SISTE

MA DE E

SPECTR

O

EXPANDID

O Y C

DMA

COMUNICACIO

NES MÓVILE

S E IN

ALÁMBRIC

AS

Integrantes:Valeria VelazcoVinicio Montero

SISTEMA DE ESPECTRO EXPANDIDO

El espectro ensanchado (también llamado espectro esparcido, espectro disperso, spread spectrum o SS) es una técnica de modulación empleada en telecomunicaciones para la transmisión de datos digitales y por radiofrecuencia.

El fundamento básico es el "ensanchamiento" de la señal a transmitir a lo largo de una banda muy ancha de frecuencias, mucho más amplia, de hecho, que el ancho de banda mínimo requerido para transmitir la información que se quiere enviar. No se puede decir que las comunicaciones mediante espectro ensanchado son medios eficientes de utilización del ancho de banda. Sin embargo, rinden al máximo cuando se los combina con sistemas existentes que hacen uso de la frecuencia.

SISTEMAS DE ESPECTRO EXPANDIDO1. Sistema de Secuencia Directa( DSSS)

El espectro ensanchado por secuencia directa, también conocido en comunicaciones móviles como DS-CDMA (acceso múltiple por división de código)  en secuencia directa), es uno de los métodos de codificación de canal (previa a la modulación) en espectro ensanchado para transmisión de señales digitales sobre ondas radiofónicas que más se utilizan.

La secuencia directa es quizás uno de los sistemas de espectro ensanchado más ampliamente conocido, utilizado y relativamente sencillo de implementar. Una portadora en banda estrecha se modula mediante una secuencia pseudoaleatoria (es decir, una señal periódica que parece ruido pero que no lo es). Para la secuencia directa, el incremento de ensanchado depende de la tasa de bits de la secuencia pseudoaleatoria por bit de información. En el receptor, la información se recupera al multiplicar la señal con una réplica generada localmente de la secuencia de código.

El estándar IEEE 802.11 ha definido dos tipos de modulación para la técnica de espectro ensanchado por secuencia directa (DSSS):

- Modulación DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying)

- Modulación DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying),

Proporcionan una velocidad de transferencia de 1 y 2 Mbps respectivamente.

Las frecuencias vienen comprendidas entre 2.412 y 2.484GHz.

Comparación de una señal en banda

estrecha con una señal modulada en secuencia directa.

2. Sistema de salto de frecuencia

El espectro ensanchado por salto de frecuencia (FHSS) es una técnica de modulación en espectro ensanchado en el que la señal se emite sobre una serie de radiofrecuencias aparentemente aleatorias, saltando de frecuencia en frecuencia sincrónicamente con el transmisor.

En los sistemas de salto de frecuencia, la frecuencia portadora del transmisor cambia (o salta) abruptamente de acuerdo con una secuencia pseudoaleatoria. El orden de las frecuencias seleccionadas por el transmisor viene dictado por la secuencia de código. El receptor rastrea estos cambios y produce una señal de frecuencia intermedia constante.

Esta técnica también utiliza la zona de los 2.4GHz, la cual organiza en 79 canales con un ancho de banda de 1MHz cada uno

El estándar IEEE 802.11 define la modulación aplicable en este caso. Se utiliza la modulación en frecuencia FSK (Frequency Shift Keying), con una velocidad de 1Mbps ampliable a 2Mbps.

En la revisión del estándar, la 802.11b, esta velocidad también ha aumentado a 11Mbps. La técnica FHSS seria equivalente a una multiplexación en frecuencia

3. Sistemas de salto temporal

Un sistema de salto temporal es un sistema de espectro ensanchado en el que el periodo y el ciclo de trabajo de una portadora se varían de forma pseudo aleatoria bajo el control de una secuencia pseudo aleatoria. El salto temporal se usa a menudo junto con el salto en frecuencia para formar un sistema híbrido de espectro ensanchado mediante acceso múltiple por división de tiempo (TDMA).

 

4. Sistema de Frecuencia modulada Pulsada (Chirping)

Un sistema de frecuencia modulada pulsada o chirping es un sistema de espectro ensanchado en el que la portadora de radiofrecuencia se modula con un periodo fijo y una secuencia de ciclo de trabajo fija. Al principio de cada pulso transmitido, la frecuencia de la portadora se modula en frecuencia, causando un ensanchado adicional de la portadora.

El patrón de la modulación en frecuencia dependerá de la función de ensanchado que se elija. En algunos sistemas, la función de ensanchado es un barrido en frecuencia modulada lineal, barriendo las frecuencias hacia arriba o hacia abajo. La portadora se convierte en analógica.

5. Sistemas híbridos

Los sistemas híbridos usan una combinación de métodos de espectro ensanchado para beneficiarse de las propiedades más ventajosas de los sistemas utilizados. Dos combinaciones comunes son secuencia directa y salto de frecuencia. La ventaja de combinar estos dos métodos está en que adopta las características que no están disponibles en cada método por separado.

GANANCIA DEL PROCESAMIENTO DEL SISTEMA

PG= 10log (Bss /B)Donde Bss es el ancho de banda total que se utilizo en la

transmisión y B es el ancho de banda del espectro de la señal en banda base de la portadora de información.

Todos los tipos de CDMA (Acceso múltiple por división de código) aprovechan la ganancia de procesado que introducen los sistemas de espectro extendido; esta ganancia permite a los receptores discriminar parcialmente las señales indeseadas.

REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA DE ESPECTRO EXPANDIDO DE SECUENCIA

DIRECTA En secuencia directa, cada bit de información debe ser simbolizado

por un gran numero de bits de código llamado chips. La expansión del espectro se mide por la ganancia de proceso Se usan dos etapas de modulación. En la primera, la secuencia de

datos de entrada es modulada con un código de banda ancha. La señal wideband resultante sufre una segunda modulación usando la técnica de corrimiento de fase.

En esta técnica se genera un patrón de bits redundante para cada uno de los bits que componen la señal. Cuanto mayor sea este patrón de bits, mayor será la resistencia de la señal a las interferencias.

El estándar IEEE 802.11 recomienda un tamaño de 11 bits, pero el óptimo es de 100. En recepción es necesario realizar el proceso inverso para obtener la información original

VENTAJAS OPERACIONALES PARA LA MODULACIÓN SS

Resiste todo tipo de interferencias, tanto las no intencionadas como las malintencionadas (más conocidas con el nombre dejamming) , siendo más efectivo con las de banda estrecha.

Tiene la habilidad de eliminar o aliviar el efecto de las interferencias multitrayecto.

Se puede compartir la misma banda de frecuencia con otros usuarios.

Confidencialidad de la información transmitida gracias a los códigos pseudoaleatorios (multiplexación por división de código).

Desventajas

Ineficiencia del ancho de banda.

La implementación de los circuitos es en algunos casos muy compleja.

PSK COHERENTE BINARIA.

• Con la transmisión por desplazamiento de fase binaria (BPSK), son posibles dos fases de salida para una sola frecuencia de portadora. Una fase de salida representa un 1 lógico y la otra un 0 lógico. Conforme la señal digital de entrada cambia de estado, la fase de la portadora de salida se desplaza entre dos ángulos que están 180° fuera de fase. El BPSK es una forma de modulación de onda cuadrada de portadora suprimida de una señal de onda continua.

Hay Dos tipos:Modulación PSKModulación Diferencial de Fase(DPSK)

MODULACIÓN POR DESPLAZAMIENTO DE FASE EN CUADRATURA (QPSK)

Consiste en que el tren de datos a transmitir se divida en pares de bits consecutivos llamados Dibits, codificando cada bit como un cambio de fase con respecto al elemento de señal anterior

La transmisión por desplazamiento de fase cuaternaria (QPSK) o, en cuadratura PSK, como a veces se le llama, es otra forma de modulación digital de modulación angular de amplitud constante. La QPSK es una técnica de codificación M-ario, en donde M=4 (de ahí el nombre de “cuaternaria”, que significa “4”). Con QPSK son posibles cuatro fases de salida, para una sola frecuencia de la portadora. Debido a que hay cuatro fases de salida diferentes, tiene que haber cuatro condiciones de entrada diferentes

Desplazamiento de fase de 4 símbolos, desplazados entre sí 90º. Normalmente se usan como valores de salto de fase 45º, 135º, 225º, y 315º. Cada símbolo aporta 2 bits. Suele dividirse el flujo de cada bit que forman los símbolos como I y Q.

El diagrama de constelación muestra 4 símbolos equiespaciados. La asignación de bits a cada símbolo suele hacerse mediante el código Gray, que consiste en que entre dos símbolos adyacentes los símbolos solo se diferencian en 1 bit. Esto se escoge así para minimizar la tasa de bits erróneos.

• Estos no son los adecuados para comunicaciones de larga distancia debido a que requieren un mayor ancho de banda.

• Una larga secuencia de 0 provoca problemas de sincronización.

• Se puede utilizar AMI para largas distancias si se utiliza la aleatorización, técnica que sustituye una larga secuencia pulsos de nivel cero con una combinación de otros niveles.

• Existen dos técnicas comunes son B8ZS y HDB3.

 

ALEATORIZACIÓN DE BIT

ALEATORIZACIÓN DE BIT

• AMI -B8ZS (con sustitución de 8 ceros).

Introduce cambios artificiales denominados violaciones. Si vienen ocho 0 seguidos, cambia el patrón en base a la polaridad del 1 anterior. Se usa en EE.UU y Japón.

• AMI -HDB3 (Bipolar 3 de Alta Densidad)

Introduce cambios cada vez que encuentra cuatro 0 consecutivos. Se basa en la polaridad del 1 anterior y el número de 1 desde la última sustitución. Se usa en el resto del mundo.

REQUERIMIENTOS DE CÓDIGOS EXPANDIDOS

• Se define a un sistema de espectro expandido aquel que cumple con lo siguientes requerimientos:

• La señal ocupa un ancho de banda mucho mayor que el mínimo ancho de banda necesario para transmitir la información.

• La expansión del espectro se lleva a cabo por medio de una señal de expansión también llamada señal de código la cual es independiente del mensaje.

• En el receptor, para recuperar los datos originales, se debe realizar la correlación entre la señal recibida y una réplica exacta de la señal de código utilizada en el proceso de expansión.

REQUERIMIENTOS DE CÓDIGOS EXPANDIDOS

• La principal ventaja de los sistemas de comunicaciones de espectro expandido es su capacidad para rechazar interferencia. Cuando otro usuario intenta transmitir simultáneamente por el mismo canal, mientras que la interferencia intencional puede ser causada adrede para evitar la comunicación entre dos puntos.

• Esta técnica de espectro expandido fue originalmente desarrollada con fines militares con la intención de crear sistemas de comunicaciones que ofrezcan mayor resistencia a las señales interferentes.

PROPAGACIÓN DE SEÑAL MULTITRAYECTO Y RECEPTOR EN RASTRILLO

• El receptor rastrillo es equivalente al receptor de filtro apareado (matched filter receiver), que se aparea al canal de trayectos múltiples.

• Este receptor es óptimo cuando el deterioro de la señal se debe únicamente a la propagación por trayectos múltiples y al ruido blanco del canal.

• En los sistemas CDMA la propagación multi-trayecto de la señal produce interferencia intersímbolo y co-canal, la cual viene coloreada por la respuesta del canal y la conformación de pulso del filtro de entrada en el receptor.

PROPAGACIÓN DE SEÑAL MULTITRAYECTO Y RECEPTOR EN RASTRILLO

• En los canales donde la dispersión temporal es inferior al intervalo de chip de la secuencia de expansión, las señales de espectro expandido no permiten obtener ganancia de diversidad por efecto multitrayecto.

• En este tipo de canales, la técnica de reducción de resolución puede emplearse en un esquema CDMA.

• Esta técnica consiste en utilizar un receptor rastrillo con espaciamientos menores al de un periodo de chip.

• La reducción de resolución y la presencia del filtro de entrada provoca que el ruido (formado en parte por la interferencia co-canal) no es más blanco y por todo esto el combinador de máxima relación deja de ser óptimo.

CARACTERÍSTICAS DE 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)

DESAFÍOS DE LA CDMA

• En los años 80 la industria desarrolló un nuevo sistema de tecnologías sin hilos digitales llamadas TDMA (acceso múltiple de la división del tiempo) y G/M (sistema global para el móvil).

• TDMA y el G/M utilizaron un protocolo en tiempo repartido para proporcionar tres a cuatro veces más capacidad que sistemas análogos.

• Mientras que TDMA era estandarizado, una solución incluso mejor fue encontrada en CDMA.

DESAFÍOS DE LA CDMA

• Los fundadores de QUALCOMM realizaron que la tecnología de CDMA se podría utilizar en comunicaciones celulares comerciales para hacer incluso un uso mejor del espectro de radio que otras tecnologías.

• Las primeras redes de CDMA fueron lanzadas al comercio en 1995.

• Desde entonces, CDMA se ha convertido en el rapido-crecimiento de todas las tecnologías sin hilos, con sobre 100 millones de suscriptores por todo el mundo.

• Además de apoyar más tráfico, CDMA trae muchas otras ventajas a los portadores y los consumidores, incluyendo una calidad mejor de la voz, una cobertura más amplia y una seguridad más fuerte.

SISTEMA CDMA TIA IS-95

• En  telefonía  celular,  CDMA es una técnica de acceso múltiple digital especificada por la Asociación de Industria de Telecomunicaciones (TIA) como "IS-95.“ aprobado en  julio de 1993.

• Los sistemas IS-95 dividen el espectro radioeléctrico en portadoras de 1.25 MHz de ancho de banda.

• IS-95 (de Interim Standard 95, o "estándar interno 95") es un estándar de telefonía móvil celular basado en tecnología CDMA. También conocido por su denominación comercial cdmaOne, fue desarrollado por la compañía norteamericana Qualcomm.

• IS-95 es un estándar de segunda generación, diseñado para transmitir voz, señalización de llamadas y datos en forma limitada.

SISTEMA CDMA TIA IS-95VENTAJAS

• La capacidad aumenta de 8 a 10 veces respecto al sistema AMPS y de 4 a 5 veces respecto de GSM. 

• Mejor calidad de llamada con sonido más claro. 

• Sistema simplificado que usa la misma frecuencia en cada sector de cada célula.

• Mejora las características de cobertura.

CONTROL DE POTENCIA EN CDMA. TRANSFERENCIAS

• En una celda congestionada, la potencia de los terminales se elevaría creando una interferencia mutua.

• Las transmisiones de alta potencia inundarían las celdas vecinas donde éstas podrían ser tomadas por la radio base adyacente.

• En una celda de poca densidad, la potencia es tan baja que la celda se reduce efectivamente, transmitiendo sin interferencia hacia las celdas vecinas y mejorando el desempeño de las mismas.

• Este tipo de ajuste dinámico en el tamaño de las celdas es imposible en TDMA, pues en esta las celdas adyacentes utilizan diferentes frecuencias.

• Se ha comprobado en diversos estudios que IS-95 es cientos de veces más eficiente en potencia que TDMA

TRANSFERENCIAS.

• La transferencia de celdas handoff de IS-95, método para transferir llamadas entre celdas, reduce inteligentemente el riesgo de interrumpirlas durante una transferencia.

• La transferencia entre celdas es transparente a los usuarios debido a que como, estos utilizan el mismo espectro, es más fácil moverse de una celda a otra sin que el suscriptor lo advierta.

• Una  llamada  CDMA  empieza  con  una  transmisión  a  9600  bits  por  segundo.  Entonces  la  señal es ensachada para ser transmitida a 1.23 megabits por segundo aproximadamente.

• Posteriormente  la  señal  ensanchada  es transmitida  junto  con  el resto de señales generadas por otros usuarios,  usando  el  mismo  ancho  de banda.

• Cuando las señales se reciben, las señales de los distintos usuarios  se   separan haciendo uso de los códigos distintivos y se devuelven las distintas llamadas a unavelocidad de 9600 bps. 

•

SINCRONIZACIÓN• En la  fase  final  del  radioenlace, sentido estación base - móvil

nuestra llamada no se transmite de forma continua.

• Cada  cierto  tiempo  se  conmuta  entre  los distintos usuarios y se transmite parte de su llamada con el pseudo código correspondiente.

• Este proceso se debe repetir continuamente para que un usuario no pierda   la   llamada   al  no  reconocer  su  código  concreto.  Por   ello   las  estaciones  base  deben  estar sincronizadas con una referencia de tiempo común.

• El Sistema del Posicionamiento Global (GPS) usa esta técnica de sincronización. GPS es un satélite basado en un sistema de radionavegación  capaz  de  proporcionar  mediante  medios prácticos  y económicos la posición, velocidad, y tiempo a un número ilimitado de usuarios, de forma continua.