Instituto Nacional de Telecomunicações
Introdução aos Sistemas
Celulares TDMA e CDMA
Prof. Dayani Adionel Guimarães
[email protected]
http://www.inatel.br/docentes/dayani/index.html
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Instituto Nacional de Telecomunicações
Conteúdo: Parte 1 - Princípios básicos de telefonia
celular, fundamentos de projeto de sistemas celulares.
Parte 2 - Padrões para sistemas celulares EIA/TIA-553
(FDMA), EIA/TIA-136 (TDMA) e EIA/TIA-95B
(CDMA).
Duração do mini-curso: 20 horas.
Público: alunos do 7º período do INATEL
Data: 13 & 14/05/2000.
Procedimentos: aulas expositivas, com aplicação
exercícios de fixação.
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Objetivo do curso
Oferecer aos participantes uma abordagem
básica dos principais conceitos e elementos
de rede dos sistemas celulares, bem como
uma visão geral dos padrões TDMA e
CDMA empregados nesses sistemas.
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Parte 1
Princípios básicos de telefonia celular,
fundamentos de projeto de sistemas
celulares
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Sistema
Celular
- Conceitos
Sistema
Celular
- Conceitos
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Componentes básicos:
Central de Comutação e Controle
Estação Rádio Base
Terminal Móvel
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Sistema Celular - Conceitos
Sistemas antigos - grande área de cobertura com estações rádio
base de alta potência; hoje - cobertura por células menores.
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Reuso de Freqüências
Um grupo de canais utilizado em
uma célula pode ser reutilizado
nas células co-canais se
estas se encontram a
uma distância tal que a
relação portadorainterferência no sistema seja
superior à mínima
necessária para uma
qualidade aceitável do
serviço. Para o caso de
telefonia, essa qualidade é
determinada por pesquisa de
opinião.
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Reuso de freqüências
• Um dos principais conceitos em sistemas celulares.
• Usuários em diferentes áreas geográficas podem
simultaneamente utilizar as mesmas freqüências.
• Aumenta de forma considerável a eficiência
espectral do sistema e, por conseqüência, a sua
capacidade (nº de usuários).
• Causa interferência co-canal (compromisso de
qualidade do link x capacidade de usuários).
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Cluster x Reuso de freqüências
• Cluster: conjunto das N
células que utilizam um
conjunto de freqüências
disponíveis. No desenho
N = 7.
• Células adjacentes utilizam diferentes
conjuntos de freqüências.
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Sistemas celulares: ruído x interferências
• A capacidade dos sistemas celulares é essencialmente
limitada pelas interferências, não pelo ruído.
• Por análise geométrica do lay-out exagonal, um cluster
somente pode ter N = i2 + ij + j2 = 1, 3, 4, 7, 12, etc. células
igualmente espaçadas de suas co-células, onde i e j são
inteiros positivos.
• Em telefonia celular escolhe-se N para uma dada qualidade
aceitável do link nos limites das células.
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Interferências
• O reuso de freqüências faz com que em uma dada área de
cobertura existam várias células que utilizam o mesmo
conjunto de freqüências. Estas células são chamadas de cocélulas e a interferência entre sinais dessas células é
denominada de Interferência Co-canal
• A interferência resultante de sinais adjacentes em
freqüência ao sinal desejado é chamada Interferência de
Canal Adjacente
• Ambas limitam a capacidade do sistema
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Reuso
freqüências
Reuso
dedefreqüências
• Parâmetro D/R - Cochannel Reuse Ratio (CRR) ou
Cochannel Inteference Reduction Factor (CIRF). D é
distância centro a centro entre células cocanais e R é o
raio das células em um padrão de reuso qualquer
• D/R é determinado em função do limite de
interferência permitido para uma dada qualidade do
serviço. Por exemplo, no sistema AMPS e padrão de
reuso = 7 , D/R = 4.6 para uma C/I > 18dB em 90% da
área de cobertura
• D/R = (3N)1/2, onde N é o número de células por cluster
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Estratégias de Alocação de Canal
•
Na alocação fixa, a cada célula é alocado um conjunto pré determinado de canais
de voz. Se todos os canais da célula estiverem ocupados a chamada é bloqueada.
Variação: estratégia de empréstimo - a célula empresta canais de uma célula
vizinha se todos os seus canais se encontram ocupados. A CCC supervisiona o
processo e assegura que ele não interfira em nenhuma das chamadas em
andamento na célula fornecedora.
•
Na alocação dinâmica todos os canais estão disponíveis a todos os usuários. A
CCC aloca um canal à célula requisitante seguindo um algoritmo que leva em
conta: probabilidade de bloqueio futura dentro da célula, freqüência de utilização
do canal candidato, a distância de reuso do canal, entre outros fatores. A alocação
dinâmica de canais reduz a probabilidade de bloqueio, o que aumenta a capacidade
de tráfego do sistema.
•
Na alocação híbrida um determinado número de canais é destinado à alocação fixa
e outro número (menor) é disponibilizado para alocação dinâmica.
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Estratégias de Alocação de Canal
• Exemplo de alocação fixa para o sistema AMPS: Cada conjunto de
395 canais de voz é dividido em 21 subconjuntos com 19 canais
cada.
• Num cluster de 7 células, cada célula utiliza 3 subconjuntos de
forma que a separação mínima entre canais seja de 7 bandas de
um canal - redução de interferência de canal adjacente.
• Como mostrado na tabela a seguir, cada célula utiliza canais dos
subconjuntos iA, iB e iC, i = 1, 2, ..., 7.
• O número máximo de canais de voz por célula é de 57 (podem
existir mais, mas nessa situação pode haver aumento excessivo de
interferência de canal adjacente, pois a regra de distribuição acima
mencionada será quebrada.
• Cada célula terá de 1 a 3 canais de controle.
•
.
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Estratégias de Alocação de Canal
Exemplo de alocação fixa para o sistema AMPS, banda A.
1A
2A
3A
4A
5A
6A
7A
1B
2B
3B
4B
5B
6B
7B
1C
2C
3C
4C
5C
6C
7C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100 101 102 103 104 105
106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126
127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147
148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168
169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189
190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210
211 212
213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231
232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252
253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273
274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294
295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312
313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333
667 668 669
670 671 672 673 674 675 676 677 678 679 680 681 682 683 684 685 686 687 688 689 690
691 692 693 694 695 696 697 698 699 700 701 702 703 704 705 706 707 708 709 710 711
712 713 714 715 716
991 992
993 994 995 996 997 998 999 1000 1001 1002
1003 1004 1005 1006 1007 1008 1009 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 1017 1018 1019 1020 1021 1022 1023
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O tamanho das células diminui com o
crescimento do sistema
Grandes
células para
áreas rurais
Pequenas
células
para áreas
urbanas
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O tamanho das células diminui com o
crescimento do sistema
Sistema macro-celular: 1 - 30Km
Sistema micro-celular: 200 - 2000m
Sistema pico-celular: 4 - 200m
O efeito de decrescer o tamanho das células:
• Aumento da capacidade de usuários;
• Aumento do número de handoffs por chamada;
• Menor consumo de potência no terminal móvel (maior
tempo de conversação, operação mais segura);
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O tamanho das células diminui com o
crescimento do sistema
O efeito de decrescer o tamanho das células:
• Diferentes ambientes de propagação e menores
espalhamentos temporais;
• Diferentes lay-outs das células: Menor expoente
de perdas no percurso, maiores interferências;
células tendem a seguir o perfil dos quarteirões;
sistema mais difícil de planejar.
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Handoff
• Quando um
terminal móvel se
movimenta através
de células
diferentes, enquanto
uma conversação
está sendo
realizada, a
chamada é
automaticamente
transferida para um
novo canal
pertencente à nova
estação rádio base
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Estratégias de Handoff
Deve-se especificar um nível ótimo de sinal a partir do qual se inicia o
processo de handoff. Esse limiar de handoff é definido como um valor
ligeiramente superior ao nível de sinal suficiente a uma qualidade de voz
aceitável na estação rádio base (normalmente entre –90dBm e –100dBm). A
diferença, dada por ∆ = Prhandoff - Prmínima , não pode ser nem muito grande e
nem muito pequena. Se ∆ for muito grande, handoffs desnecessários podem
ocorrer; se muito pequeno, pode não haver tempo suficiente para que o
processo se complete antes que a chamada seja perdida por causa de uma
baixa intensidade do sinal. Nos sistemas celulares de primeira geração o
intervalo típico de tempo para se ter o handoff concluído, tendo o nível do
sinal caído abaixo do limiar de handoff, é de aproximadamente 10 segundos.
Isto requer que o valor de ∆ seja da ordem de 6 a 12dB. Nos novos sistemas
digitais, como o GSM, por exemplo, além do processo ser precedido por uma
decisão de sua necessidade, tendo-se iniciado, leva em torno de 1 a 2
segundos. Consequentemente ∆ possui valores típicos entre 0 e 6dB. O valor
de ∆ pode ser programado na CCC (ou remotamente) para todas as ERBs.
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Estratégias de Handoff
Nos sistemas celulares analógicos da primeira geração, as medidas de
intensidade do sinal são feitas pelas Estações Rádio Base e supervisionadas
pela CCC. Cada Estação Rádio Base monitora constantemente a intensidade
do sinal em todos os canais reversos de voz de forma a determinar a posição
relativa de cada usuário móvel em relação à torre da Estação Rádio Base.
Além dessa medida, um receptor à parte em cada Estação Rádio Base,
denominado receptor localizador, é utilizado para monitorar a intensidade do
sinal dos usuários móveis que estiverem em células vizinhas. O receptor
localizador é controlado pela CCC à qual a informação de intensidade do sinal
é enviada com o objetivo de se decidir se um processo de handoff será ou não
necessário.
Nos sistemas digitais de segunda geração com tecnologia TDMA, as decisões
de handoff são assistidas pelos terminais móveis. No Handoff Assistido pelo
Móvel cada terminal de usuário mede a potência recebida pelas ERBs vizinhas
e a taxa de erro de bit média e reporta essas medias à ERB servidora. A CCC
se utiliza dessas informações para o processamento de handoff.
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Priorização de Handoffs
Muitas estratégias priorizam as requisições de handoff sobre as
requisições de inicialização de chamada. Um dos métodos é
conhecido como método do canal de guarda, no qual uma
fração do número total de canais do sistema é reservada para as
requisições de handoff de chamadas “entrantes” de outros
sistemas. Desvantagem: redução da capacidade de tráfego
(menos canais serão dedicados a chamadas sendo originadas
dentro do próprio sistema). Vantagem: Do ponto de vista do
usuário, ter sua chamada em curso repentinamente bloqueada é
mais aborrecedor que obter um sinal de ocupado quando da
tentativa de se completar uma chamada.
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Enfileiramento de Handoffs
A colocação das requisições de handoff em filas de
espera é um outro método utilizado para reduzir a
probabilidade de bloqueio de uma chamada. Esse
enfileiramento de handoffs é possível, pois existe um
intervalo de tempo finito entre o instante em que o
nível do sinal cai abaixo do limiar de handoff e o
instante em que a chamada é terminada forçosamente
devido a um nível insuficiente do sinal.
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Considerações práticas sobre o Handoff
Em sistemas celulares reais, vários problemas surgem quando
da tentativa de atender a várias velocidades dos terminais
móveis. Veículos em alta velocidade podem passar pela área de
cobertura de uma célula em poucos segundos, enquanto
usuários pedestres podem nunca necessitar de um handoff
durante uma chamada. Através da utilização de antenas com
diferentes alturas e diferentes níveis de potência é possível se
obter “grandes” e “pequenas” células co-localizadas. Esta
técnica é chamada de técnica da célula guarda-chuva e é
utilizada para fornecer grandes áreas de cobertura a usuários
que trafegam em alta velocidade e áreas menores para aqueles
que se movimentam a baixas velocidades.
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Considerações práticas sobre o Handoff
• Para
aumentar
a
capacidade, micro-células
podem ser usadas para
complementar
macrocélulas numa configuração
onde as células maiores
dão suporte a usuários de
maior mobilidade e as
menores a usuários de
menor mobilidade.
• Tipicamente o espectro é
subdividido em uma parte
para a macro-célula e outra
para a micro-célula.
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Considerações práticas sobre o Handoff
Um problema comum em configurações onde existem
microcélulas é conhecido como arrastamento de célula. Esse
fenômeno resulta de usuários pedestres que fornecem sinais de
alta intensidade à ERB. Tal situação ocorre em ambientes
urbanos quando há linha de visada entre o usuário e a ERB.
Conforme o usuário vai se distanciando da ERB a uma
velocidade muito baixa, a intensidade média do sinal não cai
rapidamente. Mesmo tendo excedido os limites de sua célula o
nível de sinal na ERB pode estar acima do limiar de handoff e
assim este pode não ocorrer. Isto cria um grande problema de
interferência e de tráfego, pois o usuário terá invadido a área
da célula vizinha. Para resolver o problema do arrastamento de
célula, os limiares de handoffs e parâmetros de cobertura
devem ser ajustados cuidadosamente.
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AspectosdedeTráfego
Tráfego
Aspectos
• Define-se Tráfego Oferecido [erlangs] como a relação
entre a taxa de chegada e a taxa deantendimentode
chamadas
• A = Q.Tmédio/Tobs = Número de chamadas em um intervalo
de tempo de observação x Duração média das chamadas /
Tempo de observação
• A probabilidade de Bloqueio (também conhecidapor GOS
- Grade of Service) define a probabilidade de uma
chamada gerada ser perdida (bloqueada)
• A relação entre tráfego, número de canais e probabilidade
de bloqueio é calculada pela fórmula ERLANG-B
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Aspectos
de
Tráfego
Aspectos de Tráfego
• A fórmula ERLANG-B tem resultados que relacionam
tráfego, número de canais e probabilidade de bloqueio
normalmente apresentados em tabelas ou gráficos como o
da transparência seguinte.
Pr[ Bloqueio] =
AC
C!
C
k
A
∑
k =0
k!
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15
20
Aspectos
Tráfego
Aspectos
dedeTráfego
25
Número de Canais
30
35
40
45
Intensidade de Tráfego em Erlangs
50
60
70
80
90
100
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Aspectos de Tráfego
Número de
canais, C
1%
Capacidade em Erlangs para GS =
0.5%
0.2%
0.1%
2
0.153
0.105
0.065
0.046
4
0.869
0.701
0.535
0.439
5
1.36
1.13
0.9
0.762
10
4.46
3.96
3.43
3.09
20
12
11.1
10.1
9.41
24
15.3
14.2
13
12.2
40
29
27.3
25.7
24.5
70
100
56.1
84.1
53.7
80.9
51
77.4
49.2
75.2
Tabela II.5 – Capacidade de alguns sistemas com a fórmula Erlang B
30
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Aspectosde
de Tráfego
Tráfego
Aspectos
• A necessidade: Dado um tráfego esperado e as
limitações de interferência, a região em análise é
dividida em células. Através de uma probabilidade de
bloqueio de chamadas aceitável determina-se o número
de canais por célula
• O problema: Devido à mobilidade dos usuários, Handoffs e Roamings estão sempre ocorrendo tornando o
tráfego instável, não permitindo a utilização isolada da
conhecida fórmula (ou tabela) Erlang-B
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Aspectos de Tráfego
Aspectos de Tráfego
D/R relaciona C/I com Tráfego. Quanto maiorC/I, maior
D/R (mais células por Clusters), menores capacidades de
tráfego por célula. A tabela ilustra o que foi dito e sugere
uma solução de compromisso entre qualidade e tráfego
Fator de
reuso
D/R
Canais /
Célula
1
1.73
360
3
3.00
120
4
3.46
90
7
4.58
51
12
6.00
30
Capacidade
de tráfego
Qualidade
de serviço
Alta
Baixa
Baixa
Alta
32
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Eficiência espectral
A largura de faixa total para a rede celular, B , é
igual ao produto da largura de faixa ocupada por
canal, BC , pelo número de canais por estação rádio
base rádio base, M , e pelo tamanho do cluster, N. A
eficiência espectral, EE , pode ser definida pela
quantidade de tráfego por célula, A , em Erlangs,
dividida por B e pela área de uma célula, S.
A
EE =
[Erlang / MHz / Km2 ]
BC ⋅ M ⋅ N ⋅ S
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Eficiência espectral
• Observa-se que a eficiência espectral decresce com o
tamanho do cluster N.
• O desempenho do sistema, medido através de alguma
autage probability ou taxa de erro de bit por usuário,
melhora com o aumento da distância de reuso, ou seja,
melhora com o aumento de N.
• Conclusão: Atingir alto desempenho do sistema e, ao
mesmo tempo, um eficiente uso do espectro são
objetivos conflitantes para o projetista da rede.
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Aumentando a capacidade do sistema
Setorização
Divisão de Células
35
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Aumentando a capacidade do sistema
• Divisão de células: técnica amplamente utilizada por
proporcionar grande aumento de capacidade. Difícil
implementação devido à grande chance de aumento no nível
de interferência no sistema (nunca é possível realizar a
divisão ideal mostrada na figura do slide anterior).
• Setorização: possibilidade de aumento de capacidade devido
à redução de interferência co-canal e correspondente
possibilidade de redução no tamanho do cluster. É utilizada
normalmente na prática como ferramenta para redução de
interferência co-canal causada por dificuldade de
planejamento adequada e/ou implementação de divisão de
células no sistema.
36
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Aumentando a capacidade do sistema
Ilustração do
efeito da
setorização na
diminuição da
interferência
co-canal.
37
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Aumentando a capacidade do sistema
Downtilt: Direcionamento do diagrama de irradiação da antena para o
solo. Com esse direcionamento observa-se que o diagrama de irradiação
no plano horizontal apresenta um notch. Se esse notch coincidir com a
direção das células co-canais, pode-se reduzir a interferência.
38
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Aumentando a capacidade do sistema
• Downtilt: possibilidade de aumento de capacidade devido à
redução de interferência co-canal e correspondente
possibilidade de redução no tamanho do cluster. O downtilt
pode ser mecânico ou elétrico.
• É utilizado normalmente na prática como ferramenta para
redução na área de cobertura de células, em conjunto com a
redução de potência de transmissão.
• É utilizado também como ferramenta para a redução de áreas
de sombra que normalmente se formam nas proximidades do
transmissor da estação rádio base.
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Aumentando a capacidade do sistema
• Um problema: aumento no número de handoffs quando da adoção da
setorização resulta em carga adicional de comutação e controle no sistema
de comunicação móvel.
• Uma solução: Microcélulas inteligentes ou zonais - Power Delivery
approach - Cada uma das três (ou mais) estações “zonais” são conectadas
a uma única ERB e compartilham o mesmo equipamento de rádio. As
zonas são conectadas à ERB por cabos coaxiais, fibra óptica ou por links
de microondas. O terminal móvel é servido pela zona que lhe proporcione
a maior intensidade de sinal.
• Técnica é superior à setorização, pois as antenas são dispostas no limite
das células (melhor cobertura) e cada canal pode ser alocado pela ERB a
qualquer zona (melhor eficiência de entroncamento).
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Aumentando a capacidade do sistema
Conceito de Microcélulas inteligentes ou zonais
- Power Delivery approach 41
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Aumentando a capacidade do sistema
• A vantagem: além de não reduzir a eficiência de entroncamento, a técnica
de microcélula zonal reduz o nível de interferência co-canal no sistema e
correspondente possibilidade de redução do tamanho do cluster.
• Exemplo: sabe-se que uma relação sinal-interferência de 18dB é
suficiente para uma qualidade satisfatória do serviço no sistema AMPS o
que implica em cluster com N = 7 células. Nesse caso D/R = 4.6 é
suficiente. Com um sistema de microcélula zonal, uma Dz/Rz de 4.6 é
suficiente ao desempenho desejado (veja ilustração no slide seguinte).
Mas a capacidade do sistema está associada à distância D entre co-células
e não entre zonas. Para Dz/Rz igual a 4.6, pode-se obter através da
geometria da ilustração do slide seguinte uma relação D/R = 3. Esse valor
de D/R = 3 leva a um tamanho de cluster N = 3. Esta possível redução no
tamanho do cluster de 7 para 3 corresponde a um aumento na capacidade
do sistema de 7/3 = 2.33 vezes.
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Aumentando a capacidade do sistema
• Com o uso de
microcélula zonal, se
uma Dz/Rz de 4.6 é
suficiente ao
desempenho desejado,
a relação D/R = 3 =>
N = 3.
• Esta redução no
tamanho do cluster de
7 para 3 corresponde
a um aumento na
capacidade do sistema
de 7/3 = 2.33 vezes.
Dz
Rz
D
R
43
Instituto Nacional de Telecomunicações
Técnicas
de MúltiploAcesso
Acesso
Técnicas
de Múltiplo
Técnicas que permitem o compartilhamento do meio de transmissão (ou
recurso de comunicação) entre diversos usuários. Podem ser
implementadas isoladamente, mas normalmente são combinadas em
forma híbridas.
• FDMA - Frequency Division Multiple Access: o canal é dividido em
subfaixas e cada usuário ocupa uma determinada subfaixa
• TDMA - Time Division Multiple Access: o tempo de transmissão é
dividido e cada usuário pode transmitir/receber no slot a ele reservado
• CDMA - Code Division Multiple Access: utiliza espalhamento
espectral, com adequada escolha da seqüência pseudo aleatória de cada
usuário, de tal sorte que todos possam compartilhar um mesmo canal
de comunicação, ao mesmo tempo e na mesma faixa de freqüências
44
Instituto Nacional de Telecomunicações
Técnicas de Múltiplo Acesso
Técnicas de Múltiplo Acesso
• Permite transmissões analógicas e digitais
• Interferência entre os canais adjacentes (filtros caros)
• Estando um canal sendo utilizado não se pode ter outro(s)
usuário(s) compartilhando-o
• Normalmente é um sistema de faixa estreita
• Intermodulações quando vários canais compartilham um único
amplificador de potência
45
Instituto Nacional de Telecomunicações
Técnicas de Múltiplo Acesso
Técnicas de Múltiplo Acesso
• Descontinuidade na transmissão facilitam o processo de handoff
• Taxas em rajadas elevadas levam à necessidade de equalização
• Slots não utilizados podem ser alocados por demanda
• Não permite transmissão com modulação analógica
46
Instituto Nacional de Telecomunicações
•
•
Técnicas de Múltiplo Acesso
Técnicas de Múltiplo Acesso
A capacidade de um sistema CDMA é limitada pela quantidade de
interferência entre os usuários
Possibilidade de superar a capacidade (em termos de um número
de usuários) dos sistemas FDMA e TDMA através de adequadas
setorização, utilização do ciclo de atividade da voz, controle de
potência
47
Instituto Nacional de Telecomunicações
Técnicas de Duplexação
Técnicas de Duplexação
Permitem a comunicação bidirecional simultânea (duplex)
•
•
•
FDD - Frequency Division Duplexing: as transmissões nos
canais direto e reverso ocorrem em freqüências distintas
TDD - Time Division Duplexing: as transmissões nos canais
direto e reverso ocorrem em freqüências idênticas, mas a
intervalos de tempo distintos
FDD/TDD - Hibrid Frequency Division & Time Division
Duplexing : as transmissões nos canais direto e reverso
ocorrem em freqüências e intervalos de tempo distintos
48
Instituto Nacional de Telecomunicações
Parte 2
Estudo dos padrões para telefonia celular
analógica (FDMA AMPS) e digital (TDMA DAMPS e CDMA)
Nota importante: os slides aqui apresentados contêm
informações bastante detalhadas sobre os padrões citados, e a
abordagem mais ou menos detalhada destes será função do
tempo disponível. Será dado enfoque nos conceitos principais;
estes, sim, serão abordados com detalhamento adequado.
Optou-se por manter um conjunto de slides que realmente
contenha grande parte daquelas especificações citadas nas
normas, objetivando oferecer aos alunos dados mais
completos, sendo úteis para consultas futuras.
49
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA Interim Standard x TIA/EIA Standard
•
Os padrões publicados como Interim Standard (IS) pela TIA/EIA
(Telecommunications Industry Association / Electronics Industry
Association) são de extremo valor para a industria e demais leitores, mas
não seguem as rigorosas revisões públicas a adição de comentários que
são procedimentos que fazem parte do desenvolvimento de um padrão
final (Standard).
•
Os Interim Standards da TIA/EIA devem ser revisados anualmente pelos
comitês formuladores e nesses momentos deve ser tomada a decisão de
prosseguir ou não com o desenvolvimento na direção do padrão final.
•
Os Interim Standards devem ser cancelados pelo comitê e removidos do
catálogo da TIA/EIA antes do final de seu terceiro ano de existência.
•
Um Interim Standard TIA/EIA/IS-XXX é um padrão (nos termos acima)
publicado com objetivo final de se tornar um Standard TIA/EIA-XXX.
Esse último pode também sofrer revisões e/ou atualizações.
50
Instituto Nacional de Telecomunicações
Padrões FDMA, TDMA e CDMA
Padrão para sistema celular analógico FDMA AMPS: Advanced Mobile
Phone System. Referência: Standard EIA/TIA-553 “Mobile Station - Land
Station Compatibility Specification”, september 1989 - 82 páginas.
Padrão para sistema celular digital / PCS TDMA D-AMPS: Digital AMPS.
Referência: Interim Standard EIA/TIA-IS-136.1-A “TDMA Cellular/PCS
Radio Interface Mobile Station - Base Station Compatibility - Digital
Control Channel” e EIA/TIA-IS-136.2-A “TDMA Cellular/PCS Radio
Interface Mobile Station - Base Station Compatibility - Traffic Channel and
FSK Control Channel”, october 1996 - 950 páginas.
Padrão para sistema celular digital / PCS CDMA. Referência: Standard
EIA/TIA-95-B “Mobile Station - Land Station Compatibility Standard for
Wideband Spread Spectrum Cellular Systems”, march 1999 - 1189
páginas.
51
Instituto Nacional de Telecomunicações
Padrão para sistema celular analógico FDMA
AMPS: Advanced Mobile Phone System.
EIA/TIA-553
52
Instituto Nacional de Telecomunicações
EIA/TIA-553 - visão geral
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Sistema de telefonia celular analógico FDMA.
Início de desenvolvimento: anos 70.
Primeira utilização comercial: 1983 (Chicago, EUA).
Bandas A e B com 12,5MHz cada.
416 canais por banda (395 de voz e 21 de controle).
Canais de 30KHz de banda com modulação de voz em FM.
Desvio de pico da modulação analógica: ±12KHz.
Sinalização digital com modulação FSK.
Desvio de pico da modulação FSK: ±8KHz.
Taxa da sinalização digital: 10Kbps.
Eficiência espectral da modulação FSK: 0,33 bps/Hz.
Padrão de reuso: 7 células por cluster (C/I > 18dB).
Duplexação FDD com 45MHz entre os links direto e reverso.
53
Instituto Nacional de Telecomunicações
EIA/TIA-553 - normas relacionadas
EIA/TIA-41-D “Cellular Radiotelecommunications Intersystem
Operations”, november 1997 - descreve os procedimentos
necessários para prover ao usuário os serviços que necessitam a
interação entre diferentes sistemas celulares.
EIA IS-19-B “Recommended Minimum Standards for 800MHz
Cellular Subscriber Units” - detalha definições, métodos de medida e
características em termos do desempenho mínimo do terminal
móvel.
EIA/TIA-712 (substitui a EIA 20-A) “Recommended Minimum
Standards for 800MHz Cellular Base Stations” - detalha definições,
métodos de medida e características em termos do desempenho
mínimo da estação rádio base.
54
EIA/TIA-553 - canalização
Instituto Nacional de Telecomunicações
Banda
Largura da Numeração
banda, MHz do canal
Freqüência central
móvel – base, MHz
Freqüência central
base - móvel, MHz
A”
1
991 – 1023
824,040 – 825,000
869,040 – 870,000
A
10
1 – 333
825,030 – 834,990
870,030 – 879,990
B
10
334 – 666
835,020 – 844,980
880,020 – 889,980
A’
1,5
667 – 716
845,010 – 846,480
890,010 – 891,480
B’
2,5
717 – 799
846,510 – 848,970
891,510 – 893,970
A’, A” e B” são bandas de extensão das bandas A e B
Transmissor
Móvel
Base
Numero
do canal
Freqüência central
em MHz
1 ≤ N ≤ 799
990 ≤ N ≤ 1023
1 ≤ N ≤ 799
990 ≤ N ≤ 1023
0,03N + 825,000
0,03(N – 1023) + 825,000
0,03N + 870,000
0,03(N – 1023) + 870,000
Tabela para cálculo da freqüência central do canal número N
55
Instituto Nacional de Telecomunicações
EIA/TIA-553 - planejamento de freqüências
• Cada conjunto de 395 canais de voz é dividido em 21
subconjuntos com 19 canais cada.
• Num cluster de 7 células, cada célula utiliza 3 subconjuntos de
forma que a separação mínima entre canais seja de 7 bandas
de um canal - redução de interferência de canal adjacente.
• Como mostrado na tabela a seguir, cada célula num cluster
utiliza canais dos subconjuntos iA, iB e iC, i = 1, 2, ..., 7.
• O número máximo de canais de voz por célula é de 57 (podem
existir mais, mas nessa situação pode haver aumento excessivo
de interferência de canal adjacente, pois a regra de distribuição
acima mencionada será quebrada).
• Cada célula terá de 1 a 3 canais de controle.
56
Instituto Nacional de Telecomunicações
EIA/TIA-553 - planejamento de freqüências para a banda A
1A
2A
3A
4A
5A
6A
7A
1B
2B
3B
4B
5B
6B
7B
1C
2C
3C
4C
5C
6C
7C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100 101 102 103 104 105
106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126
127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147
148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168
169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189
190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210
211 212
213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231
232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252
253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273
274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294
295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312
313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333
667 668 669
670 671 672 673 674 675 676 677 678 679 680 681 682 683 684 685 686 687 688 689 690
691 692 693 694 695 696 697 698 699 700 701 702 703 704 705 706 707 708 709 710 711
712 713 714 715 716
991 992
993 994 995 996 997 998 999 1000 1001 1002
1003 1004 1005 1006 1007 1008 1009 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 1017 1018 1019 1020 1021 1022 1023
57
Instituto Nacional de Telecomunicações
EIA/TIA-553 - planejamento de freqüências para a banda B
1A
334
355
376
397
418
439
460
481
502
523
544
565
586
607
628
649
733
754
775
796
2A
335
356
377
398
419
440
461
482
503
524
545
566
587
608
629
650
734
755
776
797
3A
336
357
378
399
420
441
462
483
504
525
546
567
588
609
630
651
735
756
777
798
4A
337
358
379
400
421
442
463
484
505
526
547
568
589
610
631
652
736
757
778
799
5A
338
359
380
401
422
443
464
485
506
527
548
569
590
611
632
653
737
758
779
6A
339
360
381
402
423
444
465
486
507
528
549
570
591
612
633
654
717
738
759
780
7A
340
361
382
403
424
445
466
487
508
529
550
571
592
613
634
655
718
739
760
781
1B
341
362
383
404
425
446
467
488
509
530
551
572
593
614
635
656
719
740
761
782
2B
342
363
384
405
426
447
468
489
510
531
552
573
594
615
636
657
720
741
762
783
3B
343
364
385
406
427
448
469
490
511
532
553
574
595
616
637
658
721
742
763
784
4B
344
365
386
407
428
449
470
491
512
533
554
575
596
617
638
659
722
743
764
785
5B
345
366
387
408
429
450
471
492
513
534
555
576
597
618
639
660
723
744
765
786
6B
346
367
388
409
430
451
472
493
514
535
556
577
598
619
640
661
724
745
766
787
7B
347
368
389
410
431
452
473
494
515
536
557
578
599
620
641
662
725
746
767
788
1C
348
369
390
411
432
453
474
495
516
537
558
579
600
621
642
663
726
747
768
789
2C
349
370
391
412
433
454
475
496
517
538
559
580
601
622
643
664
727
748
769
790
3C
350
371
392
413
434
455
476
497
518
539
560
581
602
623
644
665
728
749
770
791
4C
351
372
393
414
435
456
477
498
519
540
561
582
603
624
645
666
729
750
771
792
5C
352
373
394
415
436
457
478
499
520
541
62
583
604
625
646
6C
353
374
395
416
437
458
479
500
521
542
563
584
605
626
647
7C
354
375
396
417
438
459
480
501
522
543
564
585
606
627
648
730
751
772
793
731
752
773
794
732
753
774
795
58
Instituto Nacional de Telecomunicações
EIA/TIA-553 - potências de transmissão
• Não há restrições para a estação rádio base.
• Para o terminal há três classes de potência nominal, a saber:
–
–
–
–
–
–
Classe I: 6dBW = 4W
Classe II: 2dBW = 1,6W
Classe III: -2dBW = 0,6W
Potência máxima para as três classes: 8dBW = 6,3W
Carrier-off: potência menor que -60dBm no conector da antena
Carrier-on/off (chaveamento): transição em menos de 2ms
• Potências nominais controláveis: 8 níveis para Classe I, 7
níveis para Classe II e 6 níveis para Classe III.
• Modos de transmissão contínuo (DTX off) ou descontínuo
(DTX on)
59
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-553 - limitações nas emissões em RF
É estabelecido pela norma que as potências de produtos de
modulação não devem exceder:
•
•
•
um nível 26dB abaixo da potência da portadora não modulada fora da
região de ±20KHz distante da freqüência da portadora.
um nível 45dB abaixo da potência da portadora não modulada fora da
região de ±45KHz distante da freqüência da portadora.
um nível 60dB ou 43+10log(potência média de saída em Watts) - o que
for maior - abaixo da potência da portadora não modulada fora da
região de ±90KHz distante da freqüência da portadora.
As técnicas de medida para a estação móvel e para a estação base
são abordadas nas normas EIA-19-B e EIA/TIA-712, respectivamente.
60
Instituto Nacional de Telecomunicações
EIA/TIA-553 - características da modulação e demodulação
•
•
•
•
•
•
Antes da modulação em FM o sinal de voz é processado na
seqüência: compressão, filtragem pré-ênfase, limitação de desvio e
filtragem pós-limitação de desvio.
Compressor: 2:1dB a 1KHz e nível nominal (suficiente a um desvio
de pico na portadora de ±2,9KHz.
Pré-ênfase: +6dB/oitava de 300Hz a 3000Hz.
Limitador de desvio: limite em ±12KHz (exceto para tons de
supervisão e sinalização de faixa larga (blank-and-burst).
Pós-limitador de desvio: a atenuação (relativa à freqüência de
1KHz) deve exceder: 40log10(f/3000)dB de 3000 a 5900Hz; 35dB de
5900 a 6100Hz; 40log 10(f/3000)dB de 6100 a 15000Hz e 28dB acima
de 15000Hz.
Na demodulação tem-se a Dê-ênfase (-6dB/oitava de 300Hz a
3000Hz) e o expansor (1:2dB).
61
Instituto Nacional de Telecomunicações
EIA/TIA-553 - segurança e identificação
•
•
•
•
MIN (Mobile Identification Number) - composto por 34 bits formados
a partir de uma codificação específica do número telefônico do
assinante (10 dígitos).
SN (Serial Number) ou ESN (Electronic SN) - composto por 32 bits
formados a partir de uma identificação do fabricante e do número de
série do terminal.
SCM (Station Class Mark) - composto por 4 bits, informa a classe de
potência (I, II ou III), o modo de transmissão (contínuo ou
descontínuo) e a banda de trabalho (20 ou 25MHz) do terminal
móvel.
Registration Memory - armazena dados sobre a temporização do
processo de autenticação autônoma (21 bits) e o SID (System
Identification) (15 bits) após o desligamento do terminal, por um
tempo maior que 48 horas.
62
Instituto Nacional de Telecomunicações
•
•
•
•
•
•
EIA/TIA-553 - segurança e identificação
Access Overload Class - 4 bits armazenados na estação móvel e
utilizados para identificar em que campo das mensagens de overload
há dados para controle das tentativas de acesso pela estação móvel.
Access Method - 1 único bit armazenado na estação móvel para
determinar se a palavra de endereçamento estendido (contendo o MIN,
bits 24 - 33) deve ser incluída nas tentativas de acesso.
First Paging Channel - 11 bits armazenados na estação móvel para
identificar o número do primeiro canal de paging que deve ser
monitorado.
SID (Home System Identification) - 15 bits dos quais os bits 0 - 12
identificam o sistema especificamente e os bits 14 e 13 são (00 Estados Unidos, 01 - outros países, 10 - Canadá, 11 - México).
Local Control Option - utilizada para informar se a estação móvel
deve tomar certas ações a partir de comandos utilizados para
customização de operações do tipo user groups.
Preferred System Selection - meio que permite ao usuário selecionar
o sistema preferido (A ou B).
63
Instituto Nacional de Telecomunicações
EIA/TIA-553 - supervisão
•
•
•
SAT (Supervisory Audio Tone) - uma entre 3 freqüências (5970,
6000 e 6030Hz) transmitida em FM pela base. O terminal móvel
deve detectar, filtrar e retransmitir um tom SAT no canal de voz de
forma que interferências de estações/móveis co-canais sejam
detectadas - um receptor (no móvel ou na base) que recebe um
mesmo canal com SATs distintos ordena o desligamento do
transmissor. A monitoração do SAT é feita continuamente ou no
mínimo a cada 250ms. Após 5s de não detecção (ou detecção
incorreta) do SAT a chamada é terminada pelo sistema.
ST (Signaling Tone) - tom de 10KHz enviado pelo terminal móvel e
utilizado para requisição de fim de chamada, flash ou confirmação
de ordens.
Os sinais SAT e ST são combinados para fornecerem informações
sobre uma série de eventos ocorridos durante uma chamada. Nesse
caso a presença/ausência desses sinais é indicada pelas
combinações (SAT, ST) = (0,0), (0,1), (1,0) e (1,1).
64
Instituto Nacional de Telecomunicações
EIA/TIA-553 - alocação espacial do SAT
O padrão de
reuso dos tons
SAT é igual a 3
e a distância de
reuso do par
SAT + canal é
maior que a
distância de
reuso dos
canais de voz
das células.
F3
SAT1
F4
SAT2
F2
SAT2
F1
SAT3
F5
SAT1
F7
SAT1
F6
SAT2
F3
SAT3
F4
SAT1
3D
F3
SAT2
F4
SAT3
F2
SAT1
F1
SAT2
F5
SAT3
F2
SAT3
F1
SAT1
F5
SAT2
F7
SAT3
F6
SAT1
F3
SAT2
F4
SAT3
F7
SAT2
F6
SAT3
F3
SAT1
F4
SAT2
F2
SAT3
F1
SAT1
F5
SAT2
D
F2
SAT2
F1
SAT3
F7
SAT1
F6
SAT2
F5
SAT1
F7
SAT2
F6
SAT3
65
Instituto Nacional de Telecomunicações
EIA/TIA-553 - sinalização digital de faixa larga
• Transmissão a 10Kbps, modulação FSK (∆f = ±8KHz), código
de linha Manchester (biphase), código de canal BCH(40,28)
no link direto e BCH(48,36) no link reverso.
• Pode ocorrer nos canais de controle dedicados ou nos canais
de voz durante uma chamada (sinalização blank-and-burst)
para o encaminhamento de mensagens de controle da
comunicação e confirmação de ordens ou requisições.
• Na sinalização blank-and-burst o sinal de voz e o tom SAT
são interrompidos por um breve instante, imperceptível ao
usuário, e substituídos pela sinalização digital a 10Kbps.
66
Instituto Nacional de Telecomunicações
EIA/TIA-553 - formato da sinalização
Canal de Controle Reverso (RECC - Reverse Control Channel) - transporta
de uma a cinco mensagens para: resposta a mensagens de page, inicialização
de chamada, confirmação de ordens e envio de ordens. Essas mensagens são
formadas a partir de combinações de cinco palavras: palavras de endereço
abreviada e estendida (onde se localiza o MIN), palavra número de série (onde
se localiza o ESN), primeira e segunda palavras do endereço chamado (onde se
localizam os dígitos do número chamado).
Dotting
W.S.
DCCc
1ª palavra x 5 2ª palavra x 5 3ª palavra x 5
...
Dotting - seqüência de 30 bits 1010...10.
W.S. - palavra de sincronismo (Word Sync) 11100010010 (seqüência de Barker).
DCCc - DCC (Digital Color Code) codificado. Cada DCC de 2 bits é mapeado em
um DCC Codificado de 7 bits. Usado para identificação de uma estação base.
Cada palavra, repetida 5 vezes (240 bits total), contém 48 bits formados pela
codificação de 36 bits de conteúdo com um código de canal BCH (48,36).
67
Instituto Nacional de Telecomunicações
EIA/TIA-553 - formato da sinalização
Canal de Voz Reverso (RVC - Reverse Voice Channel) - transporta de uma a
duas mensagens da estação móvel para a estação base para confirmação de
ordens e informação do endereço chamado (3-way calling), durante a chamada.
Essa sinalização é do tipo blank-and-burst.
Dotting 101 W.S. 1ª palavra (1) Dotting 37 W.S. 1ª palavra (2)
Dotting 37 W.S.
...
...
Dotting 37 W.S. 2ª palavra (1)
Dotting 37 W.S. 1ª palavra (5)
...
...
...
...
2ª palavra (5)
Dotting - seqüência de 37 ou 101 bits 1010...10.
W.S. - palavra de sincronismo (Word Sync) 11100010010.
O dotting de 37 bits mais a W.S. de 11 bits são utilizadas para que a estação
base estabeleça sincronismo com os dados recebidos, exceto na primeira
repetição da 1ª palavra, onde um dotting de 101 bits é utilizado.
Cada palavra, repetida 5 vezes, juntamente com o dotting de 37 bits e a W.S. de
11 bits, contém 48 bits formados pela codificação de 36 bits de conteúdo com
um código de canal BCH (48,36), formando o bloco de palavras.
68
Instituto Nacional de Telecomunicações
EIA/TIA-553 - formato da sinalização
Canal de Controle Direto (FOCC - Forward Control Channel) - transporta
mensagens para a estação móvel para controle (MIN, SAT Color Code, DCC,
ordens, VMAC, designação do canal de voz, posição do primeiro canal de
acesso) e overhead (parâmetros do sistema, identificação de registro do
sistema).
Dotting
W.S.
palavra A (1)
palavra B (1)
palavra A (5)
palavra B (5)
palavra A (2)
...
B/I
...
palavra B (4)
Dotting
...
Dotting - seqüência 1010101010.
W.S. - palavra de sincronismo (Word Sync) 11100010010.
B/I = bit Busy/Idle. Inserido em cada posição indicada pelas setas (acima).
Cada palavra é repetida 5 vezes e contém 40 bits formados pela codificação de
28 bits de conteúdo com um código de canal BCH (40,28).
69
Instituto Nacional de Telecomunicações
EIA/TIA-553 - formato da sinalização
Canal de Voz Direto (FVC - Forward Voice Channel) - transporta mensagens
de controle para a estação móvel para controle de potência e comandos de
handoff. A razão da repetição da palavra por 11 vezes se deve ao fato de nos
momentos de handoff a estação móvel estar normalmente operando com sinais
de intensidade muito baixa. Garante-se a recepção do sinal sem a necessidade
do envio de confirmação pela estação móvel. Nesse canal trafegam também o
SAT Color Code para o atual (PSCC) e o novo (SCC) canal e a identificação do
canal em uso.
Dotting 101 W.S.
palavra (1)
Dotting 37 W.S.
palavra (3)
Dotting 37 W.S.
...
...
palavra (2)
...
palavra (11)
Dotting - seqüência de 37 ou 101 bits 1010...10.
W.S. - palavra de sincronismo (Word Sync) 11100010010.
A palavra de controle é repetida 11 vezes, juntamente com o dotting de 37 bits e
a W.S de 11 bits, e contém 40 bits formados pela codificação de 28 bits de
conteúdo com um código de canal BCH (40,28).
70
Instituto Nacional de Telecomunicações
EIA/TIA-553 - processamento de chamada no terminal móvel
1 - Liga.
2 - Verificar se o sistema preferido é A ou B.
3 - Procurar canal de controle direto com intensidade mais forte.
4 - Atualizar dados do sistema transmitidos pela ERB.
5 - Se tarefas acima não concluídas, sintonizar segundo canal de
controle mais forte em 3s; se não conseguir, voltar ao passo 2 com o
segundo sistema preferido.
6 - Se tarefas concluídas, procurar canal de controle mais forte
novamente, conforme informações de procura (primeiro canal de
paging e número de canais de paging) recebidas da ERB e atualizar
novamente os dados do sistema.
7 - Estado idle (resposta a ordens da ERB, atualização do canal mais
forte (a cada 2 ou 5 minutos), identificação, autenticação).
8 - Monitora bit busy/idle no canal direto: se = 1 => móvel pronto para
enviar requisição de acesso...
71
Instituto Nacional de Telecomunicações
EIA/TIA-553 - processamento de chamada no terminal móvel
9 - Monitora bit busy/idle no canal direto: se = 0 => móvel aguarda
intervalo aleatório (0 - 200ms) e tenta novamente.
10 - Faz novas tentativas a intervalos aleatórios de 0 - 92ms e tem-se
no máximo 10 tentativas (após as 10 tentativas => sinalização de
system busy, ou equivalente, é enviada para o usuário).
11 - Envia mensagem de acesso para a ERB.
12 - Recebe sinalização de chamada ou assinante chamado ocupado
ou ainda alguma mensagem e estabelece sintonia dos canais de voz
atribuídos pela CCC, caso usuário chamado possa ser acessado.
13 - Durante a chamada efetua sinalização FSK no canal de voz (blankand-burst) para monitoração do link, para o atendimento a ordens da
CCC e para confirmações de pedidos e/ou ordens.
72
Instituto Nacional de Telecomunicações
Padrão para sistema celular/PCS
TDMA D-AMPS: Digital AMPS.
TIA/EIA-136
73
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - visão geral
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Sistema de telefonia celular/PCS TDMA.
Também conhecido como D-AMPS (Digital AMPS).
Acesso TDMA/FDMA com 3 slots full-rate ou 6 slots half-rate por banda de
30KHz.
Duplexação FDD com 45 MHZ de separação entre os links.
Sistema dual-band (800/1900MHz) & dual-mode (digital TDMA / analógico
AMPS).
Possibilidade de interface com certas centrais privadas (PBX/CENTREX®).
Handoff assistido pelo móvel (MAHO - Mobile Assisted Handoff ).
Serviço de mensagens (SMS - Short Message Service), sleep.
Modulação para canais de voz e controle: π/4-DQPSK.
Migração AMPS Z D-AMPS feita gradualmente, canal a canal ou faixa a
faixa, conforme taxa de alteração de equipamentos dos usuários.
Canalização e planejamento de freqüências, em 800MHz, idêntico ao AMPS.
Evolução: TIA/EIA/IS-54 Z TIA/EIA/IS-94 Z TIA/EIA/627 Z TIA/EIA/IS-136.
74
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - referências e normas relacionadas
•
•
•
•
•
•
TIA/EIA-IS-136.1-A “TDMA Cellular/PCS Radio Interface Mobile Station - Base Station
Compatibility - Digital Control Channel” e TIA/EIA-IS-136.2-A “TDMA Cellular/PCS Radio
Interface Mobile Station - Base Station Compatibility - Traffic Channel and FSK Control
Channel”, october 1996.
TIA-664 “Cellular Features Description” - recomenda planos para implementação de
características uniformes dos serviços celulares.
TIA/EIA-627 “800MHz Cellular System, TDMA Radio Interface, Dual-Mode Mobile
Station - Base Station Compatibility Standard”, june 1996.
TIA/EIA/IS-137-A “TDMA Cellular/PCS Radio Interface - Minimum Performance
Standard for Mobile Stations”, june 1996 - detalha definições, métodos de medida e
requisitos de desempenho mínimo para estações móveis operando nas bandas de
800MHz e 1900MHz. Modificação da recomendação EIA/TIA-628.
TIA/EIA/IS-138-A “TDMA Cellular/PCS Radio Interface - Minimum Performance
Standard for Base Stations”, june 1996 - detalha definições, métodos de medida e
requisitos de desempenho mínimo para estações base nas bandas de 800 e 1900MHz.
Modificação da recomendação EIA/TIA-629.
EIA/TIA-41-D “Cellular Radiotelecommunications Intersystem Operations”, november
1997 - descreve os procedimentos necessários para prover ao usuário os serviços que
necessitam a interação entre diferentes sistemas celulares.
75
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136.1-A & TIA/EIA/IS-136.2-A
•
O padrão TIA/EIA-IS-136.1-A, “TDMA Cellular/PCS Radio Interface Mobile Station
- Base Station Compatibility - Digital Control Channel”, é um documento sobre o
conjunto de canais lógicos DCCH (Digital Control Channel) com modulação π/4−
DQPSK que é utilizado para o transporte de informações de controle e mensagens
de dados curtas dos usuários entre estações base e móveis. Esse documento
contém especificações sobre a interface aérea do DCCH.
•
O padrão TIA/EIA-IS-136.2-A, “TDMA Cellular/PCS Radio Interface Mobile Station
- Base Station Compatibility - Traffic Channel and FSK Control Channel”, é uma
modificação (de caráter não estrutural) do padrão TIA/EIA 627. Aborda os
requisitos para a interface aérea para o canal de controle analógico (ACC - Analog
Control Channel), para o canal de voz analógico (AVC - Analog Voice Channel) e
para o canal de tráfego digital (DTC - Digital Traffic Channel, uma coleção de
canais lógicos com modulação π/4−DQPSK que é utilizada para a transmissão de
informação do usuário e mensagens de controle relacionadas a esses dados,
entre estações base e móveis).
76
Instituto Nacional de Telecomunicações
Padrão TIA/EIA-136
•
O padrão TIA/EIA-136, “TDMA Cellular PCS”, march 1999, é o conjunto de documentos
mais recente que especifica todas as características do sistema de telefonia celular e
PCS digital TDMA, inclusive os requisitos de desempenho mínimo da estação móvel e
da estação base. Compreenderá 41 documentos (listados abaixo), dos quais 21
(sublinhados na lista abaixo) estão finalizados até a presente data (novembro/1999).
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
TIA/EIA-136-000 - Introdução / lista de partes.
TIA/EIA-136-0XX - Informações genéricas adicionais; XX = 10, 20.
TIA/EIA-136-1XX - Especificação dos canais; XX = 00, 10, 21, 22, 23, 31, 32, 33, 40, 50.
TIA/EIA-136-2XX - Requisitos de mínimo desempenho; XX = 00, 10, 20, 70, 80.
TIA/EIA-136-3XX - Descrição dos serviços de dados; XX = 00, 10, 20, 30, 50.
TIA/EIA-136-4XX - Especificação dos codificadores de voz; XX = 00, 10, 20, 30.
TIA/EIA-136-5XX - Aspectos de segurança; XX = 00, 10.
TIA/EIA-136-6XX - Transporte de teleserviços; XX = 00, 10, 20, 30.
TIA/EIA-136-7XX - Descrição dos teleserviços; XX = 00, 10, 20, 30, 40.
TIA/EIA-136-9XX - Anexos e apêndices; XX = 00, 05, 10.
77
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - canais lógicos do DCCH
DCCH
Reverse
RACH
SPACH
DCCH - Digital
Control Channel
Forward
BCCH
PCH
F-BCCH
ARCH
E-BCCH
SMSCH
S-BCCH
SCF
Reserved
78
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - canais lógicos do DCCH
Random Access Channel (RACH) - Canal reverso e compartilhado usado para
requisição de acesso ao sistema.
SMS Point-to-Point, Paging and Access Response Channel (SPACH) - Canal direto
e compartilhado usado para transmitir informações em broadcast para estações móveis
específicas em relação aos canais SMS ponto a ponto (SMSCH) e Paging (PCH) e para
prover um canal de resposta a acessos, o Access Response Channel (ARCH). O
SPACH pode ser visto como subdividido nos três canais lógicos citados:
DCCH
Paging Channel (PCH) - dedicado à entrega
de mensagens de busca (pages) e ordens.
Access Response Channel (ARCH) - canal
para o qual uma estação móvel se comuta
após um acesso completado através do RACH
(Random Access Channel).
SMS Channel (SMSCH) - usado para entrega
de mensagens de teleserviços a uma estação
móvel específica.
Reverse
RACH
SPACH
Forward
BCCH
PCH
F-BCCH
ARCH
E-BCCH
SMSCH
S-BCCH
SCF
Reserved
79
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - canais lógicos do DCCH
Reserved Channel - Reservado para uso futuro ou compatibilidade com sistemas
anteriores ao IS-136.
Shared Channel Feedback (SCF) - Dedicado a operações de acesso aleatório.
Broadcast Control Channel (BCCH) - Nomenclatura relacionada aos canais lógicos
diretos e compartilhados F-BCCH, E-BCCH e S-BCCH usados para transportar
informações genéricas relacionadas ao sistema:
DCCH
Fast Broadcast Control Channel
(F-BCCH) - transmite em broadcast
informações sobre a estrutura do DCCH e
informações necessárias ao acesso ao
sistema.
Extended Broadcast Control Channel
(E-BCCH) - transmite em broadcast
informações
temporalmente
menos
críticas que as contidas no F-BCCH.
SMS Broadcast Control Channel
(S-BCCH) - usado para broadcast do
serviço de mensagens (SMS).
Reverse
RACH
SPACH
Forward
BCCH
PCH
F-BCCH
ARCH
E-BCCH
SMSCH
S-BCCH
SCF
Reserved
80
Layer 3 Message
Instituto Nacional de Telecomunicações
PD
MT
Layer 3
Information Element(s) & Padding
L2
Layer 3
Tail L2
Layer 3
Tail L2
Layer 3
Tail
CRC
Header Information CRC Bits Header Information CRC Bits Header Information
Bits
Layer 2
Layer 2 Frame
Channel Coding
TIA/EIA/IS-136
- mapeamento
de mensagem
Interleaving
SYNC
SCF
DATA
CSFP
DATA
SCF
RSVD
One FDCCH time slot
(6.7 ms duration)
Physical
Layer
TDMA Frame
TDMA Block
Time
Slot
1
Time
Slot
2
Time
Slot
3
Time
Slot
4
Time
Slot
5
Time
Slot
6
Time
Slot
1
Time
Slot
2
Time
Slot
3
Time
Slot
4
SFP
=0
SFP
=1
SFP
=2
SFP
=3
SFP
=4
SFP
=5
SFP
=6
SFP
=7
SFP
=8
SFP
=9
Time
Slot
5
Time
Slot
6
Time
Slot
1
SFP
= 30
SFP
= 31
Superframe - 32 slots (0.64 sec duration)
81
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - canalização para operação em 1900MHz
Banda
* Esse canal não se
encaixa em uma única
banda (A, B, C, D, E ou
F). Uma estação móvel
capaz de operar em
qualquer banda dever
ser capaz de operar
no(s) canal(is) limites
associados.
Nota - a operação em
800MHz segue a mesma
canalização do padrão
EIA/TIA-553 (AMPS).
Largura de
Número
faixa (MHz)
de canais
Não usado
A
15
Canal
limite
Freqüência central de
transmissão (MHz)
Número
Móvel
Base
1
1
1850.010
1930.050
497
2
1850.040
1930.080
498
1864.920
1944.960
A,D *
1
499
1864.950
1944.990
A,D *
1
500
1864.980
1945.020
A,D *
1
501
1865.010
1945.050
164
502
1865.040
1945.080
665
1869.930
1949.970
D
5
D,B *
1
666
1869.960
1950.000
D,B *
1
667
1869.990
1950.030
498
668
1870.020
1950.060
1165
1884.930
1964.970
B
15
Transmissor
Número do canal
Freqüência central (MHz)
Móvel
1 ≤ N ≤ 1999
0.030 N + 1849.980
Base
1 ≤ N ≤ 1999
0.030 N + 1930.020
82
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - canalização para operação em 1900MHz
Banda
* Esse canal não se
encaixa em uma única
banda (A, B, C, D, E ou
F). Uma estação móvel
capaz de operar em
qualquer banda dever
ser capaz de operar
no(s) canal(is) limites
associados.
Nota - a operação em
800MHz segue a mesma
canalização do padrão
EIA/TIA-553 (AMPS).
Largura de
Número
faixa (MHz)
de canais
Canal
limite
Freqüência central de
transmissão (MHz)
Número
Móvel
Base
B,E *
1
1166
1884.960
1965.000
B,E *
1
1167
1884.990
1965.030
165
1168
1885.020
1965.060
1332
1889.940
1969.980
E
5
E,F *
1
1333
1889.970
1970.010
E,F *
1
1334
1890.000
1970.040
164
1335
1890.030
1970.070
1498
1894.920
1974.960
F
5
F,C *
1
1499
1894.950
1974.990
F,C *
1
1500
1894.980
1975.020
F,C *
1
1501
1895.010
1975.050
497
1502
1895.040
1975.080
1998
1909.920
1989.960
1999
1909.950
1989.990
C
15
Não usado
1
Transmissor
Número do canal
Freqüência central (MHz)
Móvel
1 ≤ N ≤ 1999
0.030 N + 1849.980
Base
1 ≤ N ≤ 1999
0.030 N + 1930.020
83
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - potências de transmissão (800MHz)
Nível de
Mobile
potência da Attenuation
estação móvel
Code
ERP nominal (dBW) para as
classes de potênica da estação móvel
(PL)
(MAC)
I
0
0000
6
1
0001
2
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
2
–2
–2
•
•
•
•
2
2
–2
–2
•
•
•
•
0010
–2
–2
–2
–2
•
•
•
•
3
0011
–6
–6
–6
–6
•
•
•
•
4
0100
–10
–10
–10
–10
•
•
•
•
5
0101
–14
–14
–14
–14
•
•
•
•
6
0110
–18
–18
–18
–18
•
•
•
•
7
0111
–22
–22
–22
–22
•
•
•
•
Somente para estações móveis DUAL-MODE
8
1000
–22
–22
–22
–26 ± 3 dB
•
•
•
•
9
1001
–22
–22
–22
–30 ± 6 dB
•
•
•
•
10
1010
–22
–22
–22
–34 ± 9 dB
•
•
•
•
84
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - potências de transmissão (1900MHz)
Nível de potência
Mobile
Attenuation
da estação móvel
Code
ERP nominal (dBW) para as
classes de potênica da estação móvel
(PL)
(DMAC)
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
0
0000
0
•
–2
•
•
•
•
1
0001
0
•
–2
•
•
•
•
2
0010
–2
•
–2
•
•
•
•
3
0011
–6
•
–6
•
•
•
•
4
0100
–10
•
–10
•
•
•
•
5
0101
–14
•
–14
•
•
•
•
6
0110
–18
•
–18
•
•
•
•
7
0111
–22
•
–22
•
•
•
•
8
1000
–26 ± 3 dB
•
–26 ± 3 dB
•
•
•
•
9
1001
–30 ± 6 dB
•
–30 ± 6 dB
•
•
•
•
10
1010
–34 ± 9 dB
•
–34 ± 9 dB
•
•
•
•
85
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - características da modulação (modo analógico)
•
•
•
Nos canais analógicos, antes da modulação em FM o sinal de voz é
processado na seqüência: ajuste de nível de áudio, compressão,
filtragem pré-ênfase, limitação de desvio e filtragem pós-limitação de
desvio. Excetuando-se o ajuste de nível, o processamento é da
mesma forma que prevê o padrão EIA/TIA-553.
O ajuste de nível de áudio é feito para haja compatibilidade entre o
nível de áudio e aquele necessário para o correto funcionamento do
codificador de voz VSELP ou EFR (aquele abordado pelo padrão IS641: “800 MHz Cellular System, TDMA Radio Interface, Enhanced
Full-Rate Speech Codec” ) no modo digital.
A codificação e modulação da sinalização digital de faixa larga para
o modo analógico seguem as mesmas recomendações do padrão
EIA/TIA-553 (codificação manchester, modulação FSK a 10Kbps).
86
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - características da modulação (modo digital)
Modulação para os canais de controle e tráfego: π /4-DQPSK (π/4 shifted,
differentially encoded quadrature phase shift keying). Nela a seqüência de
informação é convertida para a forma paralela (1 entrada e duas saídas) e
codificada de forma diferencial; os pulsos resultantes são aplicados a filtros
passa-baixa (baseband filters) tipo raiz de cosseno elevado (root raised cosine);
os sinais nas saídas dos filtros modulam as portadoras em fase e quadratura.
Notar as possíveis trajetórias de fase da portadora, nunca superiores a ±3π/4,
requisito para que a envoltória do sinal a ser amplificado tenha menos variações
que a de uma modulação QPSK convencional.
Os símbolos são representados por um desvio de fase da portadora e não por
valores absolutos dessa fase. Erros mais prováveis (entre símbolos adjacentes)
corresponderão a um único erro de bit.
Os dois slides seguintes ilustram o que neste slide está registrado.
87
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - características da modulação (modo digital)
Xk
b
Serial
-toparallel
converter
m
Yk
lk
Differential
phase
encoding
Qk
As seqüências de dados digitais (X k) e (Yk) são codificadas em (I k) e (Qk) de acordo com:
Ik =
Ik–1 cos[∆Φ(Xk,Yk)] − Q k–1 sin[∆Φ(Xk,Yk)]
Qk =
Ik–1 sin[∆Φ(Xk,Yk)] + Q k–1 cos[∆Φ(Xk,Yk)]
onde Ik–1, Q k–1 são as amplitudes no intervalo de pulso anterior. O desvio de fase ∆Φ é
determinado de acordo com a tabela:
Xk
Yk
∆Φ
1
1
-3π/4
0
1
3π/4
0
0
π/4
1
0
-π/4
88
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - características da modulação (modo digital)
Baseband
Filters
multiplier
l
k
A cos(w ct)
source
s(t)
90°
-A sin(wct)
Qk
multiplier
89
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - estrutura do canal de controle digital (quadro)
Um quadro = 1944 bits (972 Símbolos) = 40ms. (25 quadros por segundo)
←→
Time Slot 1 Time Slot 2 Time Slot 3 Time Slot 4 Time Slot 5
Time Slot 6
←→
1 bloco TDMA
←→
1 Time Slot
Cada slot transporta 162 símbolos (324 bits). Um bloco TDMA consiste de
metade de um quadro TDMA (slots 1 a 3 ou 4 a 6). As posições dos bits (BP
– Bit Position) nos bursts direto e reverso são numeradas seqüencialmente de
1 a 324.
90
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - estrutura do canal de controle digital (slot)
Slot Normal MS →BMI no DCCH
G
R
PREAM
SYNC
DATA
SYNC+
DATA
6
6
16
28
122
24
122
Slot Abreviado MS →BMI no DCCH
G
R
PREAM
SYNC
DATA
SYNC+
DATA
AG
6
6
16
28
122
24
78
44
Slot BMI →MS no DCCH
SYNC
SCF
DATA
CSFP
DATA
SCF
RSVD
28
12
130
12
130
10
2
AG
-
Guard Time for Abbreviated RACH Burst
R
-
Ramp Time
CSFP
-
Coded Super Frame Phase
RSVD
-
Reserved Field, set to 11
DATA
-
Coded Information Bits
SCF
-
Shared Channel Feedback
G
-
Guard Time
SYNC
-
Synchronization
PREAM
-
Preamble
SYNC+
-
Additional Synchronization
BMI - Base Station, MSC and Interworking Function (IS-41)
91
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - mapeamento da informação de usuário
A informação do usuário sofre adição de CRC, interleaving e codificação de canal
(código convolucional de taxa 1/2) e é mapeada no campo DATA em cada slot.
Esse campo possui 260 bits no link direto e 244 bits para slot normal ou 200 bits
para slot abreviado no link reverso.
Antes da codificação de canal tem-se a formação:
Partição dos dados antes da codificação de canal
Cabeçalho L2
Informação L3
← 109/101/79→
CRC
cauda
16
5
O comprimento dos blocos L2 + L3 é função do tipo de canal lógico:
SPACH e BCCH: = 130-16-5 = 109
RACH (normal): = 122-16-5 = 101
RACH (abreviado): = 100-16-5 = 79
92
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - interleaving da informação codificada
No canal DCCH direto, os 260 bits de saída do codificador, numerados 0 - 259
conforme a ordem de saída, a cada quadro carregam pelas colunas um bloco de
interleaving de 13 linhas por 20 colunas da forma ilustrada abaixo:
0
1
13
14
26
27
...
...
234
235
247
248
2
15
28
...
236
249
...
11
...
24
...
37
...
...
...
245
...
258
12
25
38
...
246
259
A transmissão é feita na ordem: 0,13,...,247 (linha 0), 2,15,...249 (linha 2),...
,12,25,...,259
(linha 12), 1,14,...,248
(linha 1), 3,16,...,25 (linha 3),...,
11,24,...,258 (linha 11).
93
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - interleaving da informação codificada
No canal DCCH reverso, burst de comprimento normal, os 244 bits de saída do
codificador, numerados 0 - 243 conforme a ordem de saída, a cada quadro
carregam pelas colunas um bloco de interleaving de 12 linhas por 21 colunas da
forma ilustrada abaixo:
0
12
24
...
228
240
1
13
25
...
229
241
2
14
26
...
230
242
3
15
27
...
231
243
...
...
...
...
...
N/A
11
23
35
...
239
N/A
N/A - Não aplicável - a coluna 20 tem preenchimento parcial com 4 bits.
A transmissão é feita na ordem: 0,12,...,240 (linha 0),...,10,22,...,238 (linha 10),
1,13,...,241 (linha 1),..., 11,23,...,239 (linha 11).
94
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - interleaving da informação codificada
No canal DCCH reverso, burst de comprimento abreviado, os 200 bits de saída
do codificador, numerados 0 - 199 conforme a ordem de saída, a cada quadro
carregam pelas colunas um bloco de interleaving de 12 linhas por 17 colunas da
forma ilustrada abaixo:
0
1
...
7
8
9
10
11
12
13
...
19
20
21
22
23
24
25
...
31
32
33
34
35
...
...
...
...
...
...
...
...
180
181
...
187
188
189
190
191
192
193
...
199
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A - Não aplicável - a coluna 16 tem preenchimento parcial com 8 bits.
A transmissão é feita na ordem: 0,12,...,192 (linha 0),...,10,22,...,190 (linha 10),
1,13,...,193 (linha 1),..., 11,23,...,191 (linha 11).
95
TIA/EIA/IS-136 - Superframe no DCCH
Instituto Nacional de Telecomunicações
Seqüência de canais lógicos (veja ilustração abaixo). O número mínimo e máximo
de slots para cada canal lógico é determinado por norma (veja abaixo), sendo o
número total de slots em um Superframe é de 32 para DCCH full-rate e de 16 para
DCCH half-rate. Há ainda o Hiperframe, formado por dois Superframes e o Paging
Frame, formado por 2 ou mais Hiperframes.
DCCH Full-Rate
DCCH Half-Rate
Min
Max
Min
Max
F-BCCH (F)
3
10
3
10
E-BCCH (E)
1
8
1
8
S-BCCH (S)
0
15
0
11
Reservado (R)
0
7
0
7
SPACH
2
28
2
12
← Um Superframe = 16 frames TDMA = 640 ms→
DCCH
F-BCCH
F
SFP
0
...
E-BCCH
F
E
...
E
S-BCCH
S
...
Reservado
S
...
R
...
R
SPACH
...
31
96
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - off-set e alinhamento temporal
Na estação móvel, o off-set temporal entre as temporizações de quadro nos links
direto e reverso, sem avanço temporal aplicado, é de 1 slot mais 45 símbolos (207
períodos de símbolo): o slot 1 do quadro N no link direto ocorre 207 períodos de
símbolo após o slot 1 do quadro N na direção reversa, sem avanço de temporização.
Essa medida facilita o processo de comunicação full-duplex, pois um duplexer pode
ser substituído por uma chave “transmite/recebe”. O avanço de temporização é
comandado pela estação base em incrementos inteiros de metade de um símbolo,
de forma a sincronizar novos usuários aos quais são alocados novos slots.
Fim do slot do canal digital
de tráfego reverso
Avanço
temporal
Início do slot do canal
digital de tráfego direto
Off-set de
referência
padrão :
período de
207
símbolos
Burst de
transmissão da EM
Slot de transmissão da estação base
sincronismo
97
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - canal de tráfego digital
Dedicado ao transporte da informação e mensagens de sinalização do usuário
entre estação base e estação móvel e vice-versa:
Canal de
tráfego
Informação
do usuário
FACCH
SACCH
Fast Associated Control Channel (FACCH) - canal blank-and-burst usado para troca
de mensagens de sinalização entre a estação base e a estação móvel.
Slow Associatec Control Channel (SACCH) - canal com transmissão contínua
utilizado para troca de mensagens de sinalização entre a estação base e a estação
móvel. Um certo número de bits é reservado ao SACCH em cada slot TDMA.
Informação do usuário (User Information) e dados FACCH não podem ser enviados
simultaneamente.
98
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - estrutura do canal de tráfego
Um canal de 30KHz é compartilhado temporalmente, contendo 6 slots. Cada
canal de tráfego ocupa os slots 1 e 4, 2 e 5 ou 3 ou 6 se o codificador de voz é
do tipo full-rate (7950bps) e ocupa os slots 1, 2, 3, 4, 5, ou 6 se o codificador
de voz é do tipo half-rate (3975bps). Esse último codificador ainda não se
encontra disponível comercialmente. A taxa de voz digitalizada, após inclusão
de redundância para detecção e correção de erros é de 13Kbps (gross rate).
Formato de quadro TDMA
Um Frame = 1944 bits (972 Símbolos) = 40 ms. (25 frames por segundo)
←→
Slot 1
Slot 2
Slot 3
Slot 4
Slot 5
Slot 6
←→
Um Slot
99
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - estrutura do canal de tráfego
Formato de Slot TDMA
6
6
16
G
R DATA
28
122
12
12
122
SYNC
DATA
SACCH
CDVCC
DATA
Estação Móvel para Estação Base (os números indicam número de bits)
28
12
130
12
130
1
11
SYNC
SACCH
DATA
CDVCC
DATA
RSVD = 1
CDL
Estação Base para Estação Móvel (os números indicam número de bits)
G–
Guard Time
CDVCC –
R–
Ramp Time
SYNC –
DATA –
SACCH –
User Information or FACCH
Slow Associated Control Channel
CDL RSVD –
Coded Digital Verification Color Code
Synchronization and Training
Coded Digital Control Channel Locator
Reserved
100
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - codificação de voz e de canal
Codificadores full-rate VSELP (Vector Sum Excited Linear Predictive) ou EFR
(Enhanced Full-Rate, conforme padrão IS-641) a 7950bps.
O codificador VSELP produz um quadro de voz a cada 20ms, contendo 159 bits.
Devido ao atraso causado pela interface aérea entre a estação base e a estação
móvel, que pode exceder 100ms, há necessidade de implementação de técnica
para cancelamento de eco, a critério do fabricante, a qual deve satisfazer uma
ERL (Echo Return Loss) mínima de 45dB.
Antes do processo de codificação de canal os 159 bits de cada quadro de voz
(20ms) são separados em duas classes. Há 77 bits na classe 1 e 82 bits na
classe 2. A classe 1 é a parte que sofre codificação de canal convolucional. Na
classe 1, os 12 bits mais significativos (em termos de percepção da qualidade da
voz) passam pelo processo de adição de CRC (Cyclic Redundancy Check) que
gera 7 bits que são adicionados aos 77 da classe 1 para posterior codificação
convolucional de taxa 1/2. Os bits da classe 2 não sofrem nenhum tipo de
proteção contra erros. A codificação de canal para o codificador EFR é
especificada pela norma IS-641.
101
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - codificação de canal para voz
Perceptually
Significant
Bits
5 Tail Bits
7-bit
CRC
Computation
Spe
ech
Cod
er
7
Rate 1/2
Convolutional
Coding
7
Class-1 bits
7
Class-2 bits
17
8
Coded
Class-1
bits
Voi
ce
Cip
her
26
0
2Slot
Inte
rlea
ver
26
0
8
2
102
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - interleaving
Após a codificação de canal, cada grupo de dois quadros adjacentes de
voz é entrelaçado dentro de dois slots temporais. Em outras palavras,
cada slot contém metade dos dados de cada um conjunto de dois
quadros de voz. Os bits de voz preenchem, pelas colunas, um arranjo
de entrelaçamento de ordem 26 x 10, conforme mostrado no slide
seguinte. Dois quadros de voz consecutivos são identificados por x e y,
onde x representa o quadro anterior e y o atual ou mais recente.
Somente 130 bits do total de 260 são fornecidos aos quadros x e y. Os
dados de voz codificados correspondentes a dois quadros consecutivos
são dispostos no arranjo de tal forma que os bits das classes 1 e 2
sejam “misturados”. Os dados são retirados seqüencialmente pelas
linhas do arranjo. O interleaving para o codificador EFR é especificado
pela norma IS-641.
O processo de entrelaçamento para os dados FACCH é idêntico ao
mencionado. Contudo, uma palavra SACCH codificada utiliza
interleaving diagonal que abrange 12 slots consecutivos por cada
palavra SACCH codificada de 12 bits por quadro de 20ms.
103
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - interleaving para voz e dados FACCH
0 x 26 x 52 x 78 x 104 x 130 x 156 x 182 x 208 x 234 x
1 y 27 y 53 y 79 y 105 y 131 y 157 y 183 y 209 y 235 y
2 x 28 x 54 x 80 x 106 x 132 x 158 x 184 x 210 x 236 x
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
12 x 38 x 64 x 90 x 116 x 142 x 168 x 194 x 220 x 246 x
13 y 39 y 65 y 91 y 117 y 143 y 169 y 195 y 221 y 247 y
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
24 x 50 x 76 x 102 x 128 x 154 x 180 x 206 x 232 x 258 x
25 y 51 y 77 y 103 y 129 y 155 y 181 y 207 y 233 y 259 y
Quadros
de voz
x and y
Quadros
de voz
y and z
40 ms
Bits da Classe 1 são codificados com código convolucional ,
entrelaçados temporalmente com bits da classe 2 e transmitidos em 2 slots.
104
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - codificação de canal para dados FACCH e SACCH
A codificação de canal utilizada para dados FACCH é diferente daquela
utilizada para dados de voz. Um bloco de dados FACCH contém 49 bits
de dados por cada quadro de 20ms. Um CRC 16 é adicionado ao final de
cada um desses blocos, fornecendo uma palavra código FACCH de 65
bits. Estes 65 bits passam então por um codificador convolucional de taxa
R = ¼ e constraint length K = 6, resultando em 260 bits FACCH a cada
quadro de 20ms. Um bloco de dados FACCH ocupa a mesma banda que
um quadro de voz codificada (20ms) e, assim, dados de voz podem ser
trocados por dados FACCH para transmissão no canal de tráfego digital
DTC.
Uma palavra de dados SACCH consiste de 6 bits a cada quadro de voz
de 20ms. Esses dados passam por um codificador convolucional com
taxa R = ½ e constraint length K = 5 para produzir 12 bits codificados a
cada quadro de 20ms, ou 24 bits codificados a cada quadro do padrão
(40ms).
105
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - outros dados do canal de tráfego
Taxa total do canal de tráfego full-rate - 13Kbps.
Tempo de guarda e Rump Up - duração igual a 3 símbolos, para cada um.
Palavra de sincronismo e identificação de slot - são definidas 6 palavras de
sincronismo que possuem boas propriedades de autocorrelação e de correlação
cruzada para estabelecimento de sincronismo e identificação do slot.
CDVCC - Coded Digital Verification Color Code - utilizado para distinguir o
tráfego desejado de tráfegos co-canais (similar ao SAT do padrão EIA/TIA 553).
Codificação do DVCC: Hammming (12,8).
CDL - Coded Digital Control Channel Location - contém informações para
auxiliar a estação móvel na localização de um canal de controle. Especifica uma
faixa de freqüências dentro da qual a estação móvel deverá procurar por um
canal de controle.
Equalização - o padrão TIA/EIA/IS-136 não especifica um equalizador. A
implementação ou não fica a cargo do fabricante do equipamento.
Demodulação - o padrão TIA/EIA/IS-136 não especifica uma forma de
demodulação do sinal π/4-DQPSK. A técnica utilizada fica a cargo do fabricante
do equipamento.
106
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - limitações nas emissões em RF
Transmissores analógicos: - produtos de modulação fora da região de
±20KHz da portadora não devem exceder um nível 26dB abaixo da
portadora não modulada, 45dB para a faixa ±45KHz e 60dB ou
43+10log(potência média de saída em Watts) - o que for maior - para a
faixa de ±90KHz.
Transmissores digitais: - potências das emissões fora da região de
±30KHz da portadora não devem exceder um nível 26dB abaixo da
potência média de saída, 45dB para a faixa ±60KHz, 45dB ou -13dBm o que resultar em menor potência - para a faixa de ±90KHz e potências
de transmissão menores que 50W e 60dB para a faixa de ±90KHz para
potências maiores que 50W .
As técnicas de medida para a estação móvel e para a estação base são
abordadas nas normas EIA-19-B e EIA/TIA-712, TIA/EIA/IS-137-A e
TIA/EIA/IS-138-A .
107
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - segurança e identificação
•
•
•
•
MIN (Mobile Identification Number) - composto por 34 bits formados a
partir de uma codificação específica do número telefônico do
assinante (10 dígitos).
ESN (Electronic Serial Number) - composto por 32 bits formados a
partir de uma identificação do fabricante (MFR - Manufacturer’s code)
e do número de série do terminal.
SCM (Station Class Mark) - composto por 5 bits, informa a classe de
potência (I a VIII), o modo de transmissão (contínuo ou descontínuo) e
a banda de trabalho (20 ou 25MHz) do terminal móvel.
Registration Memory - armazena dados sobre a temporização do
processo de autenticação autônoma (21 bits) e o SID (System
Identification) (15 bits). Armazena também 12 bits que indicam
mudanças na área de localização do terminal. Após o desligamento
do terminal essas informações devem ser mantidas por um tempo
maior que 48 horas.
108
Instituto Nacional de Telecomunicações
•
•
•
•
•
•
TIA/EIA/IS-136 - segurança e identificação
Access Overload Class - 4 bits armazenados na estação móvel e
utilizados para identificar que campo das mensagens de overload controla
as tentativas de acesso pela estação móvel.
Extended Address Method - 1 único bit armazenado na estação móvel
para determinar se a palavra de endereçamento estendido (contendo o
MIN, bits 24 - 33 e outros dados) deve ser incluída nas tentativas de
acesso.
First Paging Channel - 11 bits armazenados na estação móvel para
identificar o número do primeiro canal de paging que deve ser monitorado.
SID (Home System Identification) - 15 bits dos quais os bits 0 - 12
identificam o sistema especificamente e os bits 14 e 13 são (00 - Estados
Unidos, 01 - outros países, 10 - Canadá, 11 - México).
Local Control Option - meio que permite ao usuário informar se a
estação móvel deve tomar certas ações a partir comandos utilizados para
customização de operações do tipo user groups.
Preferred System Selection (800MHz) - meio que permite ao usuário
selecionar o sistema preferido (A ou B).
109
Instituto Nacional de Telecomunicações
•
TIA/EIA/IS-136 - segurança e identificação
Autenticação - troca de informações entre a estação móvel e a estação
base de forma que a “identidade” da estação móvel seja confirmada.
O processo de autenticação é feito a partir do SSD (Shared Secret Data),
do MIN e do ESN. O SSD é um padrão de 128 bits computado a partir de
uma chave código de 64 bits e de um número aleatório de 32 bits
armazenados na estação móvel. Dos 128 bits do SSD, 64 são utilizados
pelo processo de autenticação e os demais são utilizados para prover
privacidade / confidencialidade na comunicação.
O processo de autenticação ocorre na inicialização e término de chamada
e durante a mesma, por ordem do sistema.
A chave código, chamada A-key, é conhecida apenas pela estação móvel
e pelo HLR/AC (Home Location Register / Authentication Center) do
sistema. O SSD, e não a A-key, é computado nesses locais e enviado a
sistemas visitados através da rede IS-41.
110
Instituto Nacional de Telecomunicações
•
TIA/EIA/IS-136 - segurança e identificação
criptografia - algumas mensagens de sinalização e os canais de tráfego
sofrem algum tipo de proteção, em termos de sigilo, de seu conteúdo.
Esse sigilo (modesto, como cita a norma) é implementado a partir de
algoritmos apropriados de criptografia.
Requisições para criptografia do sinal de voz ou dos dados de controle
podem ou não ser atendidas pela estação base. O usuário não pode
assumir que sua requisição foi aceita e está em operação até que a
estação base a confirme (através da alocação do canal de tráfego digital,
por exemplo). A requisição para o modo de segurança também pode ser
feita após a alocação do canal de tráfego e a mudança para esse modo
ocorrerá por decisão da estação base e será comunicada à estação
móvel.
Os algoritmos de criptografia são apresentados com restrições nas
normas e são objeto de controle de distribuição pela TIA.
111
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - supervisão
•
•
•
SAT (Supervisory Audio Tone) - uma entre 3 freqüências (5970,
6000 e 6030Hz) transmitida em FM pela base. O terminal móvel
deve detectar, filtrar e retransmitir um tom SAT no canal de voz de
forma que interferências de estações/móveis co-canais sejam
detectadas - um receptor (no móvel ou na base) que recebe um SAT
que não tem correspondência correta com o SCC (SAT Color Code)
ordena o desligamento do transmissor. A monitoração do SAT é feita
continuamente ou no mínimo a cada 250ms. Após 5s de não
detecção (ou detecção incorreta) do SAT a chamada é terminada
pelo sistema.
ST (Signaling Tone) - tom de 10KHz enviado pelo terminal móvel e
utilizado para requisição de fim de chamada, flash ou confirmação
de ordens.
Os sinais SAT e ST são combinados para fornecerem informações
sobre uma série de eventos ocorridos durante uma chamada. Nesse
caso a presença/ausência desses sinais é indicada pelas
combinações (SAT, ST) = (0,0), (0,1), (1,0) e (1,1).
112
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - supervisão
•
DVCC (Digital Verification Color Code) - os canais digitais são
“marcados” com um DVCC de 8 bits codificado em 12 bits (código de
Hamming), o CDVCC (Coded DVCC). O CDVCC é utilizado para
distinguir o canal de tráfego desejado de um outro co-canal.
•
FACCH (Fast Associated Control Channel) - canal blank-and-burst
usado para troca de mensagens de controle e supervisão entre a
estação base e a estação móvel.
•
SACCH (Slow Associated Control Channel) - canal com transmissão
contínua (paralela à voz) utilizado para troca de mensagens de
sinalização entre a estação base e a estação móvel. Um certo
número de bits é reservado ao SACCH em cada slot TDMA.
113
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - Mobile Assisted Handoff
Processo através do qual há grande colaboração da estação móvel para o
processo de handoff (MAHO = Mobile Assisted HandOff = handoff
assistido pelo móvel).
Nele a estação móvel reporta à estação base informações sobre a
qualidade do sinal no canal de RF através de medidas de intensidade de
sinal (RSSI - Received Signal Strength Information) e taxa de erro de bit
(BER - Bit Error Rate).
As mensagens do MAHO são: ordem de início de medidas (da estação
base para a estação móvel, com correspondente mensagem de
reconhecimento da estação móvel para a estação base); ordem de pausa
no processo de medida (base para móvel, com reconhecimento);
qualidade do canal (móvel para base, sem reconhecimento).
A norma detalha os métodos utilizados para as medidas de RSSI e BER e
os correspondentes códigos enviados para representá-las.
114
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA/IS-136 - outras informações importantes
Processamento de chamadas - é similar àquele citado como exemplo para o
padrão EIA/TIA-553. A diferenciação mais importante se refere ao processo de
alinhamento temporal que é realizado pela primeira vez durante a fase de
acesso ao sistema.
Sinalização para o modo analógico - compatível com a sinalização em faixa
larga abordada para o padrão EIA/TIA-553.
Sinalização para o modo digital - o formato específico de cada mensagem
de ordem, requisição ou confirmação entre estação base e estação móvel e
vice-versa é abordado na norma TIA/EIA/IS-136 e não é aqui citado devido ao
volume elevado dessas mensagens.
Alguns dados constantes das normas não foram apresentados nesses slides.
Somente aqueles considerados de maior importância foram contemplados.
Dessa forma, não se deve considerar esse material como tendo caráter
normativo.
115
Instituto Nacional de Telecomunicações
Padrão para sistema celular/PCS CDMA.
TIA/EIA-95-B
116
Instituto Nacional de Telecomunicações
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
TIA/EIA-95-B - visão geral
Sistema de telefonia celular/PCS CDMA.
Primeiro desenvolvimento pela Qualcomm® e aplicação comercial em 1994.
Utilizado em praticamente todo o mundo, com predominância (hoje) na Korea.
Sistema dual-band (800/1900MHz) & dual-mode (digital CDMA / analógico AMPS)
com acesso CDMA/FDMA e duplexação FDD (45MHz).
Largura de faixa de transmissão: 1.23MHz.
Utiliza técnica de espalhamento espectral por seqüência direta.
Link direto: 64 códigos Walsh para ortogonalidade entre os usuários, seqüência
longa (comprimento de 242 - 1 chips) à taxa de 19200bps para embaralhamento,
espalhamento em quadratura por seqüências piloto de comprimento 215 chips a
1.2288Mchips/s.
Link reverso: códigos Walsh para modulação ortogonal; espalhamento pelo código
longo (1.2288Mchips/s) e, em quadratura, pelo código piloto (1.2288Mxchips/s).
Codificação convolucional de canal com taxa 1/2 no link direto e 1/3 no link reverso.
Canal piloto para sincronismo, detecção coerente e medida de intensidade de sinal
no terminal móvel (período de transmissão do sinal espalhado sem dados).
Soft Capacity, Soft Handoff; receptor RAKE.
Taxa de transmissão variável em função da atividade da voz.
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Instituto Nacional de Telecomunicações
•
•
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•
•
•
•
•
TIA/EIA-95-B - normas relacionadas
EIA/TIA-41-D “Cellular Radiotelecommunications Intersystem Operations”,
november 1997 - descreve os procedimentos necessários para prover ao usuário os
serviços que necessitam a interação entre diferentes sistemas celulares.
EIA IS-19-B “Recommended Minimum Standards for 800MHz Cellular Subscriber
Units” - detalha definições, métodos de medida e características em termos do
desempenho mínimo do terminal móvel.
EIA/TIA-712 (substitui a EIA 20-A) “Recommended Minimum Standards for 800MHz
Cellular Base Stations” - detalha definições, métodos de medida e características
em termos do desempenho mínimo da estação rádio base.
TIA-664 “Cellular Features Description” - recomenda planos para implementação de
características uniformes dos serviços celulares.
TIA/EIA-97-B “Recommended Minimum Performance Standards for Base Stations
Supporting Dual-Mode Spread Spectrum Cellular Mobile Stations”, August 1998.
TIA/EIA-98-B “Recommended Minimum Performance Standards for Dual-Mode
Spread Spectrum Cellular Mobile Stations Base Stations”, August 1998.
ANSI J-STD-018 “Recommended Minimum Performance Requirements for 1.8 to
2.0GHz Code Division Multiple Access (CDMA) Personal Stations.
ANSI J-STD-019 “Recommended Minimum Performance Requirements for Base
Stations Supporting 1.8 to 2.0GHz Code Division Multiple Access (CDMA) Personal
Stations.
118
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - modo analógico
•
A maioria dos requisitos para operação do padrão TIA/EIA-95-B no modo
analógico - a saber: características do transmissor e receptor em termos
de faixa de freqüências, potências de saída, limitações nas emissões em
RF, modulação e demodulação, sinalização de faixa larga (FSK),
segurança e identificação, supervisão da chamada e detecção de mal
funcionamento - seguem de forma muito próxima aqueles requisitos
especificados para o padrão EIA/TIA-553.
•
Dos requisitos que sofrem alguma alteração, o processamento de
chamada é o que mais é afetado. Além disso, nos formatos de
sinalização são incluídas novas mensagens. Contudo, é mantida grande
similaridade no que diz respeito aos principais elementos que nessa
apresentação são abordados. Maiores detalhes devem ser obtidos no
conjunto de documentos que formam o padrão TIA/EIA-95-B.
119
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - alocação de freqüências CDMA (800MHz)
Banda
A
B
Faixa de transmissão (MHz)
Estação móvel
Estação base
824,025 – 835,005
869,025 – 880,005
844,995 – 846,495
889,995 – 891,495
835,005 – 844,995
880,005 – 889,995
846,495 – 848,985
891,495 – 893,985
Correspondência de freqüências CDMA para banda Classe 0
Nota: Classe 0 significa operação em 800MHz
Transmissor
Móvel
Base
Numero
do canal
Freqüência central
em MHz
1 ≤ N ≤ 777
1013 ≤ N ≤ 1023
1 ≤ N ≤ 777
1013 ≤ N ≤ 1023
0,03N + 825,000
0,03(N – 1023) + 825,000
0,03N + 870,000
0,03(N – 1023) + 870,000
Cálculo da freqüência central CDMA do canal número N na banda Classe 0
120
TIA/EIA-95-B - alocação de freqüências CDMA (800MHz)
Instituto Nacional de Telecomunicações
Banda
Alocação
Numeração
do canal
Freqüência central
móvel – base, MHz
Freqüência central
base - móvel, MHz
A” (1MHz)
Não válida
Válida
991 – 1012
1013 – 1023
824,040 – 824,670
824,700 – 825,000
869,040 – 869,670
869,700 – 870,000
A (10MHz)
Válida
Não válida
1 – 311
312 – 333
825,030 – 834,330
834,360 – 834,990
870,030 – 879,330
879,360 – 879,990
Não válida
Válida
Não válida
334 – 355
356 – 644
645 – 666
835,020 – 835,650
835,680 – 844,320
844,350 – 844,980
880,020 – 880,650
880,680 – 889,320
889,350 – 889,980
Não válida
Válida
Não válida
667 – 688
689 – 694
695 – 716
845,010 – 845,640
845,670 – 845,820
845,850 – 846,480
890,010 – 890,640
890,670 – 890,820
890,850 – 891,480
Não válida
Válida
Não válida
717 – 738
739 – 777
778 - 799
846,510 – 847,140
847,170 – 848,310
848,340 – 848,970
891,510 – 892,140
892,170 – 893,310
893,340 – 893,970
B (10MHz)
A’ (1,5MHz)
B’ (2,5MHz)
Numeração dos canais CDMA e freqüências para a banda Classe 0
Banda
Numeração dos canais preferidos
A
283 (primário) e 691 (secundário)
B
384 (primário) e 777 secundário
Alocação preferida CDMA para a banda Classe 0
121
TIA/EIA-95-B - alocação de freqüências CDMA (800MHz)
Instituto Nacional de Telecomunicações
991
1012
10
31
52
73
94
115
136
157
178
199
220
241
262
283
304
325
346
367
388
409
430
451
472
493
514
535
556
577
598
619
640
661
682
703
724
745
766
787
992
1013
11
32
53
74
95
116
137
158
179
200
221
242
263
284
305
326
347
368
389
410
431
452
473
494
515
536
557
578
599
620
641
662
683
704
725
746
767
788
993
1014
12
33
54
75
96
117
138
159
180
201
222
243
264
285
306
327
348
369
390
411
432
453
474
495
516
537
558
579
600
621
642
663
684
705
726
747
768
789
994
1015
13
34
55
76
97
118
139
160
181
202
223
244
265
286
307
328
349
370
391
412
433
454
475
496
517
538
559
580
601
622
643
664
685
706
727
748
769
790
995
1016
14
35
56
77
98
119
140
161
182
203
224
245
266
287
308
329
350
371
392
413
434
455
476
497
518
539
560
581
602
623
644
665
686
707
728
749
770
791
996
1017
15
36
57
78
99
120
141
162
183
204
225
246
267
288
309
330
351
372
393
414
435
456
477
498
519
540
561
582
603
624
645
666
687
708
729
750
771
792
997
1018
16
37
58
79
100
121
142
163
184
205
226
247
268
289
310
331
352
373
394
415
436
457
478
499
520
541
62
583
604
625
646
667
688
709
730
751
772
793
998
1019
17
38
59
80
101
122
143
164
185
206
227
248
269
290
311
332
353
374
395
416
437
458
479
500
521
542
563
584
605
626
647
668
689
710
731
752
773
794
999
1020
18
39
60
81
102
123
144
165
186
207
228
249
270
291
312
333
354
375
396
417
438
459
480
501
522
543
564
585
606
627
648
669
690
711
732
753
774
795
1000
1021
19
40
61
82
103
124
145
166
187
208
229
250
271
292
313
334
355
376
397
418
439
460
481
502
523
544
565
586
607
628
649
670
691
712
733
754
775
796
1001
1022
20
41
62
83
104
125
146
167
188
209
230
251
272
293
314
335
356
377
398
419
440
461
482
503
524
545
566
587
608
629
650
671
692
713
734
755
776
797
1002
1023
21
42
63
84
105
126
147
168
189
210
231
252
273
294
315
336
357
378
399
420
441
462
483
504
525
546
567
588
609
630
651
672
693
714
735
756
777
798
1003
1
22
43
64
85
106
127
148
169
190
211
232
253
274
295
316
337
358
379
400
421
442
463
484
505
526
547
568
589
610
631
652
673
694
715
736
757
778
799
1004
2
23
44
65
86
107
128
149
170
191
212
233
254
275
296
317
338
359
380
401
422
443
464
485
506
527
548
569
590
611
632
653
674
695
716
737
758
779
1005
3
24
45
66
87
108
129
150
171
192
213
234
255
276
297
318
339
360
381
402
423
444
465
486
507
528
549
570
591
612
633
654
675
696
717
738
759
780
1006
4
25
46
67
88
109
130
151
172
193
214
235
256
277
298
319
340
361
382
403
424
445
466
487
508
529
550
571
592
613
634
655
676
697
718
739
760
781
1007
5
26
47
68
89
110
131
152
173
194
215
236
257
278
299
320
341
362
383
404
425
446
467
488
509
530
551
572
593
614
635
656
677
698
719
740
761
782
1008
6
27
48
69
90
111
132
153
174
195
216
237
258
279
300
321
342
363
384
405
426
447
468
489
510
531
552
573
594
615
636
657
678
699
720
741
762
783
1009
7
28
49
70
91
112
133
154
175
196
217
238
259
280
301
322
343
364
385
406
427
448
469
490
511
532
553
574
595
616
637
658
679
700
721
742
763
784
1010
8
29
50
71
92
113
134
155
176
197
218
239
260
281
302
323
344
365
386
407
428
449
470
491
512
533
554
575
596
617
638
659
680
701
722
743
764
785
1011
9
30
51
72
93
114
135
156
177
198
219
240
261
282
303
324
345
366
387
408
429
450
471
492
513
534
555
576
597
618
639
660
681
702
723
744
765
786
122
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - alocação de freqüências CDMA (1900MHz)
Bloco
Banda de transmissão (MHz)
Estação móvel
Estação base
A
1850 – 1865
1930 – 1945
D
1865 – 1870
1945 – 1950
B
1870 – 1885
1950 – 1965
E
1885 – 1890
1965 – 1970
F
1890 – 1895
1970 – 1975
C
1895 – 1910
1975 - 1990
Correspondência de freqüências CDMA para banda Classe 1
Nota: Classe 1 significa operação em 1900MHz
Transmissor
Numero
do canal
Freqüência central
em MHz
Móvel
1 ≤ N ≤ 1199
1850,000 + 0,050N
Base
1 ≤ N ≤ 1199
1930,000 + 0,050N
Cálculo da freqüência central CDMA do canal número N na banda Classe 1
123
TIA/EIA-95-B - alocação de freqüências CDMA (1900MHz)
Instituto Nacional de Telecomunicações
Bloco
Alocação
Numeração
do canal
Freqüência central
móvel – base, MHz
Freqüência central
base - móvel, MHz
A
(15MHz)
Não válida
Válida
Válida cond.
0 – 24
25 – 275
276 – 299
1850,000 – 1851,200
1851,250 – 1873,750
1863,800 – 1864,950
1930,000 – 1931,200
1931,250 – 1943,750
1943,800 – 1944,950
D
(5MHz)
Válida cond.
Válida
Válida cond.
300 – 324
325 – 375
376 – 399
1865,000 – 1866,200
1866,250 – 1868,750
1868,800 – 1869,950
1945,000 – 1946,200
1946,250 – 1948,750
1948,800 – 1949,950
B
(15MHz)
Válida cond.
Válida
Válida cond.
400 – 424
425 – 675
676 – 699
1870,000 – 1871,200
1871,250 – 1883,750
1883,800 – 1884,950
1950,000 – 1951,200
1951,250 – 1953,750
1963,800 – 1964,950
E
(5MHz)
Válida cond.
Válida
Válida cond.
700 – 724
725 – 775
776 – 799
1885,000 – 1886,200
1886,250 – 1888,750
1888,800 – 1889,950
1965,000 – 1966,200
1966,250 – 1968,750
1968,800 – 1969,950
F
(5MHz)
Válida cond.
Válida
Válida cond.
800 – 824
825 – 875
876 – 899
1890,000 – 1891,200
1891,250 – 1893,750
1893,800 – 1894,950
1970,000 – 1971,200
1971,250 – 1973,750
1973,800 – 1974,950
C
(15MHz)
Válida cond. 900 – 924
Válida
925 – 1175
Não válida 1176 – 1199
1895,000 – 1896,200
1896,250 – 1908,750
1908,800 – 1909,950
1975,000 – 1976,200
1976,250 – 1988,750
1988,800 – 1989,950
Numeração dos canais CDMA e freqüências para a banda Classe 1
124
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - alocação de freqüências CDMA (1900MHz)
Bloco
Numeração dos canais preferidos
A
25, 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 225, 250, 275
D
325, 350, 375
B
425, 450, 475, 500, 525, 550, 575, 600, 625, 650, 675
E
725, 750, 775
F
825, 850, 875
C
825, 850, 975, 100, 1025, 1050, 1075, 1100, 1125, 1150, 1175
Alocação preferida CDMA para a banda Classe 1
125
Instituto Nacional de Telecomunicações
•
TIA/EIA-95-B - potências de transmissão
A potência transmitida pela estação móvel é controlada em malha aberta (Open
Loop Power Control) em função da potência recebida. Os valores máximos de
ERP são:
Classe da
estação móvel
Limite inferior
Limite superior
I
1dBW (1,25W)
8dBW (6,3W)
II
-3dBW (0,5W)
4dBW (2,5W)
III
-7dBW (0,2W)
0dBW (1,0W)
TIA/EIA-95-B - limitações nas emissões em RF
•
Na faixa de operação de 824 a 849MHz as emissões espúrias em RF, quando
medidas com uma resolução de 30KHz de banda, não devem exceder a:
Desvio de freqüência de ∆ f da
portadora (em módulo)
Máximo nível de
emissão espúria
Maior que 900KHz
-42dBc/30KHz
Maior que 1,98MHz
-54dBc/30KHz
-XdBc/YHz = potência X dB abaixo da potência do sinal medida em 1,23MHz. A medida
do espúrio é feita numa banda de YHz, distantes de ∆f da freqüência central da portadora.
126
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - potências de transmissão chaveada
A potência de transmissão da estação móvel deve estar dentro de certos
limites nominais quando operando no modo de taxa de transmissão
variável, nos momentos de transmissão (gated-on periods). Durante os
períodos de não transmissão (gated-off periods) a estação móvel deve
reduzir sua potência média de no mínimo 20dB em relação ao último
período de transmissão ou ao nível de ruído do transmissor, o que for
maior. Esse nível de ruído deveria ser menor que -60dBm/1,23MHz
(recomendação), mas tem que ser menor que -54dBm/1,23MHz.
Potência
média
20dB
ou nível
de ruído
7µs
7µs
3dB
1,247m
s
Resposta
temporal
do sinal
127
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - controle de potência em malha fechada
A potência de transmissão da estação móvel é também corrigida, em
torno daquela corrigida pelo controle em malha aberta (open loop power
control), em função de comandos da ERB. Os comandos ocorrem a cada
1,25ms após os períodos gated-on da estação móvel e as variações de
potência podem ocorrer em passos de 1dB ±0,5dB, 0,5dB ±0,3dB ou
0,25dB ±0,2dB, dependendo do equipamento. A potência de saída da
estação móvel deverá chegar ao valor correto (consideradas as
tolerâncias) dentro de 500µs.
Deve-se lembrar que o controle de potência em um sistema CDMA é de
extrema importância no controle da interferência entre os sinais dos
vários usuários que chegam à estação base. As variações do sinal
devido ao desvanecimento por multipercursos são difíceis de serem
compensadas pelo controle de potência se ocorrem a taxas elevadas.
Após o controle de potência ainda é mantida certa variabilidade do sinal
recebido na estação base.
128
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - algumas definições importantes
•
•
•
•
•
Registro autônomo (autonomous registration) - método no qual a estação
móvel executa um registro sem um comando explícito da estação base.
Flash - um sinal enviado no canal de voz analógico ou no canal de tráfego
CDMA indicando que o usuário está requisitando algum processamento
especial.
Off-set de quadro - deslocamento temporal dos quadros no canal de
tráfego, em relação à temporização do sistema, de múltiplos inteiros de
1,25ms.
Hard Handoff - handoff caracterizado pela desconexão temporária do
canal de tráfego. Ocorre quando da passagem da estação móvel por áreas
de cobertura disjuntas, mudança da freqüência de portadora, mudança de
off-set de quadro ou na mudança de um canal de tráfego CDMA para um
canal de voz analógico.
Soft Handoff - handoff caracterizado pelo início da comunicação com uma
nova estação base, sem alteração de freqüência de portadora, antes de
terminar a comunicação com a estação base anterior.
129
Instituto Nacional de Telecomunicações
•
•
•
•
•
•
TIA/EIA-95-B - canal reverso CDMA
Canal Reverso CDMA: composto de Canais de Acesso e Canais de
Tráfego.
Canal de Acesso - utilizado pela estação móvel para iniciar a
comunicação com a estação base e para responder a mensagens de
page. Identificados por seqüências código longas com deslocamentos
distintos. Utiliza acesso aleatório e janelado temporalmente (slotted).
Canal de Tráfego: utilizado para transporte de informação e sinalização
de usuário para a estação base durante uma chamada. Formado por
um Canal Código Fundamental e 0 a 7 Canais Código Suplementares,
identificados por seqüências código longas distintas.
Múltiplos canais reversos podem ser utilizados por uma estação base,
multiplexados por divisão em freqüência.
Antes da transmissão, os dados no canal reverso são agrupados em
quadros de 20ms, codificados por um código convolucional,
entrelaçados temporalmente, modulados por uma modulação 64-ária
ortogonal e espalhados utilizando a técnica de seqüência direta.
Os próximos slides detalham a estrutura geral do canal reverso CDMA.
130
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - canal de acesso CDMA
bits de informação
do canal de acesso
4,4Kbps
adição de
8 bits de cauda
por quadro
4,8Kbps
codificador
convolucional
taxa 1/3 K=9
símbolos código
repetição
de
símbolos
14,4Ksps
símbolos
código
repetidos
entrelaçador
símbolos
código
repetidos
28,8Ksps
temporal
28,8Ksps
modulador
64-ário
ortogonal
símbolos da modulação (chip Walsh)
4,8Ksps (307,2Kcps)
Seqüência de espalhamento I
1,2288Mcps
cos( 2 πfC t )
I
I (t )
filtro
banda base
Σ
PN chip
1,2288Mcps
gerador do
código longo
máscara do
código longo
Delay
½ PN chip
= 406,9ns
Seqüência de espalhamento Q
1,2288Mcps
Q
filtro
banda base
s (t )
Q (t )
sen(2πf C t )
131
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - canal código fundamental CDMA *
bits de informação
do canal código reverso
fundamental
(172, 80, 40 ou 16 bits/quadro)
8,6Kbps
4,0Kbps
2,0Kbps
0,8Kbps
codificador
convolucional
taxa 1/3 K=9
28,8Kbps
14,4Kbps
7,2Kbps
3,6Kbps
modulador
64-ário
ortogonal
adição de bits de
indicação de
qualidade do quadro
(12, 8, 0 ou 0 bits/q)
repetição
de
símbolos
randomizador
de burst de
dadosl
4,8Ksps
(307,2Kcps)
símbolos da
modulação
(chip Walsh)
* para conjunto de taxas 1
adição de
8 bits de cauda
por quadro
símbolos
código
repetidos
entrelaçador
28,8Ksps
temporal
9,6Kbps
4,8Kbps
2,4Kbps
1,2Kbps
símbolos
código
repetidos
PN chip
1,2288Mcps
gerador do
código longo
máscara do
código longo
132
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - canal código fundamental CDMA *
bits de informação
do canal código reverso
fundamental
(267, 125, 55 ou 21 bits/quadro)
adição de
8 bits de cauda
por quadro
13,35Kbps
6,25Kbps
2,75Kbps
1,05Kbps
14,4Kbps
7,2Kbps
3,6Kbps
1,8Kbps
adição de um
bit indicador
de apagamento
adição de bits de
indicação de
qualidade do quadro
(12, 10, 8 ou 6 b/q)
codificador
convolucional
taxa ½ K=9
repetição
de
símbolos
28,8Kbps
14,4Kbps
7,2Kbps
3,6Kbps
símbolos
código
repetidos
28,8Ksps
entrelaçador
temporal
randomizador
de burst de
dadosl
símbolos
código
repetidos
modulador
64-ário
ortogonal
4,8Ksps
(307,2Kcps)
símbolos da
modulação
(chip Walsh)
A0
PN chip
1,2288Mcps
gerador do
código longo
máscara do
código longo
* para conjunto de taxas 2
133
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - canal código suplementar CDMA *
bits de informação
do canal código reverso
suplementar
(172 bits/quadro)
8,6Kbps
adição de bits de
indicação de
qualidade do quadro
(12 bits/quadro)
adição de
8 bits de cauda
por quadro
9,6Kbps
codificador
convolucional
taxa 1/3 K=9
modulador
64-ário
ortogonal
símbolos
código
entrelaçador
28,8Kbps
temporal
An
4,8Ksps
(307,2Kcps)
símbolos da
modulação
(chip Walsh)
* para conjunto de taxas 1
símbolos
código
PN chip
1,2288Mcps
gerador do
código longo
máscara do
código longo
134
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - canal código suplementar CDMA *
bits de informação
do canal código reverso
suplementar
(267 bits/quadro)
13,35Kbps
adição de
8 bits de cauda
por quadro
adição de bits de
indicação de
qualidade do quadro
(12 bits/quadro)
adição de um
bit indicador
de apagamento
14,4Kbps
codificador
convolucional
taxa ½ K=9
símbolos
código
entrelaçador
28,8Kbps
temporal
símbolos
código
modulador
64-ário
ortogonal
An
4,8Ksps
(307,2Kcps)
símbolos da
modulação
(chip Walsh)
* para conjunto de taxas 2
PN chip
1,2288Mcps
gerador do
código longo
máscara do
código longo
135
Seqüência de espalhamento I
1,2288Mcps
cos(2 πf C t )
Instituto Nacional de Telecomunicações
I
I (t )
filtro
banda base
Σ
A0
filtro
banda base
Q(t )
sen(2πfC t )
Seqüência de espalhamento Q
1,2288Mcps
Seqüência de espalhamento I
1,2288Mcps
cos( 2 πfC t + ϕ1 )
I
filtro
banda base
I (t )
Σ
A1
Delay
½ PN chip
= 406,9ns
…
incluindo canal
código
fundamental e
múltiplos canais
código
suplementares,
para conjuntos
de taxas 1 e 2.
Q
Q
filtro
banda base
Seqüência de espalhamento I
1,2288Mcps
s (t )
Q (t )
cos( 2πfC t + ϕn )
I
filtro
banda base
I (t )
Σ
An
Seqüência de espalhamento Q
1,2288Mcps
Σ
sen(2 πfC t + ϕ1 )
Seqüência de espalhamento Q
1,2288Mcps
Delay
½ PN chip
= 406,9ns
s1 (t )
…
Delay
½ PN chip
= 406,9ns
TIA/EIA-95-B canal de
tráfego
reverso
CDMA
s 0 (t )
Q
filtro
banda base
sn (t )
Q(t )
sen( 2πfC t + ϕn )
136
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - canal de tráfego reverso CDMA
•
•
•
•
•
Os quadros de dados podem ser transmitidos a 9600, 4800, 2400 ou
1200bps (conjunto de taxas 1) ou a 14400, 7200, 3600 ou 1800bps
(conjunto de taxas 2).
O duty cycle de transmissão varia em função da taxa: 100% para quadros a
14400 e 9600bps, 50% para quadros a 7200 e 4800bps, 25% para quadros
a 3600 e 2400bps e 12,5% para quadros a 1800 e 1200bps. Dessa forma a
taxa durante os bursts de transmissão é fixada em 28800bps (codificados).
Se 6 símbolos codificados são modulados em um dos 64 possíveis
símbolos da modulação ortogonal, a taxa de símbolos dessa modulação é
de 28800/6 = 4800sps Z taxa de chips Walsh = 4800 x 64 = 307,2Kcps.
Se a taxa de chips de espalhamento espectral é de 1,2288Mcps, cada chip
Walsh é espalhado por 1,2288Mcps/307,2Kcps = 4 chips.
Para o canal de acesso os números são similares, exceto: a taxa de
transmissão após a adição de bits de cauda é fixa (4800bps); cada símbolo
código é repetido uma vez e o duty cycle de transmissão é de 100%.
137
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - codificação convolucional e
repetição de símbolos no canal reverso CDMA
•
Antes do entrelaçamento temporal os dados do canal de tráfego e de
acesso sofrem codificação de canal. O constraint length do código
convolucional utilizado é 9. Para o canal de acesso e para o canal de
tráfego operando no conjunto de taxas 1 a taxa do código é 1/3. Para o
canal de tráfego operando no conjunto de taxas 2 a taxa do código é 1/2.
•
Após a codificação de canal cada símbolo do código é repetido
[(28800/taxa de saída do codificador) - 1] vezes de forma que a taxa
resultante seja sempre de 28800sps. Os símbolos repetidos são retirados
no processo de randomização realizado mais adiante.
•
Para o canal de acesso (taxa fixa de 4800bps) cada símbolo do código
é repetido uma vez (devido à codificação de canal tem-se 3 x 4800bps =
14400sps; com a repetição tem-se 2 x 14400sps = 28800sps). Nesse
caso esses bits redundantes são também transmitidos.
138
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - codificação convolucional
g0
Codificador
de taxa 1/3
e constraint
length 9
flip-flop
bits de
informação
(entrada)
símbolos
codificados
(saída)
g1
c1
g2
c2
g0
Codificador
de taxa 1/2
e constraint
length 9
c0
bits de
informação
(entrada)
c0
símbolos
codificados
(saída)
g1
c1
139
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - interleaving no canal
de tráfego reverso CDMA
É utilizado interleaving em bloco,
com duração de 20ms. O bloco
consiste de um arranjo de 32
linhas e 18 colunas (576 células).
Os dados são escritos nas
colunas e são lidos nas linhas em
uma ordem que depende da taxa
de transmissão. Por exemplo:
para 4800 (pertencente ao
conjunto de taxas 1) e 7200 bps
(conjunto 2) ou canal de acesso a
4800bps, a memória e a
identificação dos primeiros 576
símbolos escritos são mostrados
ao lado. As linhas são lidas na
seguinte ordem de colunas: 1 3 2
4 5 7 6 8 9 11 10 12 13 15 14 16
17 19 18 20 21 23 22 24 25 27 26
28 29 31 30 32.
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
8
8
9
9
10
10
11
11
12
12
13
13
14
14
15
15
16
16
17
17
18
18
19
19
20
20
21
21
22
22
23
23
24
24
25
25
26
26
27
27
28
28
29
29
30
30
31
31
32
32
33
33
34
34
35
35
36
36
37
37
38
38
39
39
40
40
41
41
42
42
43
43
44
44
45
45
46
46
47
47
48
48
49
49
50
50
51
51
52
52
53
53
54
54
55
55
56
56
57
57
58
58
59
59
60
60
61
61
62
62
63
63
64
64
65
65
66
66
67
67
68
68
69
69
70
70
71
71
72
72
73
73
74
74
75
75
76
76
77
77
78
78
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80
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89
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90
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92
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93
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94
95
95
96
96
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98
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99
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100
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101
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103
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105
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106
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108
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109
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110
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111
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120
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121
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122
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123
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124
125
125
126
126
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127
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128
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129
130
130
131
131
132
132
133
133
134
134
135
135
136
136
137
137
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138
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139
140
140
141
141
142
142
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143
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144
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145
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146
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148
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150
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151
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155
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165
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230
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235
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288
140
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - modulação ortogonal no
canal de tráfego reverso CDMA
Um dos 64 possíveis símbolos é transmitido a cada 6 símbolos
codificados repetidos.
Os símbolos são as 64 formas de onda ortogonais entre si, formadas a
partir das funções Walsh.
O slide seguinte mostra todas as 64 possíveis seqüências Walsh de
comprimento 64. A matriz mostrada é gerada a partir do processo
recursivo ilustrado abaixo, onde N é uma potência de 2 e H N denota o
complemento binário de H N . Na recursão abaixo, H 64 corresponde ao
arranjo completo.
H1 = 0
H2 =
0 0 0 0
0 0
0 1 0 1
H4 =
0 0 1 1
0 1
0 1 1 0
H 2N
HN
=
HN
HN
HN
141
TIA/EIA-95-B - códigos Walsh
Instituto Nacional de Telecomunicações
111111111122222222223333333333444444444455555555556666
0123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123
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0101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101
0011001100110011001100110011001100110011001100110011001100110011
0110011001100110011001100110011001100110011001100110011001100110
0000111100001111000011110000111100001111000011110000111100001111
0101101001011010010110100101101001011010010110100101101001011010
0011110000111100001111000011110000111100001111000011110000111100
0110100101101001011010010110100101101001011010010110100101101001
0000000011111111000000001111111100000000111111110000000011111111
0101010110101010010101011010101001010101101010100101010110101010
0011001111001100001100111100110000110011110011000011001111001100
0110011010011001011001101001100101100110100110010110011010011001
0000111111110000000011111111000000001111111100000000111111110000
0101101010100101010110101010010101011010101001010101101010100101
0011110011000011001111001100001100111100110000110011110011000011
0110100110010110011010011001011001101001100101100110100110010110
0000000000000000111111111111111100000000000000001111111111111111
0101010101010101101010101010101001010101010101011010101010101010
0011001100110011110011001100110000110011001100111100110011001100
0110011001100110100110011001100101100110011001101001100110011001
0000111100001111111100001111000000001111000011111111000011110000
0101101001011010101001011010010101011010010110101010010110100101
0011110000111100110000111100001100111100001111001100001111000011
0110100101101001100101101001011001101001011010011001011010010110
0000000011111111111111110000000000000000111111111111111100000000
0101010110101010101010100101010101010101101010101010101001010101
0011001111001100110011000011001100110011110011001100110000110011
0110011010011001100110010110011001100110100110011001100101100110
0000111111110000111100000000111100001111111100001111000000001111
0101101010100101101001010101101001011010101001011010010101011010
0011110011000011110000110011110000111100110000111100001100111100
0110100110010110100101100110100101101001100101101001011001101001
142
TIA/EIA-95-B - códigos Walsh
Instituto Nacional de Telecomunicações
111111111122222222223333333333444444444455555555556666
0123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123
32
33
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37
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39
40
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63
0000000000000000000000000000000011111111111111111111111111111111
0101010101010101010101010101010110101010101010101010101010101010
0011001100110011001100110011001111001100110011001100110011001100
0110011001100110011001100110011010011001100110011001100110011001
0000111100001111000011110000111111110000111100001111000011110000
0101101001011010010110100101101010100101101001011010010110100101
0011110000111100001111000011110011000011110000111100001111000011
0110100101101001011010010110100110010110100101101001011010010110
0000000011111111000000001111111111111111000000001111111100000000
0101010110101010010101011010101010101010010101011010101001010101
0011001111001100001100111100110011001100001100111100110000110011
0110011010011001011001101001100110011001011001101001100101100110
0000111111110000000011111111000011110000000011111111000000001111
0101101010100101010110101010010110100101010110101010010101011010
0011110011000011001111001100001111000011001111001100001100111100
0110100110010110011010011001011010010110011010011001011001101001
0000000000000000111111111111111111111111111111110000000000000000
0101010101010101101010101010101010101010101010100101010101010101
0011001100110011110011001100110011001100110011000011001100110011
0110011001100110100110011001100110011001100110010110011001100110
0000111100001111111100001111000011110000111100000000111100001111
0101101001011010101001011010010110100101101001010101101001011010
0011110000111100110000111100001111000011110000110011110000111100
0110100101101001100101101001011010010110100101100110100101101001
0000000011111111111111110000000011111111000000000000000011111111
0101010110101010101010100101010110101010010101010101010110101010
0011001111001100110011000011001111001100001100110011001111001100
0110011010011001100110010110011010011001011001100110011010011001
0000111111110000111100000000111111110000000011110000111111110000
0101101010100101101001010101101010100101010110100101101010100101
0011110011000011110000110011110011000011001111000011110011000011
0110100110010110100101100110100110010110011010010110100110010110
143
Instituto Nacional de Telecomunicações
•
•
•
•
TIA/EIA-95-B - transmissão com taxa variável
Objetivo: redução da interferência média entre os sinais dos vários
usuários.
Após o entrelaçamento temporal os dados do canal de tráfego
reverso sofrem um processo de chaveamento que permite a
transmissão de certos símbolos e a não transmissão de outros. O
duty cycle desse chaveamento varia com a taxa de transmissão.
Para 9600 ou 14400sps todos os símbolos são transmitidos, para
4800 ou 7300sps metade dos símbolos é transmitida, etc..
Esse processo divide um quadro de 20ms em 16 períodos iguais
(1,25ms = 6 símbolos Walsh), chamados grupos de controle de
potência (PCG - Power Control Groups), onde certos grupos são
transmitidos (gated-on) e onde outros não o são (gated-off).
A determinação de quais grupos vão ser transmitidos e quais não
vão é função do processo de randomização descrito adiante, mas já
citado, de tal forma que somente um símbolo código seja
transmitido (exceto para o canal de acesso, no qual o símbolo
código e sua repetição única são transmitidos).
144
TIA/EIA-95-B - transmissão com taxa variável
Instituto Nacional de Telecomunicações
20ms = 192bits = 576 símbolos código = 96 símbolos
da modulação = 16 grupos de controle de potência
1,25ms = 12bits = 36 símbolos código = 6 símbolos
da modulação = 1 grupo de controle de potência
quadro
anterior
quadro a
9600bps
12 13
14
15
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
símbolos código transmitidos:
1 33 65 97 … 481 513 545 2 34 66 98 … 482 514 546
quadro
anterior
quadro a
4800bps
12 13
14
15
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
símbolos código transmitidos:
1 17 33 49 … 241 257 273 2 18 34 50 … 242 258 274
quadro
anterior
quadro a
2400bps
12 13
14
15
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
símbolos código transmitidos:
1 9 17 25 … 121 129 137 2 10 18 26 … 122 130 138
quadro
anterior
quadro a
1200bps
12
13 14
15
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
símbolos código transmitidos:
1 5 9 13 … 61 65 69 2 6 10 14 … 62 66 70
últimos 14 chips da seqüência PN longa utilizados nesse grupo (máscara) são utilizados para
determinar a posição dos grupos de potência transmitidos no próximo quadro, em conjunto com
uma regra que varia em função da taxa de transmissão.
145
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - espalhamento por seqüência direta
•
•
•
Um espalhamento intermediário pela seqüência PN longa é
realizado nos canais código reversos e no canal de acesso. Para o
canal de acesso esse espalhamento ocorre na saída do modulador
ortogonal 64-ário através de adição (módulo 2) com código longo e
para os canais código ocorre na saída do randomizador também por
adição (módulo 2) com código longo.
O código longo é periódico com período 242 - 1 chips e é gerado
pelo produto interno (módulo 2) entre uma máscara de 42 bits e um
vetor correspondente ao estado do gerador de seqüência (saídas
dos elementos de memória - flip-flops).
A máscara depende do tipo de canal que a estação base está
transmitindo. Para o canal de acesso ela contém: o número do
canal de acesso, o número do canal código associado ao canal de
paging, uma identificação da estação base atual e o off-set da
seqüência PN. Para os canais código a máscara pode ser pública
ou privada, donde a pública contém o ESN e a privada é objeto de
criptografia e sigilo (informação controla pela TIA/EIA).
146
Instituto Nacional de Telecomunicações
•
•
TIA/EIA-95-B - espalhamento em quadratura
Todos os canais reversos, após o espalhamento por seqüência direta
são espalhados em quadratura por duas seqüências piloto periódicas I
e Q, de período 215 chips, formadas a partir de duas seqüências de
comprimento máximo (seqüências m), às quais é inserido um “0” após
14 zeros consecutivos (o que ocorre a cada período).
A seqüência Q é defasada da seqüência I de metade de um chip e
então, juntamente com a seqüência I, é filtrada para posterior
modulação OQPSK de duas portadoras ortogonais.
Canal Q
(1,0)
(0,0) (I,Q)
Canal I
(1,1)
(0,1)
I
Q
fase
0
0
π/4
1
0
3π/4
1
1
-3π/4
0
1
-π/4
147
TIA/EIA-95-B - canal reverso CDMA
Instituto Nacional de Telecomunicações
Filtragem em Banda Base: antes do espalhamento, os feixes de impulsos
I e Q são filtrados por filtros passa-baixas cujas respostas em freqüência
devem obedecer a máscara abaixo. Os valores numéricos dos
parâmetros ilustrados na máscara dos filtros são: δ1 = 1,5dB; δ2 = 40dB;
fp = 590KHz e fs = 740KHz.
20log10 |S(f)|
δ1
0
δ1
δ2
0
fp
fs
f
148
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - modulação BPSK x espalhamento QPSK
•
Após a cobertura pelo código Walsh a modulação dos dados é do tipo
BPSK (note que não há um conversor série/paralelo antes da
modulação das portadoras ortogonais). O espalhamento é feito em
quadratura de forma a, num ambiente de múltiplo acesso, tornar
aleatórias as alterações de fase do sinais dos vários usuários para que
não haja degradação no desempenho do sistema por um efeito que
poderia ser chamado “fator de degradação por alinhamento de fase”
(Viterbi, A. J., CDMA: Principles of Spread Spectrum Multiple Access
Communication: Addison-Wesley, USA, 1995.)
•
Além disso, para que seja efetuada demodulação coerente no terminal
móvel e para a implementação de controle de potência em malha
aberta, o canal piloto é transmitido da estação base quando a
seqüência Walsh é a seqüência toda nula - somente os códigos de
espalhamento em quadratura são transmitidos.
149
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - codificação de voz
• O sistema celular/PCS CDMA utiliza um codificador de voz
que apresenta sua taxa de saída variável em função da
atividade da voz. Essa variação é baseada na energia
média do sinal de voz, de tal forma que várias taxas
possam ser utilizadas.
• Dois exemplos são os codificadores de voz QCELP
(Qualcomm Code Excited Linear Predictive) de 13,3Kbps
(com variações de 1Kbps a 13,3Kbps a cada 20ms) e
9,6Kbps (com variações de 800bps a 8Kbps para modo
normal e 800bps a 9,6Kbps no modo EVRC - Enhanced
Variable Rate Coder).
150
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - temporização
O sistema celular/PCS CDMA utiliza sinais do sistema GPS (Global
Positioning System) como referência temporal para sincronismo de chip,
símbolo, quadro e slot e para a temporização geral do sistema celular, esta
contada a partir do “tempo zero” desse sistema (coincidente com o tempo zero
do sistema GPS). A precisão desses sinais se encontra na casa dos 300ns.
Na falta de comunicação com o sistema GPS, deve haver um sistema backup
de temporização com precisão especificada pelas normas TIA/EIA-97-B
(classe 0) e ANSI J-STD-019 (classe 1). Se não houver esse backup a
comunicação não poderá mais ocorrer.
Um dos sistemas de backup é o chamado Smart Clock da Hewlett Packard® ,
desenvolvido para a Qualcomm®. Esse sistema possui um oscilador a quartzo
microprocessado que “aprende” o comportamento da temporização GPS e, na
falta desta, mantém o sistema em operação com desvio de freqüência menor
que 10-10Hz por 24 horas. A Datum está propondo (setembro, 1999) o
AntennaLess ® , um sistema independente do sistema de temporização via GPS.
151
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - receptor
O padrão TIA/EIA-95-B não apresenta muitas restrições no que diz
respeito à implementação do receptor. Este deverá, porém, atender
aos requisitos mínimos de desempenho ditados pelas normas
TIA/EIA-98-B (operação em 800MHz) e ANSI J-STD-018 (operação
em 1900MHz).
No mínimo quatro elementos de processamento devem existir: três
elementos capazes de rastrear e demodular componentes de
multipercursos (path diversity) para o canal código fundamental e para
todos os canais código suplementares do link direto e um elemento
capaz de procurar e estimar a intensidade de sinal em cada off-set da
seqüência piloto.
Outros requisitos são citados no padrão TIA/EIA-95-B
152
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - segurança, identificação e supervisão
•
O processo utilizado para segurança na comunicação e identificação (registro)
do terminal móvel é bastante similar àquele utilizado no padrão TIA/EIA-136.
•
Os sinais de supervisão incluem: o canal piloto, o canal de sincronismo, o
canal de paging, o canal de tráfego e estatísticas acumuladas.
•
Supervisão através do canal piloto: a estação móvel deve medir a intensidade
do sinal no canal piloto e repassar essa informação à estação base.
•
Supervisão através do canal de sincronismo, paging e tráfego: a estação
móvel deve checar o CRC de todas mensagens recebidas no canal de
sincronismo, de paging e de tráfego e deve desconsiderar todas que não
levarem a um CRC correto.
•
Supervisão através de estatísticas acumuladas: a estação móvel mantém uma
série de contadores que armazenam estatísticas sobre os dados transmitidos
no canal de acesso, tráfego reverso e direto, paging e sincronismo.
153
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - processamento de chamada
No sistema celular/PCS CDMA o processamento de chamada é bastante
similar àquele adotado para o padrão celular/PCS TDMA D-AMPS,
destacando-se os estados:
•
•
•
•
Inicialização - nesse estado a estação móvel seleciona o sistema preferido
e faz a aquisição do canal de controle mais forte modo analógico ou a
aquisição de temporização e sincronismo no modo digital. Típicas
escolhas do sistema preferido: sistema A (ou B) somente (800MHz),
sistema A (ou b) preferido (800MHz), CDMA (ou analógico) somente,
CDMA (ou analógico) preferido, operação em 800MHz (ou 1900MHz)
somente - para CDMA, operação em 800MHz (ou 1900MHz) preferida para CDMA.
estado ocioso (idle) - nesse estado a estação móvel monitora mensagens
no canal de paging, continuamente ou de forma descontínua (slotted).
estado de acesso - nesse estado a estação móvel envia mensagens para
a estação base através do canal de acesso;
estado de controle no canal de tráfego - nesse estado a estação móvel se
comunica com a estação base através do canal de tráfego.
154
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - canal direto CDMA
•
•
•
•
•
Canal Direto CDMA: composto pelo Canal Piloto, nenhum ou um
Canal de Sincronismo, até 7 Canais de Paging e um número de
Canais de Tráfego Direto.
Cada Canal de Tráfego Direto contém um Canal Código Fundamental
e 0 a 7 Canais Código Suplementares, identificados por seqüências
código longas distintas.
Cada um desses canais é espalhado de forma ortogonal por uma
função Walsh apropriada e então espalhado em quadratura por um
par de seqüências à taxa fixa de 1,2288Mcpc.
Múltiplos canais diretos CDMA podem ser utilizados em uma estação
base, multiplexados por divisão em freqüência.
Os próximos slides detalham a estrutura geral do canal direto CDMA.
155
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - canal direto CDMA (1 de 4)
função
Walsh 0
Canal piloto
(somente zeros)
A
função
Walsh 32
símbolos da
modulação
Bits do canal
de sincronismo
Bits do canal
de paging
1,2Kbps
9,6Kbps
4,8Kbps
codificador
convolucional
r = ½, k = 9
codificador
convolucional
r = ½, k = 9
símbolo
código
2,4Ksps
símbolo
código
19,2Ksps
9,6Ksps
repetição
de símbolos
4,8Ksps
entrelaçador
temporal
símbolos da
modulação
repetição
de símbolos
19,2Ksps
símbolos da
modulação
A
4,8Ksps
função
Walsh p
símbolos da
modulação
entrelaçador
temporal
A
19,2Ksps
19,2Ksps
máscara do código
longo para o canal
de paging p
gerador do
código longo
decimador
1,2288Mcps
156
Instituto Nacional de Telecomunicações
bits de informação
do canal código para
usuário m e conjunto
de taxas 1 (172, 80,
40 ou 16 bits/quadro)
TIA/EIA-95-B - canal direto CDMA (2 de 4)
adição de bits de
indicação de
qualidade do quadro
(12, 8, 0 ou 0 bits/q)
adição de
8 bits de cauda
por quadro
codificador
convolucional
r = ½, k = 9
9,6Kbps
4,8Kbps
2,4Kbps
1,2Kbps
8,6Kbps
4,0Kbps
2,0Kbps
0,8Kbps
símbolos da
modulação
entrelaçador
temporal
símbolos da
modulação
símbolo
código
19,2Kbps
9,6Kbps
4,8Kbps
2,4Kbps
repetição
de
símbolos
19,2Ksps
função
Walsh n
bits de controle
de potência 800bps
MUX
A
19,2Ksps
19,2Ksps
máscara do código
longo para o
usuário m
gerador do
código longo
decimador
1,2288Mcps
decimador
controle de
temporização
do MUX 800Hz
157
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - canal direto CDMA (3 de 4)
bits de informação
do canal código para
usuário m e conjunto
de taxas 2 (267,125,
55 ou 21 bits/quadro)
adição de bits de
indicação de
qualidade do quadro
(12, 10, 8 ou 6 bits/q)
adição de bit
Reservado/Flag
adição de
8 bits de cauda
por quadro
13,35Kbps
6,25Kbps
2,75Kbps
1,05Kbps
símbolo
código
codificador
convolucional
r = ½, k = 9
repetição
de
símbolos
28,8Ksps
14,4Ksps
7,2Ksps
3,6Ksps
símbolo
código
28,8Ksps
14,4Kbps
7,2Kbps
3,6Kbps
1,8Kbps
apaga 2 a cada
6 símbolos
(puncionamento)
19,2Ksps
símbolos da
modulação
entrelaçador
temporal
símbolos da
modulação
função
Walsh n
bits de controle
de potência 800bps
MUX
A
19,2Ksps
19,2Ksps
máscara do código
longo para o
usuário m
gerador do
código longo
decimador
1,2288Mcps
decimador
controle de
temporização
do MUX 800Hz
158
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - canal direto CDMA (4 de 4)
Seqüência Piloto de
espalhamento I
1,2288Mcps
cos(2π fC t )
I
I (t )
filtro
banda base
Σ
A
Q
Seqüência Piloto de
espalhamento Q
1,2288Mcps
filtro
banda base
s (t )
Q(t )
sen(2 πfC t )
Nota: Bits de controle de potência não são
multiplexadados (introduzidos) para canais
código suplementares.
159
TIA/EIA-95-B - canal direto CDMA
Instituto Nacional de Telecomunicações
Exemplo de distribuição de canais: dos 64 canais código disponíveis
para uso, a ilustração mostra 1 canal piloto (sempre necessário), 1 canal
de sincronismo, 7 canais de paging (máximo permitido) e 55 canais
código para tráfego direto. Outra opção: 1 canal piloto, nenhum canal de
paging, nenhum canal de sincronismo e 63 canais código para tráfego.
FORWARD CDMA CHANNEL
(1.23 MHz channel transmited by base station)
Pilot
Chan
Sync
Chan
Paging
Ch 1
W0
W32
W1
W = Code Channel
...
Up
to
Paging
Ch 7
Code
Ch 1
W7
W8
...
Code
Ch N
...
Up
to
Mobile
Fundamental
Station
Code
Power
Channel
Control SubData
Channel
Forward Traffic Channel
Consisting of one
code channel
Code
Ch P
...
Mobile
Fundamental
Station
Code
Power
Channel
Control SubData
Channel
Code
Ch S
Up
to
...
Up
to
Code
Ch 55
W63
Supplemental
Code
Channel
Data
Forward Traffic Channel
Consisting of multiple
code channels
160
TIA/EIA-95-B - canal direto CDMA
Instituto Nacional de Telecomunicações
Taxas suportadas: o canal de sincronismo deve operar a 1200bps e o canal
de paging deve suportar taxas de 9600bps e 4800bps. O canal código de
tráfego deve suportar o conjunto de taxas 1 (9600, 4800, 2400 e 1200bps) e
pode suportar o conjunto de taxas 2 (14400, 7200, 3600 e 1800bps). A
estação base ainda deve suportar operação com taxa variável em qualquer
taxa de trabalho.
Codificação convolucional: para o canal de sincronismo, de paging e de
tráfego operando com o conjunto de taxas 1, a codificação de canal possui
taxa 1/2 e constraint length 9, cujo esquema já foi mostrado para o canal
reverso).
Repetição de símbolos: segue o mesmo princípio utilizado no canal reverso.
Puncionamento (puncturing): para o canal de tráfego operando no conjunto
de taxas 2 a taxa efetiva do processo de codificação de canal é 3/4,
realizada pelo puncionamento (retirada) de 2 a cada seis símbolos
codificados pelo codificador convolucional de taxa 1/2, após o processo de
repetição.
161
TIA/EIA-95-B - canal direto CDMA
Instituto Nacional de Telecomunicações
Interleaving: o processo de entrelaçamento temporal em bloco (block
interleaving) é realizado em todos os componentes do canal direto, após o
processo de codificação convolucional e repetição de símbolos para os
canais de paging, de sincronismo e de tráfego operando no conjunto de
taxas 1. Para o canal de tráfego operando no conjunto de taxas 2, o
interleaving é realizado após o processo de puncionamento. Exemplo:
interleaving para o canal de sincronismo para operação de escrita no arranjo
(esquerda) e operação de leitura do arranjo (direita).
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
8
8
9
9
10
10
11
11
12
12
13
13
14
14
15
15
16
16
17
17
18
18
19
19
20
20
21
21
22
22
23
23
24
24
25
25
26
26
27
27
28
28
29
29
30
30
31
31
32
32
33
33
34
34
35
35
36
36
37
37
38
38
39
39
40
40
41
41
42
42
43
43
44
44
45
45
46
46
47
47
48
48
49
49
50
50
51
51
52
52
53
53
54
54
55
55
56
56
57
57
58
58
59
59
60
60
61
61
62
62
63
63
64
64
1
33
17
49
9
41
25
57
5
37
21
53
13
45
29
61
3
35
19
51
11
43
27
59
7
39
23
55
15
47
31
63
2
34
18
50
10
42
26
58
6
38
22
54
14
46
30
62
4
36
20
52
12
44
28
60
8
40
24
56
16
48
32
64
1
33
17
49
9
41
25
57
5
37
21
53
13
45
29
61
3
35
19
51
11
43
27
59
7
39
23
55
15
47
31
63
2
34
18
50
10
42
26
58
6
38
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54
14
46
30
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4
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28
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24
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32
64
162
TIA/EIA-95-B - canal direto CDMA
Instituto Nacional de Telecomunicações
Interleaving: exemplo para o canal de tráfego a 4800bps e para o canal de
paging a 4800bps. Ilustração da operação de escrita no arranjo.
1
1
2
2
3
3
4
4
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5
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8
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9
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10
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11
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14
14
15
15
16
16
17
17
18
18
19
19
20
20
21
21
22
22
23
23
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24
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25
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26
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27
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28
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29
30
30
31
31
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32
33
33
34
34
35
35
36
36
37
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38
38
39
39
40
40
41
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42
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44
44
45
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46
46
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48
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49
50
50
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53
54
54
55
55
56
56
57
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58
58
59
59
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61
62
62
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63
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64
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65
66
66
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68
69
69
70
70
71
71
72
72
73
73
74
74
75
75
76
76
77
77
78
78
79
79
80
80
81
81
82
82
83
83
84
84
85
85
86
86
87
87
88
88
89
89
90
90
91
91
92
92
93
93
94
94
95
95
96
96
97
97
98
98
99
99
100
100
101
101
102
102
103
103
104
104
105
105
106
106
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107
108
108
109
109
110
110
111
111
112
112
113
113
114
114
115
115
116
116
117
117
118
118
119
119
120
120
121
121
122
122
123
123
124
124
125
125
126
126
127
127
128
128
129
129
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130
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131
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132
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133
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134
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140
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145
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164
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166
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168
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169
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170
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174
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175
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176
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178
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180
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182
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184
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185
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187
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188
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189
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190
191
191
192
192
163
TIA/EIA-95-B - canal direto CDMA
Instituto Nacional de Telecomunicações
Interleaving: exemplo para o canal de tráfego a 4800bps e para o canal de
paging a 4800bps. Ilustração da operação de leitura do arranjo.
1
33
65
97
129
161
17
49
81
113
145
177
9
41
73
105
137
169
25
57
89
121
153
185
5
37
69
101
133
165
21
53
85
117
149
181
13
45
77
109
141
173
29
61
93
125
157
189
3
35
67
99
131
163
19
51
83
115
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179
11
43
75
107
139
171
27
59
91
123
155
187
7
39
71
103
135
167
23
55
87
119
151
183
15
47
79
111
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175
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95
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191
2
34
66
98
130
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18
50
82
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146
178
10
42
74
106
138
170
26
58
90
122
154
186
6
38
70
102
134
166
22
54
86
118
150
182
14
46
78
110
142
174
30
62
94
126
158
190
4
36
68
100
132
164
20
52
84
116
148
180
12
44
76
108
140
172
28
60
92
124
156
188
8
40
72
104
136
168
24
56
88
120
152
184
16
48
80
112
144
176
32
64
96
128
160
192
1
33
65
97
129
161
17
49
81
113
145
177
9
41
73
105
137
169
25
57
89
121
153
185
5
37
69
101
133
165
21
53
85
117
149
181
13
45
77
109
141
173
29
61
93
125
157
189
3
35
67
99
131
163
19
51
83
115
147
179
11
43
75
107
139
171
27
59
91
123
155
187
7
39
71
103
135
167
23
55
87
119
151
183
15
47
79
111
143
175
31
63
95
127
159
191
2
34
66
98
130
162
18
50
82
114
146
178
10
42
74
106
138
170
26
58
90
122
154
186
6
38
70
102
134
166
22
54
86
118
150
182
14
46
78
110
142
174
30
62
94
126
158
190
4
36
68
100
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164
20
52
84
116
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12
44
76
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140
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28
60
92
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188
8
40
72
104
136
168
24
56
88
120
152
184
16
48
80
112
144
176
32
64
96
128
160
192
164
TIA/EIA-95-B - canal direto CDMA
Instituto Nacional de Telecomunicações
Embaralhamento (scrambling): se aplica aos canais de tráfego e paging pela
adição módulo 2 do símbolo de saída do bloco de interleaving com o valor
binário do chip da seqüência PN longa válido no início do período de
transmissão daquele símbolo. Somente o primeiro de cada 64 chips é
utilizado nesse processo à taxa de 19200bps = 1,2288Mcps/64.
9.6 kbps
4.8 kbps
2.4 kbps
1.2 kbps
14.4 kbps
7.2 kbps
3.6 kbps
1.8 kbps
Power Control Bit
800 bps
Convolutional
Encoder and 19.2 ksps
Code
Repetition
Block
Interleaver
Scrambled Modulation
Symbol or
Power Control Power Control Bit
Bit Timing and
Multiplexing
19.2
Ksps
Multiplex Control
1
Long Code
Mask
Long
Code
Generator
1.2288 Mcps
4
19.2 ksps
Decimator
Decimator
52.0833.. .µs = one modulation symbol
800 Hz
Module-2 addition
64 PN chip used for scrambling (input to modulo-2 addition)
PN chip used for scrambler (input to modulo-2 addition)
165
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - canal direto CDMA
Subcanal de Controle de Potência: continuamente transmitido no canal
código fundamental (não é transmitido no canal código suplementar) a
uma taxa de 800bps ( a cada 1,25ms). Um bit zero nesse canal comanda a
estação móvel o acréscimo de sua potência média de transmissão e um bit
1 comanda a redução dessa potência. Os passos de variação de potência
são, como já citado: 1dB ±0,5dB, 0,5dB ±0,3dB ou 0,25dB ±0,2dB,
dependendo do equipamento. A estação base estima a intensidade do
sinal no canal de tráfego reverso para determinar o valor do bit de controle
de potência.
Para o conjunto de taxas 1 a duração do bit de controle de potência
corresponde a 2 símbolos da modulação do canal de tráfego direto
(104,166...µs). Para o conjunto de taxas 2 a duração do bit de controle de
potência corresponde a 1 símbolo dessa modulação (52,0833...µs).
O bit de controle de potência é inserido no canal código fundamental, após
o embaralhamento, substituindo 2 símbolos ou 1 símbolo da modulação
(puncionamento) ou (stealing).
166
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - canal direto CDMA
Subcanal de Controle de Potência: há 16 posições possíveis
para o bit de controle de potência, correspondentes aos
primeiros símbolos da modulação em um período de 1,25ms. O
número binário formado pelos bits de embaralhamento 23, 22,
21 e 20 da seqüência código longa (que possui 24 bits a cada
1,25ms) determinam a posição do bit de controle de potência no
próximo período de 1,25ms.
No ilustração do slide seguinte os bits 23, 22, 21 e 20 da
seqüência código longa valem “1011” (número 11 em decimal),
ou seja, o início da posição do bit de controle de potência
corresponde à 11ª posição, das 16 possíveis, no próximo
intervalo de 1,25ms.
167
20 ms = 96 modulation symbols = 16 Power Control Groups
Instituto Nacional de Telecomunicações
Forward
Traffic
Channel
0
1
2
3
4
5
6
7
8
10
9
11
12
13
14
15
1.25 ms
TIA/EIA-95-B
canal direto
CDMA
Subcanal de
Controle de
Potência
Base station: 1) measures signal strenth
2) converts measurement to power control bit
3) transmits power control bit
Round Trip
Delay
Forward
Traffic
Channel
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
1.25 ms
Long code bits used
for scrambling
Transmitted Power Control Bit
(Shown for the two-modulation-symbol
replacement of Rate Set 1. For Rate Set 2.
only the first symbol is replaced.)
Value = 11 = Power
Control Bit Position
... 1 1 0 1 1 1
0
1
0
1 ...
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11
12 13 14 15
16 possible starting
power control bit positions
Not used
for power
control bits
1.25 ms = 24 modulation symbols
168
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - canal direto CDMA
Espalhamento Ortogonal: cada canal código transmitido no canal direto
CDMA deve ser espalhado através de uma função Walsh, à taxa fixa de
1,2288Mcps.
Esse espalhamento promove a ortogonalização entre os sinais dos vários
usuários transmitidos no downlink. Essa ortogonalização seria
perfeitamente mantida se não houvesse propagação por multipercursos,
pois no link direto a transmissão é síncrona (há como garantir que a
defasagem entre as funções Walsh seja múltipla inteira do intervalo de
chip, o que leva à perfeita ortogonalidade entre essas funções).
As funções Walsh (num total de 64 funções de comprimento 64 chips)
são as mesmas utilizadas no canal reverso para a modulação 64-ária.
A função de número 0 é destinada ao canal piloto. Se há canal de
sincronismo presente, a ele será designada a função de número 32. Se
há canais de paging, a eles serão designadas as funções de 1 a 7,
consecutivamente. O restante fica disponível para os canais de tráfego.
169
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - canal direto CDMA
Espalhamento em Quadratura: cada canal código transmitido no canal
direto CDMA deve ser espalhado em quadratura por seqüências PN de
comprimento 215 chips, a uma taxa de 1,2288Mcps, idênticas àquelas
utilizadas no link reverso.
Esse espalhamento é realizado por modulação QPSK, após a filtragem
em banda base do feixe digital.
Canal Q
(1,0)
(0,0) (I,Q)
Canal I
(1,1)
(0,1)
I
Q
fase
0
0
π/4
1
0
3π/4
1
1
-3 π/4
0
1
-π/4
170
TIA/EIA-95-B - canal direto CDMA
Instituto Nacional de Telecomunicações
Filtragem em Banda Base: antes do espalhamento, os feixes de impulsos
I e Q são filtrados por filtros passa-baixas cujas respostas em freqüência
devem obedecer a máscara abaixo. Os valores numéricos dos
parâmetros são: δ1 = 1,5dB; δ2 = 40dB; fp = 590KHz e fs = 740KHz. Além
dessa filtragem o transmissor deve realizar uma equalização de fase do
sinal de forma a facilitar o projeto dos filtros de recepção das estações
móveis.
20log10 |S(f)|
δ1
0
δ1
δ2
0
fp
fs
f
171
TIA/EIA-95-B - canal direto CDMA
Instituto Nacional de Telecomunicações
Off-set da seqüência PN piloto:
cada estação base deverá utilizar suas seqüências PN pilotos
deslocadas entre si de forma que os canais sejam identificados. Os canais piloto são identificados por
distintos off-sets indexados de 0 a 511. Os deslocamentos acontecem em múltiplos de 64 chips em
relação à seqüência PN com deslocamento nulo (em relação à temporização da estação base). Por
exemplo. Se o índice da seqüência piloto é 15, o seu deslocamento é de 15 x 64 = 960 chips.
Begining of Every 25th Sync Channel Superframe with a
Zero Offset Pilot PN Sequence Aligns with Even Seconds
Even
Second
Marks
Sync Channel
Superframe
= 80 ms
Sync
Channel
Frame
= 80/3ms
Sync Channel
Associated with a
Zero Offset Pilot
PN Sequence
Pilot PN
Sequence
Offset
Sync Channel
Associated with a
Non-Zero offset
Pilot PN
Sequence
Paging Channel
or Forward
Traffic Channel
with
FRAME-OFFSET
equal to 0
(for any pilot PN
sequence offset)
Sync Channel
Superframe
Traffic
Channel
Frame
= 20 ms
Last Superframe
Containing a Sync
Channel Message
4 Sync Channel
Superframes = 320 ms
4 Sync Channel
Superframes
This message contains the long
code state valid at a time equal to
320 ms - pilot PN sequence offset
after the end of the message
Long code
state valid at
this time
172
Instituto Nacional de Telecomunicações
TIA/EIA-95-B - outras informações
Outros dados importantes são abordados na norma e a
interpretação desses dados é bastante similar àquelas já citadas
para as especificações da estação móvel e estação base em
outros padrões estudados.
Dentre esses dados pode-se destacar: limitações nas emissões
em RF, características da demodulação, aspectos de segurança,
autenticação e supervisão, formato e conteúdo dos quadros,
detecção de mal-funcionamento e processamento de chamada,
handoff e roaming.
173
Instituto Nacional de Telecomunicações
The End
Obrigado a todos e um grande abraço!
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http://www.inatel.br/docentes/dayani/index.html
174