Cuando los enlaces móvil-base no pueden coordinarse con precisión, en particular debido a la movilidad de los terminales, se requiere un enfoque diferente. Dado que no es matemáticamente posible crear secuencias de firma que sean a la vez ortogonales para puntos de partida arbitrariamente aleatorios y que utilicen plenamente el espacio de código, en los sistemas CDMA asíncronos se utilizan secuencias únicas «pseudoaleatorias» o «pseudoruido» denominadas secuencias de dispersión. Una secuencia de dispersión es una secuencia binaria que parece aleatoria pero que puede ser reproducida de forma determinista por los receptores previstos. Estas secuencias de dispersión se utilizan para codificar y descodificar la señal de un usuario en CDMA asíncrono de la misma manera que los códigos ortogonales en CDMA síncrono (mostrados en el ejemplo anterior). Estas secuencias de dispersión no están correlacionadas estadísticamente, y la suma de un gran número de secuencias de dispersión da como resultado una interferencia de acceso múltiple (MAI) que se aproxima por un proceso de ruido gaussiano (siguiendo el teorema del límite central en estadística). Los códigos dorados son un ejemplo de secuencia de dispersión adecuada para este fin, ya que existe una baja correlación entre los códigos. Si todos los usuarios se reciben con el mismo nivel de potencia, la varianza (por ejemplo, la potencia del ruido) del MAI aumenta en proporción directa al número de usuarios. En otras palabras, a diferencia del CDMA síncrono, las señales de otros usuarios aparecerán como ruido a la señal de interés e interferirán ligeramente con la señal deseada en proporción al número de usuarios.
Todas las formas de CDMA utilizan el factor de dispersión del espectro para permitir a los receptores discriminar parcialmente las señales no deseadas. Las señales codificadas con las secuencias de dispersión especificadas se reciben, mientras que las señales con secuencias diferentes (o las mismas secuencias pero con diferentes desfases temporales) aparecen como ruido de banda ancha reducido por el factor de dispersión.
Dado que cada usuario genera MAI, el control de la intensidad de la señal es una cuestión importante con los transmisores CDMA. Un receptor CDM (CDMA síncrono), TDMA o FDMA puede, en teoría, rechazar completamente señales arbitrariamente fuertes que utilicen diferentes códigos, ranuras de tiempo o canales de frecuencia debido a la ortogonalidad de estos sistemas. Esto no es cierto en el caso del CDMA asíncrono; el rechazo de las señales no deseadas es sólo parcial. Si alguna o todas las señales no deseadas son mucho más fuertes que la señal deseada, la abrumarán. Esto lleva a un requisito general en cualquier sistema CDMA asíncrono para igualar aproximadamente los distintos niveles de potencia de la señal como se ve en el receptor. En el sistema celular CDMA, la estación base utiliza un esquema rápido de control de potencia de bucle cerrado para controlar estrictamente la potencia de transmisión de cada móvil.
Ventajas del CDMA asíncrono sobre otras técnicasEditar
Utilización práctica eficiente del espectro de frecuencias fijasEditar
En teoría, el CDMA, el TDMA y el FDMA tienen exactamente la misma eficiencia espectral, pero, en la práctica, cada uno tiene sus propios retos: el control de la potencia en el caso del CDMA, la temporización en el caso del TDMA y la generación/filtrado de frecuencias en el caso del FDMA.
Los sistemas TDMA deben sincronizar cuidadosamente los tiempos de transmisión de todos los usuarios para garantizar que se reciban en la franja horaria correcta y no causen interferencias. Dado que esto no puede controlarse perfectamente en un entorno móvil, cada franja horaria debe tener un tiempo de guarda, lo que reduce la probabilidad de que los usuarios interfieran, pero disminuye la eficiencia espectral.
De forma similar, los sistemas FDMA deben utilizar una banda de guarda entre canales adyacentes, debido al impredecible desplazamiento Doppler del espectro de la señal a causa de la movilidad de los usuarios. Las bandas de guarda reducen la probabilidad de que los canales adyacentes interfieran, pero disminuyen la utilización del espectro.
Asignación flexible de recursosEditar
El CDMA síncrono ofrece una ventaja clave en la asignación flexible de recursos, es decir, la asignación de secuencias de propagación a los usuarios activos. En el caso de CDM (CDMA síncrono), TDMA y FDMA el número de códigos ortogonales simultáneos, ranuras de tiempo y ranuras de frecuencia, respectivamente, son fijos, por lo que la capacidad en términos de número de usuarios simultáneos es limitada. Hay un número fijo de códigos ortogonales, ranuras de tiempo o bandas de frecuencia que pueden asignarse a los sistemas CDM, TDMA y FDMA, que permanecen infrautilizados debido a la naturaleza de ráfaga de la telefonía y las transmisiones de datos en paquetes. No hay un límite estricto para el número de usuarios que puede soportar un sistema CDMA asíncrono, sólo un límite práctico regido por la probabilidad de error de bit deseada, ya que la SIR (relación señal-interferencia) varía inversamente con el número de usuarios. En un entorno de tráfico en ráfagas como el de la telefonía móvil, la ventaja que ofrece el CDMA asíncrono es que el rendimiento (tasa de error binario) puede fluctuar aleatoriamente, con un valor medio determinado por el número de usuarios multiplicado por el porcentaje de utilización. Supongamos que hay 2N usuarios que sólo hablan la mitad del tiempo, entonces se pueden acomodar 2N usuarios con la misma probabilidad media de error de bit que N usuarios que hablan todo el tiempo. La diferencia clave aquí es que la probabilidad de error de bit para N usuarios que hablan todo el tiempo es constante, mientras que es una cantidad aleatoria (con la misma media) para 2N usuarios que hablan la mitad del tiempo.
En otras palabras, CDMA asíncrono es ideal para una red móvil en la que un gran número de transmisores generan una cantidad relativamente pequeña de tráfico a intervalos irregulares. Los sistemas CDM (CDMA síncrono), TDMA y FDMA no pueden recuperar los recursos infrautilizados inherentes al tráfico en ráfagas debido al número fijo de códigos ortogonales, ranuras de tiempo o canales de frecuencia que pueden asignarse a los transmisores individuales. Por ejemplo, si hay N franjas horarias en un sistema TDMA y 2N usuarios que hablan la mitad del tiempo, la mitad del tiempo habrá más de N usuarios que necesiten utilizar más de N franjas horarias. Además, se necesitaría una sobrecarga importante para asignar y desasignar continuamente los recursos de código ortogonal, franja horaria o canal de frecuencia. En comparación, los transmisores CDMA asíncronos simplemente envían cuando tienen algo que decir y salen del aire cuando no lo tienen, manteniendo la misma secuencia de firma mientras estén conectados al sistema.
Características de espectro ensanchado de CDMAEditar
La mayoría de los esquemas de modulación tratan de minimizar el ancho de banda de esta señal, ya que el ancho de banda es un recurso limitado. Sin embargo, las técnicas de espectro ensanchado utilizan un ancho de banda de transmisión que es varios órdenes de magnitud mayor que el ancho de banda mínimo requerido de la señal. Una de las razones iniciales para hacerlo fueron las aplicaciones militares, como los sistemas de guiado y comunicación. Estos sistemas se diseñaron utilizando el espectro ensanchado por su seguridad y resistencia a las interferencias. El CDMA asíncrono tiene un cierto nivel de privacidad porque la señal se propaga utilizando un código pseudoaleatorio; este código hace que las señales de espectro ensanchado parezcan aleatorias o tengan propiedades similares al ruido. Un receptor no puede demodular esta transmisión sin conocer la secuencia pseudoaleatoria utilizada para codificar los datos. CDMA también es resistente a las interferencias. Una señal de interferencia sólo tiene una cantidad finita de potencia disponible para interferir la señal. El interferente puede repartir su energía por todo el ancho de banda de la señal o interferir sólo una parte de la misma.
CDMA también puede rechazar eficazmente las interferencias de banda estrecha. Dado que las interferencias de banda estrecha sólo afectan a una pequeña parte de la señal de espectro ensanchado, pueden eliminarse fácilmente mediante el filtrado de hendidura sin gran pérdida de información. La codificación por convolución y el entrelazado pueden ayudar a recuperar estos datos perdidos. Las señales CDMA también son resistentes al desvanecimiento por trayectos múltiples. Dado que la señal de espectro ensanchado ocupa un gran ancho de banda, sólo una pequeña parte de ésta sufrirá desvanecimiento por trayectos múltiples en un momento dado. Al igual que la interferencia de banda estrecha, esto sólo dará lugar a una pequeña pérdida de datos y puede superarse.
Otra razón por la que CDMA es resistente a la interferencia por trayectos múltiples es porque las versiones retrasadas de los códigos pseudoaleatorios transmitidos tendrán una escasa correlación con el código pseudoaleatorio original y, por tanto, aparecerán como otro usuario, que se ignora en el receptor. En otras palabras, mientras el canal multitrayecto induzca al menos un chip de retardo, las señales multitrayecto llegarán al receptor de forma que se desplacen en el tiempo al menos un chip respecto a la señal prevista. Las propiedades de correlación de los códigos pseudoaleatorios son tales que este ligero retardo hace que el multitrayecto parezca no estar correlacionado con la señal deseada, por lo que se ignora.
Algunos dispositivos CDMA utilizan un receptor de rastrillo, que explota los componentes de retardo del multitrayecto para mejorar el rendimiento del sistema. Un receptor «rake» combina la información de varios correlacionadores, cada uno sintonizado con un retardo de trayectoria diferente, produciendo una versión más fuerte de la señal que un simple receptor con una sola correlación sintonizada con el retardo de trayectoria de la señal más fuerte.
La reutilización de frecuencias es la capacidad de reutilizar la misma frecuencia de canal de radio en otros sitios de celda dentro de un sistema celular. En los sistemas FDMA y TDMA, la planificación de la frecuencia es una consideración importante. Las frecuencias utilizadas en las diferentes celdas deben planificarse cuidadosamente para garantizar que las señales de las diferentes celdas no se interfieran entre sí. En un sistema CDMA, se puede utilizar la misma frecuencia en todas las celdas, porque la canalización se realiza mediante códigos pseudoaleatorios. La reutilización de la misma frecuencia en cada célula elimina la necesidad de planificación de frecuencias en un sistema CDMA; sin embargo, la planificación de las diferentes secuencias pseudoaleatorias debe realizarse para garantizar que la señal recibida de una célula no se correlacione con la señal de una célula cercana.
Dado que las células adyacentes utilizan las mismas frecuencias, los sistemas CDMA tienen la capacidad de realizar transferencias suaves. Las transferencias suaves permiten que el teléfono móvil se comunique simultáneamente con dos o más celdas. Se selecciona la mejor calidad de señal hasta que se completa el traspaso. Esto es diferente de los traspasos duros utilizados en otros sistemas celulares. En una situación de «hard-hand-off», cuando el teléfono móvil se acerca a un «hand-off», la intensidad de la señal puede variar bruscamente. Por el contrario, los sistemas CDMA utilizan el soft hand-off, que es indetectable y proporciona una señal más fiable y de mayor calidad.