Kod Bölümüne Giriş Birden Çok Erişim
Modern kablosuz iletişim sistemleri, birçok kullanıcının aynı spektrumu aynı spektrumu aynı anda paylaşmasına izin vermek için verimli çoklu erişim tekniklerine güveniyor. Kod Bölümü Birden fazla Access (CDMA) frekans-division ve zaman-division yöntemlerinden ayrı duruyor, çünkü tüm kullanıcıların her zaman tüm bant genişliğini işgal etmesine izin veriyor.
Bir CDMA sisteminde, her kullanıcının veri sinyali, diğer kullanıcıların sinyalleri (farklı kodlar tarafından) genişletilir. Bu işlem, kodların korelasyon özelliklerine eleştirel bir şekilde bağlı olarak, farklı kullanıcılardan kodların sıfır çapraz-korrelasyona sahip olması gerekir - bu, yakın zamanda veyatogonalitenin performansının kısıtlanması gerekir.
Derinlikteki Orthogonal Kodları Anlamak
Bir ortogonal kod seti, alıcının, herhangi bir iki ayrı dizindeki içsel ürünün (dot ürünü) sıfır olduğu bir dizidir.Uygulamada, bu, iki kullanıcının veyatogonal kodları kullanarak gönderdiği zaman, sinyallerinin alıcıya müdahale etmediği bir dizi sıraya müdahale etmez, mükemmel bir senkronizasyon ve kanal bozukluğu yoktur.[Dörtüncü ve 7 )
[Düzücük:0)k = 1[Dönem:2|Dönemli:2|Döntme: 4)[Dönemli, · c) = 0 i ⁇ j[D:2|D)
Bu özellik, CDMA'nın çoklu erişim kapasitesi inşa ettiği temeldir. kablosuz standartlarda kullanılan en iyi bilinen aileler Walsh-Hadamard dizileri, Orthogonal Değişkenler Sinyalleri (OVSF) kodları ve özel sıfır-korrelasyon-bölge dizileri Walsh-orthogonal tasarımlarıdır.
Orthogonalite sadece ideal koşullar altında muhafaza edilebilir: Tüm kullanıcılar ve frekans şişirmeleri, ağ mühendisleri ve araştırmacılar için mükemmel zaman ayarlanması.
Walsh-Hadamard Kodları
Walsh kodları Hadamard matrices'ten üretilmiştir, ki bu da masaların karşılıklı veyatogonal olmasıdır:0).N).N) 2. kısımdır.
H[DÜDÜ:0)[Üye: 1/01/2012, 9- ⁇ [Üye: 9) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
Her satır matrix, 64 kanaldan ayırt etmek için bir Walsh koduna karşılık gelir (pilot, senkronizasyon ve trafik).N[Dönetici], IS-95 CDMA sistemlerinde, ileri bağlantı (taban istasyon to mobile) kullanımları Walsh kodları 64 kanala (pilot, senkronizasyon, paging ve trafik) kodlarını ayırt etmek için 64 kanallarını kullanır.
Walsh kodlarının ortogonalliği, yalnızca zaman içinde kodlar mükemmel bir şekilde hizalandığında geçerlidir.Bir çipin bile yok edilmesi veya engonalitesi ile bir değişim, bu yüzden dikkatli senkronizasyon CDMA forward bağlantılarında kritiktir.Bu kod uzunluğu aynı zamanda hücre ağlarındeki kodların tekrarlanması ve planlama zorluklarına yol açıyor.
Orthogonal Değişkenler Yayılması (OVSF)
Walsh kodları sabit bir yayılma faktörü sunarken, 3G WCDMA (UMTS) sistemleri aynı anda birden fazla veri oranı için destek gerektirir. OVSF kodları değişken uzunlukta veyatogonal kodlarına (diğer dallarda) devam ederken, farklı yayılma faktörleri olan kullanıcılarda değişken uzunlukta veyagonal kodlar tanıtıldı. OVSF kodları her düğümün kendi başına (bir şube ile) ve kendi negasyon (bir şube ile) ile birlikte iki çocuk kodu vardır.
Bu hiyerarşik yapı, aynı ağaçtan iki kodun veya diğer bir kullanıcı tarafından atanmış olması durumunda, ağın daha kısa kod algoritmaları (yüksek veri oranları) kullanarak daha fazla bant genişliğine ihtiyacı olduğunu garanti eder, ancak ağaç yapısı zor bir kısıtlama uygular: bir kod bir kullanıcıya atansa, tüm torunları ve ataları bloke edilir. Bu, dinamik kod algoritmaları ile çözülebilir.Bu, genellikle hizmet kalitesi ve kalitesi ile bağlantılıdır.
OVSF kodları, 3G CDMA sistemlerinin birkaç kbps'den 2 Mbps'ye kadar esnek veri oranları sunabileceğinin önemli bir nedenidir.Onlar veyatogonal mülkleri, bir hücre içinde, ileri bağlantı müdahalesinin veri oranları kadar düşük kalmasını sağlar.
CDMA System Performansında Orthogonal Kodların Rolü
Bir CDMA sisteminin performansı genellikle kapasite açısından ölçülür (şimdilik kullanıcılarının sayısı), veri aktarım ve kalite (bazı hata oranı veya çerçeve süresiz oranı ile sigortalanır). Orthogonal kodları doğrudan tüm üç metrikleri inceler.
Kapasite Orthogonal Yaylama ile Geliştirilmesi
Mükemmel bir senkronizasyonlu bağlantı veya CDMA hücresi ile mükemmel bir şekilde bağlantıda, aynı hücredeki diğer kullanıcıların müdahalesi teorik olarak sıfırdır. Bu, bir kullanıcının gördüğü tek müdahalenin, ya da sonsuz hücrelerin (inter-cell müdahalesi) ve termal gürültünün ortadan kaldırılması anlamına gelir.Bir CDMA hücresi kapasitesi o zaman sinyal-togonal bağlantılar tarafından belirlenir.
Ancak, kullanıcılar hareket ettiği ve çok fazla empati ya da sonogonaliteyi yok ettiği gibi, ya datiyogonalite faktörü ( 0 ve 1) degradlar arasında bir değer. Tipik bir makro-telif ortamda, ortogonalite faktörü, diğer kullanıcıların sadece% 40-60'ı müdahale olarak görünür.
Interference Rez ve Signal Clarity
Orthogonal kodlar da yakın-farklı problemi azaltarak sinyal netliğini geliştiriyor. CDMA'da, bir kullanıcı diğerlerine müdahale etmeden bir kullanıcı, tüm kullanıcıların eşit güçle iletişim kurmasını sağlar.If using orthogonal codes on the forward link, the base station can send the user's road loss without creating response to the base station can overwhelm.This allows the base station to allocate power independent per user, a skills not possible in TDMA or FDMA or FDMA or FDMA systems where time/fret resources are correct.
Ters bağlantıda, ortogonalitenin korumak için daha zor olduğu yerde, güç kontrolü müdahaleyi azaltmak için birincil araç haline gelir. Bununla birlikte, bazı gelişmiş CDMA sistemleri, bilinen performansı geliştirmek için kusi-orthogonal kodları veya müdahale iptal tekniklerini kullanır.
Data Throughput and Flex Rate Support
OVSF kodları ile, CDMA sistemleri, kullanıcı tarafından daha yüksek güç ataması veya daha iyi kanal koşullarına güvenmek için geniş bir veri oranını destekleyebilir.The orthogonal mülkiyet, bu da veri oranını artırır, ancak işlem kazancını azaltır.The orthogonal property provides the code stay the code (küçük faktör), which uses orthogonal to other codes in the tree, maintain the processing gain.The user easier to other codes in the tree, so the system must allocate higher power or depend on better kanal conditions.
Adaptive modulation and kodlama (AMC) orthogonal kod ataması, modern CDMA tabanlı sistemler (örneğin HSPA gibi) iyi kanal koşullarında 10 Mbps'yi aşabilmeleri için modern CDMA tabanlı sistemlere izin verir.
CDMA'da kullanılan Orthogonal Kod türleri
Walsh ve OVSF kodları ticari standartları ele alırken, diğer veyatogonal kod aileleri belirli amaçlar için gelişmiştir. Aşağıdaki bölümler en önemli türleri ve uygulamalarını tanımlar.
Walsh-Hadamard Kodları IS-95 ve cdma2000
Bahsettiği gibi, IS-95, Walsh kodlarını dört dört dörtlü dörtlü dörtlülük bir pilot kanaldan oluşur (tüm-zeros Walsh kodu 0), 7 ping kanallarını, bir senkronizasyon kanalını ve birden fazla trafik kanalını kullanarak, her biri tüm kanalların sayısını artırmak için benzersiz bir Walsh kodu tayin eder.
Walsh kodları aynı mobil kanaldan (R-PICH) ve özel kontrol kanalı için cdma2000'in ters bağlantısında da kullanılır, ancak burada veyatogonal kapsama sınırlıdır, çünkü mobiller birbirine senkronize edilmez.
OVSF WCDMA /HSPA
3GPP WCDMA standart, OVSF kodlarını, aynı hücredeki iki kullanıcının ata / tek başına atandığı kod kullanımı ile tanımlanır.Bu kısıtlama, 1'in kök kodu ile tanımlanır ve her bir şubenin iki koduna bölünür.
HSPA (High-Speed Packet Access) yüksek hızlı bir şekilde kullanıcı tarafından paylaşılan kanalları (HS-DSCH) kullanarak OVSF kodları kullanıcılar arasında bir araya gelerek, kodlar veya uçsuz bir şekilde iletilebilir.
Quasi-Orthogonal ve PN Sequences
Çünkü belirli bir süre için ortogonal kod sayısı sınırlıdır, CDMA sistemleri genellikle onları kusi-orthogonal veya p-noise (PN) dizileri düşük, ancak non-zero, çapraz-korrelasyon. - IS-95, ters bağlantı uzun bir PN serisini kullanır (dönümlülük süresi 2[D) Her bir mobilde ayrı olarak ekler.
Quasi-orthogonal kod setleri, rastgele diziler için zirveden çok daha düşük olan kod kümesine sahip olmak için tasarlanmıştır. Kullanıcıların sayısı ortogonal kod kapasitesinin veya senkronizasyonun nerede korunamayacağı durumlarda kullanılır (örneğin, bağlantı).
Meydanlar ve Pratik Bakışlar
Teorik zarafetine rağmen veyathogonal kodları, mühendislerin CDMA ağlarını tasarlarken ele alması gereken birkaç pratik zorlukla tanıştırmaktadır. Bu sorunları ve gerçek sistemlerde kullanılan çözümleri ayrıntılı olarak ele alalım.
senkronizasyon ve Timing Jitter
Orthogonalite, tüm kullanıcıların sinyallerin alıcıya çip seviyesindeki ayarlama ile gelmesini gerektirir. İleri bağlantıda, temel istasyon aynı saat kullanarak tüm sinyalleri gönderir, bu yüzden kod jeneratörü ile uyumlu kodlar.In WCDMA, bu, bir coarse senkronizasyon adımını azaltmak için farklı mobilize ulaşır (parça ve çerçeveler veya gecikmeler) ve her kullanıcının sinyalini kullanarak gerçekleştirir.
Timing jitter (zamana varışta gelir dalgalanmaları, faz gürültü veya Doppler değişimleri nedeniyle) korelatör çıkışının bir kısmını veya sonsuza kadar kaybetmesine neden olabilir.Bu sonuçlar aynı anda ısıtıcılar için de geçerli olan hipotezleri telafi etmek için.
Çok fazla sempati ve Orthogonalite Kayıplığı
Mobil ortamlarda, sinyaller binalar, arazi ve araçlar, aynı sinyalin kodunu (multipath) oluşturmak. Bir kullanıcının sinyali birden fazla yolla geldiğinde, doğrudan yol ve yanlı bir yol arasındaki zaman farkı bir çipin aşabilir.Bu durumda, kodun yanmış kopyasının yansıdığı, başka bir kullanıcının koduyla yanlış yönlendirilmesi veya sonsuza kadar yok edilmesi amaçlanmıştır.
Multipath-indüktör müdahale ile mücadele etmek birincil araç Rake alıcıdır. A Rake alıcısı, farklı bir gecikme yolu ile korelasyona sahip, yol enerjilerini birbirine bağlı olarak, kanal geri yükleme veya uygulama etkisini azaltırsa, aşırı derecede düşük maliyetli bir şekilde baskı yapan veya dağcılıkta, her korelasyon faktörü, 0,3'ün altından aşağıya düşebilir.
Kod Yönetimi ve Dinamik Allocation
Büyük bir CDMA ağı binlerce hücre ile, ortogonal kodların tahsisini yönetmek önemli bir operasyonel meydan okuma haline gelir.Her hücre, en az sayıda veyatogonal koda sahiptir (örneğin, 64 Walsh kodları IS-95). Bu kodlar tüm müdahaleden kaçınmak için yeniden kullanılmalıdır.In cdma2000, hücreler farklı "kogonal grafikler" veya "kogonal çarpışmalar" olarak adlandırılır.
Dinamik kod tahsis algoritmaları radyo ağ kontrol cihazı (RNC) veya Node-B'de çalıştırılır, kalite gereksinimlerine dayanan yeni arama kodları atamak ve mevcut kod ağacı kaynaklarına göre.Eğer yüksek seviyeli bir kullanıcı kısa kod gerektirir, ancak tüm kısa kodlar alınırsa, mevcut kullanıcılar arasındaki gerçek konum kodlar için sistem, "kolay reassignment" olarak adlandırılabilir.Bu nedenle geçici kesintilere neden olabilir.
Inter-Cell Interference ve Frekans Planlaması
Orthogonal kodları intra-telif müdahaleyi ortadan kaldırır, ancak inter-cell müdahale büyük bir kapasite limiti olarak kalır. Çünkü bir CDMA sistemindeki tüm hücreler aynı frekansı (kullanıcı faktör 1), cep kenarlarında kullanıcılar komşu hücrelere müdahale eder ve hücre içindeki aşırılık sınırlı faydalar sağlar.
Kesirli frekans yeniden kullanımı (FFR) ve yumuşak elover, bir cep telefonu aynı anda birden fazla hücreden sinyalleri birleştirir ve sistem birden fazla hücreden gelen sinyalleri azaltır.Bu, koruma dışı hücrelerden gelen sinyalleri azaltır. ek olarak, LTE ve 5G NR'de (veya CDMA konseptleri) kaynak bölmesini sağlar.
Gelişmiş Orthogonal Kod Teknikleri ve Future
Araştırma, geleneksel veyatogonal kodların sınırlarını aşarak CDMA performans sınırlarını zorlamaya devam ediyor. Birkaç umut verici yol aşağıda belirtilmiştir.
Genelleştirilmiş Orthogonal Kodlar (GOC)
Genelleştirilmiş veyatogonal kodları, karmaşık veya daha yüksek çözünürlükli alanlara sıfır sıralar konseptini genişletir. Örneğin, karmaşık dörtlü kodlar (örneğin, WCD'de kullanılanlar) birden fazla antenden gelen ışınlamalar yoluyla aynı anda aktarılabilir.
Araştırmacılar ayrıca, "süper-orthogonal" kodlarını, bu tür kodların azaltılmasına izin vermek için yarı zamanlı hataların altında bile muhafaza veya patlama senaryolarında yararlı olabilirler.
Non-orthogonal Birden fazla Erişim (NOMA) ve CDMA
Modern 5G ve 5G sistemlerinin ötesinde, farklı güç seviyelerinden gelen temel istasyonlar ve alıcılar, onları kodlayan başarılı müdahale iptallerini (SIC) kullanarak, kullanıcıların aynı kodu güç alanında paylaştığını (örneğin, IoT) Orthogonal kodlar NOMA'da, farklı bir boyuta destekle işaret ediyor ve alıcılar başarısal müdahaleyi kullanarak başarısal bir müdahaleyi kullanıyor.
Örneğin, "Kom-Domain NOMA" (CD-NOMA) çağrılı bir karma programı, tamamen veyatogonal olmayan kodları tahsis eder, ancak alıcının çeşitli veri oranları ile büyük bağlantı gerektirdiği mesaj geçiş algoritması (MPA) kullanır.Bu yaklaşım, kullanıcıları sadece artan alıcı karmaşıklığına göre daha fazla destekleyebilir.
Kod Assignment ve Tespit için Yapay Zeka
Makine öğrenme teknikleri, özellikle derin sinir ağları, gerçek zamanlı kod paylaşımını optimize etmek için uygulanır. Bir takviye öğrenme aracı, trafik modellerine verilen OVSF kodlarının optimum atamasını öğrenebilir ve elover olasılıklarını gösterir. Erken sonuçlar heuristic algoritmaları ile kıyasla % 10-15 azaltımı gösterir.
Neural-network tabanlı alıcılar, açık kanal tahminleri olmadan Inter-code müdahalesini azaltmak için de öğrenebilirler. Örneğin, bir convolutional sinir ağı (CNN) alınan temel bant sinyalini ve her kullanıcı için sembolleri doğrudan yazdırmak için, ya da zaman zamanlaması hatalarının kapatılmasını mümkün olabilir.
OFDM ve FBMC ile entegrasyon
Orthogonal Frekans Bölümü Birden çok yönlü (OFDM) çoklu kullanıcı için "precoding" şeklinde kullanımlar veya kullanımlar yapılır. Örneğin, istasyon aynı zamanda kullanıcılarına CDMA'yi değiştirebilir. ancak, matematiksel olarak analog kodlar uzaysal alanda "precoding" şeklinde yeniden tasarlanmıştır.
Filtre bankası multicarrier (FBMC) her iki kez ve frekansta kullanıcıları ayrı olarak değiştirmiş olan FBMC'yi kodlayan çok sayıda cihazla birleştirebilen başka bir dalga biçimidir.In FBMC, ortogonal kodların rolü, her iki kez de yedeklenen veya dışsal polifaz filtreler tarafından değiştirilir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Orthogonal kodlar, yüksek kapasiteye, sağlam müdahaleye sahip aynı frekans grubu paylaşmak için temel bir teknoloji olarak kalır.En erken günlerinden Walsh kodları, WCDMA'daki esnek OVSF kodlarına kadar, bu diziler yüksek kapasiteye, sağlam müdahaleye ulaşma yeteneğine sahip olmayı başarır. senkronizasyon, multipath bozulması ve kod yönetimi gibi zorluklarla karşılaşılırken, genelleştirilmiş kod yönetimi sürekli olarak devam eden araştırma, non-orthogonal çoklu erişimde devam eder ve AI- optimizasyon tekniklerinin genişletilmeye devam eder.
Kablosuz ağ 6G'ye kadar geliştikçe, CDMA'daki ortogonal kod tasarımının ilkeleri muhtemelen yeni alanlara adapte olacaktır - uzay zamanlı kodlama, çoklu kullanıcı MIMO ve sparse kodu çoklu erişim. CDMA'daki rolü anlamak, bu nedenle sadece son kablosuz teknolojilerde bir ders değil, aynı zamanda büyük bağlantı ve yüksek verimli spektrum paylaşımında gelecekteki yenilikler için bir temel.
[FONT:0)Dönemli Referanslar[Dönemli:0)
- 3GPP TS 25.213: "Spreading and modulation (FD)" - OVSF kodları ve WCDMA'da coşking.
- Viterbi, A. J. (1995).urFLT:0)CDMA: Prodüksiyon Haberleşme İlkeleri) Addison-Wesley. – Ortogonal yayılma hakkında Klasik metin.
- Holma, H., & Toskala, A. (2011).ETHFLT:0)LTE for UMTS: OFDMA and SC-FDMAive Radio Access[DDDD)[Dönetici: Contrasts CDMA with OFDMA.
- Zappone, A., & Sanguinetti, L. (2022). "Mali İletişim İçin Makine Öğrenmesi: A C Kapsamlı Araştırma." [FONT:0)IEEE İletişim Anketleri ve learnings
- Dai, L., et al. (2015). "Non-Orthogonal Birden fazla erişim 5G için: Çözümler, Zorluklar, Fırsatlar ve Gelecek Araştırma Trendleri" [0]IEEE İletişim Dergisi[Dönem: 0:1).