INTRODUCCIÓN Los términos Multiplexación y Acceso múltiple apuntan a la compartición de un recurso de comunicación determinado. En ellos un número de señales independientes se combinan en una única señal compuesta para ser transmitida por un canal común. Las diferencias entre multiplexación (M) y acceso múltiple (MA) son las siguientes:
Multiplexación: los requerimientos de los usuarios son fijos o varían muy lentamente en el tiempo. La distribución de los recursos es asignada a priori y se lleva a cabo entre sitios no muy lejanos (por ejemplo, dentro de un circuito). En este caso el recurso de comunicación es sufuciente para todos los usuarios. Acceso Múltiple: la distribución de recursos se lleva a cabo entre sitios remotos (por ejemplo, satélites). Si la asignación de recursos se realiza en forma dinámica, en función de las necesidades de los usuarios, se consigue una distribución de recursos más eficiente. Esto se realiza a costa de la pérdida de una pequeña fracción de tiempo y/o ancho de banda, para que el controlador reciba la información sobre las necesidades de los usuarios. En general, el recurso de comunicación no alcanza a satisfacer las necesidades de comunicación de todos los usuarios simultáneamente, por lo que existe una especie de 'pelea' o contienda por la utilización del recurso. Por este motivo, se deben acordar y cumplir ciertas reglas.
FDMA (Multiplexación y Acceso Múltiple por división frecuencial)
La multicanalización (o multiplexación) por división de frecuencia FDMA, es una técnica que consiste en transmitir varios mensajes al mismo tiempo a través de un canal de banda ancha modulando primero las señales de mensajes en varias subportadoras y formando una señal de bandabase compuesta que consiste en la suma de estas subportadoras moduladas. Esta señal compuesta luego se puede modular en la portadora principal como se muestra en la siguiente figura:
Se puede usar cualquier tipo de modulación tal como AM, DSB, SSB, PM, PAM, FM, etc. Es importante resaltar que el espectro de la señal compuesta se debe componer de señales moduladas sin espectros traslapados; de lo contrario, se presentará diafonía entre las señales de mensaje a la salida del receptor. La señal de banda base compuesta en seguida modula un transmisor principal para producir la señal FDM que se transmite a través del canal de banda ancha. La señal FDM recibida primero se demodula para reproducir la señal de bandabase compuesta que se hace pasar a través de filtros para separar las subportadoras moduladas individualmente. Las subportadoras luego se demodulan para reproducir las señales de mensajes originales.
CARACTERÍSTICAS Es posible utilizar el FDMA cuando el ancho de banda útil del medio de transmisión supera el ancho de banda requerido por las señales a transmitir. Hay simultaneidad en la transmisión de señales porque cada una de ellas se modula con una frecuencia portadora diferente, tal que éstas frecuencias están suficientemente separadas para que no se solapen significativamente las señales:
La señal compuesta transmitida a través del medio es analógica. Las señales de entrada siempre deben ser moduladas, para trasladarlas a la banda de frecuencia apropiada. Si la señal de entrada es digital, se debe pasar a través de un modem para convertirla en analógica y posteriormente modularla.
Con FDMA, se asigna a los usuarios un canal de un conjunto limitado de canales ordenados en el dominio de la frecuencia. Los canales de frecuencia son muy preciados, y son asignados a los sistemas por los cuerpos reguladores de los gobiernos de acuerdo con las necesidades comunes de la sociedad. Cuando hay más usuarios que el suministro de canales de frecuencia puede soportar, se bloquea el acceso de los usuarios al sistema. Cuantas más frecuencias se disponen, hay más usuarios, y esto significa que tiene que pasar más señalización a través del canal de control. Los sistemas muy grandes FDMA frecuentemente tienen más de un canal de control para manejar todas las tareas de control de acceso. Una característica importante de los sistemas FDMA es que una vez que se asigna una frecuencia a un usuario, ésta es usada exclusivamente por ese usuario hasta que éste no necesite el recurso.
Acceso Múltiple por división frecuencial en sistemas satelitales La mayoría de los satélites de comunicaciones están en una órbita geoestacionaria (el satélite está en el mismo plano que el que pasa por el ecuador y a una cierta altura tal que el período orbital sea igual al período de rotación de la tierra). En otras palabras, visto desde la tierra, el satélite se vería como si estuviera estacionario. Tres de estos satélites separados 120 grados entre sí, pueden proveer una cobertura mundial ( excepto para las regiones polares). Muchos de los satélites tienen repetidores no regenerativos o transceptores (transponders). Esto quiere decir que la transmisión tierra-satélite (uplink) es amplificada, corrida en frecuencia, y retransmitida (downlink) sin ningún procesamiento de señal.
La banda más común para las comunicaciones satelitales es la banda-C, que usa 6GHz de portadora en la transmisión uplink y 4GHz para la transmisión downlink. El uso de estas frecuencias tienen las siguientes ventajas: equipos de microondas relativamente baratos, poca atenuación debido a lluvias, insignificante ruido producido por galaxias, sol, fuentes terrestres, etc. Los nuevos satélites operan en 14 y 12 GHz (banda KU) con lo cual pueden operar con antenas mas chicas y baratas. En la transmisión en banda C, cada satélite tiene permitido (por acuerdos internacionales) el uso de un ancho de banda de 500MHz. Tipicamente cada satélite tiene 12 transponders de 36MHz cada uno y los restantes 68Mz del ancho de banda del satélite, se usan para control. El más común de los transponders opera en el modo multidestino en FDM/FM/FDMA.
FDM: señales como las de teléfono (SSB) se les hace FDM para formar una señal “compuesta”. FM: con esta señal compuesta se produce modulación en frecuencia y luego es transmitida al satélite. FDMA: se asignan subdivisiones del ancho de banda de 36MHz a distintos usuarios. La mayor ventaja que tiene FDMA sobre TDMA es su simplicidad. FDMA no requiere sincronización y cada canal es casi independiente de los restantes.
TDMA (Multiplexación y Acceso Múltiple por división temporal)
Presentación Evolución de la Tecnología AMPS a TDMA El Canal de Control Digital de TDMA Características y capacidades Descripción técnica Ejemplos de servicios y diseño
Vistazo de las Normas TDMA EIA 553 Plataforma de tecnología basada en AMPS analógico IS-54B Introduce un canal de tráfico digital TDMA y un nuevo juego de caracteríticas autenticación, identificador del número de llamada, indicador de mensaje en espera, y privacidad de voz.
Vistazo de las NormasTDMA TDMA Compatible anteriormente (backward compatible) para IS-54B y EIA 553. Incluye un canal de control digital y características avanzadas. TDMA Revisión A Upbanded IS-136 para servicio celular sin interrupción (seamless) entre las bandas de frecuencias de 800 MHz y 1900 MHz, y el desarrollo de activación sobre el aire y servicios de programación. TDMA Revisión B Introduce una gama de nuevas características (emisión SMS, paquete de datos etc.)
Código de Voz TDMA Código de voz y canal son factores importantes en buena calidad de voz. Otros factores incluyen: Planeamiento de sistema (transferencia (handoff), reuso, cobertura, etc.) Diseño del aparato de mano Supresión de Eco, equilibrio de audio, … Dos códices de habla definidos para TDMA VSELP – Vector Sum Excited Linear Predictive ACELP – Algebraic Code Excited Linear Predictive VSELP Diseñado originalmente para Tecnología IS-54B – de los años 80 ACELP Recién definido para Tecnología TDMA – de los años 90 – “estado del arte” Ofrece calidad de voz inalámbrica en condiciones limpias
Transferencia Apoyada Móvil (MAHO) El sistema instruye al móvil a medir los canales vecinos. Los resultados son informados de vuelta al sistema para ayudar en la decisión de transferencia. Diseñado para reducir las llamadas perdidas (dropped) y mejorar las transferencias. TDMA apoya cualquier combinación de transferencia entre canales digitales y analógicos. TDMA también apoya transferencias entre bandas celulares de 800 MHz y1900 MHz.
Funcionalidad de Nivel 3 de DCCH Procesamiento de llamadas, registro, y paging Asignación de canal ayudado por móvil (MACA) Estructuras de identidad Selección de Células Reselección de Células Células jerárquicas Servicios por niveles Sistemas privados/públicos
Procesamiento de Llamadas Origen utiliza el mismo modelo de llamada como el IS-54B Teléfono envía mensaje de origen al sistema en el DCCH al inverso Designación de canal de tráfico enviada en la respuesta de la estación de base Paging en el DCCH Se le asigna un espacio SPACH particular a un teléfono el cual se monitorea por pages. Esta asignación se basa en el MIN del teléfono Autenticación Los mismos algoritmos como usados en IS-54B
Tipos de Registro Condiciones de registro basadas en DCCH se definen según el siguiente orden de prioridad: Registro de prueba Nuevo a TDMA Decremento de potencia Desregistro Nuevo a TDMA Incremento de potencia Condición de transición de sistema Mejorada en TDMA Area de Ubicación (VMLA) Nueva a TDMA Registro periódico Mejorado en TDMA Transición de ACC a DCCH Nueva a TDMA El sistema emite cuáles formas de registro son apoyadas en F-BCCH.
Aspectos del Registro de TDMA Registro basado en TDMA Se agregan varios tipos de registro nuevos enTDMA Móviles indican el tipo de registro al cual responden. Los registros estorbosos (nuisance) pueden ser reducidos Se define el registro para apoyar plenamente a los sistemas privados, públicos y residenciales. Registro basado en VMLA aumenta el control de sistema sobre la carga de paging por rastrear los móviles basados en su ubicación. Elimina el problema de registro ping-pong por definir áreas de superposición.
Asignación de Canales Apoyada por Móviles (MACA) La MACA permite al móvil proporcionarle a la estación de base un informe de la calidad de canal en el momento de acceso. Informe de Calidad de Canal Medición a largo plazo – sobre el DCCH de servicio: un promedio corriente sobre 32 marcos de RSS, WER, y BER. Medición a corto plazo – sobre hasta 15 canales especificados por base: RSS basado en 4 mediciones. La estación de base indica los tipos de acceso específicos por los cuales el móvil debe proporcionar un informe de calidad de canal. El informe MACA puede ser utilizado por la estación de base para mejorar la asignación de canales.
Selección de DCCH Los canales de control digital pueden ser colocados en cualquier canal dentro de una banda operacional “Pointers” (Indicadores) de DCCH Marcador de DCCH Codificado (CDL): El CDL es enviado dentro de cada burst (ráfaga) de canal de tráfico digital hacia adelante El CDL señala una ubicación de DCCH dentro de un bloque de canales. Palabra de Información del Canal de Control (CCI): La palabra de CCI es enviada como parte del mensaje superior (overhead) de ACCH. El CCI contiene un indicador (pointer) a un DCCH singular, el indicador incluye el número del canal, el DVCC, y la hiperbanda de un DCCH. Los indicadores de DCCH son proporcionados por la descarga de llamadas tanto de DTC como AVC. También se pueden usar asignaciones probabilísticas de DCCH.
Procedimientos de Reselección de Células Los procedimientos de reselección de células de TDMA se ejecutan por los móviles mientras un móvil está en el estado desactivado [o sin tráfico] (idle) (por ejemplo, modo de invernación (dormir)). Los parámetros emitidos por la estación de base guían graciosamente a los móviles a células en base a: La Movilidad El Tipo de Célula (underlay o overlay) Los umbrales relativos y absolutos de RF La potencia de la señal recibida Privado, público, residencial
Parámetros Claves para la Reselección RSS_ACC_MIN La potencia mínima de señal requerida para que un teléfono pueda accesar una célula. RESEL_OFFSET Un valor histéresis usado para la reselección de células adyecentes (por ejemplo, tipo de célula regular). SS_SUFF La potencia de señal considerada suficiente para que un teléfono pueda reseleccionar una célula preferida o regular. MS_ACC_PWR La potencia máxima que un teléfono pueda usar para accesar una célula en particular.
Parámetros de Reselección Demora Especifica el tiempo mínimo por el cual una célula propuesta debe ser vista con una señal adecuada. Tipo de Célula
Capacidades Básicas Capacidades proporcionadas por medio de TDMA incluyen: Transición de sistemas sin interrupciones (seamless) entre sistemas privados y públicos Cobranza diferenciada Manifestación alfanumérica del sistema de servicio Underlays y apoyo dentro del edificio Unicamente privado y semi-privado Es posible definir sistemas privados múltiples desde un solo DCCH Debido a la reselección de células de TDMA y el despliegue jerárquico, TDMA ofrece la historia más fuerte de servicios por niveles.
Los Mecanismos de Servicios por Niveles Algoritmos de Reselección de Células: Transición sin interrupciones (seamless) de DCCH entre sistemas públicos y privados. Procedimientos de Registro: Asignar y remover a los abonados del sistema. Remover el riesgo de registros estorbosos. Identidades del Sistema: Identidades de sistemas privados y residenciales identifican en forma única a un sistema Tipo de red (mapa de 3 bit en el DCCH) define una célula como pública, privada, residencial, o semiprivada. Marcadores Alfa: Identifican los sistemas a los abonados por su nombre alfanumérico. Prioridades del Sistema: Los usuarios ponen en orden a los sistemas privados, residenciales, o públicos según su preferencia.
Ejemplos de Mensajes Servicios de información unidireccional Noticias, cotizaciones de la bolsa, resultados deportivos. Servicios de emisión Tráfico, tiempo, etc. Notificaciones E-mail Contiene “de,” “tema” y la primera parte del mensaje. Paging Paging uni- y bidireccional con respuestas y acusos de recibo. Plataforma para soluciones integradas de mensajes Correo de voz, etc.
Activación en el Aire Permite la entrega de información y actualizaciones NAM al teléfono sobre el aire. Simplifica el proceso de activación tanto para el abonado como el proveedor del servicio. Proporciona una capacidad flexible de download. Proporciona un mecanismo seguro para actualizaciones A-key.
Identidades de Sistema Cada célula puede emitir las siguientes identidades de sistema SID – lo mismo como el SID de hoy. SOC – código de operador de sistema indicando el operador del sistema celular. PSID – identidades de sistema privado usadas para diferenciar entre sistemas privados o de WOS. Tipos de redes pueden ser asignados a cada sector para diferenciación de servicio Público Privado Residencial O mezcla (público y privado, público y residencial, etc.)
Servicios de Datos de TDMA El TDMA introduce un servicio de circuito digital conmutado para transacciones basadas en sesiones tales como fax y acceso a la red por discado. Compara con datos de paquete para transacciones esporádicas cortas.
Datos de Circuito Conmutado y de Paquete Datos de circuito conmutado Las transacciones dependen del establecimiento de una llamada. Canal y recursos son ocupados por un usuario único. Eficiente para fax, transferencias de archivos y cuando hay un cambio de datos por una porción alta del tiempo de conexión. Datos en Paquete Servicio “Sin Conexión” (ningún arreglo superior para llamadas). Muchos usuarios comparten el mismo canal radial. Eficiente para transacciones cortas, con ráfagas (bursty), esporádicas (como e-mail, web browsing o conexiones virtuales).
Normas de Datos IS-130 – Protocolo de Vinculación Radial Control de errores Compresión Cifrar IS-135 – Datos Async y Fax Arreglo para llamada de datos, supervisión, y despejo Manejo de comandos AT Indicadores de Señales
Características de TDMA Faxes perfectos entregados en tiempo con una velocidad cerca de dos páginas por minuto. Las transferencias de archivos podrían ser hasta de 115,200 bit/s con canal de velocidad triple y compresión (dependiendo de los datos) Velocidad plena – 9.6 kbit/s no comprimidos – 38.4 kbit/s comprimidos Detecta y corrige errores, comprime y cifra datos. No se requiere ningún modem o máquina fax especial por el lado de la línea alámbrica. El teléfono se parece a un fax/modem para datos de una línea alámbrica. Compatible con software existente. El unimodem de futuros Windows también incluirá apoyo incorporado.
Futuras Características de TDMA Servicio de Emisión de Mensajes Cortos Tiempo de Habla Mejorado Modo Descontínuo (DTX) con el ruido confortable duplica el tiempo de habla Solución de Datos de Paquete Integrado de TDMA Mejoras de Transporte de Teleservicio Segmentación Asignación a un canal de tráfico para mensajes largos
Beneficios de TDMA El DCCH es un método para el despliegue rápido de servicios avanzados basados en la infraestructura existente de AMP. El DCCH es la plataforma para implementación sin interrupciones (seamless) de 800 MHz y 1900 MHz PCS. El DCCH ofrece nuevas características a nuestros clientes.
Beneficios de TDMA Costo TDMA puede coexistir con radios y frecuencias AMPS existentes. La capacidad digital puede introducirse cuando y donde sea necesario. El equipo AMP puede ser mejorado o desplegado de nuevo en forma selectiva. Capacidad TDMA introduce un aumento de por lo menos el triple sobre la capacidad AMPS Aún mayor con el uso de Estructuras de Células Jerárquicas, Asignación de Canal Adaptivo, etc. Calidad de Voz Vocoder ACELP mejora significativamente la calidad de voz. Roaming Aparatos de mano de modo dual y la compatibilidad AMPS/TDMA aseguran acceso ubicuo a la red.
CDMA (Acceso múltiple por división de código)
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
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
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
Walsh Codes:(functions for signal processing and code division multiplexing) (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
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
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.
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
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)
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
GLOSARIO CANAL DE CONTROL DEDICADO: En el sistema GSM de telefonía móvil, se denomina así a los canales siguientes:- Canal de control aislado y dedicado "SDCCH".- Canal de control lento asociado "SACCH".- Canal de control rápido asociado "FACCH".En inglés se expresan de forma abreviada como "DCCH". VOLVER SACCH: Slow Associated Control CHannel: Canal de control lento asociado. VOLVER El estándar CDMAOne o IS-95, fue una tecnología desarrollada por Qualcomm y consiste en que todos usan la misma frecuencia al mismo tiempo separándose las conversaciones mediante códigos.