CDMA (Code-Division Multiple Access/Kod Bölmeli Çoklu Erişim), yaygın spektrum teknolojisine dayalı çeşitli çoğullama veya ortam erişim kontrol yöntemleri için genel bir terimdir.
CDMA Mobil Telefon Şebekesi Nedir?
Yayılmış, dağınık veya dağınık spektrum, her durumda aynı kavrama atıfta bulunmak için birbirinin yerine kullanılabilir. Bu teknoloji, yaygın olarak kablosuz iletişimde kullanılır, ancak fiber optik veya kablo sistemlerinde de kullanılabilir.
Veri iletişiminde geliştirilmesi gereken sorunlardan biri, tek bir iletişim kanalının veya iletim ortamının kullanımının birkaç kullanıcı arasında nasıl dağıtılacağıdır, böylece birkaç iletişim aynı anda yönetilebilir.
Bir organizasyon yöntemi olmadan, doğrudan iletişimi engellenebileceğinden bu kavrama, çoklama veya medya erişim kontrolü denir.
Çoklanmış (multiplexed) adı, bir fiber optik kablonun ucunda yer alan bir hub gibi, kanalın farklı iletişimler arasındaki dağılımını tek bir cihazın belirlediği durumlar için uygulanır ve son kullanıcı terminalleri için çoklama şeffaftır.
Bunun yerine, medya erişim kontrolü, iletişim halindeki bir grup cep telefonu gibi aralarında paraziti önlemek için belirli bir iletişim şemasını kullanması gereken, bir ağ olarak çalışan bir cihazla iletişim halinde olan kullanıcı terminalleri olduğunda kullanılır.
Bunu sorunu gidermek için CDMA yöntemi, yayılı spektrum teknolojisini ve her bir vericiye benzersiz bir kodun atandığı ve diğerlerine göre ortogonal olacak şekilde seçilen özel bir kodlama şemasını kullanır.
Alıcı, tüm vericiler tarafından yayılan sinyalleri aynı anda yakalar ve kodlama şeması sayesinde ilgili sinyali alabilir.
Diğer çoklama şemaları, aynı amaca ulaşmak için frekansta (FDMA), zamanda (TDMA) veya uzayda (SDMA) bölünmeyi kullanır.
Böylece herhangi bir zamanda gerçekleşen farklı iletişimlerin ayrılması ve aralarındaki parazitlerin önlenmesi veya bastırılması gerçekleşir.
Gerçek kullanımdaki sistemler, daha iyi iletişim sağlamak için genellikle bu stratejilerden birini veya birkaçını birlikte kullanır. Fakat, aynı anda birkaç kişinin konuşmak istemesi durumunda sorunlar olacaktır.
Bu sorunu önlemek için, kişiler sırayla konuşabilir, daha yüksek tonlarda konuşabilir ya da diğerleri daha düşük tonlarda konuşabilir. Ancak böyle bir durumda sesler ayırt edilebilir, seslerini odada farklı yönlere yönlendirebilir veya farklı dillerde konuşabilirler.
Böylece CDMA teknolojisinde olduğu gibi, sadece kodu bilen insanlar verimli iletişim kurabilir.
Kod bölümü (Code division), mobil telefon, veri iletimi (WiFi) veya uydu navigasyonu (GPS) gibi çoklu radyo frekansı iletişim sistemlerinde kullanılır.
Ayrıca CDMA terimi, Qualcomm tarafından geliştirilen ve daha sonra IS-95 adı altında Kuzey Amerika TIA tarafından bir standart olarak kabul edilen bir cep telefonu kablosuz hava veri iletişimi için kullanılır.
Özellikleri
CDMA’da sinyal, iletilecek verinin gerektirdiğinden çok daha büyük bir bant genişliğinde yayınlanır ve kod bölme bir yayılı spektrum çoklu erişim tekniği olarak görev yapar.
İletilecek veriler kullanıcı için benzersizdir ve verilerden önemli ölçüde daha yüksek bant genişliğiyle yayınlanan iletim koduyla basitçe XORlanır.
Titreşim süresi Tb olan veri sinyali, bir titreşim süresi Tc olan iletim kodu ile XORlanır. Bu yüzden, iletilen verilerin bant genişliği 1/Tb’dir ve yayılmış spektrum sinyalinin bant genişliği ise 1/Tc’dir.
Tc, Tb’den çok daha küçük olduğu için, yayılan sinyalin bant genişliği çok daha büyük olduğundan buna yayılmış spektrum adı verilir.
Bir CDMA sisteminin her kullanıcısı, sinyallerini modüle etmek için farklı bir iletim kodu kullanır. Modülasyon için kullanılacak kodun seçimi, CDMA sistemlerinin iyi performansı sağlaması için çok önemlidir.
Çünkü ilgili sinyalin seçimi, ilgilenilen kullanıcının kodu ile yakalanan sinyalin çapraz korelasyonu ile yapılır.
En sağlıklı iletişim durumu, istenen kullanıcının sinyali ile geri kalanının sinyali arasında iyi bir ayrım olduğu zamandır. Yakalanan sinyal aranıyorsa, korelasyonun sonucu çok yüksek olacak ve sistem sinyali çıkarabilecektir.
Alınan sinyal gerekli değilse, her kullanıcı tarafından kullanılan kod farklı olduğundan, korelasyon çok küçük olmalı, ideal olarak sıfıra eğilimli olmalıdır.
Eğer korelasyon sıfır olmayan herhangi bir zaman gecikmesi ile ortaya çıkarsa, korelasyon da sıfıra eğilimli olmalıdır. Buna otokorelasyon denir ve çok yollu girişimi reddetmek için kullanılır. Genel olarak, kod bölümü eşzamanlı ve eşzamansız CDMA olmak üzere ikiye ayrılır.
1. Eşzamanlı CDMA
Eşzamanlı CDMA, koordinatları iletilecek verileri temsil eden vektörler arasındaki ortogonalitenin matematiksel özelliklerini kullanır. İki vektör, ilgili koordinatlarının çarpımlarını toplayan skaler çarpım ile çarpılabilir ve iki vektörün iç çarpımı 0 ise, birbirlerine ortogonal olarak ifade edilir.
Nokta ürünün bazı özellikleri, CDMA’nın nasıl çalıştığını anlamaya yardımcı olur ve A ve b vektörleri ortogonal ise iki senkronize CDMA kullanıcısı A ve B’nin kodlarını temsil eder.
Bu nedenle, alıcı, a ve b vektörlerinin doğrusal kombinasyonlarını alsa bile, ilgilenilen kullanıcının iletim kodunu biliyorsa, verilerini diğer kullanıcılarınkilerden, sadece alınan sinyalin skaler çarpımı aracılığıyla her zaman izole edebilir.
Kullanıcı kodu diğerlerine ortogonal olduğu için, ürün ilgilenilen sinyali izole edecek ve geri kalanını iptal edecektir.
İki kullanıcı için bu sonuç, istenen sayıda kullanıcı için yeterli ortogonal kod olduğu sürece, istenen sayıda kullanıcıya genişletilebilir ve bu durum kodun uzunluğunun artırılmasıyla elde edilir.
CDMA kullanıcısı, sinyali modüle etmek için benzersiz bir kod kullanır ve aynı alandaki kullanıcıların kodları birbirine ortogonal olur.
İç çarpımları 0 olduğu için, ortogonal kodlar sıfır çapraz korelasyona sahiptir ve başka bir deyişle, birbirleriyle karışmazlar.
Sonuç olarak, ilgilenilen sinyali izole etmek için bir zaman şemasına göre frekans filtreleme veya anahtarlama devresinin kullanılmasının gerekli olmadığını ifade eder ve tüm kullanıcılardan gelen sinyaller aynı anda alınır ve dijital işleme gönderilir.
IS-95 durumunda, sinyalleri kodlamak ve farklı kullanıcılarını ayırmak için 64-bit ortogonal Walsh kodları kullanılır.
2. Eşzamansız CDMA
Senkron CDMA sistemleri, sinyallerin gelişinde aşırı gecikme olmadığı sürece iyi çalışır fakat cep telefonları ve baz istasyonları arasındaki radyo bağlantıları çok hassas bir şekilde koordine edilemez durumda olabilir.
Terminaller hareket edebildiğinden, sinyal yolunda engellerle karşılaşabilir ve bu da varış gecikmelerinde bazı değişkenliklere yol açabilir.
Terminallerin hareketliliğinden dolayı, farklı sinyaller değişken bir varış gecikmesine sahiptir.
Teoride, sinyalin ulaşabileceği tüm rasgele zamanlarda ortogonal olan kodlama dizileri yaratmak imkansız olduğundan, eşzamansız CDMA sistemlerinde sözde rasgele dizileri kullanılır.
PN kodu, rastgele görünen ancak alıcı tarafından istenirse deterministik olarak yeniden üretilebilen ikili bir dizidir.
Bu diziler, eşzamanlı sistemde ortogonal kodların kullanıldığı gibi, eşzamansız CDMA kullanıcılarının ilgilendiği sinyalleri kodlamak ve çözmek için kullanılır.
PN dizileri istatistiksel korelasyon göstermediğinden dolayı çok sayıda PN dizisinin toplamı, istatistiksel sınırın merkezi teoremini izleyen bir Gauss gürültü süreci olarak tanımlanan çoklu erişim girişimi olarak adlandırılır.
Tüm kullanıcılardan gelen sinyaller eşit güçte alınırsa, MAI’nin varyansı, kullanıcı sayısı ile doğru orantılı olarak artar.
Kullanıcıların geri kalanının sinyalleri ilgilenilen sinyale göre gürültü olarak görünecek ve ilgilenilen sinyalle etkileşime girecektir. Böylece eşzamanlı kullanıcı sayısı ne kadar fazlaysa girişim o kadar büyük olacaktır.
Sekansların görünüşte rastgele olması ve nispeten geniş bir bant genişliğinde dağıtılmış güçte olması gerçeği ek bir avantaja sahiptir. Birisinin onları yakalamaya çalışması durumunda, arka plan gürültüsüyle karıştırıldıkları için bunların tespit edilmesi daha zor olacaktır.
Bu özellik, 20. yüzyılda askeri iletişimde kullanılmıştır. Tüm CDMA türleri, yayılmış spektrum sistemleri tarafından sağlanan işleme kazancından yararlanabilir. Bu kazanç, alıcıların istenmeyen sinyalleri kısmen ayırt etmesine izin verir.
Belirtilen PN kodu ile kodlanan sinyaller alınır ve sinyallerin geri kalanı, işleme kazancı tarafından azaltılan veya ortadan kaldırılan geniş bant gürültüsü olarak işlenir.
Tüm kullanıcılar MAI ürettiğinden, emisyon gücünü kontrol etmek çok önemlidir. Bu yüzden, eşzamanlı CDMA, TDMA veya FDMA sistemleri, bu ortam erişim şemalarının ortogonalliği nedeniyle istenmeyen sinyalleri tamamen ortadan kaldırabilir.
Ancak bu ifade, eşzamansız CDMA için doğru değildir çünkü istenmeyen sinyallerin reddi yalnızca görecelidir. İstenmeyen sinyallerin bir kısmı istenen sinyalden çok daha büyük bir güçle alınırsa, kalan sinyalden ayrılamaz.
Bu sorunu önlemek için, bu sistemlerin tasarımındaki genel bir gereklilik, tüm emitörlerin gücünün kontrol edilmesi sağlanır. Tt, alıcı tarafından yakalanan gücün tüm gelen sinyaller için yaklaşık olarak senkronize eder.
Hücresel telefon sistemlerinde, baz istasyonu, her bir telefonun emisyon gücünü kesin olarak kontrol etmek için bir kapalı döngü güç kontrol şeması kullanır.