1PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁESCOLA POLITÉCNICACURSO DE ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃOTecnologia CDMACURITIBA2012
2MAURICIO S. FREITASJAZIEL DO CARMO DA SILVATecnologia CDMATrabalho apresentado à disciplina deSistemas de Comunicação com...
3RESUMOA tecnologia CDMA - Acesso múltiplo por divisão de código (em inglês, CodeDivison Multiple Access) é um sistema de ...
4SUMÁRIO1. Introdução........................................................................................................
5ÍNDICE DE FIGURASFigura 1 – Tecnologia CDMA ................................................................................
61. IntroduçãoA tecnologia de transmissão do CDMA pode ser comparada a uma sala com, porexemplo, 6 pessoas onde apenas dua...
7sistema de telefonia analógica foi rapidamente exaurido. Novos sistemas comnovas tecnologias seriam necessários.Segunda G...
8(Estação Rádio Base) e da ERB para o móvel. Cada ligação em andamento porta umcódigo específico, não ocorrendo o uso do m...
9conexão permanente de dados e assim não há necessidade de entrarem no sistema cadavez que desejarem ter acesso a serviços...
10implementados diretamente sobre as redes 2G existentes. Como resultado, um sistema2,5G não é uma rede comutada a pacotes...
11Figura 1: Tecnologia CDMA (Fonte: How Stuff Works)4. A Codificação CDMATipos de códigos CDMA1. Códigos ou funções de Wal...
12Figura 5: Código Walsh (Fonte: http://paginas.fe.up.pt)Figura 2: Código Walsh (Fonte: http://paginas.fe.up.pt)
135. Capacidade do CanalA figura a seguir traduz uma situação de carregamento de um canal de RF doCDMA.Figura 3: Canal de ...
146. Arquitetura de Transmissão de VozFigura 4: Arquitetura de Transmissão CDMA (Fonte: www.teleco.com)Ø Mobile Station (M...
15Ø Home Location Register (HLR).Ou Registro de Assinantes Locais é a base de dados que contém informaçõessobre os assinan...
16Protocolos:Ø BSC => Base Station Controler;Ø MSC => Mobile Switching Center ;Ø PDSN => Packet Data Serving Node;Ø BTS =>...
17How Stuff Works – Tecnologia 2G.Disponível em: www.howstuffworks.com ; acesso em: 08/06/2012.
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  1. 1. 1PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁESCOLA POLITÉCNICACURSO DE ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃOTecnologia CDMACURITIBA2012
  2. 2. 2MAURICIO S. FREITASJAZIEL DO CARMO DA SILVATecnologia CDMATrabalho apresentado à disciplina deSistemas de Comunicação como parte doprocesso avaliativo do 7º período do cursode Engenharia da Computação da PontifíciaUniversidade Católica do Paraná - CampusCuritiba.Professora: Maria te VaarwerkCURITIBA2012
  3. 3. 3RESUMOA tecnologia CDMA - Acesso múltiplo por divisão de código (em inglês, CodeDivison Multiple Access) é um sistema de múltiplo acesso, baseado no uso de técnicasde espalhamento espectral (spread spectrum) em banda larga, permitindo a separação desinais que são coincidentes em tempo e frequência. Todos os sinais compartilham omesmo espectro de frequência.A energia do sinal de cada estação móvel é codificado e espalhado por toda alargura de banda, através de um código específico para cada usuário, aparecendo como‘ruído’ em banda larga para todos os outros usuários.A identificação e demodulação de um sinal individual ocorrem no receptor,quando é aplicado uma réplica do código utilizado para o espalhamento de cada sinal natransmissão. Este processo aumenta (recupera) o sinal de interesse, enquanto descartatodos os outros sinais (de outros usuários) como sendo interferência em banda larga.
  4. 4. 4SUMÁRIO1. Introdução............................................................................................................... 72. Histórico e Evolução dos Celulares ....................................................................... 73. A Tecnologia CDMA............................................................................................. 104. A Codificação CDMA .......................................................................................... 115. Capacidade do Canal ............................................................................................ 136. Arquitetura de Transmissão de Voz..................................................................... 147. Evolução da Tecnologia CDMA ........................................................................... 158. Arquitetura de Transmissão de Dados................................................................ 159. Referências Bibliográficas ................................................................................... 15
  5. 5. 5ÍNDICE DE FIGURASFigura 1 – Tecnologia CDMA ................................................................................... 11Figura 2 - Código Walsh............................................................................................ 12Figura 3 - Canal de RF do CDMA ............................................................................. 13Figura 4 - Arquitetura de Transmissão de Voz. .......................................................... 14Figura 5 - Tabela de Evolução do CDMA ................................................................. 14Figura 6 - Transmissão de dados no CDMA .............................................................. 15
  6. 6. 61. IntroduçãoA tecnologia de transmissão do CDMA pode ser comparada a uma sala com, porexemplo, 6 pessoas onde apenas duas falam o mesmo idioma e as outras um idiomadiferente. Se todas falarem ao mesmo tempo as 2 pessoas que falam o mesmo idiomapoderão se comunicar uma vez que o ouvido vai selecionar apenas o idioma que éconhecido e desprezar as demais comunicações como se fosse ruído.O ruído na comunicação tende a aumentar quanto maior for a quantidade declientes disputando a mesma largura de banda. Sendo assim é preciso fazer um controlede tráfego para evitar o overload (sobrecarga).2. Histórico e Evolução dos CelularesA Telefonia móvel teve inicio no final dos anos 70.Primeira Geração - 1GCom a primeira geração o serviço móvel passou a funcionar através da divisãode uma cidade ou região em pequenas áreas geográficas denominadas células, origemdo nome “celular”. Cada uma dessas células é servida pelo seu próprio conjunto derádios transmissores e receptores de baixa potência. Quando a chamada de um celularalcança uma torre de transmissão e recepção, a mesma é transferida para o sistema detelefonia fixa regular.Cada célula possui diversos canais com o objetivo de prover serviços paramuitos usuários simultaneamente. À medida em que um usuário se movimenta na áreade cobertura, o sinal do seu telefone celular passa automaticamente de uma célula paraoutra, sem sofrer interrupções, técnica chamada de handoff. O primeiro sistematelefônico celular ficou conhecido pela sigla AMPS.AMPS (Advanced Mobile Phone Service):A tecnologia AMPS entrou em operação comercial no início no ano de 1983. Nestetipo de rede, um circuito de voz é alocado permanentemente enquanto dura a chamada,ou seja, trata-se de um serviço orientado a conexão, que só permite transmissão de voz.O AMPS opera na faixa dos 800MHz e ainda é utilizado no Brasil por operadoras debanda A com 13 mil terminais ativos. Porém, com a demanda de novos usuários, o
  7. 7. 7sistema de telefonia analógica foi rapidamente exaurido. Novos sistemas comnovas tecnologias seriam necessários.Segunda Geração - 2GO sistema analógico havia atingido o limite de sua capacidade. A necessidade desistemas digitais com maior capacidade dá início às tecnologias da segunda geração,apresentando diversas vantagens sobre os analógicos: codificação digital de voz maispoderosas, maior eficiência espectral, melhor qualidade de voz, facilidade acomunicação de dados e a criptografia.O sinal, que agora é digital, é ainda transportado sobre rede com tecnologiaComutada a circuito, assim como no 1G. A primeira tecnologia 2G implantada o Brasilfoi a TDMA, logo em seguida a CDMA. Entretanto, dois grandes grupos evolutivosse formam, o CDMA e o GSM.TDMA (Time Division Multiple Access)Essa tecnologia de sistema de celular digital opera em 800MHz. Os canais defrequência são divididos em até 6 intervalos de tempo diferentes e cada usuário usa umespaço específico, para impedir problemas de interferências. Cada portadoraTDMA (AMPS) possui a largura de 30KHz.Aproximadamente 4,5 milhões de pessoas ainda utilizam celulares TDMA noBrasil, mas a médio prazo essa tecnologia deverá ser extinta comercialmente, pois aoperadoras que ainda a usam, já migraram para o padrão GSM ou CDMA.CDMA (Code Division Multiple Access):A proposta do CDMA, ao contrário das utilizadas até então, defendia a técnicade espalhamento espectral (spread spectrum), na qual, para um determinado canal, seriausada toda a largura de banda disponível (1,23MHz), muitas vezes maior doque necessária, a princípio, para a transmissão de um único sinal. O que parece ser umadesvantagem, se torna uma vantagem poderosa, quando se consideram as condições emque esse canal de banda larga é utilizado.Como diversos assinantes podem utilizar exatamente a mesma banda eao mesmo tempo, a diferenciação entre cada assinante no sistema CDMA éfeita por códigos especiais associados a cada transmissão, do móvel para a ERB
  8. 8. 8(Estação Rádio Base) e da ERB para o móvel. Cada ligação em andamento porta umcódigo específico, não ocorrendo o uso do mesmo código para ligações diferentes.Esse código permite a separação eficiente entre todas as chamadas que estãoutilizando a mesma banda. A capacidade máxima alcançada depende, entreoutros fatores, principalmente do controle de potência de cada chamada edos sinais interferentes. Quanto menor a potência, maior é a capacidade (número dechamadas simultâneas) do sistema. Essa tecnologia opera nas freqüências de 800 e1900MHz e compete diretamente com a GSM. No Brasil, a única operadora que adotaessa tecnologia é a Vivo, sendo responsável por 19,3 milhões de acessos.GSM (Global System for Mobile Communication)Desenvolvida na Europa e adotada em boa parte do mundo, diferencia-se dasoutras tecnologias pelo uso de cartões de memória "SIM Cards" nos aparelhos, o quepossibilita levar as características do assinante para outro aparelho ou rede GSM. OGSM opera nas faixas de 850, 900, 1800 e 1900MHz.Utiliza uma combinação das técnicas de acesso FDMA e TDMA onde umaportadora de Rádio Frequência do GSM (denominada ARFCN) possui largura de bandade 200kHz que, por meio da técnica TDMA, é subdividida e oito intervalos detempo. Até 8 conversações simultâneas compartilham uma única portadora ou canalde 2 x 200kHz. No Brasil é a tecnologia líder de mercado, responsável por mais de 100milhões de acessos e ainda em expansão.Entre Segunda e Terceira Geração - 2,5GO grande advento que o 2,5G trouxe foi uma técnica avançada de modulação(comparado ao 2G), permitindo a comutação por pacotes ao invés de circuitos, a mesmatécnica de transmissão adotada pelo IP da arquitetura TCP/IP.GPRS (General Packet Radio Service)O Padrão de Transmissão de Rádio por Pacote (GPRS) é a evolução datecnologia GSM em 2,5G. Essa tecnologia oferece velocidades máximas de dados de115kbps e um throughput (taxa de transferência) médio de 30 a 40kbps. Os dados sãodivididos em pacotes para transmissão, o que favorece os usuários pois provê uma
  9. 9. 9conexão permanente de dados e assim não há necessidade de entrarem no sistema cadavez que desejarem ter acesso a serviços de dados.Outra vantagem é que os usuários só pagam pelos dados e não pagam pelotempo de permanência no ar em que se faz a conexão e nem pelo tempo decarregamento. É o GPRS que permite a conexão da maior parte dos smartphones ecelulares à nternet. Atualmente, o GPRS é o padrão que oferece a maior coberturamóvel para aparelhos de mão com acesso à internet.EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution)A classificação da EDGE como como uma tecnologia 2,5 ou 3G ébastante controversa. A EDGE é uma tecnologia de transmissão de dados e acesso àInternet de alta velocidade, que transmite dados em até 384kbps, na prática, e taxamédia entre 110 e 120kbps.As taxas médias são rápidas o suficiente para permitir serviços de dadosavançados, como streaming de áudio e vídeo, acesso rápido à Internet e download dearquivos pesados. A EDGE também suporta serviços "push-to-talk".Essa tecnologia também é chamada de GPRS ampliada (E-GPRS; de EnhancedGPRS), pois aumenta em três ou quatro vezes a capacidade e o throughput de dados datecnologia antecessora, a GPRS. A EDGE também é um serviço baseado em pacotesque oferece aos clientes uma conexão permanente para transmissão de dados.CDMA-2000 1x ou 1xRTT (1xRadio Transmission Technology):É a evolução do cdmaOne, muitos o consideram como tecnologia de 2,75G ou3G, segundo o padrão da ITU-T, por possuir taxas de transmissão superiores a144Kbps. De qualquer forma, o CDMA2000 1X abriu mercado para as altas taxas develocidade de dados hoje disponíveis em todo o mundo e que oferecem aosconsumidores e profissionais total conectividade sem fio. Sua velocidade teórica é de153,6Kbps.A nomenclatura CDMA contida na sigla diz respeito apenas à técnica demodulação usada na interface aérea de sistemas celulares e não quer dizer que sejamtotalmente compatíveis entre si. Na maioria dos casos, os sistemas 2,5G são
  10. 10. 10implementados diretamente sobre as redes 2G existentes. Como resultado, um sistema2,5G não é uma rede comutada a pacotes “pura”.Na verdade, pacotes de dados são transmitidos sobre redes de circuitoscomutados. Redes wireless comutadas puras a pacotes só serão mesmo disponibilizadascom o advento da geração 3G.3. A Tecnologia CDMAA tecnologia CDMA tem uma abordagem totalmente diferente em relação àTDMA. A CDMA, após digitalizar os dados, os espalha ao longo de toda a largura debanda disponível.Chamadas múltiplas são sobrepostas umas sobre as outras no canal, cada umadesignada por um código seqüencial exclusivo. CDMA é uma forma de espalhamentoespectral, o que significa que os dados são enviados em pequenos pedaços ao longo dediversas freqüências diferentes disponíveis para uso, a qualquer momento, na faixaespecificada.Todos os usuários transmitem na mesma faixa do espectro de banda larga. Osinal de cada usuário é espalhado por toda a largura da banda por meio de um código deespalhamento exclusivo. No receptor, esse mesmo código exclusivo é usado pararecuperar o sinal. Como os sistemas CDMA necessitam de um registro de tempo exatoem cada pedaço de sinal, eles consultam o sistema GPS para obter essa informação.Entre oito e 10 chamadas independentes podem ser suportadas no mesmo espaço decanal como uma única chamada AMPS analógica.A tecnologia CDMA é a base para o Padrão Ínterim 95 (IS-95) e opera emambas as bandas de frequência de 800 MHz e 1.900 MHz. Teoricamente TDMA eCDMA são interferentes uma com a outra. Na prática, sinais CDMA de alta potênciaelevam o patamar de ruído para os receptores TDMA, e os sinais TDMA de altapotência podem causar sobrecarga e embaralhamento dos receptores CDMA.
  11. 11. 11Figura 1: Tecnologia CDMA (Fonte: How Stuff Works)4. A Codificação CDMATipos de códigos CDMA1. Códigos ou funções de Walsh: Os 64 códigos de Walsh da IS-95 são designadosda seguinte forma :• W0 – Canal Piloto• W32 – Canal de Sync• W1 – W7 – Canais de Paging• Restante – Canais de Tráfego2. PN Longo: Conjunto de 4,398 x 1012 códigos diferentes, gerados por umregistrador de deslocamento de 42 bits.3. PN Curto: Conjunto de 32.767 códigos diferentes, gerados por um registrador dedeslocamento de 15 bits.
  12. 12. 12Figura 5: Código Walsh (Fonte: http://paginas.fe.up.pt)Figura 2: Código Walsh (Fonte: http://paginas.fe.up.pt)
  13. 13. 135. Capacidade do CanalA figura a seguir traduz uma situação de carregamento de um canal de RF doCDMA.Figura 3: Canal de RF do CDMA (Fonte: www.teleco.com)Quanto mais usuários utilizam o canal maior o ruído, aumentando a interferênciapara os canais que utilizam mesma banda até um limiar quando não é mais possíveldecodificar os canais.Esta interferência também é tanto maior, quanto maior for a potência individualde cada canal transmitido naquela banda.Este comportamento motivou o desenvolvimento de um sofisticado mecanismode controle de potência nos terminais e ERBs de um sistema CDMA. Este controle depotência leva também à expansão e à contração do raio de uma célula CDMA conformeo seu carregamento com tráfego.A setorização de células é usada para reduzir a interferência, uma vez que cadasetor utiliza antenas direcionais e não interfere nos demais setores da célula.Um dos fatores que contribui para a grande capacidade alcançada por sistemasCDMA é a possibilidade de utilização de reuso de 1, ou seja, a mesma frequência deportadora é reutilizada em todas as células.A eficiência de utilização do espectro, ou capacidade de um sistema CDMA (IS-95), é maior que os demais sistemas existentes AMPS, TDMA (IS-136) e GSM.
  14. 14. 146. Arquitetura de Transmissão de VozFigura 4: Arquitetura de Transmissão CDMA (Fonte: www.teleco.com)Ø Mobile Station (MS)Estação Móvel é o terminal utilizado pelo assinante. A estação móvel é identificadapor um MIN (Mobile Identification Number). O equipamento dispõe ainda de umnúmero de série eletrônico(ESN.)Ø Estação Rádio Base (ERB).Equipamento encarregado da comunicação com as estações móveis em umadeterminada área que constitui uma célula.Ø Base Station Controller (BSC)Controla um grupo de ERBs. Em alguns sistemas CDMA as funções do BSC sãoimplementadas na CCC.Ø Central de Comutação e Controle (CCC)É a central responsável pelas funções de comutação e sinalização para as estaçõesmóveis localizadas em uma área geográfica designada como a área da CCC.
  15. 15. 15Ø Home Location Register (HLR).Ou Registro de Assinantes Locais é a base de dados que contém informaçõessobre os assinantes de um sistema celular.Ø Visitor Location Register (VLR)Ou Registro de Assinantes Visitantes é a base de dados que contém informaçõessobre os assinantes em visita (roaming) a um sistema celular.7. Evolução da Tecnologia CDMAFigura 5: Tabela de Evolução do CDMA (Fonte: www.teleco.com)8. Arquitetura de Transmissão de DadosFigura 6: Transmissão de dados no CDMA (Fonte:
  16. 16. 16Protocolos:Ø BSC => Base Station Controler;Ø MSC => Mobile Switching Center ;Ø PDSN => Packet Data Serving Node;Ø BTS => Base Station;Ø AAA Server (3A) => Autorization Autentication Account Server ;Ø DNS Server => Domain Name Server ;Ø SNMP Server => Simple Network Menager Protocol ;Ø DHCP Server => Dynamic Host Configuration Protocol.Um usuário de dados HSPD ativo, possui um canal de sinalização e tráfego,chamado de canal fundamental (FCH) trabalhando a uma taxa de 9,6 kbps (ou 14,4kbps). No caso da necessidade de banda adicional, o próprio handset CDMA2000 iránegociar a alocação de mais banda para aquela sessão naquele instante. Esta bandaadicional solicitada poderá (ou não) ser atribuída.Caso seja atribuída, um canal suplementar (SCH) será alocado para aquelasessão. Existem vários fatores usados no algoritmo de agendamento quando da escolhada taxa de transmissão e da duração da designação do canal SCH no link direto (F-SCH).Quando finaliza o download ou upload, o usuário pode entrar no modo‘Thinking‘ antes de iniciar uma nova transação. O ‘thinking-time’ é uma variávelaleatória com uma determinada distribuição. Durante este período, o temporizador éiniciado e o canal FCH e outros recursos são mantidos para este terminal, até que otemporizador termine a contagem.9. Referências BibliográficasSites:Anatel – Tecnologia CDMA.Disponível em: www.anatel.gov.br ; acesso em: 08/06/2012.Teleco – Tutorial CDMA.Disponível em: www.teleco.com.br ; acesso em: 08/06/2012.
  17. 17. 17How Stuff Works – Tecnologia 2G.Disponível em: www.howstuffworks.com ; acesso em: 08/06/2012.

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