सी॰डी॰एम॰ए

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।  की पल्स अवधि से युक्त डेटा सिग्नल XOR है जो  की पल्स अवधि से युक्त कोड सिग्नल के साथ संयोजित होता है। 
(नोट: बैंडविड्थ  के लिए अनुपातिक है जहां =बिट समय) इसलिए, डेटा सिग्नल का बैंडविड्थ  है और स्प्रेड स्पेक्ट्रम सिग्नल का बैंडविड्थ  है। 
चूंकि ,  की तुलना में बहुत छोटा है, स्प्रेड स्पेट्रम सिग्नल की बैंडविड्थ मूल सिग्नल की बैंडविड्थ से बहुत बड़ी है। 
अनुपात  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। 
एक CDMA सिग्नल का उत्पादन
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।
सामान्य रूप में, CDMA दो मूल श्रेणियों से सम्बंधित है: तुल्यकालिक (synchronous (orthogonal codes)) और अतुल्यकालिक (asynchronous (pseudorandom codes)).

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। 
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।