Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre” Vice-rectorado Puerto Ordaz
Introdución a CDMA
Objetivos
• Conceptos básicos del espectro extendido (Spread Spectrum).
• Espectro extendido de secuencia directa (DS-SS).
• DS-CDMA y las secuencias PN.
• Bandas de frecuencia de CDMA.
• Códigos utilizados en CDMA.
• Canales utilizados en CDMA.
• Control de potencia en CDMA.
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Introdución a CDMA
Objetivos
• Describir la Evolución de las redes CDMA.
• Listar las Ventajas de la Red CDMA sobre redes analogicas.
• Conceptos básicos del espectro extendido (Spread Spectrum).
• Codificacion CDMA.
• Efectos de Carga.
• Control de Potencia.
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Introduccion a CDMA
CDMA
• Primeramente, un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana. Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas.
• El canal fisico RF Puede ser Re-usado en cada celda , dando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1.
• CDMA mitiga la distorción por multi-ruta. Spread spectrum,y en particular direct-sequence spread spectrum, da una medida extra de inmunidad a la interferencia por multiruta.
Otros Sistemas
• Teoricamente,FDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana. Pero esto significaria mas complicacion en los recursos de radio y en la asignacion en tiempo real de recursos de red.
• En un sistema AMPS, el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interferencia Co-canal
• Otros Sistemas, no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion.
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Características CDMA
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Modulacion en CDMA
El sistema IS-95 CDMA usa QPSK para ambos enlaces, el
Forward y el Reverse. El Reverse link usa una particular
variante de QPSK llamada OQPSK offset quadrature phaseshift
keying.
OQPSK difiere de la convensional QPSK en la prioridad que se
le da a la portadora,con un intervalo de retardo de medio bit.
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Modulacion en CDMA
Spread-Spectrum :significa transmitir en un ancho de banda
en el cual la señal trasmitida ocupa un ancho de banda en exceso
del mínimo necesario para enviar la información .
La transmisión en esta banda extendida es acompañada de un
código que es independiente de la data , y además de una
recepción sincronizada con el código en el receptor, que es
usada para recobrar la secuencia de la data transmitida.
En el estandar IS-95 de CDMA el Spread_Spectrum también es
llamado Direct-Secuence-Spread-Spectrum (DS-SS).
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Grafico de Spread Spectrum
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Grafico de Energia en Spread Spectrum
Dibujo de la pag. 6.
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Capacidad en CDMA.
La capacidad actual de una Celda CDMA depende de diferentes
factores como la demodulación del receptor, el control de
potencia, y la interferencia introducida por otros usuarios de la
celda y del celdas vecinas.
En una comunicación digital, existe un factor a considerar en la
medicion del enlace muy importante llamado Eb/N0, o Energia
por bit por Densidad de la potencia del Ruido.
Tambien conocido como SNR = Signal-to-Noise ratio.
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Capacidad en CDMA.
Eb es equivalente a:
Eb =ST (1)
Donde S es el promedio de la potencia modulada y
T es el tiempo de duración de cada bit.
Sabiendo que T es el inverso de R, osea T=1/R, sustituimos y
conseguimos:
Eb=S/R.
Eb /N0 es entonces: Eb/N0=S/R*N0. (2)
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Capacidad en CDMA.
Sabiendo que N0 es equivalente a el total de la potencia de
Ruido N dividida por el ancho de banda W, ósea:
N0=N/W (3)
Sustituyendo (3) en (2) tenemos:
Eb/N0= S.W/N.R (4)
La ecuación (4) relaciona la Energía por Bit Eb/N0 a dos
factores : La Señal-Ruido del enlace y las ratas de ancho de
banda transmitido W y R.
La rata W/R es también conocida como ganancia del sistema.
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Capacidad en CDMA.
Como el enlace del Reverse Link es frecuentemente la limitante
en terminos de capacidad en un sistema CDMA , por eso las
consideraciones para las estimaciones de capacidad estan
basadas en el estudio de este Enlace.
Basado en las consideraciones de que en CDMA existe un
control de potencia estricto, la SNR del usuario puede ser escrita
como:
S/N=1/M-1 (5)
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Capacidad en CDMA.
S/N=1/M-1 (5)
Donde M es el total de usuarios presentes en la banda de
trabajo.
Sustituyendo (5) en (4), el resultado es:
Eb/N0= 1 .W/(M-1).R (6)
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Capacidad en CDMA.
Resolviendo por (M - 1)
M-1=(W/R)/(Eb/N0) (7)
Como M es muy grande entonces asumimos que:
M=(W/R)/(Eb/N0) (8)
En conclusion:
M= (Ancho de banda/tamaño del bit)/ (Factor señal-
ruido (SNR)). O lo que es lo mismo:
M= Ganancia/ Ruido.
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Efectos de Carga en CDMA.
La ecuación (8) es efectivamente la que describe el número de
usuarios que una Celda CDMA puede soportar.
Sin embargo la Celda A puede ser cargada por usuarios de otras
celdas. Para tomar en cuenta la carga de estos se tiene la
ecuación siguiente:
Eb/N0=((1/M-1).W/R)*(1/(1+n)).
Donde n es el factor de carga. “n” es un factor entre 0% y
100%.
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Efectos de Carga en CDMA. Como ejemplo tomamos el factor n es 0.5 resultando en (1+
0.5), o 150% de incremento de interferencia sobre los usuarios
de la propia Radio Base.
El inverso del factor (1+ n) es algunas veces conocido como el
Factor de Re-Uso de Frecuencia F ; que es ,
F= 1/(1+n)). Estudiado en casos anteriores como K.
Note que el factor de Re-uso de Frecuencia es idealmente 1 en
el caso de una celda sencilla (n = 0). Re-uso de frecuencia
decrece. En el caso de una Multicelda, como la carga
incrementa , el factor de Re-uso decrece.
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CDMA - Caracteristicas.
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Min Max
AMPS 1.0x 1.0x
GSM 2.6x 2.9x
TDMA 3.0x 3.0x
CDMA (IS-95A) 6.4x 8.3x
CDMA2000 1X 13.1x 15.0x
Eficiencia Espectral de las Tecnologías Digitales
Relativo a AMPS
Eficiencia Espectral
EFICIENCIA ESPECTRAL = # DE USUARIOS
W x CELDA
W = ANCHO DE BANDA
FUENTE: http://nordicgroup.us/ssub/appendix.htm
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Tecnologías de Acceso Múltiple
FDMA (Frecuency Division Multiple Access)
DICRIMINADOR: FRECUENCIA
ESTÁNDAR: AMPS
CARACTERÍSTICAS:
Cada usuario 1 frecuencia
Ancho del Canal: 30Khz
Canal de Voz Analógico
Modulación FM (832)
Canal de Control Digital
Modulación FSK (21)
Cada sector requiere 1
canal de control
Requiere cuidadoso
planeamiento de
frecuencia
No hay control de
potencia.
El cambio de celda
implica un cambio de
frecuencia
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Tecnologías de Acceso Múltiple
TDMA (Time Division Multiple Access)
DICRIMINADOR: FRECUENCIA + TIEMPO
ESTÁNDAR: IS 136 (TDMA), GSM
CARACTERÍSTICAS IS-136 :
Requiere cuidadoso
planeamiento de frecuencia
No hay control de potencia.
El cambio de celda implica
un cambio de frecuencia
MAHO (Mobile assisted
Handoff)
3 usuarios 1 frecuencia
Ancho de ranura 40ms
Ancho del Canal: 30Khz
Canal de Voz Digital
Modulación DPSK
Canal de Control Digital
Modulación DQPSK
(48kbps)
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Tecnologías de Acceso Múltiple
TDMA (Time Division Multiple Access)
DICRIMINADOR: FRECUENCIA + TIEMPO
ESTÁNDAR: IS 136 (TDMA), GSM
CARACTERÍSTICAS GSM :
8-16 usuarios 1 frecuencia
Ancho ranura 0.577ms
Ancho Canal: 200Khz
124 canales @ 900Mhz
Canal de Voz y Control
Digital Modulación
GMSK
Requiere cuidadoso
planeamiento de frecuencia
Hay control de potencia.
El cambio de celda implica
un cambio de frecuencia, y
TS
Se introduce FH (Frecuency
Hopping)
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Tecnologías de Acceso Múltiple CDMA (Code Division Multiple Access)
DICRIMINADOR: CODIGOS ORTOGONALES ESTÁNDAR: IS95(A-B), IS2000, W-CDMA CARACTERÍSTICAS:
# usuarios/ frecuencia
depende de cantidad de
códigos disponibles
Ancho Portadora: 1.25MHz
10 portadoras @ 850Mhz
Todos los usuarios
comparten la misma
frecuencia
No Requiere planeamiento
de frecuencia
Control de potencia es
fundamental.
El cambio de celda no
implica un cambio de
frecuencia: Soft handoff
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Tecnologías de Acceso Múltiple
Interferencia
AMPS, TDMA y GSM
dependen de la distancia de
separación entre celdas para
controlar interferencia.
Usuarios Co-canal y Canal
Adyacente se mantienen
separados
Factor de reuso limita la
interferencia
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Tecnologías de Acceso Múltiple
Interferencia CDMA
Todos los usuarios CDMA
usan las misma frecuencia al
mismo tiempo.
La interferencia proviene de
usuarios cercanos
CDMA Distingue usuarios al
asignarle diferentes códigos
El factor de reuso es 1
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CDMA - Principios.
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Principios de CDMA
• CDMA utiliza muchos chips para representar un bit
• Cada usuario tiene secuencia de chips única
• Para recuperar un bit se integra la gran cantidad de chips recibidos con el patron de cada usuario
• Los patrones de chips de otros usuarios aparentan ruido aleatorio, y no afectan la detección
Codificación de Canal
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Principios de CDMA
• CDMA combina 3 secuencias de ensanchamiento para crear un código único.
• En el receptor las secuencias se utilizan en el orden inverso que en el emisor
• Las 3 secuencias son generadas en ambos extremos y necesariamente no son utilizadas simultaneamente
Secuencias de ensanchamiento
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Principios de CDMA
• Walsh Codes: (64 disponibles)
• 64 chips de longitud – dura 1/19200 Seg
•Ortogonales mutuamente
• PN Short codes: Se usa por pares (I + Q)
• Longitud de 215 --- dura 26mS aprox
Se genera en registro de desplazamiento (15 bits)
• PN Long Code: 1 disponible
• Longitud de 242 --- se repita cada 40 dias
Se genera en un registro de desplazamiento (42 bits)
Secuencias de ensanchamiento
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Principios de CDMA Procedimiento de Codificación.
• Procedimiento de Codificación.
• vector0=(1,–1), data0=(1,0,1,1)=(v,–v,v,v) vector1=(1,1), data1=(0,0,1,1)=(–v,–v,v,v)
• encode0=vector0.data0 encode1=vector1.data1
• encode0=(1,–1).(1,–1,1,1) encode1=(1,1).(–1,–1,1,1)
• encode0=((1,–1),(–1,1),(1,–1),(1,–1)) encode1=((–1,–1),(–1,–1),(1,1),(1,1))
• signal0=(1,–1,–1,1,1,–1,1,–1) signal1=(–1,–1,–1,–1,1,1,1,1)
• La señal se suma en el aire y llega al receptor como una señal resultante:
• (1,–1,–1,1,1,–1,1,–1) + (–1,–1,–1,–1,1,1,1,1) = (0,–2,–2,0,2,0,2,0)
• Procedimiento de Decodificación:
• vector0=(1,–1), pattern=(0,–2,–2,0,2,0,2,0) vector1=(1,1), pattern=(0,–2,–2,0,2,0,2,0)
• decode0=pattern.vector0 decode1=pattern.vector1
• decode0=((0,–2),(–2,0),(2,0),(2,0)).(1,–1) decode1=((0,–2),(–2,0),(2,0),(2,0)).(1,1)
• decode0=((0+2),(–2+0),(2+0),(2+0)) decode1=((0–2),(–2+0),(2+0),(2+0))
• data0=(2,–2,2,2)=(1,0,1,1) data1=(–2,–2,2,2)=(0,0,1,1)
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Principios de CDMA
Codificación: Forward Channel
El canal se discrimina por:
• Frecuencia de portadora CDMA
• PN Offset unico del sector (short code)
• Còdigo Walsh único del usuario
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Principios de CDMA Codificación: Reverse Channel
El canal se discrimina por:
• Frecuencia de portadora.
• PN Offset único del móvil (long code)
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Características de CDMA (IS 95)
CDMA: IS95
Espectro Banda
Ancha
Reuso universal
de frecuencias
Vocoder tasa
Variable
Receptor Rastrillo
(Rake Receiver)
Capa Física
Segura
Capacidad suave
(Control de Potencia)
Soft Handoff
Softer Handoff
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Control de Potencia en CDMA.
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Control de Potencia en CDMA.
El control de la potencia es esencial para la operación eficiente
en un sistema CDMA. Como todos los usuarios transmiten en la
misma banda RF mediante el uso de códigos Walsh y PN , cada
usuario genera ruido al resto de usuarios en la red.
La potencia de Tx de cada usuario debe ser controlada
cuidadosamente de forma de no interferir innecesariamente
con los otros usuarios que estén usando en ese momento el
servicio.
Para ilustrar esta esencial necesidad en todo sistema CDMA,
consideraremos el siguiente ejemplo:
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Control de Potencia en CDMA.
Consideremos una celda sencilla que tiene 2 usuarios
hipotéticos. Un Usuario 2 mucho más cerca de la radio base
que el usuario 1.
RB
Pt1 Pt2
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Control de Potencia en CDMA.
Si no existiese control de potencia ambos usuarios transmitirían
a la misma cantidad de potencia Pt.
Sin embargo como hay una diferencia de distancia la potencia
recibida del usuario 2 , Pt2, sería mucho más grande que la del
Usuario 1, Pt1.
Si asumimos que esta distancia es 10 veces mayor , entonces el
usuario 1 tendría una gran desventaja en este sistema.
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Control de Potencia en CDMA. SNR requerido = 1/10.
P
o
t
e
n
c
i
a
Frecuencia
Usuario 1 S/N=1/10
Usuario 2 S/N=10
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Control de Potencia en CDMA.
En este caso el Usuario 2 tendría un alto valor SNR, lo que lo
haría disfrutar de una gran calidad de voz, pero el Usuario 1
tendría un pobre valor SNR y en consecuencia una pesima
calidad en la comunicación.
Esta inequidad es conocida como el clásico problema Cerca-
Lejos (Near-Far) en un sistema de acceso múltiple por spread -
spectrum.
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Control de Potencia en CDMA.
El sistema reconoce que tiene una capacidad y si un tercer
Usuario 3 , con una potencia Pt3 , intentara desde cualquier
parte de la celda establecer una comunicación, entonces el
factor SNR total de la celda pudiera no tener disponibilidad para
atender este tercer usuario y poder brindarle una conexión a la
red.
Sin embargo si forzamos la atención de este tercer usuario, no
solo no será atendido sino que su potencia causara una
distorsión en el factor SNR total del sistema afectando la
calidad de señal de todos los usuarios.
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Control de Potencia en CDMA.
Conclusiones:
El Control de Potencia debe ser implementado sobre
sistemas que presentan problemas near-far para maximizar la
capacidad de funcionamiento, como los Sistemas Celulares.
Cuando el Control de Potencia está implementado la potencia
del transmisor de cada usuario es controlada de forma tal que
la potencia de cada usuario recibida en la BTS es igual para
cada uno de ellos.
El sistema CDMA requiere un Control de Potencia riguroso
para su buen funcionamiento.
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Pruebas de Acceso en el Reverse Link
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Access Probe
Un problema que se tiene que resolver de forma inmediata en un
sistema con control de potencia es el control de potencia Inicial
con que se accesa al sistema.
Antes de establecer contacto con la RB el móvil no puede saber
con que potencia conectarse.
Entonces la pregunta obligada es que con qué nivel de potencia
hacer el primer intento de acceso a la RB ?.
En este instante la RB no ha hecho contacto con la RB y no
conoce la locación del móvil para indicarle el nivel de P que
debe usar.
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Access Probe
Para resolver esto existen dos opciones:
La primera opción es que el móvil pueda intentar accesar a la
RB con un nivel alto de potencia. Esto incrementaría la
probabilidad de que la RB recibiera su solicitud de acceso al
sistema. Sin embargo la desventaja de una transmisión inicial
con un nivel de potencia alto representa una interferencia para
los otros usuarios que se encuentran ya servidos por la Celda.
La segunda opción es que móvil comience el intento de acceso
con un nivel de potencia bajo para no causar interferencia, pero
esto disminuye las posibilidades de éxito en el acceso al
sistema.
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Access Probe
La solución diseñada en el standard IS-95, consiste en que
cuando el movil hace su primer intento de acceso al sistema
transmite una serie de pruebas de acceso o access probes.
Las Access probes son una serie de transmisiones de potencia
con un incremento de nivel progresivamente.
El movil comienza transmitiendo a un nivel relativamente bajo
y entonces espera por la respuesta de la RB. Si despues de un
tiempo determinado no recibe confirmación de la RB entonces
el movil transmite un segundo intento con un P ligeramente
superior. Este proceso se repite hasta conseguir la confirmación
de respuesta de la RB.
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Access Probe
Access probe correction:
La norma específica además que el móvil debe utilizar el nivel
de potencia que recibe de la estación base para estimar la
cantidad con la que debe de transmitir inicialmente:
pt initial = -pr - 73 + NOM_PWR + INIT_PWR
Donde pr es la potencia recibida en la BS.
Los valores de estos dos factores de ajuste, NOM_PWR y
INIT_PWR, así como PWR_STEP se difunden en broadcast por
la estación base (en el access parameters message)
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Control de Potencia en CDMA. Open Loop:
En ese caso el control de potencia lo ejerce solo el móvil. Para
lo cual se asume que la perdida en la ruta es igual para Forward
y el Reverse Link.
En este caso el móvil continuara monitoreando la potencia
recibida de la RB Pt y se mantendrá ajustando la potencia según
la siguiente ecuación.
pt initial = -pr - 73 + NOM_PWR + INIT_PWR+(La suma de
todos los access probes corrections).
El control de potencia de esta forma controla con facilidad la
variación debido a cambios de posición, sin embargo es un
método lento para controlar perdidas por desvanecimiento.
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Control de Potencia en CDMA.
Closep Loop.
Este proceso es usado para compensar las variaciones de
potencia debido a perdidas por desvanecimiento o Fading.
Una vez el móvil inicia el contacto con la RB, el Closep Loop
puede operar en conjunto con el proceso Open-loop.
La RB continuamente monitorea el reverse Link y mide la
calidad del enlace.
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Control de Potencia en CDMA.
Closep Loop.
El control de potencia reverse-link closed-loop opera de la
siguiente forma :
1. La Radio Base continuamente monitores el Eb /N0 en el
reverse link.
2. Si Eb /N0 es demasiado alto ( excede el umbral prefijado),
entonces la RB comanda el móvil para bajar la potencia .
3. Si el Eb /N0 es demasiado bajo(cae por debajo del umbral
fijado), entonces la RB comanda al móvil a incrementar la
potencia.
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Control de Potencia en CDMA. Closep Loop.
Los comandos usados en el control de potencia están
implementados en el sistema como PCBs (power control bits).
La cantidad de potencia que el móvil incrementa o decrementa
por cada PCB es nominalmente +1 dB y -1 dB. La Decisión se
hace en si el PCB = 0 entonces +1dB y Si PCB = 1 entonces -
1dB
Como el control de potencia por closed-loop esta orientado a
combatir de forma rápida las perdidas por Fading, el móvil
responde a estos comandos de forma rápida. Por esta razón, los
PCBs son enviados directamente sobre el traffic channel.
Los PCBs (Power-control bits) no estan protegidos contra
errores.
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Control de Potencia en CDMA.
Closep Loop.
Una consideración final con el proceso de control de potencia
closed-loop tiene que ver con el control de potencia durante el
soft handoff.
El sistema CDMA utiliza un soft handoff cuando un móvil se
mueve entre 2 o 3 celdas.
El Soft handoff es el proceso por el cual un móvil mantiene
conexión con 2 o 3 RB como transición entre ellas.
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Control de Potencia en CDMA.
Closep Loop.
Durante el soft handoff, el móvil recibe tramas de 2 o 3 RB, y
en este caso el móvil puede encontrar un conflicto de comandos
en el control de potencia. Por ejemplo una RB puede solicitar
subir la potencia mientras que otra puede solicitar bajar la
potencia.
En esta situación el movil sigue la siguiente regla :
Si una RB solicita bajar la potencia, el móvil bajara la potencia.
El móvil solo subirá la potencia si todas las RB envueltas en el
proceso de Handoff solicitan subir la potencia.
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Control de Potencia en CDMA.
Closep Loop.
La implementación del ajuste de potencia por el proceso Closep
Loop se realiza ajustando entonces la potencia según la
siguiente ecuación.
pt initial = -pr - 73 + NOM_PWR + INIT_PWR+(La suma de
todos los access probes corrections)+(closep-loop corrections).
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Características de CDMA (IS 95)
Control de Potencia: Forward
• La RB continuamente reduce la potencia de los usuarios en el Forward link
• Cuando el Móvil detecta errores en el forward link solicita mayor energía
• La RB incrementa la potencia de ese usuario y luego comienza a disminuirla progresivamente de nuevo.
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Características de CDMA (IS 95) Control de Potencia: Reverse
• Lazo Abierto: Móvil ajusta la potencia basado en la potencia de la señal recibida de la celda
• Lazo Cerrado: la celda indica +- 1dB @ 800Hz basado en mediciones de potencia en la celda
• Lazo Externo: La controladora detecta gran cantidad de errores (FER) y setea el punto mínimo de potencia
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Características de CDMA (IS 95) Rake Receiver (Rastrillo)
• En cada set de datos el móvil suma la salida de cada FINGER del receptor
• Cada finger puede decodificar un PN offset y Código Walsh
• Cada finger se sintoniza en diferentes reflexiones retardadas (multitrayecto) de la señal o celdas/sector
• SEARCHER continuamente chequea por pilotos disponibles (Wo)
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Canales en CDMA
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Canales de Operacion.
En el sistema CDMA el Forward Link y el Reverse Link
tienen una estructura diferente.
El Forward Link consiste de 4 tipos de canales logicos: pilot,
sync, paging y traffic channel
Hay Un pilot, Un sync, hasta 7 paging y varios traffic
channels por cada estación Radio Base.
Todos los canales son sumados juntos de forma de transmitirlos
en una sola señal en el Forward Link.
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Canales de Operacion.
El Reverse Link consiste de dos tipos de canales lógicos:
El access channel
El traffic channels.
El Reverse Link no cuenta con un pilot channel porque es
ilógico que cada móvil haga un broadcast de su propio canal
piloto.
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Canales de Operacion.
Forward Links: Pilot Channel:
El Canal Piloto es transmitido continuamente por la Radio Base
de cada sector.
El Pilot Channel provee la información de Sincronización y
fase.
El Móvil también mide el nivel de señal de Pilot Channel para
dar la indicación de cuál es el canal más fuerte que está
sirviendo al sector donde se encuentra el móvil.
Función Walsh : 0
Velocidad : 1.288 Mcps
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Canales de Operacion.
Forward Links: Sync Channel: La información contenida en el sync channel
message que notifica al móvil de información importante sobre
la sincronización y parámetros de funcionamiento del sistema.
Después de la recepción exitosa del sync channel message, el
móvil es sincronizado con una de las secuencias de códigos PN
transmitida por la Radio Base.
Velocidad: 1.2 Kbps.
Funcion Walsh: 32
sync channel message: PILOT_PN, LC_STATE and
SYS_TIME .
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Canales de Operacion.
Forward Links: Paging Channel:
Una vez que el móvil adquiere la sincronización usando el
sync channel, comienza a monitorear el paging channel.
A pesar de que pueden haber hasta 7 canales paging por RB,
cada móvil solo monitorea un canal paging.
El primer bit de cada media trama es llamado SCI
(synchronized capsule indicador bit). Este tiene la función de
indicar el comienzo de una nueva trama.
SCI=1 comienzo de Trama
SCI=0 continuación de Trama.
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Canales de Operacion.
Forward Links: Paging Channel:
Mensajes como el overhead y paging son enviados sobre el
canal paging.
La información Overhead es usada para notificar al movil de
importante parametros de configuración del sistema.
Ejemplos de mensajes overhead (Cabecera) son:
system parameters message,
access parameters message,
neighbor list message.
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Canales de Operacion.
Forward Links: Paging Channel: El system parameters message contiene
información importante de la configuración del sistema como la
siguiente:
Handoff parameters para uso del movil:
· T_ADD—pilot detection threshold;
· T_DROP—pilot drop threshold;
· T_COMP—active set versus candidate set comparison
threshold;
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Canales de Operacion.
Forward Links: Paging Channel:
system parameters message
Handoff parameters para uso del movil:
· T_TDROP—drop timer value;
· SRCH_WIN_A—search-window size for the active and
candidate sets;
· SRCH_WIN_N—search-window size for the neighbor set;
· SRCH_WIN_R—search-window size for the remaining set;
· NGHBR_MAX_AGE—neighbor set maximum age.
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Forward Links: Paging Channel:
Parámetros de control de potencia en el Forward Link para usar
por el móvil :
· PWR_REP_THRESH—power-control reporting threshold;
· PWR_REP_FRAMES—power-control reporting frame count;
· PWR_THRESH_ENABLE—threshold report mode indicator;
· PWR_PERIOD_ENABLE—periodic report mode indicator;
· PWR_REP_DELAY—power report delay.
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Forward Links: Paging Channel:
Parámetros de control de potencia para usar por el móvil :
· NOM_PWR—nominal transmit power offset;
· INIT_PWR—initial power offset for access;
· PWR_STEP—power increment.
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Forward Links: Paging Channel:
Parámetros de Acceso a usar por el movil:
· NUM_STEP—number of access probes;
· PROBE_PN_RAN—time randomization for access channel
probes;
· ACC_TMO—acknowledgment timeout;
· PROBE_BKOFF—access channel probe backoff range;
· BKOFF —access channel probe sequence backoff range;
· MAX_REQ_SEQ—maximum number of access probe
sequences for an access channel request;
· MAX_RSP_SEQ—maximum number of access probe
sequences for an access channel response.
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Forward Links: Paging Channel:
Parametros del Access channel para usar en el movil:
· MAX_CAP_SZ—maximum access channel message capsule
size;
· PAM_SZ—access channel preamble length.
.
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Forward Links: Paging Channel:
El neighbor list message contiene una lista de sectores vecinos
para que el movil use en caso de necesitarlos. Esto incluye el
codigo PN de la celda vecina. ( NGHBR_PN) .
Los mensajes paging son enviados sobre canales paging.
Un mensaje paging puede contener un page para un móvil en
particular o puede contener un page para un grupo de móviles.
.
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Forward Links: Traffic channels.
El forward traffic channel es usado para transmitir data y voz
del usuario. Sin embargo mensajes de señalización tambien son
transmitidos sobre este canal.
La estructura del Forward traffic channel es similar a la de un
paging channel.
Esta diseñado para soportar cuatro tipos de velocidades de Tx de
data : 9.6, 4.8, 2.4, and 1.2 Kbps.
Por ejemplo durante un periodo de silencio el Vocoder puede
elegir codificar a la mas baja velocidad de 1.2 kbps.
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Canales de Operacion.
Reverse Links :
El reverse link soporta 2 tipos de canales logicos :
1.- access channels
2.- traffic channels.
Debido a la manera de operar del Reverse link, este usa
codificación long PN, diferente a la codificación WALSH usada
en el Forward Link. Es por ello que la modulación usada es la
OQPSK.
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Canales de Operacion.
Reverse Links : Access Channel.
El access channel es usado por el móvil para comunicarse con
la Radio base cuando el móvil No tiene una traffic channel
asignado.
El movil usa este canal para iniciar un proceso de originación de
llamada y responder a mensajes Paging u ordenes del sistema.
La velocidad de este access channel es fija de 4.8 Kbps.
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Canales de Operacion.
Reverse Links : Access Channel.
Hay 2 tipos de mensajes enviados en el access channel:
Un response message (en respuesta a un mensaje de una radio
Base)
Un request message (enviado por el móvil).
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Canales de Operacion.
Reverse Links : Traffic Channel.
Igual que en el Foward Link, el Reverse traffic channel es usado
para transmitir data y voz del usuario. Y de la misma forma
aprovecha espacios de tiempo para enviar también mensajes de
señalización.
La estructura es similar a la del access channel.
Una diferencia importante con el Forward traffic channel es que
en el RTCH la velocidad en el control de potencia es mucho más
exigente que en el FTCH.
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Estados en CDMA
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Procesos de Llamada.
Durante una operación normal, el movil puede ocupar uno de
los siguientes estados:
· Initialization state;
· Idle state;
· System access state;
· Traffic channel state.
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CDMA: Initialization state. Proceso de Inicialización
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Inicialización en TDMA
Después de power-up, el móvil entra en el inicialización state. Este
contiene 4 sub-estados, por los cuales el móvil pasa de forma
secuencial:
1. System determination substate;
2. Pilot channel acquisition substate;
3. Sync channel acquisition substate;
4. Timing change substate.
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Inicialización en TDMA
Después de power-up, el móvil entra en el inicialización state. Este
contiene 4 sub-estados, por los cuales el móvil pasa de forma
secuencial:
1. System determination substate;
El Móvil selecciona cual sistema va a usar (A o B) y luego
selecciona en cual portadora va a transmitir.
2. Pilot channel acquisition substate: El móvil demodula y
obtiene el canal piloto.
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Inicialización en TDMA
.
3. Sync channel acquisition substate:
El móvil realiza el proceso de sincronización recibiendo el sync
channel message.
4. Timing change substate:
Con los parámetros PILOT_PN, LC_STATE, and SYS_TIME, el
móvil sincroniza el código que va utilizar en la conexión al sistema.
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CDMA: Idle State
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Idle State.
En el Idle state conseguimos 3 Sub-estados:
Paging Channel Monitoring
Idle Handoff
Paging Channel Messages.
Paging Channel Monitoring: En el idle state, el movil monitorea el paging channel en el
forward link.
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Idle State.
Idle Handoff.
Si el móvil detecta que el nivel de señal de otra celda vecina es
mayor que el de la celda actual, entonces ejecuta un Idle
Handoff.
Para ello el móvil contiene un conjunto de variables que están
sirviéndole para medir los niveles de las celdas.
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Idle State. Idle Handoff. El móvil mantiene un monitoreo sobre un conjunto de celdas
agrupadas de la siguiente forma:
· Active set: esta contiene el piloto del sector cuyo paging
channel esta en uso.
· Neighbor set: Contiene el pilot de el sector que es candidato
para hacer el handoff.
· Remaining set: Contiene todos los posibles pilotos del
sistema, excluyendo el piloto activo y los vecinos.
Variables Usadas en el State : SRCH_WIN_A, SRCH_WIN_N
y SRCH_WIN_R
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Idle State. Paging Channel Messages
Hay en total 6 mensajes de encabezado que son enviados al
movil durante el estado de Paging Channel Messages.
· System parameters message;
· Neighbor list message;
· CDMA channel list message;
· Extended system parameters message;
· Global service redirection message;
· Access parameter message.
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CDMA: Access State Proceso de Acceso.
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Idle State. Paging Channel Messages
Durante este estado el movil transmite mensajes a la RB a traves
del Access Channel y recibe desde la RB por el Paging Channel.
Hay 6 sub-estados por donde el movil puede pasar.
· Update overhead information substate;
· Page response substate;
· Mobile station origination attempt substate;
· Registration access substate; (Ubicación)
· Mobile station order/message response substate;
· Mobile station message transmission substate.
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CDMA: Procedimiento de Acceso.
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Procedimiento de Acceso.
Cuando el movil envia información a la RB , es posible que
tenga que competir con otros moviles para enviar la
informacion, incluso esta situación puede llegar a ser critica en
sistema en horas de alto trafico y de congestión.
Para resolver este problema CDMA ha contemplado el siguiente
mecanismo.
La congestión puede resolverse separando los móviles y
asignándoles diferentes Access channel.
CDMA: Procedimiento de Acceso.
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Procedimiento de Acceso.
La RB hace esto especificando el parámetro ACC_CHAN
enviado en el access parameters message.
De esta forma el móvil aleatoriamente trata de ocupar un canal
de acceso entre 0 y ACC_CHAN.
Si a pesar de ello aun no consigue el canal de acceso, repite el
procedmiento, por lo que es probable que intente ocupar otro
canal de acceso diferente al intento fallido.
CDMA: Procedimiento de Acceso.
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CDMA: Traffic Channel State Estado de Canal de Trafico en Uso
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Traffic Channel State
Traffic Channel State.
El móvil puede entrar en el estado de Trafico viniendo de dos
sub estados que son: page response substate o el mobile station
origination attempt substate.
En este estado el móvil se comunica con la Radio Base usando
los canales de trafico Forward y Reverse.
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Traffic Channel State
Traffic Channel State.
Este estado consta de 5 Sub-estados a saber:
· Traffic channel initialization substate;
· Waiting for order substate;
· Waiting for mobile station answer substate;
· Conversation substate;
· Release substate.
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CDMA: Proceso de Handoff
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Handoff. Hand Off
Diferentes tipos de handoff en CDMA.
Soft handoff: CDMA usa el soft handoff donde un móvil
mantiene conexión con dos o tres radio bases simultáneamente.
En el Forward Link el móvil recibe por separado dos señales de
RB diferentes, las cuales aprovecha para demodular y componer
un señal de mejor calidad.
En el Reverse Link las dos RB reciben la señal la demodulan y
la envian a la MSC separadamente. La MSC tiene un selector de
tramas que selecciona la mejor de las dos.
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Handoff. Hand Off
Diferentes tipos de handoff en CDMA.
Softer Handoff: Este tipo de handoff ocurre cuando un móvil
hace una transición entre dos diferentes sectores de la misma
Radio Base. Este sigue el mismo procedimiento que el Soft
handoff en el Forward Link.
Pero en el Reverse Link la radio base recibe dos señales del
móvil. En este caso la Radio Base combina y selecciona una
sola señal para ser enviada a la MSC.
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Handoff. Hand Off
Diferentes tipos de handoff en CDMA.
Hard Handoff: En CDMA se utilizan dos tipos de Hard handoff:
CDMA a CDMA handoff , ocurre cuando el móvil se mueve de
una portadora a otra portadora diferente. O cuando pasa de una
operador a otro diferente.
CDMA a Sistema Analógico.
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Características de CDMA (IS 95)
Soft Handoff y Softer Handoff
• Handoff es el paso de una celda a otra y es controlado por el móvil.
• El móvil chequea por pilotos disponibles y los comunica al sistema, el cual responde a que Celda/sector corresponde
• Un sector vecino es un PN distinto. SOFTER HO
• Cada lado del enlace selecciona la señal que mejor vea.
• El cambio de frecuencias de una celda a otra está definido y se conoce como Hard Handoff
• De esta forma CDMA logra eliminar la interferencia Multiruta
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Proceso de Llamada.
Handoff Proceso.
La siguiente secuencia de eventos se ejecuta durante la
transición en un Handoff :
1. El Móvil está servido solo por la Celda A, y solo contiene el
piloto A. El Móvil mide el nivel de señal del piloto B y
encuentra que es mayor que T_ADD. El móvil envía un
pilot strength measurement message y se mueve el piloto
B del neighbor set al candidate set.
2. El Móvil recibe un handoff direction message desde la
celda A. El mensaje direcciona al móvil a comenzar una
comunicación en un nuevo traffic channel de la Celda B.
Contiene los Codigos PN y WALSH de la Celda B.
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Proceso de Llamada.
Handoff Process
3. El Móvil mueve el piloto B desde el candidate set a el
active set. Después de obtener el forward traffic channel
especificado en el handoff direction message, el móvil
envía un handoff completion message. Ahora el active set
contiene dos pilotos.
4. El móvil detecta que el piloto A ha caído por debajo de
T_DROP. El móvil inicia un temporizador de caída.
5. El temporizador de caída alcanza T_TDROP. El móvil envía
un pilot strength measurement message.
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Proceso de Llamada.
Handoff Process
6. El Móvil recibe un handoff direction message. El mensaje
solo contiene los códigos PN de la Celda B. Los códigos PN
de la Celda A no están incluidos en este mensaje.
7. El Móvil mueve el piloto A de el active set a el neighbor set,
y envía un handoff completion message.
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3RA Generación y mas allá
¿Qué es la 3G Celular?
1. DATOS DE ALTA VELOCIDAD (hasta 2.4 Mbps)
2. INCREMENTO DE CAPACIDAD
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3RA Generacion y mas allá Evolución de CDMAOne (IS 95)
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3RA Generacion y mas allá CDMA ONE Vs. CDMA 2000 1X
CO
NT
RO
L D
E
PO
TE
NC
IA
CO
NS
UM
O D
E
EN
ER
GÍA
MS
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3RA Generacion y mas allá CDMA ONE Vs. CDMA 2000 1X
CA
NA
LE
S
PIL
OT
O
VE
LO
CID
AD
ES
DE
DA
TO
S
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3RA Generación y mas allá
¿Qué esperamos para 4G?
¿4G?
Tasas de Datos
Capacidad
Costos
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CDMA