الوصول المتعدد بتقسيم الشفرة

الإرسال المتعدد
التعديل التناظري
أكون اف ام مساءً قـام س م إس إس بي
وضع الدائرة (نطاق ترددي ثابت)
تي دي إم FDM  / WDM إس دي إم إيه الاستقطاب مكاني أوام
الإرسال المتعدد الإحصائي (نطاق ترددي متغير)
تبديل الحزمة TDMA الديناميكي خدمات الصحة والسلامة المهنية دي إس إس إس OFDMA SC-FDM MC-SS
مواضيع ذات صلة
طرق الوصول إلى القناة التحكم في الوصول المتوسط
ف ت هـ

الوصول المتعدد بتقسيم الشفرة ( CDMA ) هو طريقة وصول إلى القناة تستخدمها تقنيات الاتصالات اللاسلكية المختلفة . يعد CDMA مثالاً على الوصول المتعدد ، حيث يمكن لعدة أجهزة إرسال إرسال المعلومات في وقت واحد عبر قناة اتصال واحدة. يسمح هذا لعدة مستخدمين بمشاركة نطاق من الترددات (انظر النطاق الترددي ). للسماح بذلك دون تداخل غير مبرر بين المستخدمين، يستخدم CDMA تقنية الطيف المنتشر ونظام ترميز خاص (حيث يتم تعيين رمز لكل جهاز إرسال). ^{[1] [2]}

يعمل CDMA على تحسين استخدام النطاق الترددي المتوفر لأنه ينقل عبر نطاق التردد بأكمله ولا يحد من نطاق تردد المستخدم.

تُستخدم كطريقة وصول في العديد من معايير الهاتف المحمول . غالبًا ما يُشار إلى IS-95 ، والمعروف أيضًا باسم "cdmaOne"، وتطوره 3G CDMA2000 ، ببساطة باسم "CDMA"، ولكن UMTS ، وهو معيار 3G الذي تستخدمه شركات GSM ، يستخدم أيضًا "CDMA عريض النطاق"، أو W-CDMA، بالإضافة إلى TD-CDMA وTD-SCDMA، كتقنيات راديو. ستغلق العديد من شركات الاتصالات (مثل AT&T و UScellular و Verizon ) شبكات 3G CDMA القائمة على 3G في عامي 2022 و2024، مما يجعل الهواتف المحمولة التي تدعم هذه البروتوكولات فقط غير صالحة للاستخدام للمكالمات، حتى إلى 911. [ ^{3] [4]}

يمكن استخدامه أيضًا كقناة أو تقنية وصول متوسطة، مثل ALOHA على سبيل المثال أو كقناة توجيه/إشارات دائمة للسماح للمستخدمين بمزامنة المذبذبات المحلية الخاصة بهم مع تردد النظام المشترك، وبالتالي تقدير معلمات القناة بشكل دائم أيضًا.

في هذه المخططات، يتم تعديل الرسالة على تسلسل انتشار أطول، يتكون من عدة شرائح (0 و1). ونظرًا لخصائص الارتباط التلقائي والارتباط المتبادل المفيدة للغاية، فقد تم استخدام تسلسلات الانتشار هذه أيضًا في تطبيقات الرادار لعقود عديدة، حيث يطلق عليها رموز باركر (بطول تسلسل قصير جدًا يتراوح عادةً بين 8 و32).

بالنسبة لتطبيقات الاتصالات الفضائية، تم استخدام CDMA لعقود عديدة بسبب فقدان المسار الكبير وتحول دوبلر الناجم عن حركة القمر الصناعي. غالبًا ما يتم استخدام CDMA مع مفتاح التحول الطوري الثنائي (BPSK) في أبسط أشكاله، ولكن يمكن دمجه مع أي مخطط تعديل مثل (في الحالات المتقدمة) تعديل سعة التربيع (QAM) أو الإرسال المتعدد بتقسيم التردد المتعامد (OFDM)، مما يجعله عادةً قويًا وفعالًا للغاية (وتزويدهم بقدرات تحديد المدى الدقيقة، وهو أمر صعب بدون CDMA). تستخدم المخططات الأخرى الموجات الحاملة الفرعية القائمة على تعديل الموجة الحاملة الثنائية (تعديل BOC)، المستوحى من أكواد مانشستر وتمكن من وجود فجوة أكبر بين تردد المركز الافتراضي والموجات الحاملة الفرعية، وهو ما لا ينطبق على الموجات الحاملة الفرعية OFDM.

إن تقنية قنوات الوصول المتعددة بتقسيم الشفرة معروفة منذ فترة طويلة.

في الولايات المتحدة، يمكن العثور على أحد أقدم الأوصاف لـ CDMA في التقرير الموجز لمشروع هارتويل حول "أمن النقل الخارجي"، وهو مشروع بحثي صيفي تم تنفيذه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا من يونيو إلى أغسطس 1950. ^[5] تم إجراء المزيد من الأبحاث في سياق التشويش ومكافحة التشويش في عام 1952 في مختبر لينكولن . ^[6]

في الاتحاد السوفيتي (اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية)، نُشر أول عمل مخصص لهذا الموضوع في عام 1935 بواسطة ديمتري أجيف . ^[7] وقد تبين أنه من خلال استخدام الأساليب الخطية، هناك ثلاثة أنواع من فصل الإشارة: التردد والزمن والتعويض. ^{[ توضيح مطلوب ]} تم استخدام تقنية CDMA في عام 1957، عندما صنع مهندس الراديو العسكري الشاب ليونيد كوبريانوفيتش في موسكو نموذجًا تجريبيًا لهاتف محمول أوتوماتيكي يمكن ارتداؤه، أطلق عليه اسم LK-1، مع محطة أساسية. ^[8] يبلغ وزن LK-1 3 كجم، ومسافة تشغيل 20-30 كم، وعمر البطارية 20-30 ساعة. ^{[9] [10]} يمكن للمحطة الأساسية، كما وصفها المؤلف، أن تخدم العديد من العملاء. في عام 1958، صنع كوبريانوفيتش نموذج "الجيب" التجريبي الجديد للهاتف المحمول. كان وزن هذا الهاتف 0.5 كجم. لخدمة المزيد من العملاء، اقترح كوبريانوفيتش الجهاز الذي أطلق عليه اسم "المرتبط". ^{[11] [12]} في عام 1958، بدأ الاتحاد السوفييتي أيضًا في تطوير خدمة الهاتف المحمول المدنية الوطنية " ألتاي " للسيارات، بناءً على معيار MRT-1327 السوفييتي. كان وزن نظام الهاتف 11 كجم (24 رطلاً). تم وضعه في صندوق سيارات كبار المسؤولين واستخدم سماعة قياسية في مقصورة الركاب. كان المطورون الرئيسيون لنظام ألتاي هم VNIIS (معهد أبحاث علوم الاتصالات فورونيج) و GSPI (معهد المشاريع المتخصصة الحكومي). في عام 1963 بدأت هذه الخدمة في موسكو، وفي عام 1970 تم استخدام خدمة ألتاي في 30 مدينة في الاتحاد السوفييتي. ^[13]

• تم تنفيذ تقنية CDM المتزامنة (التقسيم الرمزي "المضاعف"، وهو جيل مبكر من تقنية CDMA) في نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). وهذا يسبق استخدامه في الهواتف المحمولة ويختلف عنه .
• معيار Qualcomm IS-95 ، والذي يتم تسويقه باسم cdmaOne.
• يتم استخدام معيار Qualcomm IS-2000 ، المعروف باسم CDMA2000، من قبل العديد من شركات الهاتف المحمول، بما في ذلك شبكة Globalstar . ^{[nb 1]}
• معيار الهاتف المحمول UMTS 3G، والذي يستخدم W-CDMA . ^{[ملاحظة 2]}
• تم استخدام CDMA في نظام الأقمار الصناعية OmniTRACS للنقل والخدمات اللوجستية .

CDMA هي تقنية وصول متعددة الطيف. تعمل تقنية الطيف المنتشر على نشر عرض النطاق الترددي للبيانات بشكل موحد لنفس القدرة المرسلة. يُعد الكود المنتشر كودًا شبه عشوائي في مجال الوقت له دالة غموض ضيقة في مجال التردد، على عكس أكواد النبضات الضيقة الأخرى. في CDMA، يعمل الكود المولد محليًا بمعدل أعلى بكثير من البيانات المراد إرسالها. يتم دمج البيانات المراد إرسالها بواسطة XOR بت (OR حصري) مع الكود الأسرع. يوضح الشكل كيفية إنشاء إشارة الطيف المنتشر. يتم إجراء عملية XOR لإشارة البيانات ذات مدة النبضة (فترة الرمز) مع إشارة الكود ذات مدة النبضة (فترة الشريحة). (ملاحظة: عرض النطاق الترددي يتناسب مع ، حيث = وقت البت.) لذلك، يكون عرض النطاق الترددي لإشارة البيانات هو وعرض النطاق الترددي لإشارة الطيف المنتشر هو . نظرًا لأن أصغر كثيرًا من ، فإن عرض النطاق الترددي لإشارة الطيف المنتشر أكبر بكثير من عرض النطاق الترددي للإشارة الأصلية. تُسمى النسبة بعامل الانتشار أو مكسب المعالجة وتحدد إلى حد معين الحد الأعلى للعدد الإجمالي للمستخدمين الذين تدعمهم محطة أساسية في وقت واحد. ^{[1] [2]}${\displaystyle T_{b}}$${\displaystyle T_{c}}$${\displaystyle 1/T}$${\displaystyle T}$${\displaystyle 1/T_{b}}$${\displaystyle 1/T_{c}}$${\displaystyle T_{c}}$${\displaystyle T_{b}}$${\displaystyle T_{b}/T_{c}}$

يستخدم كل مستخدم في نظام CDMA رمزًا مختلفًا لتعديل إشارته. يعد اختيار الرموز المستخدمة لتعديل الإشارة أمرًا مهمًا للغاية في أداء أنظمة CDMA. يحدث أفضل أداء عندما يكون هناك فصل جيد بين إشارة المستخدم المطلوب وإشارات المستخدمين الآخرين. يتم فصل الإشارات عن طريق ربط الإشارة المستقبلة بالرمز المولد محليًا للمستخدم المطلوب. إذا كانت الإشارة تتطابق مع رمز المستخدم المطلوب، فستكون دالة الارتباط عالية ويمكن للنظام استخراج تلك الإشارة. إذا لم يكن لرمز المستخدم المطلوب أي شيء مشترك مع الإشارة، فيجب أن يكون الارتباط قريبًا من الصفر قدر الإمكان (وبالتالي القضاء على الإشارة)؛ يشار إلى هذا بالارتباط المتبادل . إذا كان الرمز مرتبطًا بالإشارة في أي إزاحة زمنية بخلاف الصفر، فيجب أن يكون الارتباط قريبًا من الصفر قدر الإمكان. يشار إلى هذا بالارتباط التلقائي ويُستخدم لرفض التداخل متعدد المسارات. ^{[18] [19]}

إن التشبيه الذي يمكن أن يشابه مشكلة الوصول المتعدد هو غرفة (قناة) يرغب الناس في التحدث فيها مع بعضهم البعض في نفس الوقت. ولتجنب الارتباك، يمكن للناس أن يتناوبوا على التحدث (تقسيم الوقت)، أو التحدث بدرجات مختلفة (تقسيم التردد)، أو التحدث بلغات مختلفة (تقسيم الشفرة). إن تقنية CDMA تشبه المثال الأخير حيث يمكن للأشخاص الذين يتحدثون نفس اللغة أن يفهموا بعضهم البعض، ولكن اللغات الأخرى تُرى على أنها ضوضاء ويتم رفضها. وعلى نحو مماثل، في تقنية CDMA اللاسلكية، يتم منح كل مجموعة من المستخدمين رمزًا مشتركًا. تشغل العديد من الرموز نفس القناة، ولكن فقط المستخدمين المرتبطين برمز معين يمكنهم التواصل.

بشكل عام، ينتمي CDMA إلى فئتين أساسيتين: متزامن (رموز متعامدة) وغير متزامن (رموز شبه عشوائية).

طريقة التعديل الرقمي مشابهة لتلك المستخدمة في أجهزة الإرسال والاستقبال اللاسلكية البسيطة. في الحالة التناظرية، يتم ضرب إشارة بيانات منخفضة التردد زمنيًا بموجة حاملة جيبية نقية عالية التردد وإرسالها. هذا في الواقع التفاف ترددي ( نظرية وينر-كينشين ) للإشارتين، مما يؤدي إلى موجة حاملة ذات نطاقات جانبية ضيقة. في الحالة الرقمية، يتم استبدال الموجة الحاملة الجيبية بوظائف والش . هذه هي موجات مربعة ثنائية تشكل مجموعة متعامدة عمودية كاملة. تكون إشارة البيانات ثنائية أيضًا ويتم تحقيق الضرب الزمني باستخدام دالة XOR بسيطة. هذا عادةً ما يكون خلاط خلية جيلبرت في الدوائر.

يستغل CDMA المتزامن الخصائص الرياضية للتقويم العمودي بين المتجهات التي تمثل سلاسل البيانات. على سبيل المثال، يتم تمثيل السلسلة الثنائية 1011 بالمتجه (1، 0، 1، 1). يمكن ضرب المتجهات عن طريق أخذ حاصل ضربها النقطي ، عن طريق جمع حاصل ضرب مكوناتها الخاصة (على سبيل المثال، إذا كان u = ( a ، b ) و v = ( c ، d )، فإن حاصل ضربها النقطي u · v = ac + bd ). إذا كان حاصل الضرب النقطي يساوي صفرًا، يقال إن المتجهين متعامدين مع بعضهما البعض. تساعد بعض خصائص حاصل الضرب النقطي في فهم كيفية عمل W-CDMA . إذا كان المتجهان a و b متعامدين، فإن و: ${\displaystyle \mathbf {a} \cdot \mathbf {b} =0}$

${\displaystyle \mathbf {a} \cdot (\mathbf {a} +\mathbf {b} )=\|\mathbf {a} \|^{2},\ {\text{منذ}}\ \mathbf { a} \cdot \mathbf {a} +\mathbf {a} \cdot \mathbf {b} =\|\mathbf {a} \|^{2}+0,}$

${\displaystyle \mathbf {a} \cdot (-\mathbf {a} +\mathbf {b} )=-\|\mathbf {a} \|^{2},\ {\text{منذ}}\ { -\mathbf {a} }\cdot \mathbf {a} +\mathbf {a} \cdot \mathbf {b} =-\|\mathbf {a} \|^{2}+0,}$

${\displaystyle \mathbf {b} \cdot (\mathbf {a} +\mathbf {b} )=\|\mathbf {b} \|^{2},\ {\text{منذ}}\ \mathbf {b} \cdot \mathbf {a} +\mathbf {b} \cdot \mathbf {b} =0+\|\mathbf {b} \|^{2},}$

${\displaystyle \mathbf {b} \cdot (\mathbf {a} -\mathbf {b} )=-\|\mathbf {b} \|^{2},\ {\text{منذ}}\ \mathbf {b} \cdot \mathbf {a} -\mathbf {b} \cdot \mathbf {b} =0-\|\mathbf {b} \|^{2}.}$

يستخدم كل مستخدم في CDMA المتزامن رمزًا متعامدًا على رموز الآخرين لتعديل إشارتهم. يظهر مثال لأربع إشارات رقمية متعامدة متبادلة في الشكل أدناه. تتمتع الرموز المتعامدة بعلاقة ارتباط متبادلة تساوي صفرًا؛ بمعنى آخر، لا تتداخل مع بعضها البعض. في حالة IS-95، يتم استخدام رموز Walsh ذات 64 بت لتشفير الإشارة لفصل المستخدمين المختلفين. نظرًا لأن كل رمز من رموز Walsh الـ 64 متعامد مع جميع الرموز الأخرى، يتم توجيه الإشارات إلى 64 إشارة متعامدة. يوضح المثال التالي كيف يمكن تشفير وفك تشفير إشارة كل مستخدم.

ابدأ بمجموعة من المتجهات المتعامدة بشكل متبادل . (على الرغم من أن التعامد المتبادل هو الشرط الوحيد، إلا أن هذه المتجهات عادةً ما يتم إنشاؤها لسهولة فك التشفير، على سبيل المثال الأعمدة أو الصفوف من مصفوفات والش .) يظهر مثال للوظائف المتعامدة في الصورة المجاورة. سيتم تعيين هذه المتجهات لمستخدمين فرديين وتسمى الكود أو كود الشريحة أو كود التقطيع . من أجل الاختصار، يستخدم بقية هذا المثال أكواد v ذات بتين فقط.

يرتبط كل مستخدم برمز مختلف، على سبيل المثال v . يتم تمثيل بت واحد عن طريق إرسال رمز موجب v ، ويتم تمثيل بت 0 عن طريق رمز سالب −v . على سبيل المثال، إذا كانت v = ( v ₀ , v ₁ ) = (1, −1) وكانت البيانات التي يرغب المستخدم في إرسالها هي (1, 0, 1, 1)، فإن الرموز المرسلة ستكون

( v , −v , v , v ) = ( v ₀ , v ₁ , − v ₀ , − v ₁ , v ₀ , v ₁ , v ₀ , v ₁ ) = (1, −1, −1, 1, 1، −1، 1، −1).

ولأغراض هذه المقالة، فإننا نطلق على هذا المتجه المنشأ اسم المتجه المنقول .

يحتوي كل مرسل على متجه مختلف وفريد ​​v يتم اختياره من هذه المجموعة، ولكن طريقة إنشاء المتجه المنقول متطابقة.

الآن، وبسبب الخصائص الفيزيائية للتداخل، إذا كانت إشارتان في نقطة واحدة في طور واحد، فإنهما تضافان لإعطاء ضعف سعة كل إشارة، ولكن إذا كانتا غير متطابقتين في الطور، فإنهما تطرحان وتعطيان إشارة هي الفرق بين السعتين. رقميًا، يمكن نمذجة هذا السلوك عن طريق إضافة متجهات الإرسال، مكونًا تلو الآخر.

إذا كان المرسل0 يحتوي على الكود (1، −1) والبيانات (1، 0، 1، 1)، والمرسل1 يحتوي على الكود (1، 1) والبيانات (0، 0، 1، 1)، وكان كلا المرسلين يرسلان في نفس الوقت، فإن هذا الجدول يصف خطوات الترميز:

خطوة	ترميز المرسل0	ترميز المرسل1
0	الكود0 = (1، −1)، البيانات0 = (1، 0، 1، 1)	الكود 1 = (1، 1)، البيانات 1 = (0، 0، 1، 1)
1	ترميز0 = 2(1، 0، 1، 1) − (1، 1، 1، 1) = (1، −1، 1، 1)	ترميز1 = 2(0، 0، 1، 1) − (1، 1، 1، 1) = (−1، −1، 1، 1)
2	إشارة0 = ترميز0 ⊗ ترميز0 = (1، −1، 1، 1) ⊗ (1، −1) = (1، −1، −1، 1، −1، 1، −1، 1، −1)	إشارة1 = ترميز1 ⊗ ترميز1 = (−1، −1، 1، 1) ⊗ (1، 1) = (−1، −1، −1، −1، 1، 1، 1، 1)

نظرًا لأن الإشارة 0 والإشارة 1 يتم إرسالهما في نفس الوقت إلى الهواء، فإنهما يضيفان لإنتاج الإشارة الخام

(1, −1, −1, 1, 1, −1, 1, −1) + (−1, −1, −1, −1, 1, 1, 1, 1) = (0, −2, −2، 0، 2، 0، 2، 0).

تُسمى هذه الإشارة الخام بنمط التداخل. ثم يقوم المستقبل باستخراج إشارة مفهومة لأي مُرسِل معروف من خلال الجمع بين رمز المُرسِل ونمط التداخل. يوضح الجدول التالي كيفية عمل ذلك ويُظهِر أن الإشارات لا تتداخل مع بعضها البعض:

خطوة	فك تشفير المرسل0	فك تشفير المرسل1
0	الكود0 = (1، −1)، الإشارة = (0، −2، −2، 0، 2، 0، 2، 0)	الكود 1 = (1، 1)، الإشارة = (0، −2، −2، 0، 2، 0، 2، 0)
1	فك التشفير0 = النمط.المتجه0	فك التشفير1 = النمط.المتجه1
2	فك التشفير0 = ((0, −2), (−2, 0), (2, 0), (2, 0)) · (1, −1)	فك التشفير1 = ((0، −2)، (−2، 0)، (2، 0)، (2، 0)) · (1، 1)
3	فك التشفير0 = ((0 + 2)، (−2 + 0)، (2 + 0)، (2 + 0))	فك التشفير1 = ((0 − 2)، (−2 + 0)، (2 + 0)، (2 + 0))
4	data0=(2, −2, 2, 2)، بمعنى (1, 0, 1, 1)	data1=(−2, −2, 2, 2)، بمعنى (0, 0, 1, 1)

علاوة على ذلك، بعد فك التشفير، يتم تفسير جميع القيم الأكبر من 0 على أنها 1، بينما يتم تفسير جميع القيم الأقل من الصفر على أنها 0. على سبيل المثال، بعد فك التشفير، تكون البيانات 0 هي (2، −2، 2، 2)، لكن المستقبل يفسرها على أنها (1، 0، 1، 1). تعني القيم التي تساوي 0 بالضبط أن المرسل لم يرسل أي بيانات، كما في المثال التالي:

افترض أن الإشارة 0 = (1، −1، −1، 1، −1، 1، −1) يتم إرسالها بمفردها. يوضح الجدول التالي فك التشفير عند جهاز الاستقبال:

خطوة	فك تشفير المرسل0	فك تشفير المرسل1
0	الكود0 = (1، −1)، الإشارة = (1، −1، −1، 1، 1، −1، 1، −1)	الكود 1 = (1، 1)، الإشارة = (1، −1، −1، 1، 1، −1، 1، −1)
1	فك التشفير0 = النمط.المتجه0	فك التشفير1 = النمط.المتجه1
2	فك التشفير0 = ((1, −1), (−1, 1), (1, −1), (1, −1)) · (1, −1)	فك التشفير1 = ((1، −1)، (−1، 1)، (1، −1)، (1، −1)) · (1، 1)
3	فك التشفير0 = ((1 + 1)، (−1 − 1)، (1 + 1)، (1 + 1))	فك التشفير1 = ((1 − 1)، (−1 + 1)، (1 − 1)، (1 − 1))
4	data0 = (2, −2, 2, 2)، أي (1, 0, 1, 1)	data1 = (0, 0, 0, 0)، مما يعني عدم وجود بيانات

عندما يحاول المستقبل فك تشفير الإشارة باستخدام كود المرسل1، تكون البيانات كلها أصفارًا؛ وبالتالي فإن الارتباط المتبادل يساوي صفرًا ومن الواضح أن المرسل1 لم يرسل أي بيانات.

عندما لا يمكن تنسيق الروابط بين الهاتف المحمول والقاعدة بدقة، وخاصة بسبب قابلية الأجهزة المحمولة للحركة، فإن الأمر يتطلب نهجًا مختلفًا. نظرًا لأنه من غير الممكن رياضيًا إنشاء تسلسلات توقيع متعامدة لنقاط بداية عشوائية بشكل تعسفي والتي تستغل مساحة الكود بالكامل، يتم استخدام تسلسلات "شبه عشوائية" أو "شبه ضوضاء" فريدة تسمى تسلسلات الانتشار في أنظمة CDMA غير المتزامنة . التسلسل المنتشر هو تسلسل ثنائي يبدو عشوائيًا ولكن يمكن إعادة إنتاجه بطريقة حتمية بواسطة أجهزة الاستقبال المقصودة. تُستخدم تسلسلات الانتشار هذه لتشفير وفك تشفير إشارة المستخدم في CDMA غير المتزامنة بنفس الطريقة التي يتم بها استخدام الرموز المتعامدة في CDMA المتزامنة (كما هو موضح في المثال أعلاه). هذه التسلسلات المنتشرة غير مترابطة إحصائيًا، ويؤدي مجموع عدد كبير من التسلسلات المنتشرة إلى تداخل الوصول المتعدد (MAI) الذي يتم تقريبه بواسطة عملية ضوضاء غاوسية (وفقًا لنظرية الحد المركزي في الإحصاء). تعد أكواد الذهب مثالاً على تسلسل انتشار مناسب لهذا الغرض، حيث يوجد ارتباط منخفض بين الأكواد. إذا تم استقبال جميع المستخدمين بنفس مستوى الطاقة، فإن التباين (على سبيل المثال، قوة الضوضاء) لـ MAI يزداد بشكل مباشر متناسب مع عدد المستخدمين. بعبارة أخرى، على عكس CDMA المتزامن، ستظهر إشارات المستخدمين الآخرين كضوضاء للإشارة المطلوبة وتتداخل قليلاً مع الإشارة المطلوبة بما يتناسب مع عدد المستخدمين.

تستخدم جميع أشكال CDMA عامل انتشار الطيف للسماح للمستقبلين بالتمييز جزئيًا ضد الإشارات غير المرغوب فيها. يتم استقبال الإشارات المشفرة بتسلسلات الانتشار المحددة، بينما تظهر الإشارات ذات التسلسلات المختلفة (أو نفس التسلسلات ولكن إزاحات التوقيت المختلفة) كضوضاء واسعة النطاق يتم تقليلها بواسطة عامل الانتشار.

نظرًا لأن كل مستخدم يولد MAI، فإن التحكم في قوة الإشارة يعد قضية مهمة مع أجهزة إرسال CDMA. يمكن لجهاز استقبال CDM (CDMA المتزامن) أو TDMA أو FDMA من الناحية النظرية رفض الإشارات القوية بشكل تعسفي باستخدام أكواد أو فترات زمنية أو قنوات تردد مختلفة بسبب عمودية هذه الأنظمة. هذا ليس صحيحًا بالنسبة لـ CDMA غير المتزامن؛ رفض الإشارات غير المرغوب فيها جزئي فقط. إذا كانت أي أو كل الإشارات غير المرغوب فيها أقوى بكثير من الإشارة المرغوبة، فسوف تطغى عليها. يؤدي هذا إلى متطلب عام في أي نظام CDMA غير متزامن لمطابقة مستويات طاقة الإشارة المختلفة تقريبًا كما هو موضح في جهاز الاستقبال. في نظام CDMA الخلوي، تستخدم المحطة الأساسية مخططًا سريعًا للتحكم في الطاقة في حلقة مغلقة للتحكم بإحكام في طاقة إرسال كل هاتف محمول.

في عام 2019، تم تطوير مخططات لتقدير الطول المطلوب للرموز بدقة اعتمادًا على خصائص دوبلر والتأخير. ^[20] بعد فترة وجيزة، تم أيضًا نشر تقنيات تعتمد على التعلم الآلي والتي تولد تسلسلات بطول مرغوب وخصائص انتشار. هذه التقنيات تنافسية للغاية مع تسلسلات جولد وويلش الكلاسيكية. لا يتم إنشاؤها بواسطة سجلات تحويل التغذية الراجعة الخطية، ولكن يجب تخزينها في جداول البحث.

من الناحية النظرية، تتمتع تقنيات CDMA وTDMA وFDMA بنفس الكفاءة الطيفية تمامًا، ولكن في الممارسة العملية، يواجه كل منها تحدياته الخاصة - التحكم في الطاقة في حالة CDMA، والتوقيت في حالة TDMA، وتوليد التردد/التصفية في حالة FDMA.

يجب أن تقوم أنظمة TDMA بمزامنة أوقات الإرسال لجميع المستخدمين بعناية للتأكد من استقبالهم في الفترة الزمنية الصحيحة وعدم التسبب في حدوث تداخل. ونظرًا لأنه لا يمكن التحكم في ذلك تمامًا في بيئة متنقلة، فيجب أن يكون لكل فترة زمنية وقت حماية، مما يقلل من احتمالية تداخل المستخدمين، ولكنه يقلل من الكفاءة الطيفية.

وعلى نحو مماثل، يتعين على أنظمة FDMA استخدام نطاق حماية بين القنوات المجاورة، وذلك بسبب التحول غير المتوقع في طيف الإشارة بسبب تنقل المستخدم. وسوف تعمل نطاقات الحماية على تقليل احتمالية تداخل القنوات المجاورة، ولكنها ستقلل من استخدام الطيف.

تقدم تقنية CDMA غير المتزامنة ميزة رئيسية في التخصيص المرن للموارد، أي تخصيص تسلسلات الانتشار للمستخدمين النشطين. وفي حالة أنظمة CDMA المتزامنة (CDM) وTDMA وFDMA، يكون عدد الأكواد المتعامدة المتزامنة والفترات الزمنية والفترات الترددية على التوالي ثابتًا، وبالتالي تكون السعة من حيث عدد المستخدمين المتزامنين محدودة. وهناك عدد ثابت من الأكواد المتعامدة والفترات الزمنية أو نطاقات التردد التي يمكن تخصيصها لأنظمة CDM وTDMA وFDMA، والتي تظل غير مستغلة بشكل كافٍ بسبب الطبيعة المتقطعة للاتصالات الهاتفية ونقل البيانات المجمعة. ولا يوجد حد صارم لعدد المستخدمين الذين يمكن دعمهم في نظام CDMA غير المتزامن، بل يوجد حد عملي يحكمه احتمال الخطأ المطلوب في البتات نظرًا لأن نسبة الإشارة إلى التداخل (SIR) تتغير عكسيًا مع عدد المستخدمين. في بيئة حركة مرورية متقطعة مثل الهاتف المحمول، فإن الميزة التي توفرها تقنية CDMA غير المتزامنة هي أن الأداء (معدل الخطأ في البتات) يُسمح له بالتقلب بشكل عشوائي، مع قيمة متوسطة تحددها عدد المستخدمين مضروبة في نسبة الاستخدام. لنفترض أن هناك 2 مستخدمين N يتحدثون نصف الوقت فقط، إذن يمكن استيعاب 2 N مستخدم بنفس متوسط ​​احتمال الخطأ في البتات مثل N مستخدمين يتحدثون طوال الوقت. والفرق الرئيسي هنا هو أن احتمال الخطأ في البتات بالنسبة لـ N مستخدمين يتحدثون طوال الوقت ثابت، في حين أنه كمية عشوائية (بنفس المتوسط) بالنسبة لـ 2 N مستخدمين يتحدثون نصف الوقت.

وبعبارة أخرى، فإن نظام CDMA غير المتزامن مناسب بشكل مثالي لشبكة الهاتف المحمول حيث يولد كل من الأعداد الكبيرة من أجهزة الإرسال كمية صغيرة نسبيًا من حركة المرور على فترات غير منتظمة. ولا تستطيع أنظمة CDMA المتزامنة وTDMA وFDMA استعادة الموارد غير المستغلة المتأصلة في حركة المرور المتقطعة بسبب العدد الثابت من الأكواد المتعامدة أو الفترات الزمنية أو قنوات التردد التي يمكن تخصيصها لأجهزة الإرسال الفردية. على سبيل المثال، إذا كان هناك N فترة زمنية في نظام TDMA و2 N مستخدم يتحدثون نصف الوقت، فعندئذٍ سيكون هناك أكثر من N مستخدم في نصف الوقت يحتاجون إلى استخدام أكثر من N فترة زمنية. وعلاوة على ذلك، فإن تخصيص وإلغاء تخصيص موارد الكود المتعامد أو الفترات الزمنية أو قنوات التردد بشكل مستمر يتطلب تكاليف إضافية كبيرة. وبالمقارنة، ترسل أجهزة الإرسال غير المتزامنة CDMA ببساطة عندما يكون لديها شيء لتقوله وتتوقف عن البث عندما لا يكون لديها شيء لتقوله، مع الاحتفاظ بنفس تسلسل التوقيع طالما أنها متصلة بالنظام.

تحاول معظم مخططات التعديل تقليل عرض النطاق الترددي لهذه الإشارة نظرًا لأن عرض النطاق الترددي مورد محدود. ومع ذلك، تستخدم تقنيات الطيف المنتشر عرض نطاق إرسال أكبر بعدة أوامر من حيث الحجم من عرض النطاق الترددي للإشارة المطلوبة. كان أحد الأسباب الأولية للقيام بذلك هو التطبيقات العسكرية بما في ذلك أنظمة التوجيه والاتصالات. تم تصميم هذه الأنظمة باستخدام الطيف المنتشر بسبب أمانه ومقاومته للتشويش. يحتوي CDMA غير المتزامن على بعض مستويات الخصوصية المضمنة لأن الإشارة تنتشر باستخدام رمز عشوائي زائف؛ يجعل هذا الرمز إشارات الطيف المنتشر تبدو عشوائية أو لها خصائص تشبه الضوضاء. لا يمكن لجهاز الاستقبال فك تشفير هذا الإرسال دون معرفة التسلسل العشوائي الزائف المستخدم في ترميز البيانات. CDMA مقاوم للتشويش أيضًا. لا تحتوي إشارة التشويش إلا على كمية محدودة من الطاقة المتاحة لتشويش الإشارة. يمكن للتشويش إما نشر طاقته على عرض النطاق الترددي بالكامل للإشارة أو تشويش جزء فقط من الإشارة بالكامل. ^{[18] [19]}

كما يمكن لـ CDMA أن ترفض بفعالية التداخل ذي النطاق الضيق. ونظرًا لأن التداخل ذي النطاق الضيق يؤثر فقط على جزء صغير من إشارة الطيف المنتشر، فيمكن إزالته بسهولة من خلال الترشيح بالشق دون فقد كبير للمعلومات. ويمكن استخدام التشفير والتداخل الالتواءي للمساعدة في استعادة هذه البيانات المفقودة. كما أن إشارات CDMA مقاومة للتلاشي متعدد المسارات. ونظرًا لأن إشارة الطيف المنتشر تشغل نطاقًا تردديًا كبيرًا، فإن جزءًا صغيرًا فقط من هذا النطاق سوف يتعرض للتلاشي بسبب تعدد المسارات في أي وقت معين. ومثل التداخل ذي النطاق الضيق، فإن هذا لن يؤدي إلا إلى فقدان صغير للبيانات ويمكن التغلب عليه.

هناك سبب آخر يجعل تقنية CDMA مقاومة للتداخل متعدد المسارات، وهو أن الإصدارات المتأخرة من الرموز شبه العشوائية المرسلة ستكون ذات ارتباط ضعيف بالرمز شبه العشوائي الأصلي، وبالتالي ستظهر كمستخدم آخر، والذي يتم تجاهله في جهاز الاستقبال. بعبارة أخرى، طالما أن قناة المسارات المتعددة تسبب تأخيرًا واحدًا على الأقل، فإن إشارات المسارات المتعددة ستصل إلى جهاز الاستقبال بحيث يتم إزاحتها في الوقت بمقدار شريحة واحدة على الأقل من الإشارة المقصودة. إن خصائص الارتباط للرموز شبه العشوائية هي بحيث يتسبب هذا التأخير الطفيف في ظهور المسارات المتعددة غير مرتبطة بالإشارة المقصودة، وبالتالي يتم تجاهلها.

تستخدم بعض أجهزة CDMA جهاز استقبال rake ، والذي يستغل مكونات تأخير المسار المتعدد لتحسين أداء النظام. يجمع جهاز الاستقبال rake المعلومات من العديد من أجهزة الارتباط، كل منها مضبوط على تأخير مسار مختلف، مما ينتج عنه إصدار أقوى من الإشارة مقارنة بجهاز استقبال بسيط مع جهاز ارتباط واحد مضبوط على تأخير مسار أقوى إشارة. ^{[1] [2]}

إعادة استخدام التردد هي القدرة على إعادة استخدام نفس تردد القناة الراديوية في مواقع خلايا أخرى داخل نظام خلوي. في أنظمة FDMA وTDMA، يعد تخطيط التردد أحد الاعتبارات المهمة. يجب التخطيط للترددات المستخدمة في الخلايا المختلفة بعناية لضمان عدم تداخل الإشارات من خلايا مختلفة مع بعضها البعض. في نظام CDMA، يمكن استخدام نفس التردد في كل خلية، لأن التوجيه يتم باستخدام أكواد شبه عشوائية. إن إعادة استخدام نفس التردد في كل خلية يزيل الحاجة إلى تخطيط التردد في نظام CDMA؛ ومع ذلك، يجب إجراء تخطيط لتسلسلات شبه عشوائية مختلفة لضمان عدم ارتباط الإشارة المستقبلة من خلية واحدة بالإشارة من خلية قريبة. ^[1]

نظرًا لأن الخلايا المجاورة تستخدم نفس الترددات، فإن أنظمة CDMA لديها القدرة على إجراء عمليات تسليم ناعمة. تسمح عمليات التسليم الناعمة للهاتف المحمول بالاتصال في وقت واحد بخليتين أو أكثر. يتم اختيار أفضل جودة للإشارة حتى اكتمال التسليم. وهذا يختلف عن عمليات التسليم الصارمة المستخدمة في أنظمة خلوية أخرى. في حالة التسليم الصارم، عندما يقترب الهاتف المحمول من التسليم، قد تختلف قوة الإشارة بشكل مفاجئ. على النقيض من ذلك، تستخدم أنظمة CDMA التسليم الناعم، وهو غير قابل للكشف ويوفر إشارة أكثر موثوقية وأعلى جودة. ^[2]

تم التحقيق في مخطط جديد للإرسال والكشف متعدد المستخدمين يسمى CDMA التعاوني ^[21] للارتباط الصاعد الذي يستغل الاختلافات بين توقيعات قنوات التلاشي للمستخدمين لزيادة سعة المستخدم إلى ما هو أبعد من طول الانتشار في بيئة محدودة بـ MAI. يوضح المؤلفون أنه من الممكن تحقيق هذه الزيادة عند مستوى تعقيد منخفض وأداء معدل خطأ بت مرتفع في قنوات التلاشي المسطح، وهو تحدٍ بحثي رئيسي لأنظمة CDMA المحملة. في هذا النهج، بدلاً من استخدام تسلسل واحد لكل مستخدم كما هو الحال في CDMA التقليدية، يقوم المؤلفون بتجميع عدد صغير من المستخدمين لمشاركة نفس تسلسل الانتشار وتمكين عمليات الانتشار الجماعي وإزالة الانتشار. يتكون جهاز الاستقبال متعدد المستخدمين التعاوني الجديد من مرحلتين: مرحلة اكتشاف المستخدمين المتعددين للمجموعة (MUD) لقمع MAI بين المجموعات ومرحلة اكتشاف أقصى احتمالية منخفضة التعقيد لاستعادة بيانات المستخدمين المشتركين في الانتشار باستخدام مقياس المسافة الإقليدية الأدنى ومعاملات كسب القناة للمستخدمين. تستخدم نسخة CDMA المحسنة المعروفة باسم الوصول المتعدد بتقسيم التداخل (IDMA) التداخل المتعامد باعتباره الوسيلة الوحيدة لفصل المستخدمين بدلاً من تسلسل التوقيع المستخدم في نظام CDMA.

• Papathanassiou, A., Salkintzis, AK, & Mathiopoulos, PT (2001). "دراسة مقارنة لأداء الربط الصاعد لـ W-CDMA وOFDM لاتصالات الوسائط المتعددة المحمولة عبر أقمار LEO الصناعية". IEEE Personal Communications ، 8(3)، 35–43.

• محاضرة في معهد برينستون للدراسات المتقدمة حول عمل سولومون جولومب في التسلسلات العشوائية الزائفة