(W)CDMA: acceso múltiple por división de códigos
La introducción de los estándares de tercera generación revolucionará los servicios y las aplicaciones móviles. Entre estas normas 3G destacan CDMA y (W)CDMA, que aportan un método de acceso múltiple por división de códigos.
Uno de los puntos más importantes de un sistema móvil es la manera en cómo se accede al medio de comunicación –que es compartido entre todos los usuarios–, un conjunto de técnicas a las que se las conocen como de “acceso múltiple”. Múltiple significa que muchos usuarios pueden estar hablando simultáneamente; es decir, una gran cantidad de abonados a un servicio móvil comparte un conjunto de canales de radio y cualquier usuario puede optar frente a los demás para acceder a cualquiera de los canales disponibles. Un canal de radio puede ser visto como una porción del espectro radioeléctrico, que es asignado temporalmente para un propósito especifico, tal como una llamada telefónica. Una técnica de acceso múltiple define como se divide el espectro de frecuencias en canales y como los canales son asignados a los múltiples usuarios en el sistema.
Las técnicas de acceso múltiple se utilizan en el ambiente de las comunicaciones para que varios dispositivos (ordenadores, teléfonos, emisores, etc.) puedan acceder al medio o canal de comunicación de manera ordenada (tanto vía radio como por cable, por ejemplo en una LAN Ethernet); sin ellas las comunicaciones entre dispositivos serían un caos. Las técnicas de acceso múltiple permiten compartir un mismo canal de comunicación entre varios usuarios.
Básicamente, existen tres tipos de técnicas de acceso: FDMA (Frequency Division Multiple Access),TDMA (Time Division Multiple Access) y CDMA (Code Division Multiple access). La primera generación (1G) de telefonía celular empleó la técnica FDMA, que asigna a cada usuario, en las bandas de 800 y 900 MHz, una frecuencia de 25 y 30 kHz de ancho de banda en el sistema analógico ETAC y AMPS, respectivamente. Como el espectro a utilizar es limitado, solo se puede asignar un número fijo de usuarios, por lo que al incorporarse más usuarios al sistema se empezaron a bloquear los canales.
La segunda generación (2G) se caracteriza por ser digital y emplear la técnica TDMA. Este sistema de acceso múltiple divide cada canal de frecuencia en ranuras de tiempo (time slots) que se asignan a las conversaciones, lo que permite multiplicar el número de usuarios que se pueden conectar al sistema. En Estados Unidos esta técnica es conocida también como IS-54, y fue adoptada en 1991 por la TIA (Telecommunications Industry Association). En Europa y en gran parte del mundo, el sistema más conocido de este tipo es GSM, norma presente en tres de cada cuatro móviles (más de 800 millones de usuarios en todo el mundo a mediados de 2002) y que, con la introducción de WAP para acceso a contenidos de Internet y GPRS para aumentar la velocidad y la eficiencia en la utilización del canal radio, se presenta como la generación intermedia (2.5G).
La tercera técnica, conocida como CDMA (Code Division Multiple Access), asigna códigos a todos los usuarios compartiendo un mismo espectro de frecuencias, lo que incrementa considerablemente el número de ellos por estación base de radio. Una variante de esta técnica es la conocida como WCDMA (Wideband CDMA), utilizada en el sistema UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) de tercera generación, uno de los cinco contemplados dentro de la familia IMT-2000 propuesta por la ITU (International Telecommunications Union).
Características
CDMA es un termino genérico que define una interfaz de aire inalámbrica basada en la tecnología de espectro extendido (Spread Spectrum). Para telefonía celular, CDMA es una técnica de acceso múltiple especificada por la TIA como IS-95. En marzo de 1992, la TIA estableció el subcomité TR 45.5 con la finalidad de desarrollar un estándar de telefonía celular digital con espectro extendido, que fue aprobado finalmente en julio de 1993.
Los sistemas IS-95 dividen el espectro en portadoras de 1,25 MHz (mientras que WCDMA lo hace en una portadora única de 5 MHz). Unos de los aspectos únicos de CDMA es que, a pesar de que existe un número limitado de llamadas telefónicas que pueden ser atendidas por un operador de servicios de telefonía, éste no es un número fijo sino que la capacidad del sistema depende de muchos factores.
Cada dispositivo que utiliza CDMA está programado con un pseudocódigo, que se usa para extender –expandir– una señal de baja potencia sobre un espectro de frecuencia amplio. La estación base utiliza el mismo código en forma invertida (todos los ceros son unos y los unos ceros) para reconstruir la señal original. Todos los otros códigos permanecen extendidos, indistinguibles del ruido de fondo, y de esta manera se consigue una mayor eficiencia en la utilización del espectro radioeléctrico y una mayor seguridad en la comunicación, realizándose, eso sí, un control de potencia, en lugar de un control de frecuencia, ya que esta es única para todos.
Hoy en día existen muchas variantes, pero el CDMA original es conocido como cdmaOne bajo una marca registrada de la empresa estadounidense Qualcomm, que evoluciona hacia cdma2000. A CDMA se le caracteriza por su alta capacidad y celdas de radio pequeñas, que emplea espectro extendido y un esquema de codificación especial; lo mejor de todo es que resulta muy eficiente en potencia.
CDMA fue introducido en 1995 y hoy en día es el segundo sistema digital en número de suscriptores, por detrás de GSM. Hoy está en uso en 50 países con más de 120 redes que dan servicio a unos 120 millones de personas, básicamente en el continente americano, aunque también existen algunas redes en Europa del Este, Oriente Medio y África. WCDMA se está desplegando sobre todo en Europa y en Japón.
Compartición de frecuencia
Ni la técnica FDMA ni TDMA permiten solapamiento en la frecuencia o en el tiempo de la transmisión de las estaciones, algo que se puede hacer con la técnica CDMA, de Acceso Múltiple por División de Código. Tanto en CDMA como en WCDMA no existe división en el tiempo y todos los usuarios utilizan la portadora todo el tiempo, pero el segmento espectral que se le asigna es considerablemente mayor que el utilizado en FDMA o TDMA, y para conseguir que diferentes usuarios puedan ocupar la misma banda, a cada uno de ellos se le asigna un código binario distinto.
Así, el sistema UMTS emplea WCDMA, donde todos los usuarios utilizan la misma frecuencia a la vez para transmitir la información; la diferenciación se realiza por el código, ya que cada usuario utiliza un código diferente, y para identificar la señal procedente de cada uno se realiza una correlación con su código.
(W)CDMA se basa en la expansión del espectro de la señal a trasmitir por medio de secuencias ortogonales. De este modo, la información no se interfiere con ninguna otra, ya que el receptor rechazaría completamente la señal del resto de usuarios, pero en la práctica los códigos no son totalmente ortogonales, por lo que se origina un cierto nivel de interferencia asimilable a ruido. Así, el receptor sólo puede demodular la señal si conoce la secuencia que se ha utilizado en su expansión, siendo para los otros transmisores, los que utilicen la misma
Uno de los puntos más importantes de un sistema móvil es la manera en cómo se accede al medio de comunicación –que es compartido entre todos los usuarios–, un conjunto de técnicas a las que se las conocen como de “acceso múltiple”. Múltiple significa que muchos usuarios pueden estar hablando simultáneamente; es decir, una gran cantidad de abonados a un servicio móvil comparte un conjunto de canales de radio y cualquier usuario puede optar frente a los demás para acceder a cualquiera de los canales disponibles. Un canal de radio puede ser visto como una porción del espectro radioeléctrico, que es asignado temporalmente para un propósito especifico, tal como una llamada telefónica. Una técnica de acceso múltiple define como se divide el espectro de frecuencias en canales y como los canales son asignados a los múltiples usuarios en el sistema.
Las técnicas de acceso múltiple se utilizan en el ambiente de las comunicaciones para que varios dispositivos (ordenadores, teléfonos, emisores, etc.) puedan acceder al medio o canal de comunicación de manera ordenada (tanto vía radio como por cable, por ejemplo en una LAN Ethernet); sin ellas las comunicaciones entre dispositivos serían un caos. Las técnicas de acceso múltiple permiten compartir un mismo canal de comunicación entre varios usuarios.
Básicamente, existen tres tipos de técnicas de acceso: FDMA (Frequency Division Multiple Access),TDMA (Time Division Multiple Access) y CDMA (Code Division Multiple access). La primera generación (1G) de telefonía celular empleó la técnica FDMA, que asigna a cada usuario, en las bandas de 800 y 900 MHz, una frecuencia de 25 y 30 kHz de ancho de banda en el sistema analógico ETAC y AMPS, respectivamente. Como el espectro a utilizar es limitado, solo se puede asignar un número fijo de usuarios, por lo que al incorporarse más usuarios al sistema se empezaron a bloquear los canales.
La segunda generación (2G) se caracteriza por ser digital y emplear la técnica TDMA. Este sistema de acceso múltiple divide cada canal de frecuencia en ranuras de tiempo (time slots) que se asignan a las conversaciones, lo que permite multiplicar el número de usuarios que se pueden conectar al sistema. En Estados Unidos esta técnica es conocida también como IS-54, y fue adoptada en 1991 por la TIA (Telecommunications Industry Association). En Europa y en gran parte del mundo, el sistema más conocido de este tipo es GSM, norma presente en tres de cada cuatro móviles (más de 800 millones de usuarios en todo el mundo a mediados de 2002) y que, con la introducción de WAP para acceso a contenidos de Internet y GPRS para aumentar la velocidad y la eficiencia en la utilización del canal radio, se presenta como la generación intermedia (2.5G).
La tercera técnica, conocida como CDMA (Code Division Multiple Access), asigna códigos a todos los usuarios compartiendo un mismo espectro de frecuencias, lo que incrementa considerablemente el número de ellos por estación base de radio. Una variante de esta técnica es la conocida como WCDMA (Wideband CDMA), utilizada en el sistema UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) de tercera generación, uno de los cinco contemplados dentro de la familia IMT-2000 propuesta por la ITU (International Telecommunications Union).
Características
CDMA es un termino genérico que define una interfaz de aire inalámbrica basada en la tecnología de espectro extendido (Spread Spectrum). Para telefonía celular, CDMA es una técnica de acceso múltiple especificada por la TIA como IS-95. En marzo de 1992, la TIA estableció el subcomité TR 45.5 con la finalidad de desarrollar un estándar de telefonía celular digital con espectro extendido, que fue aprobado finalmente en julio de 1993.
Los sistemas IS-95 dividen el espectro en portadoras de 1,25 MHz (mientras que WCDMA lo hace en una portadora única de 5 MHz). Unos de los aspectos únicos de CDMA es que, a pesar de que existe un número limitado de llamadas telefónicas que pueden ser atendidas por un operador de servicios de telefonía, éste no es un número fijo sino que la capacidad del sistema depende de muchos factores.
Cada dispositivo que utiliza CDMA está programado con un pseudocódigo, que se usa para extender –expandir– una señal de baja potencia sobre un espectro de frecuencia amplio. La estación base utiliza el mismo código en forma invertida (todos los ceros son unos y los unos ceros) para reconstruir la señal original. Todos los otros códigos permanecen extendidos, indistinguibles del ruido de fondo, y de esta manera se consigue una mayor eficiencia en la utilización del espectro radioeléctrico y una mayor seguridad en la comunicación, realizándose, eso sí, un control de potencia, en lugar de un control de frecuencia, ya que esta es única para todos.
Hoy en día existen muchas variantes, pero el CDMA original es conocido como cdmaOne bajo una marca registrada de la empresa estadounidense Qualcomm, que evoluciona hacia cdma2000. A CDMA se le caracteriza por su alta capacidad y celdas de radio pequeñas, que emplea espectro extendido y un esquema de codificación especial; lo mejor de todo es que resulta muy eficiente en potencia.
CDMA fue introducido en 1995 y hoy en día es el segundo sistema digital en número de suscriptores, por detrás de GSM. Hoy está en uso en 50 países con más de 120 redes que dan servicio a unos 120 millones de personas, básicamente en el continente americano, aunque también existen algunas redes en Europa del Este, Oriente Medio y África. WCDMA se está desplegando sobre todo en Europa y en Japón.
Compartición de frecuencia
Ni la técnica FDMA ni TDMA permiten solapamiento en la frecuencia o en el tiempo de la transmisión de las estaciones, algo que se puede hacer con la técnica CDMA, de Acceso Múltiple por División de Código. Tanto en CDMA como en WCDMA no existe división en el tiempo y todos los usuarios utilizan la portadora todo el tiempo, pero el segmento espectral que se le asigna es considerablemente mayor que el utilizado en FDMA o TDMA, y para conseguir que diferentes usuarios puedan ocupar la misma banda, a cada uno de ellos se le asigna un código binario distinto.
Así, el sistema UMTS emplea WCDMA, donde todos los usuarios utilizan la misma frecuencia a la vez para transmitir la información; la diferenciación se realiza por el código, ya que cada usuario utiliza un código diferente, y para identificar la señal procedente de cada uno se realiza una correlación con su código.
(W)CDMA se basa en la expansión del espectro de la señal a trasmitir por medio de secuencias ortogonales. De este modo, la información no se interfiere con ninguna otra, ya que el receptor rechazaría completamente la señal del resto de usuarios, pero en la práctica los códigos no son totalmente ortogonales, por lo que se origina un cierto nivel de interferencia asimilable a ruido. Así, el receptor sólo puede demodular la señal si conoce la secuencia que se ha utilizado en su expansión, siendo para los otros transmisores, los que utilicen la misma
