Протокол CDMA
Еще один метод коллективного использования общего канала, который мы рассмотрим, предлагает протокол CDMA (Code Division Multiple Access — множественный доступ с кодовым разделением). В отличие от схем мультиплексирования с частотным и временным разделением канала, предоставляющих узлам частотные диапазоны или временные интервалы, протокол CDMA назначает каждому узлу собственный код. Затем каждый узел использует этот уникальный код для кодирования передаваемых им данных. Как мы увидим, протокол CDMA позволяет нескольким узлам передавать данные одновременно, при этом получатели могут корректно принимать эти данные (при условии, что получателю известен код передатчика). Протокол CDMA в течение некоторого времени использовался в военных системах связи (благодаря своей устойчивости к попыткам подавления сигнала), а в настоящее время получает все более широкое распространение в гражданских беспроводных средствах связи коллективного доступа.
В протоколе CDMA при передаче каждый бит кодируется, для чего он умножается на некий сигнал (код), изменяющийся с частотой, в несколько раз превосходящей исходную скорость передачи данных. Рисунок 5.11 иллюстрирует простой идеализированный сценарий кодирования/декодирования данных протоколом CDMA. Предположим, что частота, с которой исходные биты попадают в кодирующее устройство CDMA, определяет длительность временного интервала, то есть для передачи каждого бита данных требуется один однобитовый временной слот. Пусть dt — значение бита данных для f-го битового слота. Нам будет удобнее представлять нулевой бит данных как -1. Каждый битовый слот разделяется на М мини-слотов. На рисунке М = 8, хотя на практике применяют гораздо большие значения.
Используемый передатчиком CDMA-код состоит из последовательности М значений ст,т= 1,М, каждое из которых может равняться +1 или -1. В данном примере этот код равен (1, 1, 1, -1, 1, -1, -1, -1).
Чтобы проиллюстрировать, как работает протокол CDMA, рассмотрим i-й бит данных d(i). Для т-го мини-слота передачи бита d(i) выход кодирующего устройства Z(i,m) будет равен произведению величины d(i) на т-й бит кода CDMA с(m):
В простом случае отсутствия передатчиков, кадры которых накладываются друг на друга, получатель получит кодированные биты Z(i,m), по которым сможет определить значение исходного бита данных по формуле
Возможно, читателю захочется подробнее изучить пример на рис. 5.11, чтобы убедиться, что исходные биты данных корректно восстанавливаются приемником с помощью формулы 5.2.
Однако на практике все бывает далеко не так идеально, и протоколу CDMA приходится работать в ситуации нескольких одновременно работающих передатчиков, использующих разные коды. Но как удается CDMA-приемнику корректно распознать оригинальные биты данных, если на них накладываются биты, переданные другими передатчиками? Протокол CDMA работает в предположении об аддитивности интерферирующих битовых сигналов. Это означает, что, если, например, за один и тот же мини-слот три передатчика передают значение 1 а затем четвертый передатчик передает -1, тогда все приемники получат значение 2 (1 + 1 + 1-1 = 2). В присутствии нескольких передатчиков передатчик 5 вычисляет свои передаваемые данные Zm тем же способом (см. формулу 5.1). Однако теперь значение, полученное приемником за т-и мини-слот, представляет собой сумму битов, переданных всеми N передатчиками за этот интервал времени:
Замечательно, что при соответствующем выборе кодов каждый получатель сможет извлечь передаваемые ему данные из суммарного сигнала способом, который используется в формуле 5.2:
Пример работы протокола CDMA с двумя передатчиками показан на рис. 5.12. Верхний передатчик использует код (1, 1, 1,-1, 1,-1,-1,-1), а нижний передатчик — код (1,-1, 1, 1, 1,-1, 1, 1). В данном примере получатель восстанавливает оригинальную последовательность битов, посланных верхним передатчиком. Обратите внимание, что получатель может извлечь из сигнала данные, передаваемые передатчиком 1, хотя на сигнал передатчика 1 налагается сигнал передатчика 2.
Если вернуться к нашей аналогии с вечеринкой, то протокол CDMA напоминает ситуацию, в которой участники вечеринки разговаривают на нескольких языках. В этом случае людям несложно фиксировать внимание на понятном им языке и отфильтровывать остальную речь. Таким образом, протокол CDMA разделяет кодовое пространство (в отличие от протоколов мультиплексирования с временным или частотным разделением) и предоставляет каждому узлу определенную долю кодового пространства.
К сожалению, мы не можем здесь подробнее обсудить протокол CDMA. Отметим лишь, что при его практическом применении возникает множество сложных проблем. Во-первых, чтобы приемник мог извлечь сигнал конкретного передатчика, следует тщательно выбирать CDMA-коды. Во-вторых, при нашем обсуждении протокола CDMA предполагалось, что мощности принимаемых приемником сигналов от разных передатчиков одинаковы, чего крайне трудно добиться на практике.
Мой блог находят по следующим фразам