सी॰डी॰एम॰ए
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कोड डिविजन मल्टिपल एक्सेस (CDMA) एक चैनल का उपयोग (एक्सेस) करने की विधि है जिसका उपयोग भिन्न रेडियो संचार प्रौद्योगिकियों में किया जाता है।
इसको लेकर मोबाइल फोन मानकों के विषय में भ्रमित नहीं होना चाहिए, जो cdmaOne और CDMA2000 कहलाते हैं (जिन्हें अक्सर साधारण रूप से "CDMA") कहा जाता है, जो CDMA का उपयोग एक अन्तर्निहित चैनल एक्सेस विधि के रूप में करते हैं।
डेटा संचार में एक मूल अवधारणा है, भिन्न ट्रांसमीटर्स को एक साथ एक ही संचार चैनल पर जानकारी भेजने की अनुमति देने का विचार.
यह कई उपयोगकर्ताओं को विभिन्न आवृत्तियों के एक बैंडविड्थ को शेयर करने की अनुमति देता है। यह अवधारणा बहुसंकेतन (multiplexing) कहलाती है। CDMA स्प्रेड-स्पेक्ट्रम तकनीक और एक विशेष कोडिंग योजना (जहां प्रत्येक ट्रांसमीटर को एक कोड दिया जाता है) उपलब्ध कराता है जो कई उपयोगकर्ताओं को सामान भौतिक चैनल पर बहुसंकेतन की अनुमति देता है।
इसके विपरीत, समय विभाजन बहु अभिगम (time division multiple access) (TDMA) एक्सेस को समय के अनुसार विभाजित कर देता है, जबकि आवृत्ति-विभाजन बहु अभिगम (frequency-division multiple access) (FDMA) इसे आवृति के अनुसार विभाजित करता है।
CDMA "स्प्रेड-स्पेक्ट्रम" सिग्नलिंग का एक रूप है, चूंकि मोडूलेटेड कोडेड सिग्नल के पास संचरित हो रहे डेटा की तुलना में अधिक उच्च डेटा बैंडविड्थ होता है।
मल्टिपल एक्सेस की एक समस्या का एक रूप है वह कमरा (चैनल) जिसमें लोग एक दुसरे के साथ बातचीत करना चाहते हैं। भ्रम से बचने के लिए, लोग बोलते समय अपनी बात में मोड़ ले सकते हैं (समय विभाजन), भिन्न पिचों पर बोल सकते हैं (आवृति विभाजन), या भिन्न भाषाओँ में बोल सकते हैं (कोड विभाजन). CDMA पिछले उदाहरण के अनुरूप है, जहां समान भाषा बोलने वाले लोग एक दूसरे को समझ सकते हैं, लेकिन दूसरे लोगों को नहीं. इसी प्रकार, रेडियो CDMA में, उपयोगकर्ताओं के प्रत्येक समूह को एक शेयर किया गया गया कोड दिया जाता है।
कई कोड समान चैनल पर होते हैं, लेकिन एक विशेष कोड से सम्बंधित उपयोगकर्ता ही एक दूसरे को समझ सकते हैं।
उपयोग
- कोड विभाजन बहुसंकेतन के लिए एक प्रारंभिक अनुप्रयोग GPS में है। यह पूर्व दिनांकित है और सीडीएमएवन (cdmaOne) से अलग है।
- क्वालकोम (Qualcomm) मानक IS-95, का विपणन सीडीएमएवन (cdmaOne) के रूप में किया जाता है।
- क्वालकोम (Qualcomm) मानक IS-2000, CDMA2000 के रूप में जाना जाता है। इस मानक का उपयोग कई मोबाइल फोन कम्पनियों के द्वारा किया जाता है, जिनमें गलोबलास्टर सेटेलाईट फोन नेटवर्क शामिल है।
- CDMA का उपयोग लोजिस्टिक के स्थानान्तरण के लिए OmniTRACS सेटेलाईट सिस्टम में किया जाता रहा है।
CDMA मोड्युलन (CDMA Modulation) में कदम
CDMA एक स्प्रेड स्पेक्ट्रम मल्टिपल एक्सेस (बहुल उपयोग) तकनीक है। एक स्प्रेड स्पेक्ट्रम तकनीक वह तकनीक है जो समान रूप से संचरित की गयी पावर के लिए डेटा के बैंडविड्थ को समान रूप से फैलाती है। स्प्रेड होने वाला कोड एक कूट-यादृच्छिक कोड है जिसमें अन्य संकरे पल्स कोड के विपरीत एक संकरा अस्पष्ट फंक्शन (Ambiguity function) होता है। CDMA में संचरित होने वाले डेटा की तुलना में एक स्थानीय रूप से उत्पन्न कोड अधिक तीव्र दर से संचालित होता है। संचरण के लिए डेटा साधारण रूप से तार्किक रूप से XOR (exclusive OR) होता है जो तीव्र कोड के साथ जुड़ा होता है।
आंकड़ा दर्शाता है कि किस तरह से स्प्रेड स्पेक्ट्रम सिग्नल का उत्पादन होता है। <math>T_{b}</math> की पल्स अवधि से युक्त डेटा सिग्नल XOR है जो <math>T_{c}</math> की पल्स अवधि से युक्त कोड सिग्नल के साथ संयोजित होता है।
(नोट: बैंडविड्थ <math>1/T</math> के लिए अनुपातिक है जहां <math>T</math>=बिट समय) इसलिए, डेटा सिग्नल का बैंडविड्थ <math>1/T_{b}</math> है और स्प्रेड स्पेक्ट्रम सिग्नल का बैंडविड्थ <math>1/T_{c}</math> है। चूंकि <math>T_{c}</math>, <math>T_{b}</math> की तुलना में बहुत छोटा है, स्प्रेड स्पेट्रम सिग्नल की बैंडविड्थ मूल सिग्नल की बैंडविड्थ से बहुत बड़ी है। अनुपात <math>T_{b}/T_{c}</math> स्प्रेडिंग फेक्टर या प्रोसेसिंग गेन (लाभ) कहलाता है और एक आधार स्टेशन के द्वारा स्वतः समर्थित उपयोगकर्ताओं की कुल संख्या की उच्च सीमा के स्तर को निर्धारित करता है।[१]
CDMA प्रणाली में प्रत्येक उपयोगकर्ता अपने सिग्नलों (संकेतों) को मोड्युलेट करने के लिए एक भिन्न कोड का उपयोग करता है। सिग्नल को मोड्युलेट करने के लिए प्रयुक्त कोड का चयन, CDMA सिस्टम के प्रदर्शन में बहुत महत्वपूर्ण है।
सबसे अच्छा प्रदर्शन तब होगा जब एक वांछित उपयोगकर्ता के सिग्नल और अन्य उपयोगकर्ता के सिग्नल के बीच अच्छा पृथक्करण हो. सिग्नलों का पृथक्करण, प्राप्त किये गए सिग्नल को, वांछित उपयोगकर्ता के स्थानीय रूप से उत्पन्न कोड के साथ सम्बंधित कर के किया जाता है। यदि सिग्नल वांछित उपयोगकर्ता के कोड के साथ मैच हो जाता है, तो सम्बन्ध का फंक्शन उच्च होगा और सिस्टम सिग्नल को निष्कर्षित कर सकता है। यदि वांछित उपयोगकर्ता के कोड में सिग्नल के साथ कुछ भी सामान्य नहीं है तो जहां तक संभव हो, सम्बन्ध शून्य के नजदीक होना चाहिए (इस प्रकार से सिग्नल को नष्ट किया जाता है); यह क्रोस सम्बन्ध (cross correlation) कहलाता है। यदि कोड शून्य के अलावा किसी समय ऑफसेट के सिग्नल के सम्बंधित है, तो जहां तक हो सके सम्बन्ध शून्य के नजदीक होना चाहिए. यह स्वतः-सम्बन्ध कहलाता है और इसका उपयोग बहु-पथ निष्कर्ष (multi-path interference) को अस्वीकृत करने के लिए किया जाता है।[२]
सामान्य रूप में, CDMA दो मूल श्रेणियों से सम्बंधित है: तुल्यकालिक (synchronous (orthogonal codes)) और अतुल्यकालिक (asynchronous (pseudorandom codes)).
कोड विभाजन बहुसंकेतन (Code Division Multiplexing) (तुल्यकालिक CDMA)
तुल्यकालिक CDMA डेटा श्रृंखलाओं का प्रतिनिधित्व करने वाले वेकटर्स (सदिशों) के बीच ओर्थोगोनालिटी (orthogonality) के गणितीय गुणों का उपयोग करता है। उदाहरण के लिए, बाइनरी श्रृंखला (string) "1011" को सदिश (1, 0, 1, 1) के द्वारा अभिव्यक्त किया जाता है।
सदिशों को उनका बिंदु गुणनफल लेकर गुणा किया जा सकता है, इसके लिए उनके सम्बंधित घटकों के गुणनफल का योग किया जाता है। यदि बिंदु गुणनफल शून्य है, तो दोनों सदिशों को एक दूसरे के लिए ओर्थोगोनल कहा जाता है (नोट: यदि u=(a,b) और v=(c,d), बिंदु गुणनफल u·v = a*c + b*d). बिंदु गुणनफल के कुछ गुणधर्म यह समझने में मदद करते हैं कि W-CDMA किस प्रकार से कार्य करता है। यदि सदिश a और b ओर्थोगोनल हैं, तो
- <math>\mathbf{a}\cdot(\mathbf{a}+\mathbf{b})=||\mathbf{a}||^2\quad\mathrm{since}\quad\mathbf{a}\cdot\mathbf{a}+\mathbf{a}\cdot\mathbf{b}= ||a||^2+0,</math>
- <math>\mathbf{a}\cdot(-\mathbf{a}+\mathbf{b})=-||\mathbf{a}||^2\quad\mathrm{since}\quad-\mathbf{a}\cdot\mathbf{a}+\mathbf{a}\cdot\mathbf{b}= -||a||^2+0,</math>
- <math>\mathbf{b}\cdot(\mathbf{a}+\mathbf{b})=||\mathbf{b}||^2\quad\mathrm{since}\quad\mathbf{b}\cdot\mathbf{a}+\mathbf{b}\cdot\mathbf{b}= 0+||b||^2,</math>
- <math>\mathbf{b}\cdot(\mathbf{a}-\mathbf{b})=-||\mathbf{b}||^2\quad\mathrm{since}\quad\mathbf{b}\cdot\mathbf{a}-\mathbf{b}\cdot\mathbf{b}=0 -||b||^2.</math>
- <math>\mathbf{b}\cdot(\mathbf{a}+\mathbf{b})=||\mathbf{b}||^2\quad\mathrm{since}\quad\mathbf{b}\cdot\mathbf{a}+\mathbf{b}\cdot\mathbf{b}= 0+||b||^2,</math>
- <math>\mathbf{a}\cdot(-\mathbf{a}+\mathbf{b})=-||\mathbf{a}||^2\quad\mathrm{since}\quad-\mathbf{a}\cdot\mathbf{a}+\mathbf{a}\cdot\mathbf{b}= -||a||^2+0,</math>
तुल्यकालिक CDMA में प्रत्येक उपयोगकर्ता अपने सिग्नलों को मोड्युलेट करने के लिए एक ऐसे कोड का उपयोग करता है जो दूसरे कोड के लिए ओर्थोगोनल होता है।
चार आपस में ओर्थोगोनल डिजिटल सिग्नलों का एक उदाहरण चित्र में दर्शाया गया है।
ओर्थोगोनल कोड्स में में एक क्रोस सम्बन्ध (cross-correlation) होता है, जो शून्य के बराबर होता है; दूसरे शब्दों में, वे एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप नहीं करते हैं। IS-95 64 बिट के मामले में, भिन्न उपयोगकर्ताओं को अलग करने के लिए सिग्नल को एनकोड करने के लिए वाल्श कोड्स का उपयोग किया जाता है। चूंकि 64 वाल्श कोड्स में से प्रत्येक एक दूसरे के लिए ओर्थोगोनल होते हैं, सिग्नलों को 64 ओर्थोगोनल सिग्नलों में चैनलिकृत किया जाता है।
निम्नलिखित उदाहरण दर्शाता है कि कैसे प्रत्येक उपयोगकर्ता सिग्नल को एनकोड या डीकोड किया जा सकता है।
उदाहरण
वैकटर्स के ऐसे समुच्चय के साथ शुरू करें जो एक दूसरे के लिए ओर्थोगोनल हैं।
(हालांकि आपसी ओर्थोगोनालिटी ही एकमात्र ऐसी स्थिति है, आमतौर पर इन वैकटर्स का निर्माण डिकोडन को आसान बनाने के लिए किया जाता है, उदाहरण के लिए वाल्श मेट्रिसेस से स्तम्भ और पंक्तियां. बायीं ओर दिए गए चित्र में ओर्थोगोनल फंक्शन्स का एक उदाहरण दर्शाया गया है। ये वैकटर्स व्यक्तिगत उपयोगकर्ताओं को दिए जायेंगे, ओर ये "कोड", "चिपिंग कोड", या "चिप कोड" कहलाते हैं। संक्षिप्तता के हित में, शेष उदाहरण केवल 2 अंकों के कोड का उपयोग करते हैं।
प्रत्येक उपयोगकर्ता एक अलग कोड, v से सम्बंधित होता है। यदि संचरित होने वाला डेटा एक डिजिटल शून्य है, तो संचरित होने वाली वास्तविक बिट्स -v होंगीं और यदि संचरित होने वाला डेटा एक है, तो संचरित होने वाली वास्तविक बिट्स v होंगी. उदाहरण के लिए, यदि v =(1,–1) और और जिस डेटा को उपयोगकर्ता संचरित करना चाहता है, वह (1, 0, 1, 1) है, यह (v, –v, v, v) से सम्बंधित होगा, जिसे इसके बाद बाइनरी में ((1,–1), (–1,1), (1,–1), (1,–1)) के रूप में निर्मित किया जाएगा.
इस अनुच्छेद के प्रयोजनों के लिए, हम इस निर्मित वैक्टर को संचरित वैक्टर (transmitted vector) कहते हैं।
प्रत्येक प्रेषक के पास एक अलग, अद्वितीय वैक्टर v होता है, जिसे समुच्चय से चुना गया होता है, लेकिन संचरित वैक्टर के निर्माण की विधि समान होती है।
अब, हस्तक्षेप के भौतिक गुणों के कारण, एक बिंदु पर दो सिग्नल समान प्रावस्था में हैं, वे प्रत्येक सिग्नल के आयाम का दोगुना देने के लिए योग करते हैं, लेकिन यदि वे प्रावस्था से बाहर हैं, वे "घट (subtract)" जाते हैं और एक ऐसा सिग्नल देते हैं जो आयाम से अलग होता है। डिजिटल रूप से, इस व्यवहार को घटक दर घटक, संचरण वैकटर्स के योग के द्वारा मॉडल किया जा सकता है।
यदि प्रेषक0 का कोड (1, -1) और डेटा (1,0,1,1) है और प्रेषक1 का कोड (1,1) और डेटा (0,0,1,1) है और दोनों प्रेषक एक साथ संचरण करते हैं, तो यह सारणी कोडन के पदों को दर्शाती है:
| पद | एनकोड प्रेषक0 | एनकोड प्रेषक1 |
| 0 | वैक्टर0 = (1, -1), डेटा0 = (1,0,1,1)=(v,–v,v,v) | वैक्टर1=(1,1), डेटा1=(0,0,1,1)=(–v,–v,v,v) |
| 1 | एनकोड0=वैक्टर0.डेटा0 | एनकोड1=वैक्टर1.डेटा1 |
| 2 | एनकोडe0=(1,–1). (1,–1,1,1) | एनकोड1=(1,1).(–1,–1,1,1) |
| 3 | एनकोड0=((1,–1), (–1,1), (1,–1), (1,–1)) | एनकोड1=((–1,–1), (–1,–1), (1,1), (1,1)) |
| 4 | सिग्नल0=(1,–1,–1,1,1,–1,1,–1) | सिग्नल1=(–1,–1,–1,–1,1,1,1,1) |
क्योंकि सिग्नल0 और सिग्नल1 एक ही समय में हवा में संचरित किये जाते हैं, वे कच्चा सिग्नल (raw signal) देने के लिए योग करते हैं:
(1,–1,–1,1,1,–1,1,–1) + (–1,–1,–1,–1,1,1,1,1) = (0,–2,–2,0,2,0,2,0)
यह कच्चा सिग्नल हस्तक्षेप प्रतिरूप कहलाता है। इसके बाद प्राप्तकर्ता हस्तक्षेप प्रतिरूप के साथ प्रेषक के कोड के संयोजन के द्वारा किसी ज्ञात प्रेषक के लिए एक सिग्नल को निष्कर्षित करता है। निम्नलिखित सारणी स्पष्ट करती है कि यह कैसे कार्य करता है और दर्शाती है कि सिग्नल एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप नहीं करते हैं।
| पद | डीकोड प्रेषक0 | डीकोड प्रेषक1 |
| 0 | वैक्टर0=(1,–1), प्रतिरूप=(0,–2,–2,0,2,0,2,0) | वैक्टर1=(1,1), प्रतिरूप=(0,–2,–2,0,2,0,2,0) |
| 1 | डीकोड0=प्रतिरूप.वैक्टर0 | डीकोड1=प्रतिरूप.वैक्टर1 |
| 2 | डीकोड0=((0,–2), (–2,0), (2,0), (2,0)).(1.1% | डीकोड1=((0,–2), (–2,0), (2,0), (2,0)).(1.1% |
| 3 | डीकोड0=((0+2), (–2+0), (2+0), (2+0)) | डीकोड1=((0–2), (–2+0), (2+0), (2+0)) |
| 4 | डेटा0=(2,–2,2,2)=(1,0,1,1) | डेटा1=(–2,–2,2,2)=(0,0,1,1) |
इसके अलावा, डीकोडन के बाद, 0 से बड़े सभी मानों को 1 माना जाता है, जबकि शून्य से नीचे के सभी मानों को 0 माना जाता है। उदाहरण के लिए, डीकोडन के बाद, डेटा0 (2,–2,2,2) है, लेकिन प्राप्तकर्ता इसे (1,0,1,1) मानता है।
हम यह भी विचार कर सकते हैं, कि यदि एक प्राप्तकर्ता एक सिग्नल को डीकोड करने की कोशिश करता है, जब उपयोगकर्ता ने कोई जानकारी नहीं भेजी है, तो क्या होगा. माना कि सिग्नल0 = (1,-1,-1,1,1,-1,1,-1) को अकेले प्रेषित किया जाता है। निम्नलिखित सारणी प्राप्तकर्ता पर डीकोड को दर्शाती है।
| पद | डीकोड प्रेषक0 | डीकोड प्रेषक1 |
| 0 | वैक्टर0=(1,–1), प्रतिरूप=(1,-1,-1,1,1,-1,1,-1) | वैक्टर1=(1,1), प्रतिरूप=(1,-1,-1,1,1,-1,1,-1) |
| 1 | डीकोड0=प्रतिरूप.वैक्टर0 | डीकोड1=प्रतिरूप.वैक्टरr1 |
| 2 | डीकोड0=((1,–1), (–1,1), (1,-1), (1,-1)).(1,–1) | डीकोड1=((1,–1), (–1,1), (1,-1), (1,-1)).(1,1) |
| 3 | डीकोड0=((1+1), (–1-1), (1+1), (1+1)) | डीकोड1=((1–1), (–1+1), (1-1), (1-1)) |
| 4 | डेटा0=(2,–2,2,2)=(1,0,1,1) | डेटा1=(0,0,0,0) |
जब प्राप्तकर्ता प्रेषक1 के कोड का उपयोग करते हुए सिग्नल को डीकोड करने का प्रयास करता है, डेटा पूर्णतया शून्य है, इसलिए क्रोस सम्बन्ध शून्य के बराबर है और यह स्पष्ट है कि प्रेषक1 ने कोई डेटा नहीं भेजा है।
अतुल्यकालिक CDMA
साँचा:see also ओर्थोगोनल वाल्श अनुक्रम का पूर्व उदाहरण बताता है कि कैसे 2 उपयोगकर्ता एक तुल्यकालिक प्रणाली में एक दूसरे के साथ मल्टीप्लेक्स होते हैं, एक तकनीक जिसे आमतौर पर कोड डिविजन मल्टीप्लेक्सिंग (Code Division Multiplexing) (CDM) कहा जाता है। चित्र में दर्शाए गए 4 वाल्श अनुक्रमों का समुच्चय 4 तक उपयोगकर्ताओं को रखेगा और सामान्य रूप में, एक NxN वाल्श मेट्रिक्स का उपयोग मल्टीप्लेक्स N उपयोगकर्ताओं के लिए किया जा सकता है।
बहुसंकेतन (multiplexing) के लिए आवश्यक है कि सभी उपयोगकर्ता समन्वित हो जायें ताकि प्रत्येक उन्हें दिए गए अनुक्रम v (या पूरक, -v) का संचरण करे, ताकि वे ठीक उसी समय पर प्राप्तकर्ता के पास पहुंच जायें. इस प्रकार, यह तकनीक आधार-से-मोबाइल सम्बन्ध में उपयोग पाती है, जहां सभी संचरण समान ट्रांसमीटर से उत्पन्न होते हैं और इन्हें पूर्णतया समन्वित किया जा सकता है।
दूसरी ओर, मोबाइल-से-आधार लिंक को पूर्णतया समन्वित नहीं किया जा सकता है, विशेष रूप से हैंडसेट की गतिशीलता के कारण और इसे किसी अन्य दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है। चूंकि गणितीय रूप से ऐसे हस्ताक्षर अनुक्रम का निर्माण करना यह संभव नहीं है जो यादृच्छिक शुरुआती बिंदु के लिए ओर्थोगोनल हों, अद्वितीय "कूट-यादृच्छिक (pseudo-random)" या "कूट-ध्वनि (pseudo-noise)" (PN) अनुक्रम अतुल्यकालिक CDMA प्रणाली में प्रयुक्त किया जाते हैं। एक PN कोड एक बाइनरी अनुक्रम है जो यादृच्छिक प्रतीत होता है लेकिन इसे नियत प्राप्तकर्ता के द्वारा एक निर्धारित तरीके में पुनः उत्पादित किया जा सकता है।
इन PN कोड्स का उपयोग अतुल्यकालिक CDMA में एक उपयोगकर्ता सिग्नल को एनकोड और डीकोड करने के लिए उसी प्रकार से किया जाता है, जैसे तुल्यकालिक CDMA में ओर्थोगोनल कोड्स का (उपरोक्त उदाहरण में दर्शाया गया है). ये PN अनुक्रम सांख्यिकीय रूप से सम्बंधित (statistically uncorrelated) नहीं होते हैं और PN अनुक्रम की एक बड़ी संख्या का योग, मल्टिपल एक्सेस हस्तक्षेप (MAI) का कारण बनता है, जिनका अनुमान एक गाउसी शोर प्रक्रिया के द्वारा लगाया जाता है (सांख्यिकी में "केन्द्रीय सीमा प्रमेय" के अनुसार). यदि सभी उपयोगकर्ता समान पावर क्षमता प्राप्त करते हैं, तो MAI का भिन्नता (उदाहरण शोर की क्षमता) उपयोगकर्ताओं के प्रत्यक्षा अनुपात में बढ़ती है।
दूसरे शब्दों में, तुल्यकालिक CDMA के विपरीत, अन्य उपयोगकर्ताओं के सिग्नल हित के सिग्नल के शोर के रूप में प्रकट होते हैं और उपयोगकर्ताओं की संख्या के अनुपात में वांछित सिग्नल के साथ हस्तक्षेप करते हैं।
CDMA के सभी रूप, अवांछित सिग्नलों के खिलाफ आंशिक रूप से विभेद करने में प्राप्तकर्ता को मदद करने के लिए स्प्रेड स्पेक्ट्रम प्रक्रिया लाभ (process gain) का उपयोग करते हैं। निर्दिष्ट PN अनुक्रम (कोड) के साथ एनकोडित किये गए सिग्नल प्राप्त किये जाते हैं, जबकि भिन्न कोड्स से युक्त सिग्नल (या समान कोड लेकिन एक भिन्न समय ऑफसेट) प्रक्रिय लाभ के द्वारा कम की गयी वाइडबैंड ध्वनि के रूप में प्रकट होते हैं।
चूंकि प्रत्येक उपयोगकर्ता MAI उत्पन्न करता है, सिग्नल की क्षमता का नियंत्रण करना CDMA ट्रांसमीटर के साथ एक महत्वपूर्ण मुद्दा होता है। एक CDM (तुल्यकालिक CDMA), TDMA या FDMA प्राप्तकर्ता सैद्धांतिक रूप से भिन्न कोड्स, समय स्लोट्स, या आवृति चैनल का प्रयोग करते हुए यादृच्छिक प्रबल सिग्नलों को पूरी तरह से अस्वीकृत कर देता है। इसका कारन है इन सिस्टमों की ओर्थोगोनालिटी.
यह अतुल्यकालिक CDMA के लिए सच नहीं है; अवांछित सिग्नल की अस्वीकृति केवल आंशिक होती है।
यदि कोई या सभी अवांछित सिग्नल वांछित सिग्नल से अधिक प्रबल हैं, वे इस पर प्रभावी हो जायेंगे.
इसीलिए यह किसी भी अतुल्यकालिक CDMA सिस्टम में सामान्य आवश्यकता है कि भिन्न सिग्नल पावर स्तरों का लगभग मिलान किया जाये. CDMA सेलुलर में, प्रत्येक मोबाइल की संचरण क्षमता को सख्ती से नियंत्रित करने के लिए बेस स्टेशन एक तीव्र बंद-लूप पावर नियंत्रण योजना का प्रयोग करता है। इस समस्या पर आगे जानकारी के लिए पास-दूर समस्या (Near-far problem) देखें.
अन्य तकनीकों पर अतुल्यकालिक CDMA के लाभ.
1. निश्चित आवृति स्पेक्ट्रम का प्रभावी प्रायोगिक उपयोग.
CDM (तुल्यकालिक CDMA), TDMA और FDMA पर अतुल्यकालिक CDMA का मुख्य लाभ यह है कि यह मोबाइल टेलीफोनी अनुप्रयोग में स्पेक्ट्रम का उपयोग अधिक प्रभावी रूप से करता है।
सिद्धांत में, CDMA, TDMA और FDMA की समान स्पेक्ट्रल कुशलता होती है, लेकिन प्रायोगिक रूप से हर किसी की अपनी चुनौतियां हैं- CDMA में मामले में क्षमता नियंत्रण, TDMA के मामले में समय और FDMA के मामले में आवृति उत्पादन/फ़िल्टर.
TDMA सिस्टम को सभी उपयोगकर्ताओं के संचरण समय का तुल्यकालन सावधानीपूर्वक करना होता है ताकि सुनिश्चित किया जा सके कि वे सही समय अवधि में प्राप्त किये गये हैं और किसी हस्तक्षेप का कारण नहीं हैं। चूंकि इसे एक मोबाइल वातावरण में पूरी तरह से नियंत्रित नहीं किया जा सकता है, प्रत्येक समय स्लोट में एक गार्ड-समय होना चाहिए, जो उपयोगकर्ताओं के हस्तक्षेप की संभावना को कम कर देता है, लेकिन स्पेक्ट्रम की कुशलता या प्रभाविता को कम कर देता है।
इसी तरह, FDMA सिस्टम को अग्रगामी चैनलों के बीच एक गार्ड-बैंड का उपयोग करना चाहिए, इसका कारण है सिग्नल स्पेक्ट्रम का अप्रत्याशित डॉप्लर शिफ्ट जो उपयोगकर्ता की गतिशीलता के कारण उत्पन्न होता है। गार्ड-बैंड अग्रगामी चैनल के हस्तक्षेप की संभावना को कम करेगा, लेकिन स्पेक्ट्रम की उपयोगिता को कम करेगा.
2. संसाधनों का लचीला आवंटन
अतुल्यकालिक CDMA संसाधनों के लचीले आवंटन में एक मुख्य लाभ प्रस्तुत करता है, यानि सक्रिय उपयोगकर्ताओं के लिए एक PN कोड का आवंटन.
CDM, TDMA और FDMA के मामले में एक साथ होने वाले ओर्थोगोनल कोड्स, समय स्लॉट और आवृत्ति स्लॉट की संख्या, क्रमानुसार स्थिर हो जाती है, इसलिए एक ही समय के उपयोगकर्ताओं की संख्या के शब्दों में क्षमता सीमित होती है। ओर्थोगोनल कोड, समय स्लोट्स या आवृत्ति बैंड की संख्या स्थिर होती है, जिसे CDM, TDMA और FDMA सिस्टमों के लिए आवंटित किया जाता है, यह टेलीफोनी की बर्स्ती प्रवृति और पैकेट बंद डेटा संचरण के कारण अडेरुटीकृत (underutilized) रह जाता है। उपयोगकर्ताओं की संख्या की कोई सखत सीमा नहीं होती है, जिन्हें एक अतुल्यकालिक CDMA प्रणाली में समर्थन दिया जा सकता है, वंचित बिट त्रुटी संभावना के द्वारा नियंत्रित केवल एक प्रायोगिक सीमा होती है, चूंकि SIR (अनुपात में हस्तक्षेप करने वाले सिग्नल) उपयोगकर्ताओं की संख्या के अनुसार बहुत भिन्नता रखते हैं। एक बर्स्ती ट्रेफिक वातावरण जैसे टेलीफोनी में अतुल्यकालिक CDMA का लाभ यह है कि
प्रदर्शन (बिट त्रुटि दर) को यादृच्छिक रूप से उतार चढ़ाव की अनुमति दी जाती है, जिसमें औसत मान का निर्धारण उपयोगकर्ता के समय की संख्या और उपयोगिता की प्रतिशतता के द्वारा किया जाता है। मान लीजिए 2N उपयोगकर्ता हैं जो केवल आधे समय के लिए बात करते हैं, तो 2N उपयोगकर्ताओं को समान औसत बिट त्रुटी संभावना के साथ रखा जा सकता है, जब N उपयोगकर्ता पूरे समय बात करते हैं। यहां मुख्य अंतर यह है कि सारे समय बात करने वाले N उपयोगकर्ताओं की बिट त्रुटी संभावना स्थिर है, जबकि यह एक यादृच्छिक मात्रा है (समान अर्थ के साथ).
आधे समय के लिए बात करने वाले 2N उपयोगकर्ताओं के लिए.
दूसरे शब्दों में, अतुल्यकालिक CDMA एक मोबाइल नेटवर्क के लिए आदर्श रूप से उपयुक्त है, जहां ट्रांसमीटरों की एक बड़ी संख्या में से प्रत्येक अनियमित अंतराल पर एक अपेक्षाकृत छोटी मात्रा का ट्रेफिक उत्पन्न करती है।
CDM (तुल्यकालिक CDMA), TDMA और FDMA सिस्टम बर्स्ती ट्रेफिक के कारण अडेरुटीकृत संसाधनों को पुनः प्राप्त नहीं कर सकते, क्योंकि ओर्थोगोनल कोड्स, समय स्लोट्स और आवृति चैनलों की संख्या स्थिर होती है, जिसे एक व्यक्तिगत ट्रांसमीटर को दिया जा सकता है।
उदाहरण के लिए, यदि एक TDMA प्रणाली में N समय स्लॉट और 2N उपयोगकर्ता है जो आधे समय के लिए बात करते हैं, तो तो आधे समय के लिए N से अधिक उपयोगकर्ताओं को N समय स्लोट्स से ज्यादा उपयोग की आवश्यकता होगी. इसके अलावा, इसे ओर्थोगोनल कोड, समय स्लोट और आवृति चैनल संसाधन के निरंतर आवंटन या वि-आवंटन के लिए महत्वपूर्ण ओवरहेड की जरुरत होगी.
यह मह तुलना करने पर, अतुल्यकालिक CDMA ट्रांसमीटर साधारण रूप से प्रेषण करते हैं जब जब उनके पास कुछ कहने के लिए होता है और हवा में भेजने के लिए होता है, इस के दौरान जब तक वे सिस्टम से जुड़े रहते हैं, समान PN हस्ताक्षर अनुक्रम को बनाये रखते हैं।
3. PN अनुक्रम की रेलपेल क्षमताओं (anti-jamming capabilities) के कारण स्प्रेड स्पेक्ट्रम CDMA में गोपनीयता की सुरक्षा.
CDMA के स्प्रेड स्पेक्ट्रम लक्षण
अधिकांश मोड्युलन योजनायें सिग्नल के बैंडविड्थ को कम करने की कोशिश करती हैं क्योंकि बैंडविड्थ एक सीमित स्रोत है।
हालांकि, स्प्रेड स्पेक्ट्रम तकनीक एक संचरण बैंडविड्थ का प्रयोग करती है, अर्थात आयाम के भिन्न क्रम न्यूनतम आवश्यक सिग्नल बैंडविड्थ से अधिक होते हैं। इसे करने का एक प्रारंभिक कारण था मार्गदर्शन और संचार प्रणालियों से युक्त सैन्य अनुप्रयोग.
इसकी सुरक्षा और जेमिंग के लिए प्रतिरोध के कारण इस सिस्टम्स को स्प्रेड स्पेक्ट्रम का उपयोग करते हुए डिजाइन किया गया था। अतुल्यकालिक CDMA के पास गोपनीयता का कुछ निर्मित स्तर होता है क्योंकि सिग्नल एक कूट-यादृच्छिक कोड का उपयोग करते हुए फैलता है; इस कोड के कारण स्प्रेड स्पेक्ट्रम सिग्नल यादृच्छिक रूप से प्रकट होते हैं या उनमें ध्वनि जैसे गुण होते हैं। एक प्राप्तकर्ता डेटा को एनकोड करने के लिए प्रयुक्त ज्ञान के बिना इस संचरण को डीमोड्युलेट नहीं कर सकता है। CDMA जेमिंग के लिए भी प्रतिरोधी है। एक जेमिंग सिग्नल में केवल सिग्नल को जाम करने (रोकने) के लिए उपलब्ध क्षमता की परिमित सीमा होती है।
जामर या तो सिग्नल की पूरी बैंडविड्थ में इसकी ऊर्जा को फैलाता है या पूरे सिग्नल के किसी भाग को जाम कर देता है।
CDMA प्रभावी रूप से संकरे बैंड के हस्तक्षेप को अस्वीकृत कर सकता है।
चूंकि संकरे बैंड का हस्तक्षेप केवल स्प्रेड स्पेक्ट्रम सिग्नल के एक छोटे भाग को प्रभावित करता है, इसे जानकारी की अधिक क्षति के बिना नोच फिल्टरिंग के द्वारा आसानी से हटाया जा सकता है। कोंवोल्युशन एनकोडिंग और इंटरलिविंग का प्रयोग खोये हुए डेटा को पुनः प्राप्त करने में मदद करने के लिए किया जा सकता है। CDMA सिग्नल बहुपथीय फेडिंग को भी रोकते हैं।
चूंकि स्प्रेड स्पेक्ट्रम सिग्नल के पास एक बड़ा बैंडविड्थ होता है, दिए गए समय में बहुपथ के कारण इसका केवल एक छोटा सा भाग फेडिंग में से होकर गुजरता है। संकरेबैंड हस्तक्षेप की तरह इसके परिणामस्वरूप डेटा की बहुत कम क्षति होगी और इसे पुनः प्राप्त किया जा सकता है।
एक अन्य कारण है CDMA बहुपथ हताक्षेप के लिए प्रतिरोधी है, क्योंकि संचरित कूट- यादृच्छिक कोड के देरी से हुए संस्करण के पास मूल कूट- यादृच्छिक कोड के सम्बन्ध कमजोर होगा और इस प्रकार से यह अन्य उपयोगकर्ता के रूप में प्रकट होगा, जिसे प्राप्तकर्ता पर उपेक्षित किया जाता है। दूसरे शब्दों में, जब तक बहुपथीय चैनल कम से कम देरी की एक चिप को प्रेरित करता है, बहुपथीय सिग्नल प्राप्तकर्ता पर पहुंच जाते हैं ताकि वे निर्धारित सिग्नल से कम से कम एक चिप के द्वारा समय में शिफ्ट हो जाते हैं। कूट- यादृच्छिक कोड के सम्बन्ध गुण इस प्रकार के हैं कि यह निर्धारित सिग्नल से असंबंधित बहुपथ के प्रकट होने में कुछ देरी का कारण बनता है और इस प्रकार से यह उपेक्षित हो जाता है।
कुछ CDMA उपकरण एक रेक प्राप्तकर्ता का उपयोग करते हैं, जो सिस्टम के प्रदर्शक को सुधारने के लिए बहुपथीय देरी घटक का उपयोग करता है।
एक रेक प्राप्तकर्ता कई सम्बंधकों से प्राप्त जानकारी को संयोजित करता है, प्रत्येक एक भिन्न पथ देरी की और मुड़ जाती है और प्रबलतम सिग्नल के पथ देरी की और मुड़ने वाले एकमात्र समबंधक से युक्त साधारण प्राप्तकर्ता की तुलना में सिग्नल का एक प्रबल संस्करण उत्पन्न करती है,
आवृत्ति पुनः प्रयोग, एक सेलुलर सिस्टम के भीतर अन्य सेल साइट्स पर समान रेडियो चैनल आवृति के पुनः उपयोग की क्षमता है।
FDMA और TDMA प्रणालियों में आवृत्ति योजना में एक महत्वपूर्ण विचार है। विभिन्न सेल में प्रयुक्त आवृतियों को सावधानीपूर्वक नियोजित करने की आवश्यकता होती है, ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि भिन्न सेल से प्राप्त सिग्नल एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप ना करें.
एक CDMA प्रणाली में समान आवृति का उपयोग प्रत्येक कोशिका में किया जाता है क्योंकि चैनलीकरण को कूट-यादृच्छिक कोड्स का उपयोग करते हुए किया जाता है।
हर सेल में समान आवृति का पुनः उपयोग एक CDMA प्रणाली में आवृति नियोजन की आवश्यकता को ख़त्म कर देता है; हालांकि भिन्न कूट-यादृच्छिक अनुक्रमों का नियोजन किया जाना चाहिए, ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि एक सेल से प्राप्त सिग्नल पास के सेल से प्राप्त सिग्नल से सम्बन्ध नहीं रखता है।[४]
चूंकि पास के सेल समान आवृतियों का उपयोग करते हैं, CDMA प्रणाली के पास सोफ्ट हेंडऑफ्स (soft handoffs) के प्रदर्शन की क्षमता होती है। सोफ्ट हैण्डऑफ्स एक साथ दो या अधिक सेल के साथ एकसाथ संचार करने की अनुमति देते हैं। सर्वोत्तम सिग्नल गुणवत्ता का चयन किया जाता है जब तक हैण्डऑफ़ पूरा न हो. यह अन्य सेलुलर प्रणालियों में प्रयुक्त हार्ड हैण्डऑफ़ से भिन्न है। एक हार्ड हैण्डऑफ़ स्थिति में, जब मोबाइल टेलीफोन एक हैण्ड ऑफ़ की ओर रुख करता है, सिग्नल क्षमता अचानक बदल जाती है। इसके विपरीत, CDMA सिस्टम सोफ्ट हैण्डऑफ़ का उपयोग करता है, जिसका पता नहीं लगाया जा सकता है और यह अधिक विश्वसनीय ओर उच्च गुणवत्ता के सिग्नल उपलब्ध करता है।[४]
इन्हें भी देखें
- पास दूर की समस्या (Near-far problem)
- cdmaOne
- CDMA2000
- ओर्थोगोनल चर फ़ैलाने वाला कारक (OVSF), CDMA का कार्यान्वयन
- कूट-यादृच्छिक शोर
- स्प्रेड-स्पेक्ट्रम