PRINCIPIOS DE CDMA
GUSTAVO ADOLFO MARTINEZING. PLANIFICACION Y CALIDAD CELULAR
TELCEL [email protected]
2G – 3G Y MAS ALLÁ
AGENDA Introducción
– Eficiencia espectral Tecnologías de acceso múltiple
– FDMA, TDMA, CDMA Principios de CDMA
Detalles del Funcionamiento de CDMA– Vocoder de tasa variable, Control de Potencia,
Mecanismos de Handoff
3RA generacion y mas allá.– Innovaciones técnicas de 3G– Tendencias hacia 4G
IntroducciónDE ANALÓGICO A 3G
¿POR QUÉ HAN EVOLUCIONADO LOS SISTEMAS CELULARES?
Para proveer mas y mejores servicios a los clientes (SMS, Internet, MMS)
Para incrementar la eficiencia espectral. El espectro radioeléctrico es un recurso
limitado
Min Max
AMPS 1.0x 1.0xGSM 2.6x 2.9xTDMA 3.0x 3.0xCDMA (IS-95A) 6.4x 8.3xCDMA2000 1X 13.1x 15.0x
Eficiencia Espectral de las Tecnologías DigitalesRelativo a AMPS
Introducción
EFICIENCIA ESPECTRAL = # DE USUARIOS
W x CELDAW = ANCHO DE BANDA
FUENTE: http://nordicgroup.us/ssub/appendix.htm
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
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)
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 (Hrecuency Hopping)
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 fecuencia
No Requiere planeamiento de frecuencia
Control de potencia es fundamental.
El cambio de celda no implica un cambio de frecuencia: Soft handoff
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
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
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
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
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
Principios de CDMACodificación: Forward Channel
El canal se discrimina por:
Frecuencia de portadora CDMA
PN Offset unico del sector (short code)
Còdigo Walsh único del usuario
Principios de CDMACodificación: Reverse Channel
El canal se discrimina por: Frecuencia de portadora. PN Offset único del móvil
(long code)
Características de CDMA (IS 95)
CDMA: IS95
Espectro Banda Ancha
Reuso universalde frecuencias
Vocoder tasa Variable
Receptor Rastrillo(Rake Receiver)
Capa FísicaSegura
Capacidad suave(Control de Potencia)
Soft HandoffSofter Handoff
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 comeinza a disminuirla progresivamente de nuevo.
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 minimo de potencia
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)
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 El móvil asigna los FINGERS según le convenga Cada lado del enlace selecciona la señal que mejor vea. El cambio de frecuencias de una celda a otra esta definido y se
conoce como Hard Handoff
3RA Generación y mas allá¿Qué es la 3G Celular?
1. DATOS DE ALTA VELOCIDAD (hasta 2.4 Mbps)
2. INCREMENTO DE CAPACIDAD
3RA Generacion y mas alláCDMA 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
Principios de CDMA
Tecnologías tradicionales trnasminten la mayor cantidad de informacion sobre el menor ancho de banda
CDMA utiliza secuencias de ensanchamiento para usar un ancho de banda mayor lo que se traduce en ganancia de procesamiento
Codificación de Canal
Características de CDMA (IS 95)Softer Handoff
Cada sector tienen un PN offset y piloto diferentes El móvil interpreta cada PN como independiente Cuando multimples sectores dan servicio a una llamada se
habla de SOFTER HANDOFF La llamada utiliza un solo canal en la celda El móvil puede estar en cualquier combinación de soft y softer
handoff El cambio de frecuencias de una celda a otra esta definido y se
conoce como Hard Handoff
Características de CDMA (IS 95)Estructura de Canales Canal Piloto (Wo)
– Identificación Celda/Sector– Referencia de tiempo, fase, potencia– Identiicación de Candidatos a HandOff
Canal de Sincronización (W32)– Sincronia, SID,NID, Version de ineterfaz de radio.
Canal de Page (W2)– Puede haber hasta 7, según sea necesario– Asignacion de canal de tráfico– Busqueda de moviles.– SMS
Canal de trafico– Transmision de voz o datos a un movil