Wielodostęp z podziałem kodowym (CDMA)

Znane są cztery metody multipleksowania, które umożliwiają lepsze wykorzystanie dostępnego kanału transmisyjnego przez wielu użytkowników w systemach radiowych: multipleksowanie z podziałem częstotliwości (FDM), multipleksowanie z podziałem czasu (TDM), multipleksowanie z podziałem kodowym (CDM) oraz multipleksowanie z podziałem przestrzennym (SDM). Na poprzednich stronach niniejszej lekcji rozważaliśmy dwie techniki dostępu regulujące dostęp do kanału transmisyjnego przy pomocy kanałów częstotliwościowych FDMA i czasowych TDMA. Zanim wyjaśniona zostanie zasada działania systemów CDMA opisana zostanie technika multipleksowania z podziałem kodowym CDM.

W technice CDM transmitowanych jest wiele sygnałów wąskopasmowych, które są rozpraszane na całe dostępne pasmo częstotliwości. Każdy z sygnałów wąskopasmowych jest rozpraszany w sygnał szerokopasmowy poprzez zastosowanie unikatowego dla każdego użytkownika kodu. Kod rozpraszający, który jest sekwencją pseudo szumu PN (ang. pseudo-noise), przekształca sygnał wąskopasmowy w sygnał szerokopasmowy przypominający szum. Tak utworzone sygnały szerokopasmowe są przesyłane przez kanał w tym samym czasie i na tej samej częstotliwości. Odbiornik zna ciągi kodowe PN nadajników i dzięki temu może wyszukać w odebranym sygnale szerokopasmowym sygnał pochodzący od konkretnego nadajnika, przy pomocy funkcji autokorelacji. Inne sygnały, których ciągi kodowe są różne od poszukiwanego ciągu PN są traktowane jako szum. Głównie dwie metody są stosowane w technice multipleksowania CDM zwanej również transmisją z poszerzonym widmem. Jedną z nich jest metoda z rozpraszaniem bezpośrednim DS (ang. Direct Sequencing), drugą jest metoda ze skakaniem po częstotliwościach FH (ang. Frequency Hopping). Technika CDM stosowana jest między innymi w systemach IS-95 i UMTS.

Metoda rozpraszania bezpośredniego DS polega na dodawaniu modulo dwa bitów przesyłanego sygnału (danych) z binarnym ciągiem kodowym PN o dużo większej częstotliwości niż przesyłany sygnał danych. Bity sekwencji PN noszą nazwę chipów. W technice ze skakaniem po częstotliwościach FH częstotliwość nośna przesyłanego sygnału zmienia się losowo w zakresie całego dostępnego pasma, dla każdego użytkownika inaczej. Skakanie po częstotliwościach może odbywać się szybko (kilkanaście przeskoków w czasie trwania bitu danych) lub wolno (jeden przeskok na kilka bitów danych).

Wielodostęp z podziałem kodowym CDMA bazuje na technice CDM. Wszyscy użytkownicy używają tej samej częstotliwości nośnej i nadają w tym samym czasie. Każdy użytkownik posiada swoje własne słowo kodowe PN prawie ortogonalne do słów kodowych innych użytkowników. Odbiornik w celu zdekodowania określonego słowa kodowego związanego z użytkownikiem wykonuje operację korelacji. W celu wykrycia danej wiadomości odbiornik musi znać słowo kodowe stosowane przez nadajnik. 

Wielodostęp z podziałem kodowym posiada następujące własności:

  • Wszyscy użytkownicy systemu CDMA używają tego samego pasma częstotliwości. Mogą być stosowane zarówno techniki TDD jak i FDD.
  • System CDMA charakteryzuje się „nieostrym” limitem pojemności. Jakość systemu pogarsza się wraz ze wzrostem liczby użytkowników.
  • Sygnał w systemie CDMA jest odporny na interferencje wąskopasmowe.
  • Wszystkie sygnały odbierane przez odbiornik powinny charakteryzować się tą samym poziomem mocy, w przeciwnym razie najsilniejszy sygnał „przechwyci” odbiornik. Z tego względu wymagane jest stosowanie w systemie CDMA kontroli mocy nadajników. Użytkownicy znajdujący się bliżej stacji bazowej muszą nadawać z mniejszą mocą, a użytkownicy będący w większej odległości od stacji bazowej muszą nadawać z większą mocą.