TELEFONA MVIL CDMA

Universidad Tecnolgica del Per Redes y Comunicaciones Inalmbricas Mg. Rubn Tornero Cruzatt rtornero@osiptel.gob.pe Febrero - 2014

Agenda

CDMA

Modulacin digital m-aria

Ensanchamiento espectral

Modulacin y demodulacin para un Tx- Rx en un escenario ideal

Efecto de la multitrayectoria y efecto doppler

El receptor rastrillo

Modulacin analgica

Proceso por el cual se adapta una seal analgica a las condiciones del medio, con el fin de que se pueda realizar comunicaciones a distancia.

Se emplea un transmisor, un receptor y el medio de comunicaciones.

Se emplea una onda portadora (cosenoidal) a una determinada frecuencia fc.

Anlisis en el dominio del tiempo y de la frecuencia.

Modulacin digital m-aria

Proceso de multiplicar una seal digital con una portadora con en fin de que sea posible las comunicaciones a distancia.

Se emplea un transmisor, un receptor y el medio de comunicaciones.

Se emplea una onda portadora (cosenoidal) a una determinada frecuencia fc.

Anlisis en el dominio del tiempo y de la frecuencia.

Se transmiten a travs de un mdem que es parte del transmisor SIMBOLOS por unidad de tiempo.

En cada smbolo se transmiten una determinada cantidad de bits. Mientras mas bits, mayor es la tasa de transmisin, sin embargo son menos robustas y tienen mayor tasa de error.

Fuente: J.S. BLOIGH & L.HANZO

Ensanchamiento espectral

CDMA es una tcnica de comunicacin de espectro ensanchado que permite el acceso a mltiples usuarios usando la misma frecuencia.

Su capacidad est limitada solo por el creciente nivel de interferencia a medida que se incrementa la cantidad de usuarios en la celda.

Una de sus principales ventajas es su capacidad para combatir el desvanecimiento multitrayectoria y tomar ventaja de ste.

El ensanchamiento espectral consiste en esparcir el espectro de una seal de banda angosta B (pero con una alta densidad espectral), N veces (pero con baja densidad espectral). N se conoce como ganancia espectral. Tpicamente N tiene valores entre 30 y 37 dB.

Tipos:

FH-SS: Saltos en Frecuencia (Frequency Hopping-Spread Spectrum): Ejemplo GSMA, la transmisin de cada 114 bits en cada canal frame TDMA de 4.615ms, lo que equivale a 217 cambios de frecuencia/seg.

DS-SS: Secuencia directa (Direct Sequence-Spread Spectrum)

Fuente: J.S. BLOIGH & L.HANZO

Modulacin y demodulacin en escenario ideal Se multiplica la seal digital por un cdigo de ensanchamiento, el

cual tiene una frecuencia mayor a la de la seal a transmitir. La seal resultante es una de mayor frecuencia

Estos cdigos permiten identificar al usuario, permitiendo el acceso mltiple de usuarios en una misma banda de frecuencia en simultneo. Estos cdigos son ortogonales.

La separacin entre usuarios es entonces lograda por los cdigos de ensanchamiento ortogonales. En TDMA y FDMA, la ortogonalidad es lograda usando time-slot y frecuency-slots.

Para una modulacin BPSK (un smbolo es representado por 1 bit, con 2 posibles estados). A la salida del transmisor se tiene:

En el receptor, se multiplica la seal recibida por el conjugado del cdigo de ensanchamiento transmitido (cdigo de desensanchamiento).

En un escenario de un nico usuario, sin desvanecimiento, sin ruido, la seal ser decodificada sin errores.

Sin embargo, en la realidad, la seal ser afectada por el ruido, interferida por el desvanecimiento por multitrayectoria (ocasionando la interferencia intersmbolo: ISI) y por la interferencia entre usuarios (interferencia interusuario).

A la salida del receptor la seal recibida es:

Eb: es la energa de bit. Tb es el tiempo de bit y Pb es la potencia promedio transmitida en cada bit.

El efecto de canales Multitrayectoria

Los canales inalmbricos tienen la carcaterstica de la multitrayectoria.

Debido a que el terminal mvil est cerca al suelo, este recibe la seal transmitida luego de reflexiones, refracciones, reflejos de objetos de su vecindad como edificios, rboles, montaas, etc.

La seal recibida entonces, es una suma de rplicas de seal posiblemente traslapadas y retrasadas.

Cada seal recibida es nica en su momento de arribo, potencia y fase.

Como el receptor o los objetos reflejantes no son estacionarios, las reflexiones recibidas sufrirn desvanecimiento. Este desvanecimiento causa la variacin de la seal recibida de forma impredicible.

Hay 2 tipos de desvanecimiento:

Desvanecimiento lento: causado por el tipo de terreno entre la estacin base y el mvil, como colinas, grupos de edificios, resultando una atenuacin de la seal recibida como funcin de la distancia.

Desvanecimiento rpido: ocasiona cambios de seal bruscos (en amplitud o fase) causados por pequeos desplazamientos de la distancia entre transmisor y receptor.

Asimismo, el movimiento entre el transmisor y el receptor ocasiona cambios del canal de propagacin, ocasionando que el canal parezca variante en el tiempo.

ISI (interferencia inter smbolo): El retardo entre seales es proporcional a la diferencia de distancia entre el transmisor y receptor de cada seal. El rango de variacin del retardo debido a la diferencia de distancia entre los componentes de la multitrayectoria causa el ISI; y se vuelve mas importante para altas tasas de transmisin.

La respuesta del canal inalmbrico puede ser modelado: COST 207 Bad urban. Se puede apreciar que la respuesta se compone de dos grupos principales: el perfil principal y el secundario, el cual lo sigue luego de 5 us de iniciado el primero.

El primero (perfil principal) es causado por la reflexin de seal en objetos en la vecindad del receptor, con cortos retardos.

El segundo (perfil eco) es causado por reflexiones provenientes de objetos mas grandes, pero mas distantes.

A continuacin se muestra la seal recibida viajando por mltiples L trayectos cada independiente.

T1L: retardo

A1L: ganancia de canal variante en el tiempo

Sin tcnicas inteligentes, estas seales seran sumadas indistintamente , interfirindose a causa de la resultando en Interferencia ISI

El receptor rastrillo (Rake Receiver) Las tcnicas de espectro ensanchado toman ventaja de la naturaleza

multitrayecto del canal mvil, para mejorar la recepcin.

Esto es debido a que estas seales tienen significativamente mayor ancho de banda (Bs) que el ancho de banda de coherencia de los canales multitrayecto (Bc).

Sea L=[Bs/Bc]+1; la funcin [X] retorna el mayor entero menor o igual a X. L es el nmero de caminos independientes.

Considerando el ancho de banda de una seal con ensanchamiento espectral, se considera que es selectivo en frecuencia, dado que algunas frecuencias sern atenuadas (algunos caminos Li), pero habrn otras que no (caminos Lj).

El receptor rastrillo es el receptor ptimo para seales de banda ancha con desvanecimiento multitrayectoria.

Su nombre lo hereda de la analoga con un rastrillo de jardn donde los dedos son los caminos independientes Lj, y el punto donde se unen es donde la diversidad toma lugar.

Para la demodulacin, se debe obtener una adecuada sincronizacin. Esta es hecha a travs de los procesos: Adquisicin de cdigo: Consiste en aplicar tcnicas de correlacin entre el cdigo de

secuencia recibido y la copia de ste cdigo que tiene el receptor. Se busca el desplazamiento entre stos, asociado a un especfico desplazamiento de chip, logrndose una alta correlacin.

Rastreo: Se efecta a travs de un algoritmo de bucle de rastreo de cdigo, para obtener y mantener el alineamiento .

Asimismo, se emplea una demodulacin coherente, requirindose la atenuacin del camino multitrayecto y fase de dicho canal . A este proceso se le conoce como Estimacin de Canal. Esto se hace insertando a la seal tonos piloto como referencias, contra los cuales estimar el canal.

En el grfico anterior, los coeficientes alfa son los estimadores de canal obtenidos, los cuales son los conjugados complejos de los estimadores del canal, los que se multiplican a cada camino para revertir los efectos del canal.

Luego, son multiplicados por las conjugadas complejas de las secuencias de ensanchamiento, obteniendo:

El segundo sumando es mucho menor que el primero, el cual contineene la seal deseada.

Por lo indicado, el receptor rastrillo mejora la recepcin de seales en un entorno caracterizado por el multitrayecto.

El acceso mltiple es logrado por medio del uso del secuencias de ensanchamiento ortogonales, donde solo la correlacin contra su conjugada compleja resulta en un valor unitario y es cero en cualquier otro caso.

Se genera la interferencia por acceso mltiple (MAI), debido a que la sumatoria del segundo trmino de la ecuacin aumenta en magnitud al incrementarse la cantidad de usuarios, limitando la capacidad de la celda.

Esto es debido a su vez, a que las secuencias usadas no son perfectamente ortogonales (no se obtiene correlacin cero de los cdigos de ensanchamiento), en el canal de subida (escenario de transmisin asncrona: usuarios no estn sincronizados en el canal de subida, como si lo esta el canal de bajada de BTS a usuario).

Considerar que siempre esta presente la interferencia por multitrayectoria.

MUCHAS GRACIAS

http://www.3gpp.org/specifications/Releases/article/release-4