Cdma

Was ist Codemultiplex bzw. CDMA (Code Division Multiple Access)? \CDMA ist das modernste der drei grundlegenden Vielfachzugrisverfahren FDMA (Frequenzmultiplex), TDMA (Zeitmultiplex) und CDMA." Prinzip: Gezielte Erzeugung eines breitbandigen, rauschahnlichen U bertragungssignals aus einem

schmalbandigen Eingangssignal. Mittel: Multiplikation des schmalbandigen Eingangssignals mit einem hochratigen Pseudo-Zufallscode (direkte Spreizung ) Direct Sequence CDMA, DS-CDMA). Ziel: Eziente U bermittlung informationstragender Eingangssignale unter schwierigen Ausbreitungsbedingungen, z.B. im Mobilfunk (Mehrwegeausbreitung und schneller Schwund). Aufteilung der Ressource \Frequenzband" auf mehrere gleichzeitig aktive Teilnehmer innerhalb eines Kommunikationssystems (Mehrbenutzersystem).

Anwendungen:

 amerikanisches Mobilfunksystem der 2. Generation:

Qualcomm-System (IS-95)  Bestandteil des europaischen Mobilfunkstandards der 3. Generation: Universal Mobile Telecommunication System (UMTS)  Satellitensystem zur weltweiten Standortbestimmung: Global Positioning System (GPS)

Vorteile von CDMA im zellularen Mobilfunk + + + + + + + + +

hohe Unemp ndlichkeit gegen impulsartige Storungen Vermeidung eines aufwendigen Entzerrers vereinfachte Frequenzplanung zellularer Netze ideale Frequenz-Wiederverwendung moglich (\reuse factor 1") \weiche" Kapazitatsgrenze (soft capacity / graceful degradation) sicherer Zellwechsel der Benutzer (\make before break" ) soft handover) \naturliche" Nutzung der Kanalcodierung als Teil der Spreizung einfache Bereitstellung variabler Bitraten bei Datenubertragung einfache Nutzung von Pausen bei Sprachubertragung

Wie funktioniert der Vielfachzugri bei DS-CDMA? +1

6

,1 +1

6

,1 +1

 T -



s

t

=

t

c

6

,1 +1

6

t

+1

t



t

,1 h2 (t)

gespreiztes Datensignal h1 (t)

,1

+1

c2 (t)

Code c1 (t)

- T 6

s2 (t)

Datensignal s1 (t)

6

= t

,1

Sender 1

Sender 2

Betrachte Empfanger 1: U berlagerung beider Sendesignale von Sender 1

+1

6

,1 +1

,1 +1

,1

Empfangssignal h1 (t)

-



6

6

von Sender 2

t

+1

,1

Code c1 (t)

-

=

t

+1

t

+1

,1

t



6

,1

Sendesignal s1 (t)

-

6

Empfangssignal h2 (t)

6

Code c1 (t)

-

=

t

willkurliche Pseudo-Zufallsfolge

t

Einfacher Empfangertyp: Mehrfach-Korrelator = \Rake" h(k) 1(k)

r r -- T r r -- T   ?? ??  k  @ , @ - - ,@ ,, @ C

2( )

??









C

k

L( )

??P

Kanal-Modell

  n k ?? - ?? --- s k sk rr ?? -- @ , @,  c rr

-- @?,? ,@

( )

( )

( )



u

Rake-Empfanger

P??

  NP

LR

-- T C

rr  ?? @,@, -









rr

  NP

?? - @,@, ??

Re fg

Re fg

?

rr  ?? @,@, -









rr

P??

-- @?,? LR,1 ,@ ?? ?

- TC

- TC

P??

 

P??

NP

n

?? - @,@, ??

Re fg

P

?

 

?? , -@ ,@

  NP

1

?? -@ ,, @ ??

Re fg

?

-

Hybride Modulation Grundlage: Verbindung Mobilstation ! Basisstation des Qualcomm-Systems  Kanalcodierung mit Faltungscode der Rate R = 1=3 (Fehlerschutz)

 64-stu ge Walsh-Modulation mit orthogonalen Symbolen in Zeitrichtung  inkoharenter Rake-Empfanger (\Mobilfunkkanal unbekannt")

Neuerung: Erweiterung der Walsh-Modulation mit klassischer digitaler Modulationsform PSK (diskrete Phasenmodulation) 1

= log2(

1)

wm

1 -Walsh

PIQ

Modulation b

Faltungscoder

d BlockInterleaver

S/P

ϕ 2 -DPSK

2

= log2(

2)

hm,k

konventionell Re

w2 w7

w3

PNI PNQ w2 . e

Re w7 . e Im

Re Im PNI

hybrid

PNQ Re Im

w3 . e j

ϕ0

j ϕ1

j ϕ2

Prinzip der stufenweisen Spreizung bei DS-CDMA Systemen Kanalcodierung: Gezielte Redundanzerhohung ermoglicht Fehlerkorrektur am Empfanger und

verursacht i. Allg. Bandbreitenerhohung; z.B. Block- oder Faltungscodierung. Modulation: Abbildung von Eingangsdaten auf Sendesymbole; kann eine Verringerung (z.B. 8PSK) oder Erhohung der Signalbandbreite (z.B. Walsh-Modulation) verursachen. CDMA: Gezielte Bandbreitenerhohung durch Spreizung mit Pseudo-Zufallscode. Daten



Tb Bit(i

, 1)

Faltungscode Walsh direkte Spreizung

-

-

Bit(i) 

TS

-

1=R = 2

?

M=ld(M ) = 8=3

TW C

? TC

- 

NP

?

=3

Beispiel: Leistungsfahigkeit bei unterschiedlich verteilter Spreizung  Grundlage:

Standard IS-95 mit 64-stu ger Walsh-Modulation, Kanalcode mit R = 1=3  Mobilfunkkanal: 4 Echopfade, fd;max  50 Hz / Empfanger: inkoharenter 4-Finger-Rake

10,1

BER

!

Verbesserungen:  optimierte Soft-Bit Metrik: ca. 0.4 dB  schwacherer(!) Code: ca. 0.5 dB  QPSK-Zusatzmodulation: ca. 0.9 dB

10,2 10,3 10,4

Qualcomm (IS-95) Qualcomm (opt.) ”Qualcomm” R = 1=2 Hybrid mit M2 = 4 4

5

6

7 b =N0 [dB] E

)

!

8

9

10

Gesamtverbesserung um fast 2.0 dB !