Multi-Carrier Code-Division Mehrfachzugriff - Multi-carrier code-division multiple access

MC-CDMA ( Multi-Carrier Code-Division Multiple Access ) ist ein Mehrfachzugriffsschema , das in OFDM- basierten Telekommunikationssystemen verwendet wird und es dem System ermöglicht, mehrere Benutzer gleichzeitig über dasselbe Frequenzband zu unterstützen.

MC-CDMA verbreitet jedes Benutzersymbol im Frequenzbereich. Das heißt, jedes Benutzersymbol wird über mehrere parallele Unterträger übertragen, es ist jedoch gemäß einem Codewert phasenverschoben (typischerweise 0 oder 180 Grad). Die Codewerte unterscheiden sich pro Unterträger und pro Benutzer. Der Empfänger kombiniert alle Unterträgersignale, indem er diese wiegt, um unterschiedliche Signalstärken zu kompensieren und die Codeverschiebung rückgängig zu machen. Der Empfänger kann Signale verschiedener Benutzer trennen, da diese unterschiedliche (z. B. orthogonale) Codewerte haben.

Da jedes Datensymbol eine viel größere Bandbreite (in Hertz) als die Datenrate (in Bit / s) einnimmt, wird ein Verhältnis von Signal zu Rauschen plus Interferenz (falls definiert als Signalleistung geteilt durch Gesamtrauschen plus Interferenzleistung in der Gesamtheit) verwendet Übertragungsband) von weniger als 0 dB ist möglich.

Eine Möglichkeit zur Interpretation von MC-CDMA besteht darin, es als Direktsequenz-CDMA-Signal ( DS-CDMA ) zu betrachten, das übertragen wird, nachdem es durch eine inverse FFT ( schnelle Fourier-Transformation ) eingespeist wurde .

Begründung

Drahtlose Funkverbindungen leiden unter frequenzselektiven Kanalstörungen. Wenn das Signal auf einem Unterträger ausfällt, kann es dennoch aus der über andere Unterträger empfangenen Energie rekonstruiert werden.

Downlink: MC-CDM

In der Abwärtsverbindung (eine Basisstation, die an ein oder mehrere Endgeräte sendet) reduziert sich MC-CDMA typischerweise auf Multiplexing mit Mehrträgercode-Teilung. Alle Benutzersignale können problemlos synchronisiert werden, und alle Signale auf einem Unterträger weisen dieselben Funkkanaleigenschaften auf. In einem solchen Fall besteht eine bevorzugte Systemimplementierung darin, N Benutzerbits (möglicherweise, aber nicht notwendigerweise für verschiedene Ziele) zu verwenden, um diese unter Verwendung einer Walsh- Hadamard-Transformation , gefolgt von einer IFFT , zu transformieren .

Varianten

Es gibt eine Reihe alternativer Möglichkeiten, wie diese Frequenzbereichsspreizung stattfinden kann, beispielsweise durch Verwendung eines langen PN-Codes und Multiplizieren jedes Datensymbols d i auf einem Unterträger mit einem Chip aus dem PN-Code c i oder mit Verwenden von kurzen PN-Codes und Verteilen jedes Datensymbols durch einen einzelnen PN-Code - dh d i wird mit jedem c i multipliziert und der resultierende Vektor wird auf N Freq- Unterträgern platziert, wobei N Freq die PN-Codelänge ist.

Sobald eine Frequenzdomänenspreizung stattgefunden hat und den OFDM- Unterträgern alle Werte zugewiesen wurden, findet eine OFDM- Modulation unter Verwendung der IFFT statt , um ein OFDM- Symbol zu erzeugen ; Das OFDM- Schutzintervall wird dann hinzugefügt. und wenn die Übertragung in der Abwärtsverbindungsrichtung erfolgt, werden alle diese resultierenden Symbole vor der Übertragung addiert.

Eine alternative Form von Multi-Carrier- CDMA , MC-DS-CDMA oder MC / DS-CDMA genannt, führt die Ausbreitung im Zeitbereich und nicht im Frequenzbereich im Fall von MC-CDMA durch - für den speziellen Fall, in dem dies der Fall ist Dies ist nur ein Träger, der auf Standard- DS-CDMA zurückgreift .

Für den Fall von MC-DS-CDMA, bei dem OFDM als Modulationsschema verwendet wird, werden die Datensymbole auf den einzelnen Unterträgern zeitlich verteilt, indem die Chips auf einem PN-Code mit dem Datensymbol auf dem Unterträger multipliziert werden. Angenommen, die PN-Code-Chips bestehen aus {1, −1} und das Datensymbol auf dem Unterträger ist - j . Das Symbol, das für die Symbole 0 und 1 auf diesen Träger moduliert wird, ist - j für Symbol 0 und + j für Symbol 1.

Eine zweidimensionale Streuung sowohl im Frequenz- als auch im Zeitbereich ist ebenfalls möglich, und ein Schema, das eine 2D -Streuung verwendet, ist VSF-OFCDM (steht für orthogonales Frequenzcode-Multiplexing mit variablem Streufaktor ), das NTT DoCoMo für seine verwendet 4G- Prototypsystem.

Wenn Sie als Beispiel für die Funktionsweise der 2D-Streuung auf VSF-OFCDM das erste Datensymbol d 0 und einen Streufaktor im Zeitbereich, die SF- Zeit der Länge 4 und einen Streufaktor im Frequenzbereich verwenden, SF- Frequenz von 2, dann wird das Datensymbol d 0 mit den PN-Codes des Frequenzbereichs der Länge 2 multipliziert und auf die Unterträger 0 und 1 gelegt, und diese Werte auf den Unterträgern 0 und 1 werden dann mit der Länge multipliziert. 4 Zeitbereich PN-Code und übertragen auf OFDM- Symbole 0, 1, 2 und 3.

NTT DoCoMo hat  mit seinem 4G- Prototypsystem in einem 100 MHz breiten Kanal bereits 5- Gbit / s-Übertragungen an Empfänger mit einer Geschwindigkeit von 10 km / h erzielt . Dieses 4G- Prototypsystem verwendet auch eine 12 × 12-Antennen- MIMO- Konfiguration und eine Turbocodierung zur Fehlerkorrekturcodierung.

Zusammenfassung

  1. OFDMA mit Frequenzspreizung (MC-CDMA)
  2. OFDMA mit zeitlicher Ausbreitung ( MC-DS-CDMA und MT-CDMA )
  3. OFDMA mit Zeit- und Frequenzverteilung (Orthogonal Frequency Code Division Multiple Access ( OFCDMA ))

Verweise

  1. ^ http://citeseer.ist.psu.edu/atarashi02broadband.html Drahtloser Breitbandpaket-Zugang basierend auf VSF-OFCDM und MC / DS-CDMA (2002) Atarashi et al.
  2. ^ "DoCoMo erreicht eine Datengeschwindigkeit von 5 Gbit / s" . NTT DoCoMo Drücken Sie. 2007-02-09. Archiviert vom Original am 25.09.2008 . Abgerufen am 10.07.2009 .

Literatur

  • N. Yee, JPMG Linnartz und G. Fettweis, "Multi-Carrier-CDMA in drahtlosen Funknetzwerken in Innenräumen", IEEE Personal Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC) Int. Konferenz, Sept. 1993, Yokohama, Japan, S. 109–113 (1993: erstes Papier, in dem das System und der Name MC-CDMA vorgeschlagen werden)
  • K. Fazel und L. Papke, "Zur Leistung von faltungscodiertem CDMA / OFDM für Mobilkommunikationssysteme", IEEE Personal Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC) Int. Conference, Sept. 1993, Yokohama, Japan, S. 468–472
  • A. Chouly, A. Brajal und S. Jourdan, "Orthogonale Mehrträgertechniken, die auf CDMA-Systeme mit direktem Sequenzspreizspektrum angewendet werden", in Proceedings of Global Telecommunications Conference (GLOBECOM'93), S. 1723–1728, Houston, Tex, USA November 1993.
  • N.Yee, JPMG Linnartz und G. Fettweis, "Multi-Carrier-CDMA in drahtlosen Innennetzen", IEICE Transaction on Communications, Japan, Vol. 3, No. E77-B, Nr. 7, Juli 1994, S. 900–904.
  • JPMG Linnartz, "Leistungsanalyse von synchronem MC-CDMA in mobilen Rayleigh-Kanälen mit Delay- und Doppler-Spreads", IEEE VT, Vol. 3, No. 6, November 2001, S. 1375–1387. PDF
  • K. Fazel und S. Kaiser, Multi-Carrier- und Spread-Spectrum-Systeme: Von OFDM und MC-CDMA zu LTE und WiMAX , 2. Auflage, John Wiley & Sons, 2008, ISBN  978-0-470-99821-2 .
  • Hughes Software Systems, Multi Carrier Code Division Mehrfachzugriff , März 2002.
  • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Kommunikation und Navigation, Geschichte der Multi-Carrier-Code-Division Multiple Access (MC-CDMA) und Multi-Carrier-Spread-Spectrum-Workshop , November 2006.
  • Referenzwebsite für drahtlose Kommunikation, Abschnitt über MC-CDMA , 2001.

Siehe auch

  • OFDMA , ein alternatives Mehrfachzugriffsschema für OFDM-Systeme, bei dem die Signale verschiedener Benutzer im Frequenzbereich durch Zuweisen verschiedener Unterträger zu verschiedenen Benutzern getrennt werden.