Quando as ligações de móvel para base não podem ser coordenadas com precisão, particularmente devido à mobilidade dos aparelhos, é necessária uma abordagem diferente. Uma vez que não é matematicamente possível criar sequências de assinatura que são ambas ortogonais para pontos de partida arbitrariamente aleatórios e que fazem pleno uso do espaço de código, sequências únicas “pseudo-aleatória” ou “pseudo-ruído” chamadas sequências de propagação são utilizadas em sistemas CDMA assíncronos. Uma sequência de dispersão é uma sequência binária que parece aleatória mas que pode ser reproduzida de forma determinística pelos receptores pretendidos. Estas seqüências de espalhamento são usadas para codificar e decodificar o sinal de um usuário em CDMA assíncrono da mesma forma que os códigos ortogonais em CDMA síncrono (mostrado no exemplo acima). Estas sequências de espalhamento são estatisticamente não correlacionadas, e a soma de um grande número de sequências de espalhamento resulta em interferência de acesso múltiplo (MAI) que é aproximada por um processo de ruído Gaussiano (seguindo o teorema do limite central nas estatísticas). Os códigos de ouro são um exemplo de uma seqüência de propagação adequada para este fim, uma vez que existe uma baixa correlação entre os códigos. Se todos os utilizadores são recebidos com o mesmo nível de potência, então a variância (por exemplo, a potência sonora) do MAI aumenta em proporção directa com o número de utilizadores. Em outras palavras, ao contrário do CDMA síncrono, os sinais de outros usuários aparecerão como ruído ao sinal de interesse e interferirão ligeiramente com o sinal desejado em proporção ao número de usuários.
Todas as formas de CDMA usam o fator de espalhamento de espectro para permitir que os receptores discriminem parcialmente os sinais indesejados. Sinais codificados com as seqüências de dispersão especificadas são recebidos, enquanto sinais com seqüências diferentes (ou as mesmas seqüências, mas com diferentes desvios de tempo) aparecem como ruído de banda larga reduzido pelo fator de dispersão.
Desde que cada usuário gere MAI, o controle da força do sinal é uma questão importante com transmissores CDMA. Um MDL (CDMA síncrono), TDMA ou receptor FDMA pode, em teoria, rejeitar completamente sinais arbitrariamente fortes usando diferentes códigos, faixas de tempo ou canais de frequência, devido à ortogonalidade destes sistemas. Isto não é verdade para o CDMA assíncrono; a rejeição de sinais não desejados é apenas parcial. Se algum ou todos os sinais indesejados forem muito mais fortes do que o sinal desejado, eles o sobrecarregarão. Isto leva a um requisito geral em qualquer sistema CDMA assíncrono para corresponder aproximadamente aos vários níveis de potência do sinal como visto no receptor. No celular CDMA, a estação base usa um rápido esquema de controle de potência em circuito fechado para controlar rigidamente a potência de transmissão de cada celular.
Vantagens do CDMA assíncrono sobre outras técnicasEditar
Utilização prática eficiente do espectro de frequência fixoEditar
Na teoria CDMA, TDMA e FDMA têm exactamente a mesma eficiência espectral, mas, na prática, cada um tem os seus próprios desafios – controlo de potência no caso do CDMA, tempo no caso do TDMA, e geração/filtragem de frequência no caso do FDMA.
Os sistemas TDMA devem sincronizar cuidadosamente os tempos de transmissão de todos os usuários para garantir que eles sejam recebidos na faixa de tempo correta e não causem interferência. Como isso não pode ser perfeitamente controlado em um ambiente móvel, cada slot de tempo deve ter um tempo de guarda, o que reduz a probabilidade dos usuários interferirem, mas diminui a eficiência espectral.
Simplesmente, os sistemas FDMA devem usar uma banda de guarda entre canais adjacentes, devido ao imprevisível deslocamento Doppler do espectro do sinal, devido à mobilidade do usuário. As bandas de guarda reduzirão a probabilidade de interferência dos canais adjacentes, mas diminuirão a utilização do espectro.
Alocação flexível de recursosEditar
CDMA assíncrono oferece uma vantagem chave na alocação flexível de recursos, ou seja, alocação de seqüências de propagação para usuários ativos. No caso do CDM (CDMA síncrono), TDMA e FDMA, o número de códigos ortogonais simultâneos, slots de tempo e slots de frequência, respectivamente, são fixos, portanto a capacidade em termos do número de utilizadores simultâneos é limitada. Há um número fixo de códigos ortogonais, slots de tempo ou bandas de freqüência que podem ser alocados para sistemas CDM, TDMA e FDMA, que permanecem subutilizados devido à natureza explosiva da telefonia e da transmissão de dados por pacotes. Não há um limite rígido para o número de usuários que podem ser suportados em um sistema CDMA assíncrono, apenas um limite prático governado pela probabilidade de erro de bit desejada, uma vez que o SIR (signal-to-interference ratio) varia inversamente com o número de usuários. Em um ambiente de tráfego intenso como a telefonia móvel, a vantagem oferecida pelo CDMA assíncrono é que o desempenho (taxa de erro de bit) pode flutuar aleatoriamente, com um valor médio determinado pelo número de usuários vezes a porcentagem de utilização. Suponha que existam 2N usuários que só falam metade do tempo, então 2N usuários podem ser acomodados com a mesma probabilidade média de erro de bit que N usuários que falam o tempo todo. A principal diferença aqui é que a probabilidade de erro de bit para N usuários que falam todo o tempo é constante, enquanto que é uma quantidade aleatória (com a mesma média) para usuários 2N falando metade do tempo.
Em outras palavras, o CDMA assíncrono é ideal para uma rede móvel onde um grande número de transmissores geram, cada um, uma quantidade relativamente pequena de tráfego em intervalos irregulares. Os sistemas CDM (CDMA síncrono), TDMA e FDMA não podem recuperar os recursos subutilizados inerentes ao tráfego de ruptura devido ao número fixo de códigos ortogonais, slots de tempo ou canais de frequência que podem ser atribuídos a transmissores individuais. Por exemplo, se houver N slots de tempo em um sistema TDMA e 2N usuários que falam metade do tempo, então metade do tempo haverá mais do que N usuários que precisam usar mais do que N slots de tempo. Além disso, seria necessário um custo adicional significativo para alocar e desalocar continuamente o código ortogonal, a faixa horária ou os recursos do canal de freqüência. Em comparação, transmissores CDMA assíncronos simplesmente enviam quando têm algo a dizer e saem do ar quando não têm, mantendo a mesma sequência de assinatura desde que estejam conectados ao sistema.
Características de Espectro de Espectro de Espectro de CDMAEdit
Esquemas de modulação tentam minimizar a largura de banda deste sinal uma vez que a largura de banda é um recurso limitado. No entanto, as técnicas de espectro alargado utilizam uma largura de banda de transmissão que é várias ordens de grandeza superior à largura de banda mínima requerida. Uma das razões iniciais para fazer isto foi as aplicações militares, incluindo sistemas de orientação e comunicação. Estes sistemas foram concebidos utilizando espectro alargado devido à sua segurança e resistência ao encravamento. O CDMA assíncrono tem algum nível de privacidade incorporado porque o sinal é espalhado usando um código pseudo-aleatória; este código faz com que os sinais de espectro espalhado pareçam aleatórios ou tenham propriedades semelhantes a ruídos. Um receptor não pode desmodular esta transmissão sem conhecer a sequência pseudo-aleatória utilizada para codificar os dados. O CDMA também é resistente ao encravamento. Um sinal de encravamento só tem uma quantidade finita de energia disponível para encravar o sinal. O bloqueador pode distribuir a sua energia por toda a largura de banda do sinal ou bloquear apenas parte do sinal inteiro.
CDMA também pode rejeitar eficazmente interferências de banda estreita. Como a interferência de banda estreita afeta apenas uma pequena porção do sinal de espectro estendido, ela pode ser facilmente removida através de uma filtragem de entalhes sem muita perda de informação. A codificação de convolução e a intercalação podem ser usadas para ajudar na recuperação desses dados perdidos. Os sinais CDMA também são resistentes ao desvanecimento de multicaminhos. Uma vez que o sinal de spread-spectrum ocupa uma grande largura de banda, apenas uma pequena parte deste sofrerá o desvanecimento devido ao multipath em um determinado momento. Como a interferência de banda estreita, isto resultará em apenas uma pequena perda de dados e pode ser superada.
Uma outra razão pela qual o CDMA é resistente à interferência multi-caminho é porque as versões atrasadas dos códigos pseudo-aleatórios transmitidos terão má correlação com o código pseudo-aleatório original, e assim aparecerão como outro usuário, que é ignorado no receptor. Em outras palavras, enquanto o canal multicaminhos induzir pelo menos um chip de atraso, os sinais multicaminhos chegarão ao receptor de tal forma que serão deslocados no tempo por pelo menos um chip do sinal pretendido. As propriedades de correlação dos códigos pseudo-aleatórios são tais que este leve atraso faz com que o multicaminho pareça não correlacionado com o sinal pretendido, sendo assim ignorado.
alguns dispositivos CDMA usam um receptor rake, que explora componentes de atraso multi-caminho para melhorar o desempenho do sistema. Um receptor de rake combina a informação de vários correlatores, cada um deles sintonizado com um atraso de caminho diferente, produzindo uma versão mais forte do sinal do que um simples receptor com uma única correlação sintonizada com o atraso do caminho do sinal mais forte.
Reutilização de frequência é a capacidade de reutilizar a mesma frequência de canal de rádio em outros locais celulares dentro de um sistema celular. Nos sistemas FDMA e TDMA, o planejamento de freqüência é uma consideração importante. As frequências utilizadas em diferentes células devem ser planejadas cuidadosamente para garantir que os sinais das diferentes células não interfiram entre si. Em um sistema CDMA, a mesma freqüência pode ser usada em cada célula, porque a canalização é feita usando os códigos pseudo-aleatórios. A reutilização da mesma freqüência em cada célula elimina a necessidade de planejamento de freqüência em um sistema CDMA; entretanto, o planejamento das diferentes seqüências pseudo-aleatórias deve ser feito para garantir que o sinal recebido de uma célula não esteja correlacionado com o sinal de uma célula próxima.
Desde que células adjacentes usem as mesmas freqüências, os sistemas CDMA têm a capacidade de realizar hand-offs suaves. Os hand-offs suaves permitem que o telefone móvel comunique simultaneamente com duas ou mais células. A melhor qualidade de sinal é selecionada até que o hand-offs esteja completo. Isto é diferente dos hand-offs rígidos utilizados em outros sistemas celulares. Numa situação de hand-offs duros, à medida que o telemóvel se aproxima de um hand-off, a força do sinal pode variar abruptamente. Em contraste, os sistemas CDMA utilizam o hand-off suave, que é indetectável e fornece um sinal mais fiável e de maior qualidade.