh codes worden ook gebruikt in de omgekeerde koppeling van cdma2000 voor het pilot kanaal (R-PICH) en het speciale controle kanaal, maar hier orthogonale dekking is beperkt omdat mobiele telefoons niet worden gesynchroniseerd met elkaar. In plaats daarvan, Walsh codes op de reverse link helpen het basisstation onderscheid tussen verschillende kanalen van dezelfde mobiele (bijv., piloot, controle, gegevens).

OVSF-codes in WCDMA/HSPA

De 3GPP WCDMA standaard gebruikt OVSF codes met een maximale verspreidingsfactor van 512 op de voorwaartse link en 256 op de omgekeerde link. De OVSF boom wordt gedefinieerd met de root code van lengte 1, en elke tak splitst zich in twee codes van dubbele lengte. Het allocatie algoritme moet ervoor zorgen dat geen twee gebruikers in dezelfde cel worden toegewezen codes die voorouder/afstammeling van elkaar zijn. Deze beperking vermindert codegebruik, maar dynamische code herbestemming en het gebruik van secundaire scrambling codes (die niet orthogonaal zijn) kan code tekorten verminderen.

HSPA (High-Speed Packet Access) introduceerde high-speed downlink shared channels (HS-DSCH) die OVSF codes gebruiken die op een tijd-vermenigvuldigde manier onder gebruikers worden gedeeld. De Node-B scheduler kan meerdere OVSF codes toewijzen aan één gebruiker voor hoge snelheidsdata, of deze onder gebruikers verdelen. De orthogonaliteit van codes is van cruciaal belang omdat het HS-DSCH kanaal op hoog vermogen wordt overgedragen en ernstige interferentie kan veroorzaken als codes niet orthogonaal zijn.

Quasi-Orthogonale en PN-sequences

Omdat het aantal orthogonale codes voor een bepaalde lengte beperkt is, vullen CDMA-systemen ze vaak aan met quasi-orthogonale of pseudo-ruis (PN) -sequenties die laag zijn, maar niet-nul, kruiscorrelatie. In IS-95 gebruikt de omgekeerde link een lange PN-sequentie (met periode 242-1) die uniek is voor elke mobiele telefoon. Deze codes zijn niet orthogonaal aan elkaar, maar hun kruiscorrelatie is laag genoeg om het systeem te bedienen met stroomcontrole en interferentiemiddel. Ook de voorwaartse link in WCDMA voegt een celspecifieke scramblingcode (een Gold-sequentie van lengte 38,400) bovenop de OVSF-codes toe om cellen te scheiden. De scramblingcodes zijn niet orthogonale, maar ze bieden intercellscheiding door middel van lage kruiscorrelatie.

Quasi-orthogonale codesets zijn ontworpen om kruiscorrelatiewaarden te hebben die begrensd worden door √ N (waar N de codelengte is), die veel lager is dan de piek voor willekeurige sequenties. Deze worden gebruikt in situaties waarin het aantal gebruikers de orthogonale codecapaciteit overschrijdt, of waar synchronisatie niet kan worden gehandhaafd (bv. omgekeerde link).

Uitdagingen en praktische overwegingen

Ondanks hun theoretische elegantie, introduceren orthogonale codes verschillende praktische uitdagingen die ingenieurs moeten aanpakken bij het ontwerpen van CDMA-netwerken. De volgende subsecties geven een gedetailleerd beeld van deze problemen en de oplossingen die in echte systemen worden gebruikt.

Synchronisatie en timing Jitter

Orthogonaliteit vereist dat alle signalen van gebruikers bij de ontvanger komen met chip-niveau uitlijning. Op de voorwaartse link, het basisstation zendt alle signalen met dezelfde klok, dus uitlijning is inherent. Echter, de propagatie vertraging in de cel veroorzaakt signalen van verschillende mobiele telefoons om te komen op verschillende tijden. Om dit te verzachten, het basisstation past tijdcompensaties (vooruitgangen of vertragingen) toe op het signaal van elke gebruiker, zodat op de mobiele, de beoogde code uitlijnt met de code generator. In WCDMA, dit wordt bereikt door middel van een grove synchronisatie stap (slot en frame synchronisatie) en fijne tracking met behulp van vertraging-vergrendelde loops (DLL's).

Timing jitter (snelle schommelingen in aankomsttijd als gevolg van faselawaai of Doppler verschuivingen) kan leiden tot het verlies van de correlator output om een deel van de orthogonaliteit. Dit resulteert in inter-code interferentie die bijdraagt aan de thermische ruis vloer. Om te compenseren, CDMA systemen gebruiken tracking loops met bandbreedtes afgestemd op de verwachte Doppler spread, en sommige ontvangers gebruiken snelle Fourier transform (FFT) gebaseerde correlatoren die correlaties voor meerdere timing hypothesen tegelijkertijd kunnen berekenen.

Multipath Propaging en Orthogonaliteit Verlies

In mobiele omgevingen reflecteren signalen van gebouwen, terrein en voertuigen, waardoor vertraagde kopieën (multipath) van hetzelfde signaal worden gemaakt. Wanneer het signaal van een gebruiker via meerdere paden aankomt, kan het tijdsverschil tussen het directe pad en een gereflecteerd pad een chipduur overschrijden. In dat geval wordt de gereflecteerde kopie van de beoogde code verkeerd afgestemd op de code van een andere gebruiker, waardoor orthogonaliteit wordt vernietigd. Dit fenomeen wordt "orthogonaliteitsverlies" of "interpath interferentie" genoemd.

Het belangrijkste hulpmiddel om multipathische interferentie te bestrijden is de Rake-ontvanger. Een Rake-ontvanger gebruikt meerdere vingers, elk correlerend met een ander vertragingspad. Door de padenergieën coherent te combineren, vermindert het het effect van interpath interferentie. Echter, als de multipath vertragingsspreiding groot is (bijvoorbeeld op het platteland of bergachtig terrein), kan de orthogonaliteitsfactor onder 0,3 komen te liggen, waardoor de capaciteit aanzienlijk wordt verminderd. Geavanceerde ontvangers gebruiken minimale gemiddelde vierkante fout (MMSE) egalisaties om de orthogonaliteit te herstellen door het kanaal te schatten en een lineair filter toe te passen dat inter-code interferentie onderdrukt.

Codebeheer en dynamische toewijzing

In een groot CDMA-netwerk met duizenden cellen wordt het beheer van de toewijzing van orthogonale codes een belangrijke operationele uitdaging. Elke cel heeft een beperkte set orthogonale codes (bijv. 64 Walsh codes in IS-95). Deze codes moeten worden hergebruikt over cellen op een geplande manier om interferentie te voorkomen. In cdma2000 worden cellen toegewezen verschillende "code fasen" of "code maskers" om intercell botsing te minimaliseren. Met OVSF codes, de boomstructuur verder beperkt toewijzing omdat het gebruik van een code blokkeert al zijn afstammelingen.

Dynamische code allocatie algoritmen draaien in de radio netwerk controller (RNC) of Node-B, het toewijzen van codes aan nieuwe oproepen op basis van kwaliteitseisen en beschikbare code boom resources. Als een hoge-data-rate gebruiker vereist een korte code, maar alle korte codes worden genomen, het systeem kan nodig zijn om codes te herschikken onder bestaande gebruikers een proces genaamd "code herbestemming." Dit kan leiden tot tijdelijke onderbrekingen van de dienst, dus algoritmen moeten dergelijke gebeurtenissen minimaliseren. Onderzoek heeft voorgesteld "code plaatsing" strategieën (bijv., links, drukte-eerste) die blokkerende waarschijnlijkheid te verminderen.

Inter-Cell Interferentie en Frequentieplanning

Orthogonale codes elimineren intra-cel interferentie, maar inter-cel interferentie blijft een belangrijke capaciteit limiter. Omdat alle cellen in een CDMA-systeem hergebruiken dezelfde frequentie (hergebruiksfactor 1), gebruikers aan de celrand hebben interferentie van naburige cellen. Deze interferentie is niet orthogonaal aan de codes van de serverende cel omdat scrambling codes zijn verschillend. Het netto-effect is dat het orthogonaliteit voordeel vooral voordelen voor gebruikers in de buurt van het basisstation. Voor cel-edge gebruikers, inter-cel interferentie domineert, en orthogonaliteit binnen een cel biedt beperkte voordelen.

Technieken zoals fractionele frequentiehergebruik (FFR) en zachte overdracht helpen intercell interferentie te beheersen. Bij soft overdracht communiceert een mobiel gelijktijdig met meerdere basisstations, en het systeem combineert signalen van meerdere cellen. Dit vermindert interferentie omdat signalen van niet-serverende cellen worden onderdrukt. Daarnaast gebruikt intercell interference coordination (ICIC) in LTE en 5G NR (die op OFDMA gebaseerd zijn maar CDMA concepten bevatten) resource partitionering om orthogonale code of frequentiebronnen toe te wijzen aan cel-edge gebruikers.

Geavanceerde Orthogonale Code Technieken en toekomstige aanwijzingen

Onderzoek blijft de grenzen van de prestaties van CDMA verleggen door nieuwe codefamilies en ontvangerarchitecturen te ontwikkelen die de beperkingen van traditionele orthogonale codes overwinnen. Hieronder worden een aantal veelbelovende richtingen geschetst.

Gegeneraliseerde Orthogonale Codes (GOC)

Gegeneraliseerde orthogonale codes breiden het concept van orthogonale sequenties uit tot complexe of hogere dimensieruimten. Bijvoorbeeld, complexe kwadratuurcodes (bijvoorbeeld die welke worden gebruikt in WCDMA's secundaire kramen) kunnen worden ontworpen om nul periodieke kruiscorrelatie te hebben over een reeks Doppler verschuivingen. GOC's kunnen worden gecombineerd met multi-input multi-output (MIMO) technieken om ruimte-tijd orthogonaliteit te bieden, waardoor gelijktijdige transmissie van meerdere antennes zonder interferentie mogelijk is.

Onderzoekers hebben ook onderzocht "super-orthogonale" codes die orthogonaliteit behouden zelfs onder chip timing fouten van maximaal de helft van een chip. Deze codes gebruiken redundantie om laat uitspreiden zonder boete. Hoewel dergelijke codes verminderen capaciteit (omdat ze langere sequenties nodig), kunnen ze nuttig zijn in ad-hoc of barstige transmissie scenario's waar synchronisatie los is.

Niet-orthogonale Meerdere Toegang (NOMA) en CDMA

Moderne 5G en voorbij-5G systemen zijn overgang van puur orthogonale meerdere toegang tot niet-Orthogonale Meerdere Toegang (NOMA), waar gebruikers dezelfde code in het power domein delen. In NOMA, het basisstation superposes signalen van verschillende gebruikers met verschillende stroomniveaus, en ontvangers gebruiken opeenvolgende interferentie annulering (SIC) om hen te decoderen. Deze aanpak verbetert spectrale efficiëntie in massale connectiviteit scenario's (bijv., IoT). Orthogonale codes spelen een ondersteunende rol in NOMA door het verstrekken van een tweede dimensie (code domein) die kan worden gecombineerd met power-domein multiplexing.

Zo worden bijvoorbeeld in een hybride regeling "Code-Domain NOMA" (CD-NOMA) weinig verspreide codes toegewezen die niet volledig orthogonaal zijn maar een lage paarsgewijze cross-correlation hebben. De ontvanger gebruikt message passing algoritme (MPA) om gebruikers te detecteren. Deze aanpak kan meer gebruikers ondersteunen dan orthogonale codes alleen, ten koste van een verhoogde complexiteit van de ontvanger. Operators evalueren CD-NOMA voor 6G systemen, die massale connectiviteit met verschillende datasnelheden vereisen.

Artificiële Intelligentie voor codetoewijzing en -detectie

Machine learning technieken, met name diepe neurale netwerken, worden toegepast om code allocatie in real time te optimaliseren. Een versterking leeragent kan leren de optimale toewijzing van OVSF codes gegeven verkeerspatronen, kanaalkwaliteit, en overdracht waarschijnlijkheden. Vroege resultaten tonen een 10 .15% vermindering in call blocking in vergelijking met heuristische algoritmen.

Neurale netwerk-gebaseerde ontvangers kunnen ook leren om inter-code interferentie te verminderen zonder expliciete kanaalschatting. Bijvoorbeeld, een convolutionair neuraal netwerk (CNN) kan het ontvangen baseband signaal verwerken en direct de symbolen voor elke gebruiker uitvoeren, impliciet compenseren voor multipathische en timing fouten die orthogonaliteit vernietigen. Dergelijke benaderingen zijn computerintensief maar kunnen haalbaar worden met speciale hardware in toekomstige basisstations.

Integratie met OFDM en FBMC

Orthogonale frequentieverdeling Multiplexing (OFDM) gebruikt orthogonale subcarriers om intersymbolinterferentie te voorkomen. In LTE en 5G NR heeft OFDM CDMA vervangen voor de luchtinterface. Echter, het concept van orthogonale verspreidingscodes is hergebruikt in de vorm van "precodering" voor multi-user MIMO. Bijvoorbeeld, het basisstation kan orthogonale bundelvormende vectoren toewijzen aan gebruikers op dezelfde tijdfrequentiebron .Dit is wiskundig analoog aan het toewijzen van orthogonale codes in het ruimtelijke domein.

Filterbank multicarrier (FBMC) is een andere golfvorm die gebruik maakt van orthogonale filters met een betere spectrale insluiting dan OFDM. In FBMC wordt de rol van orthogonale codes vervangen door orthogonale polyfase filters die gebruikers scheiden in zowel tijd als frequentie. Toekomstige systemen kunnen FBMC combineren met code-domein multiplexing voor massale IoT scenario's, waar duizenden apparaten korte pakketten sporadisch verzenden.

Conclusie

Orthogonale codes blijven een basistechnologie voor CDMA-systemen, waardoor meerdere gebruikers dezelfde frequentieband kunnen delen met minimale intra-cel interferentie. Vanaf de vroege dagen van Walsh-codes in IS-95 tot de flexibele OVSF-codes in WCDMA, zijn deze sequenties essentieel gebleken voor het bereiken van hoge capaciteit, robuust interferentiebeheer en variabele datasnelheden. Terwijl uitdagingen zoals synchronisatie, multipath degradatie en code management blijven bestaan, blijft het lopende onderzoek in algemene codes, niet-orthogonale meervoudige toegang, en AI-gedreven optimalisatie de mogelijkheden van code-division technieken uitbreiden.

Naarmate draadloze netwerken evolueren naar 6G, zullen de principes van orthogonale codeontwerp waarschijnlijk worden aangepast aan nieuwe domeinen zoals ruimte-tijd codering, multi-user MIMO en schaarse code meerdere toegang. Begrijpen van de rol van orthogonale codes in CDMA is daarom niet alleen een les in het verleden draadloze technologieën, maar ook een basis voor toekomstige innovatie in massale connectiviteit en hoog-efficiëntie spectrum delen.

Buitenlandse referenties

  • 3GPP TS 25.213: "Spreading and modulatie (FDD) " . . OVSF codes en scrambling in WCDMA.
  • Viterbi, A. J. (1995). CDMA: Principes of Spectrum Spectrum Communication . Addison-Wesley.
  • Holma, H., & Toskala, A. (2011). LTE voor UMTS: OFDMA en SC-FDMA gebaseerde radiotoegang. . . Contrasts CDMA met OFDMA.
  • Zappone, A., & Sanguinetti, L. (2022). "Machine Learning for Wireless Communications: A Comprehensive Survey." IEEE Communications Surveys & Tutorials . .
  • Dai, L., et al. (2015). "Niet-Orthogonal Meerdere Toegang voor 5G: Oplossingen, Uitdagingen, Kansen en Toekomstige Onderzoek Trends." IEEE Communications Magazine