Code Division Multiple Access Tecnología de acceso inalámbrico

Protocolos de acceso inalámbrico
En muchos casos usuarios quieren acceder a un medio común
para obtener un servicio.
Ejemplos: computadores conectadas a una red, teléfonos
inalámbricos “fijos” y móviles, etc.
El acceso inalámbrico es aquél en que los usuarios obtienen su
servicio mediante un enlace de radiofrecuencias u óptico.
Para tener acceso, se han creado protocolos que garantizan
que el acceso obedezca a algún criterio acordado: acceso justo,
prioridad a información sensible a retardos, garantías de
transporte confiable, etc.
El acceso inalámbrico en modo de asignación dinámica puede presentar
diversas variantes, cada una de las cuales se adapta mejor a la
aplicación específica.
En telefonía e Internet inalámbrica la necesidad de comunicación es en
ambos sentidos. Para proveer canales bidireccionales (en dirección
directa y de retorno) se han ideado 2 métodos:
– FDD: Frequency Division Duplex: canales de “subida y bajada”
separados en frecuencia.
– TDD: Time Division Duplex: canales “subida y bajada” separados en
el tiempo
En conexión inalámbrica los protocolos que controlan el acceso operan
principalmente de acuerdo a los parámetros de frecuencia, tiempo y
código.
– FDMA: Frequency Division Multiple Access
– TDMA: Time Division Multiple Access
– CDMA: Code Division Multiple Access
* En la práctica se usan combinaciones de las técnicas de multiacceso
por las ventajas que aporta cada una.
Móvil
transceptor, antena, y el control de circuitos del
usuario
se puede conectar a varias estaciones bases
durante una llamada
Estación Base
estructura ubicada centralmente con varios
transceptores
canales full-duplex de comunicación de voz y
señalización simultánea a móvil y viceversa
conexión a MTSO (por cable/fibra o enlace de
microondas)
MTSO (Mobile Telephone Switching Office)
central telefónica para servicio celular
permite la conexión del móvil al PSTN (Public
Switched Telephone Network), o a otro móvil
Objetivo: obtener acceso inalámbrico a la red telefónica
pública.
La escasez de disponibilidad de frecuencias obliga a reutilizar
las frecuencias asignadas mediante una distribución espacial
en forma de celdas, a las cuales se asigna una parte del
espectro (FDMA) o del tiempo (TDMA) o de un código
(CDMA).
El tamaño de las celdas está determinado por el
tráfico telefónico esperado en la celda, [E/km2] y
número de canales disponibles para atender esa
demanda.
Erlang = medida estadística del volumen de
tráfico.
1E=1circuito usado 100% tiempo, ó 2 circuitos
usados el 50%, etc.
NE pueden ser N circuitos usados el 100% o KxN
circuitos usados el 100/K%
3,0
2,8
2,6
2,4
2,2
2,0
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
Las interferencias que puede experimentar una comunicación son
de 2 tipos y no se solucionan con el aumento de la potencia de
transmisión:
• Entre los canales adyacentes en frecuencia
• Entre aquellos canales que utilizan la misma frecuencia
(co-canales), en distintas celdas.
!
"
$
#
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#
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/
/
1
Hay diversas formas de
organizar las celdas para
evitar las interferencias
entre los canales. En esta
transparencia se muestra
un cluster de 7 celdas.
0
1
0
Para señales de radiodifusión de audio,
televisión y sistemas celulares, (> 30
MHz), por lo general, las condiciones de
un buen enlace están establecidos por la
visión directa.
d2 + R2 = (h + R)2
d ≈ ( 2hR )1/2,
Esto establece una distancia máxima de
cobertura, con R = 4/3·63400 km y h =
0,3 km, d ≈ 56,3 km (curvatura del rayo)
Por lo general el radio de cobertura de un
sistema celular es inferior a 56 km y está
determinado por el número de usuarios
que se espera tener en un área
determinada y el número de canales de
comunicaciones disponibles.
Este análisis no considera el balance de
potencia entre Tx y Rx.
4
3
3
2
!
#
En este caso cada usuario tiene un canal de frecuencia
asignado para la comunicación, mientras ésta dure.
Este canal puede estar permanentemente asignado (como es el
caso de los canales satelitales asignados a los carrier
internacionales) o ser usado transitoriamente por el usuario,
(como es el caso de la telefonía celular analógica AMPS).
El esquema tiene la ventaja de ser relativamente fácil de
implementar y sencillo de administrar, cuando el número de
usuarios es relativamente bajo.
Las desventajas son muchas: el sistema es relativamente rígido
y cada equipo debe estar provisto de las componentes
necesarias para usar la frecuencia disponible. No es muy
eficiente cuando el número de usuarios es elevado, por lo cual
no se usa, solo en los sistemas celulares de 2a generación y
superiores. Tampoco se adapta muy bien a la transmisión de
datos. Y la estimación del canal es distinta en UL y DL.
5
!
#
En este caso cada usuario tiene asignado un canal durante una
ranura de tiempo sobre un rango determinado de una banda de
frecuencias para su comunicación.
Puede ser que se utilice la banda de frecuencias completa para la
transmisión, o, simplemente, un rango de frecuencias dentro de la
banda.
Este canal puede estar permanentemente asignado (como es el
caso de los canales satelitales asignados a los carrier
internacionales) o ser usado transitoriamente por el usuario, (como
es el caso de la telefonía celular analógica IS-136, GMS, DECT).
Ventaja en la estimación de canal en UL para DL.
6
!
"
#
!
En este caso cada usuario tiene todo el ancho de banda de
frecuencia asignado para su comunicación durante todo el
tiempo que ésta dure, pero su comunicación se realiza
utilizando un código que es único.
Los requerimientos de ancho de banda son muy superiores a
otros sistemas debido a que cada bit transmitido, codificado en
forma polar, debe ser multiplicado por una secuencia difusora
de chips.
' (,38
+/-A
1
0.8
0.6
0.4
f = Rs
f = Rs x (Rch/Rs) = Rs x Gp
0.2
' (,38
+/-1
' (,38
+/-A
0
-0.2
-0.4
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Frecuencia / Rs
7
" 9:
Datos
NRZ
!
Transmisor
Modulador
(BPSK, M-QAM)
Filtro
pasabanda
Generador
Código/canal
Ensanchador
Señal banda
estrecha
Señal banda
ancha
Frecuencia
# $
"
#
%
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Data
%
= 7% ≠ %
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= )% = %
*
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(
' recibida después de desensanchar
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*
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Espectros Tx y Rx… Energías Ech, Es, No, y SNR(N,Gp)…
' ( * ' ( + ;' (
*
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9<*
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.
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4
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!
1
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2
C
B
7
6
5
2
C
B
7
2
C
B
7
6
5
2
C
B
7
D 5:D2:
& D 5:D 7:D2:D :
Vídeo Conferencia
Vídeo-telefonía
Teleshopping
Servicio
Diario electrónico
Imágenes,Audio
FDD
TDD
Telebanking
Servicios financieros
Acceso Bases de Datos
Servicios de información
e-mail
Voz
10 kb/s
100 kb/s
1 Mb/s
10 Mb/s
TDD: Time Division Duplex (Tx)
1. Principio simétrico TDD
Timeslot apareados para duplex
TX timeslots
RX timeslots
TDD como en sistemas cordless
2. Tráfico asimétrico en modo TDD
Ejemplo
Timeslot apareados para duplex
TX timeslots
Datos Asimétricos
RX timeslots
C
Zona 4: Global
FDD
Zona 3: Suburbana
Satélite
Zona 2: Urbana
Zona 1:
In-Building
Celda Mundial
Macro-Celda
Micro-Celda
Pico-Celda
TDD
,-...
2