|
Вступ
На сьогоднішній день системи FDМА й ТDМА практично вичерпали свої можливості й не можуть забезпечувати істотно велику пропускну здатність. Технологія кодового розподілу каналів СDМА, завдяки високій спектральній ефективності, є радикальним рішенням проблеми подальшої еволюції стільникових систем зв’язку.
При СDMA-технології кожен канал системи повністю використає весь виділений частотно-часовий ресурс; радіоканали систем СDМА перекриваються як за часом, так і по частоті. Розподіл сигналів окремих каналів здійснюють за рахунок того, що кожен канал має свою адресну кодову послідовність. СDMA-технології застосовуються в системах мобільного зв’язку, і основною задачею роботи буде мінімізація співвідношеня сигнал-шум для оптимізації роботи систем.
Основна частина
Вибір кодових послідовностей для системи СDМА залежить від типу каналу: пряма (від ВS до МS) або зворотна (від МS до ВS). У прямому каналі зв’язку підтримують тактову й кадрову синхронізацію адресних послідовностей робочих каналів однієї ВS (не плутати з кодовою синхронізацією ВS і МS). Синхронізацію забезпечують при формуванні групового сигналу в передавальному тракті ВS. Переборовши відстань від ВS до МS, сигнали надходять на вхід приймача МS без взаємних тимчасових зсувів, оскільки в межах одного променя всі вони проходять однакову відстань. Отже, на вході приймача МS зберігається режим тактової й кадрової синхронізації адресних послідовностей робочих каналів, а значить можна використати синхронну обробку групового сигналу. Тому для мінімізації міжканальних перешкод у прямому каналі зв’язку в якості адресних послідовностей можливе застосування ансамблів ортогональних сигналів. Тоді корелятор на прийомній стороні відреагує тільки на ту адресну послідовність, еталон якої зберігається в приймачі; відгук корелятора на сигнали сусідніх каналів в ідеалі повинен бути нульовим. Прикладом ансамблів ортогональних сигналів може служити ансамбль функцій Уолша.
У зворотному каналі зв’язку ситуація принципово інша: в адресних послідовностях робочих каналів МS тимчасові зсуви довільні, тобто має місце асинхронний режим роботи МS.
Тому у зворотному каналі потрібний ансамбль сигналів з гарними кореляційними властивостями. Розглянемо дане питання більш детально. Для цього будемо вважати, що в системі з M абонентами використають адресні послідовності довжиною N. Введемо позначення:  - i-й символ k-й адресної послідовності, i=0, 1,..., N-1, до= 1, 2,..., M. Тоді взаємна кореляційна функція (ВКФ) k-ї та i-ї послідовностей:
 , k≠l, (1)
де (.)* – знак комплексного сполучення; m – довільне часове зміщення однієї послідовності щодо іншої.
Сформулюємо вимоги до ВКФ у такий спосіб:
 (2)
тобто максимальний рівень викидів ВКФ повинен бути якнайменшим.
Разом з тим й у прямому, і у зворотному каналах ансамблі сигналів повинні мати гарні автокореляційні властивості:
 (3)
тобто максимальний рівень бічних пелюстків АКФ повинен бути якнайменше. Ця вимога викликана тим, що в умовах багатопроменевого поширення бічні пелюстки сильного сигналу можуть маскувати основний пелюсток слабкого сигналу. Крім того, при малому рівні бічних пелюстків значно швидше проходять процеси кодової синхронізації й зростає завадостійкість системи в цілому.
Поєднуючи вимоги до ВКФ й АКФ, для зворотного каналу вводимо загальний мінімаксний критерій:
 (4)
В ідеалі  = 0, але ця умова принципово недосяжна.
Застосовуючи границю упакування Велча до ансамблю з М послідовностей довжиною N кожна, можна оцінити нижню межу величини кореляційного викиду:
 (5)
Прикладом ансамблю бінарних послідовностей, що підходить для зворотногоканалу, може служити ансамбль послідовностей Гольда. Фактично для ансамблю Гольда величина кореляційного викиду обмежена знизу як
 (6)
але границя упакування Велча стосовно до ансамблю Гольда дає інший результат: .
Таким чином, видно, що ансамблі Гольда не досягають потенційної границі упакування й тому не є оптимальними серед довільних ансамблів.
У системах СDМА широке застосування знаходять бінарні коди на основі М- послідовностей. Це обумовлено гарними властивостями періодичних автокорреляційних функцій (ПАКФ) таких кодів, для яких:
   (7)
де N – довжина M-послідовності; m – довільне взаємне часове зміщення двох копій послідовності.
Таким чином, рівень бічних пелюстків ПАКФ М-послідовностей постійний і дорівнює помодулю | | = 1/N.
Бінарні коди на основі M-послідовностей є мінімаксними, тому що досягають мінімальної границі для величини максимального бічного пелюстка ПАКФ.
Очевидно, що при досить більших довжинах М-послідовностей можна домогтися як завгодно малої величини рівня бічних пелюстків ПАКФ при великій величині основного пелюстка. Це властивість М-послідовностей дозволяє виділяти окремі промені із загальної інтерференційної картини, а також з високим ступенем точності підтримувати кодову синхронізацію в системі зв’язку при багатопроменевому поширенні радіохвиль і пересуванні мобільних абонентів зі значною швидкістю.
Правильний вибір адресних послідовностей наділяє систему СDМА рядом унікальних властивостей.
Абоненти системи підтримують зв’язок, повністю використовуючи весь частотно- часовий ресурс. Кожному робочому каналу виділяють свої адресні послідовності, причому сигнали сусідніх каналів у силу кореляційних властивостей адресних послідовностей сприймаються при прийомі як білий шум, рівень якого можна знижувати, збільшуючи базу сигналів. При правильному виборі адресних послідовностей пропускна здатність мережі максимальна.
Перевищення припустимого числа активних абонентів не порушує зв’язок, а лише трохи погіршує її якість. Це властивість систем СDМА називають еластичністю.
Системи СDМА здатніпрацювати в одному діапазоні з іншими радіотехнічними засобами, у т.ч. і із системами зв’язку. При цьому можливо дотримання умов повної електромагнітної сумісності за рахунок малої спектральної щільності енергії складних сигналів.
Системи СDМА забезпечують високий ступінь безпеки й конфіденційності переданих повідомлень за рахунок використання ПВП великої довжини.
У системах СDМА значного збільшення пропускної здатності досягають за рахунок використання фактора мовної активності абонентів (voice activity factor). Залежно від параметрів мови абонента при кодуванні з мовного сигналу видаляють надмірність, і кодовану мовну інформацію передають із різною швидкістю. Потужність переданих сигналів при цьому змінюють таким чином, щоб енергія посилки одного символу залишалася незмінної. Так, при більше "активній" мові швидкість і потужність передачі вище, ніж при менш "активної", енергія ж інформаційних посилок в обох випадках однакова. Під час мовних пауз, що займають у середньому 35...40 % тривалості розмови, швидкість передачі інформації з каналу трафика різко скорочують (відповідно знижують і потужність передавача). У підсумку пропускна здатність мережі може бути збільшена приблизно в 2 рази; рівень взаємних перешкод при цьому не перевищує припустимого порога, а якість зв’язку (коефіцієнт помилок) відповідає заданому.
У системах СDМА в естафетній передачі МS можуть брати участь кілька ВS. У результаті такого просторового рознесення якість зв’язку при переході МS з одного стільника в інший практично не погіршується – системи СDМА забезпечують "м’яку" естафетну передачу (soft handover). Режим м’якої естафетної передачі можливий й у системах стільникового зв’язку інших типів, але в стільникових мережах на основі СDМА він не викликає перевантажень ВS внаслідок властивості еластичності.
Системи СDМА знаходять широке застосування у внутрішніх системах зв’язку (indoor system) внаслідок того, що широкополосные сигнали випробовують менші втрати на трасі поширення й дозволяють ефективно боротися з перекручуваннями в каналі зв’язку.
Для оптимізації роботи CDMA, покращення роботи системи, збільшення кількості обслуговуваних абонентів, підвищення якості зв’язку потрібно покращити значення співвідношення сигнал-шум. Вираз для відношення с/ш на символ у зворотному каналі зв’язку:
 (8)
де  - потужність взаємних перешкод, що виходять від активних абонентів даного сектора даного стільника (з врахуванням того, що в одному з каналів передають корисний сигнал);  – потужність взаємних перешкод, що виходять від активних абонентів сусідніх стільників; δ – коефіцієнт;  – число активних абонентів даного сектора даного стільника; ΔF – ширина спектра сигналу;  необхідний мінімальний рівень потужності сигналів на вході ЛТП ВS (  – чутливість ЛТП BS).
Даний вираз показує залежність відношення сигнал-шум на виході пристрою ущільнення (корелятор або погоджений фільтр) приймача BS від числа активних абонентів сектора стільника. Видно, що з ростом числа абонентів відношення с/ш падає.
Висновок
Отже, у подальшому дослідженні ми будемо аналізувати залежність співвідношення сигнал-шум від рівня потужності сигналів на вході ЛТП ВS, потужності взаємних перешкод, що виходять від активних абонентів певного стільника, потужності взаємних перешкод, що виходять від активних абонентів сусідніх стільників, числа активних абонентів певного сектора стільника, розрядності кодових комбінацій.
|