Sistemas de Comunicações sem Fio Múltiplo Acesso por Divisão em Códigos CDMA
CDMA Introdução Comunicações sem fio baseadas em CDMA tem origem militar; Antes de uso comercial, os códigos foram usados para disfarçar um sinal de comunicação; Aplicação comercial feita pela Qualcomm em 1994. 2
CDMA Características Comparado ao FDMA, o CDMA é considerado um sistema de banda larga; O uso de vários caminhos num canal seletivo é considerado como diversidade em freqüência; Cada usuário tem um código único que será multiplicado pelo seu stream de bits antes da transmissão: Códigos formados por +1 s e -1 s; Taxa mais alta que o stream a ser transmitido. 3
CDMA Características O número de usuários simultâneos não é fixo, como no TDMA; se o número de usuários aumenta, o serviço apenas degrada; O CDMA permite o soft-handoff entre células vizinhas; Perto da fronteira, o móvel se comunica com as duas estações rádio-base. Todas as células utilizam a mesma freqüência. Fator de reuso é 1; Planejamento mais fácil. 4
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CDMA Para conseguir funcionar, o CDMA usa controle de potência e sincronização entre estações rádio-base; O controle de potência pode ser tanto em malha aberta quanto malha fechada; O sistema é muito sensível ao problema near-far. 6
Espalhamento Espectral Spread spectrum is a means of transmission in which the signal occupies a bandwidth in excess of the minimum necessary to send the information; the band spread is accomplished by means of a code which is independent of the data, and a synchronized reception with the code at the receiver is used for despreading and subsequent data recovery (IEEE). 7
Espealhamento Espectral DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum Utiliza seqüências pseudo-aleatórias para codificar informações e canais; Utilizado em redes celulares (IS-95, WCDMA, cdma2000). FHSS Frequency Hoping Spread Spectrum Salto em freqüencia; Bluetooth, GSM. 8
CDMA Se um stream de bits é completamente aleatório, supondo-se uma divisão de sua largura por dois: 9
CDMA Depois de espalhado, o sinal fica: 10
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CDMA Um sinal espalhado espectralmente permite que múltiplos percursos separados de um intervalo maior que a duração de um chip sejam discriminados no receptor - condição de resolvabilidade (resolvability condition); O receptor que pode executar esse processo de separação,combinando os sinais separados, é o receptor RAKE; Com um sinal faixa estreita as colaborações dos múltiplos percursos são sobrepostas na saída do filtro casado do receptor. 12
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CDMA A função de autocorrelação de uma seqüência PN idealmente não deve ser nula somente quando o deslocamento relativo é nulo; A função de correlação cruzada entre duas seqüências PN idealmente deve ser nula para qualquer valor de deslocamento relativo entre elas. 14
CDMA Uma seqüência pseudoaleatória deve possuir as seguintes características: Ser fácil de gerar; Ter boa aleatoriedade; Ter período longo; Ser difícil de reconstruir; Uma seqüência desse tipo pode ser gerada com Linear Feedback Shift Registers Quarta característica comprometida 15
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CDMA Se o período da seqüência gerada for grande, o seu espectro de potência aproxima-se do espectro de uma seqüência aleatória ideal. Exemplos de seqüência pseudoaleatórias são: Seqüências Gold; Seqüência Kasami 17
CDMA Para que num sistema CDMA os usuários não interfiram uns nos outros, cada um deve ter seu próprio código, que é ortogonal aos demais. Esses códigos são obtidos da matriz de Haddamard e são chamados códigos de Walsh. 18
CDMA A primeira linha da matriz não corresponde ao código 0, nem as demais; O código um é dado por aquele que tem apenas uma mudança de sinal e assim por diante. 19
CDMA Assim, percebe-se a existência de duas codificações: Códigos de canalização: A informação do usuário é multiplicada por um código ortogonal, isolando-o dos outros; Códigos de embaralhamento: A informação é multiplicada por uma seqüência pseudoaleatória, isolando o sinal do de outras células. Com isso, todas as células podem utilizar o mesmo conjunto de códigos ortogonais. 20
Sistemas de Comunicação Sem Fio Sistemas de Telefonia Celular baseados em CDMA 21
IS-95 - Características O fator de reuso de freqüência no sistema IS-95 (cdmaone) é 1, ou seja, a mesma freqüência de portadora é reutilizada em todas as células. A largura de banda de transmissão é de 1,25MHz. Para o canal direto: Os quadros tem tamanho de 20ms; A canalização é obtida através de códigos ortogonais; As estações radio base se diferenciam através de suas seqüências PN (I e Q); A taxa de chip é 1,2288Mbps. 22
IS-95 - Características Sistema dual-band (800/1900MHz); Sistema dual-mode (digital CDMA / analógico AMPS) com acesso CDMA/FDMA e duplexação FDD (45MHz). 23
IS-95 - Características Para o canal direto: Taxas de codificação de voz de 1.2 Kbps a 9.6Kbps; Taxas de codificação de erro de ½ com k=9; Código de Walsh do piloto: 0; Código de Walsh dos canas de paging: 1 a 7; Código de Walsh do canal de sincronismo: 32. 24
IS-95 Interface Aérea (Direto) 25
IS-95 - Características Para o canal reverso: Quadros de 20ms; Canalização através de modulação ortogonal; Pode ser utilizado CRC. Cada 6 símbolos do interleaver são codificados como uma palavra de 64 chips do alfabeto de walsh; Uma seqüência PN longa distinta para cada usuário é utilizada para espalhar o sinal. O offset depende do ESN; O burst randomizer seleciona que grupo de seis símbolos é transmitido a cada tempo. 26
IS-95 Interface Aérea (Reverso) 27
IS-95 Interface Aérea (Reverso) 28
Padrões 29
Primeira Geração Analógico 2G 9.6 kbps 2.5G 2.75G 3G 150 kbps 380 kbps 2 Mbps AMPS NMT RadioCom CDMA EUA TDMA EUA GSM Europa 1XRTT GPRS EVDO EDGE 3xRTT IMT-2000 WCDMA TACS 30
Redes 3G Redes de celulares de terceira geração aumentam ainda mais a capacidade de transmissão de dados dos dispositivos móveis; Taxas de transmissão de até 2 Mbps; Possibilita banda larga no celular: Novos serviços para os usuários. 31
Redes 3G Em fevereiro de 1992 teve início a padronização dos futuros sistemas de terceira geração pela União Internacional de Telecomunicações (UIT); Foram estabelecidas faixas no espectro para os serviços do International Mobile Telecommunications 2000, o IMT-2000; As principais características definidas no IMT- 2000 são: Sistema Global; Novos Serviços; Flexibilidade; Qualidade de Serviço. 32
Redes 3G Cinco tipos de tecnologia de transmissão de dados foram aprovadas no IMT-2000, as duas principais são (ambas baseadas em CDMA): UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), especificado pelo 3GPP; CDMA2000, especificado pelo 3GPP2. Incipiente no Brasil; Significativas redes no Europa. 33
Redes 3G 34
UMTS É considerado o substituto natural do GSM; Utiliza principalmente WCDMA FDD para comunicação; Trabalha na faixa de 1800 a 2000 MHz; Banda de comunicação é de (2x) 60 MHz; Tem 12 freqüências para canais, cada um com largura de banda de 5 MHz (Wideband); Necessário investimento alto das operadores (mudança de hardware). 35
CDMA 2000 Padrão americano, evolução do padrão IS-95 (cdmaone); Migração suave, pode ser feita de maneira gradual (bom para operadores que investiram no cdmaone); São três tipos de interface aérea: 1xRTT; 1xEV (DO ou DV); 3xRTT. 36
O CDMA 1xEV tem sua evolução em duas etapas: 1xEV-DO (Data Only) onde uma portadora de 1,25 MHZ é dedicada apenas para dados, e posteriormente 1xEV-DV (Data and Voice) onde uma portadora poderá ser utilizada para voz e dados. O CDMA 1xRTT já se encontra em operação no Brasil com uma portadora dedicada a dados. 37
Cdma2000 1xRTT Esta evolução do IS-95B é possível apenas com upgrade de software; Pouco investimento; Taxa de dados até 144 kbps. 38
Cdma2000 1xEV Dividido em duas partes: DO (Data Only) Disponibiliza uma portadora para dados apenas, conseguindo transferência de dados de até 2.4 Mbps; DV (Data and Voice) Mantém 144 kbps, mas disponibiliza quase o dobro de canais de voz. 39
Cdma2000 3xRTT Requer modificações no backbone e de hardware; Utiliza três portadoras de 1,25 MHz, totalizando 3,75 MHz; Taxa superior a 2 Mbps. 40