Telefonia Celular TDMA e CDMA

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Introdução aos SistemasCelulares TDMA e CDMA

Prof. Dayani Adionel Guimarã[email protected]

http://www.inatel.br/docentes/dayani/index.html

Instituto Nacional de Telecomunicações

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Conteúdo: Parte 1 - Princípios básicos de telefoniacelular, 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 INATELData: 13 & 14/05/2000.Procedimentos: aulas expositivas, com aplicaçãoexercícios de fixação.


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Objetivo do curso

Oferecer aos participantes uma abordagembásica dos principais conceitos e elementosde rede dos sistemas celulares, bem comouma visão geral dos padrões TDMA eCDMA 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

Componentes básicos:

Central de Comutação e ControleEstação Rádio Base

Terminal Móvel

Sistema Celular - ConceitosInstituto Nacional de Telecomunicações

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Sistema Celular - Conceitos

Sistemas antigos - grande área de cobertura com estações rádiobase de alta potência; hoje - cobertura por células menores.


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Reuso de Freqüências

Um grupo de canais utilizado emuma célula pode ser reutilizado

nas células co-canais se estas se encontram a uma distância tal que a relação portadora-

interferência no sistema sejasuperior à mínima necessária para uma qualidade aceitável do serviço. Para o caso de telefonia, essa qualidade é

determinada por pesquisa deopinião.


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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 suacapacidade (nº de usuários).

• Causa interferência co-canal (compromisso dequalidade do link x capacidade de usuários).


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• Células adjacentes utilizam diferentesconjuntos de freqüências.

Cluster x Reuso de freqüências

• Cluster: conjunto das Ncélulas que utilizam umconjunto de freqüênciasdisponíveis. No desenhoN = 7.


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Sistemas celulares: ruído x interferências

• A capacidade dos sistemas celulares é essencialmentelimitada pelas interferências, não pelo ruído.

• Por análise geométrica do lay-out exagonal, um clustersomente pode ter N = i2 + ij + j2 = 1, 3, 4, 7, 12, etc. célulasigualmente espaçadas de suas co-células, onde i e j sãointeiros positivos.

• Em telefonia celular escolhe-se N para uma dada qualidadeaceitável do link nos limites das células.


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Interferências

• O reuso de freqüências faz com que em uma dada área decobertura existam várias células que utilizam o mesmoconjunto de freqüências. Estas células são chamadas de co-células e a interferência entre sinais dessas células édenominada de Interferência Co-canal

• A interferência resultante de sinais adjacentes emfreqüência ao sinal desejado é chamada Interferência deCanal Adjacente

• Ambas limitam a capacidade do sistema


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Reuso de freqüências

• Parâmetro D/R - Cochannel Reuse Ratio (CRR) ouCochannel Inteference Reduction Factor (CIRF). D édistância centro a centro entre células cocanais e R é oraio das células em um padrão de reuso qualquer

• D/R é determinado em função do limite deinterferência permitido para uma dada qualidade doserviço. Por exemplo, no sistema AMPS e padrão dereuso = 7 , D/R = 4.6 para uma C/I > 18dB em 90% daárea de cobertura

• D/R = (3N)1/2, onde N é o número de células por cluster

Reuso de freqüênciasInstituto Nacional de Telecomunicações

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• Na alocação fixa, a cada célula é alocado um conjunto pré determinado de canaisde voz. Se todos os canais da célula estiverem ocupados a chamada é bloqueada.Variação: estratégia de empréstimo - a célula empresta canais de uma célulavizinha se todos os seus canais se encontram ocupados. A CCC supervisiona oprocesso e assegura que ele não interfira em nenhuma das chamadas emandamento na célula fornecedora.

• Na alocação dinâmica todos os canais estão disponíveis a todos os usuários. ACCC aloca um canal à célula requisitante seguindo um algoritmo que leva emconta: probabilidade de bloqueio futura dentro da célula, freqüência de utilizaçãodo canal candidato, a distância de reuso do canal, entre outros fatores. A alocaçãodinâmica de canais reduz a probabilidade de bloqueio, o que aumenta a capacidadede tráfego do sistema.

• Na alocação híbrida um determinado número de canais é destinado à alocação fixae outro número (menor) é disponibilizado para alocação dinâmica.

Estratégias de Alocação de CanalInstituto Nacional de Telecomunicações

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• Exemplo de alocação fixa para o sistema AMPS: Cada conjunto de395 canais de voz é dividido em 21 subconjuntos com 19 canaiscada.

• Num cluster de 7 células, cada célula utiliza 3 subconjuntos deforma que a separação mínima entre canais seja de 7 bandas deum canal - redução de interferência de canal adjacente.

• Como mostrado na tabela a seguir, cada célula utiliza canais dossubconjuntos iA, iB e iC, i = 1, 2, ..., 7.

• O número máximo de canais de voz por célula é de 57 (podemexistir mais, mas nessa situação pode haver aumento excessivo deinterferência de canal adjacente, pois a regra de distribuição acimamencionada será quebrada.

• Cada célula terá de 1 a 3 canais de controle.• .

Estratégias de Alocação de CanalInstituto Nacional de Telecomunicações

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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 7C1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2122 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 4243 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 6364 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 8485 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 126127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294295 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 669670 671 672 673 674 675 676 677 678 679 680 681 682 683 684 685 686 687 688 689 690691 692 693 694 695 696 697 698 699 700 701 702 703 704 705 706 707 708 709 710 711712 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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Grandescélulas paraáreas rurais

Pequenascélulas

para áreasurbanas

O tamanho das células diminui com ocrescimento do sistema


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Sistema macro-celular: 1 - 30KmSistema 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 efeito de decrescer o tamanho das células:

• Diferentes ambientes de propagação e menoresespalhamentos temporais;

• Diferentes lay-outs das células: Menor expoentede perdas no percurso, maiores interferências;células tendem a seguir o perfil dos quarteirões;sistema mais difícil de planejar.



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Handoff

• Quando umterminal móvel se

movimenta atravésde células

diferentes, enquantouma conversação

está sendorealizada, achamada é

automaticamentetransferida para um

novo canalpertencente à novaestação rádio base


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Estratégias de Handoff

Deve-se especificar um nível ótimo de sinal a partir do qual se inicia oprocesso de handoff. Esse limiar de handoff é definido como um valorligeiramente superior ao nível de sinal suficiente a uma qualidade de vozaceitável na estação rádio base (normalmente entre –90dBm e –100dBm). Adiferença, dada por ∆ = Prhandoff - Prmínima , não pode ser nem muito grande enem muito pequena. Se ∆ for muito grande, handoffs desnecessários podemocorrer; se muito pequeno, pode não haver tempo suficiente para que oprocesso se complete antes que a chamada seja perdida por causa de umabaixa intensidade do sinal. Nos sistemas celulares de primeira geração ointervalo típico de tempo para se ter o handoff concluído, tendo o nível dosinal 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 sistemasdigitais, como o GSM, por exemplo, além do processo ser precedido por umadecisão de sua necessidade, tendo-se iniciado, leva em torno de 1 a 2segundos. Consequentemente ∆ possui valores típicos entre 0 e 6dB. O valorde ∆ 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 deintensidade do sinal são feitas pelas Estações Rádio Base e supervisionadaspela CCC. Cada Estação Rádio Base monitora constantemente a intensidadedo sinal em todos os canais reversos de voz de forma a determinar a posiçãorelativa 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 dosinal dos usuários móveis que estiverem em células vizinhas. O receptorlocalizador é controlado pela CCC à qual a informação de intensidade do sinalé enviada com o objetivo de se decidir se um processo de handoff será ou nãonecessário.

Nos sistemas digitais de segunda geração com tecnologia TDMA, as decisõesde handoff são assistidas pelos terminais móveis. No Handoff Assistido peloMóvel cada terminal de usuário mede a potência recebida pelas ERBs vizinhase a taxa de erro de bit média e reporta essas medias à ERB servidora. A CCCse utiliza dessas informações para o processamento de handoff.


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Priorização de Handoffs

Muitas estratégias priorizam as requisições de handoff sobre asrequisições de inicialização de chamada. Um dos métodos éconhecido como método do canal de guarda, no qual umafração do número total de canais do sistema é reservada para asrequisições de handoff de chamadas “entrantes” de outrossistemas. Desvantagem: redução da capacidade de tráfego(menos canais serão dedicados a chamadas sendo originadasdentro do próprio sistema). Vantagem: Do ponto de vista dousuário, ter sua chamada em curso repentinamente bloqueada émais aborrecedor que obter um sinal de ocupado quando datentativa de se completar uma chamada.


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Enfileiramento de Handoffs

A colocação das requisições de handoff em filas deespera é um outro método utilizado para reduzir aprobabilidade de bloqueio de uma chamada. Esseenfileiramento de handoffs é possível, pois existe umintervalo de tempo finito entre o instante em que onível do sinal cai abaixo do limiar de handoff e oinstante em que a chamada é terminada forçosamentedevido a um nível insuficiente do sinal.


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Em sistemas celulares reais, vários problemas surgem quandoda tentativa de atender a várias velocidades dos terminaismóveis. Veículos em alta velocidade podem passar pela área decobertura de uma célula em poucos segundos, enquantousuários pedestres podem nunca necessitar de um handoffdurante uma chamada. Através da utilização de antenas comdiferentes alturas e diferentes níveis de potência é possível seobter “grandes” e “pequenas” células co-localizadas. Estatécnica é chamada de técnica da célula guarda-chuva e éutilizada para fornecer grandes áreas de cobertura a usuáriosque trafegam em alta velocidade e áreas menores para aquelesque se movimentam a baixas velocidades.

Considerações práticas sobre o HandoffInstituto Nacional de Telecomunicações

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• Para aumentar acapacidade, micro-célulaspodem ser usadas paracomplementar macro-células numa configuraçãoonde as células maioresdão suporte a usuários demaior mobilidade e asmenores a usuários demenor mobilidade.

• Tipicamente o espectro ésubdividido em uma partepara a macro-célula e outrapara a micro-célula.

Considerações práticas sobre o HandoffInstituto Nacional de Telecomunicações

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Considerações práticas sobre o Handoff

Um problema comum em configurações onde existemmicrocélulas é conhecido como arrastamento de célula. Essefenômeno resulta de usuários pedestres que fornecem sinais dealta intensidade à ERB. Tal situação ocorre em ambientesurbanos quando há linha de visada entre o usuário e a ERB.Conforme o usuário vai se distanciando da ERB a umavelocidade muito baixa, a intensidade média do sinal não cairapidamente. Mesmo tendo excedido os limites de sua célula onível de sinal na ERB pode estar acima do limiar de handoff eassim este pode não ocorrer. Isto cria um grande problema deinterferência e de tráfego, pois o usuário terá invadido a áreada célula vizinha. Para resolver o problema do arrastamento decélula, os limiares de handoffs e parâmetros de coberturadevem ser ajustados cuidadosamente.


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Aspectos de Tráfego• Define-se Tráfego Oferecido [erlangs] como a relação

entre a taxa de chegada e a taxa deantendimentodechamadas

• A = Q.Tmédio/Tobs = Número de chamadas em um intervalode 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 umachamada gerada ser perdida (bloqueada)

• A relação entre tráfego, número de canais e probabilidadede bloqueio é calculada pela fórmula ERLANG-B

Aspectos de TráfegoInstituto Nacional de Telecomunicações

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Aspectos de Tráfego

• A fórmula ERLANG-B tem resultados que relacionamtráfego, número de canais e probabilidade de bloqueio

normalmente apresentados em tabelas ou gráficos como oda transparência seguinte.

∑=

= C

k

k

C

kA

CA

Bloqueio

0!

!]Pr[



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Intensidade de Tráfego em Erlangs

Número de Canais15 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90 100


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Número decanais, C

Capacidade em Erlangs para GS =1% 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 56.1 53.7 51 49.2100 84.1 80.9 77.4 75.2

Tabela II.5 – Capacidade de alguns sistemas com a fórmula Erlang B


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• A necessidade: Dado um tráfego esperado e aslimitações de interferência, a região em análise édividida em células. Através de uma probabilidade debloqueio de chamadas aceitável determina-se o númerode canais por célula

• O problema: Devido à mobilidade dos usuários, Hand-offs e Roamings estão sempre ocorrendo tornando otráfego instável, não permitindo a utilização isolada daconhecida fórmula (ou tabela) Erlang-B


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D/R relaciona C/I com Tráfego. Quanto maiorC/I, maiorD/R (mais célulaspor Clusters), menores capacidades detráfego por célula. A tabela ilustra o que foi dito e sugereuma solução de compromisso entre qualidade e tráfego

Fator dereuso D/R

Canais /Célula

Capacidadede tráfego

Qualidadede serviço

1 1.73 360

3 3.00 120

4 3.46 90

7 4.58 51

12 6.00 30

Alta

AltaBaixa

Baixa


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Eficiência espectral

A largura de faixa total para a rede celular, B , éigual ao produto da largura de faixa ocupada porcanal, BC , pelo número de canais por estação rádiobase rádio base, M , e pelo tamanho do cluster, N. Aeficiência espectral, EE , pode ser definida pelaquantidade de tráfego por célula, A , em Erlangs,dividida por B e pela área de uma célula, S.

EA

B M N SEC

2 [Erlang / MHz / Km ]=⋅ ⋅ ⋅


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Eficiência espectral

• Observa-se que a eficiência espectral decresce com otamanho do cluster N.

• O desempenho do sistema, medido através de algumaautage 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, aomesmo tempo, um eficiente uso do espectro sãoobjetivos conflitantes para o projetista da rede.


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Divisão de Células

Setorização

Aumentando a capacidade do sistemaInstituto Nacional de Telecomunicações

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• Divisão de células: técnica amplamente utilizada porproporcionar grande aumento de capacidade. Difícilimplementação devido à grande chance de aumento no nívelde interferência no sistema (nunca é possível realizar adivisão ideal mostrada na figura do slide anterior).

• Setorização: possibilidade de aumento de capacidade devidoà redução de interferência co-canal e correspondentepossibilidade de redução no tamanho do cluster. É utilizadanormalmente na prática como ferramenta para redução deinterferência co-canal causada por dificuldade deplanejamento adequada e/ou implementação de divisão decélulas no sistema.


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Ilustração doefeito dasetorização nadiminuição dainterferênciaco-canal.


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Aumentando a capacidade do sistema

Downtilt: Direcionamento do diagrama de irradiação da antena para osolo. Com esse direcionamento observa-se que o diagrama de irradiaçãono plano horizontal apresenta um notch. Se esse notch coincidir com adireção das células co-canais, pode-se reduzir a interferência.


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• Downtilt: possibilidade de aumento de capacidade devido àredução de interferência co-canal e correspondentepossibilidade de redução no tamanho do cluster. O downtiltpode ser mecânico ou elétrico.

• É utilizado normalmente na prática como ferramenta pararedução na área de cobertura de células, em conjunto com aredução de potência de transmissão.

• É utilizado também como ferramenta para a redução de áreasde sombra que normalmente se formam nas proximidades dotransmissor da estação rádio base.


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• Um problema: aumento no número de handoffs quando da adoção dasetorização resulta em carga adicional de comutação e controle no sistemade comunicação móvel.

• Uma solução: Microcélulas inteligentes ou zonais - Power Deliveryapproach - Cada uma das três (ou mais) estações “zonais” são conectadasa uma única ERB e compartilham o mesmo equipamento de rádio. Aszonas são conectadas à ERB por cabos coaxiais, fibra óptica ou por linksde microondas. O terminal móvel é servido pela zona que lhe proporcionea maior intensidade de sinal.

• Técnica é superior à setorização, pois as antenas são dispostas no limitedas células (melhor cobertura) e cada canal pode ser alocado pela ERB aqualquer zona (melhor eficiência de entroncamento).


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Conceito de Microcélulas inteligentes ou zonais - Power Delivery approach -


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• A vantagem: além de não reduzir a eficiência de entroncamento, a técnicade microcélula zonal reduz o nível de interferência co-canal no sistema ecorrespondente possibilidade de redução do tamanho do cluster.

• Exemplo: sabe-se que uma relação sinal-interferência de 18dB ésuficiente para uma qualidade satisfatória do serviço no sistema AMPS oque implica em cluster com N = 7 células. Nesse caso D/R = 4.6 ésuficiente. Com um sistema de microcélula zonal, uma Dz/Rz de 4.6 ésuficiente ao desempenho desejado (veja ilustração no slide seguinte).Mas a capacidade do sistema está associada à distância D entre co-célulase não entre zonas. Para Dz/Rz igual a 4.6, pode-se obter através dageometria da ilustração do slide seguinte uma relação D/R = 3. Esse valorde D/R = 3 leva a um tamanho de cluster N = 3. Esta possível redução notamanho do cluster de 7 para 3 corresponde a um aumento na capacidadedo sistema de 7/3 = 2.33 vezes.


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Rz

D R

Dz


• Com o uso demicrocélula zonal, seuma Dz/Rz de 4.6 ésuficiente aodesempenho desejado,a relação D/R = 3 =>N = 3.

• Esta redução notamanho do cluster de7 para 3 correspondea um aumento nacapacidade do sistemade 7/3 = 2.33 vezes.


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Técnicas de Múltiplo Acesso

Técnicas que permitem o compartilhamento do meio de transmissão (ourecurso de comunicação) entre diversos usuários. Podem ser

implementadas isoladamente, mas normalmente são combinadas emforma híbridas.

• FDMA - Frequency Division Multiple Access: o canal é dividido emsubfaixas e cada usuário ocupa uma determinada subfaixa

• TDMA - Time Division Multiple Access: o tempo de transmissão édividido e cada usuário pode transmitir/receber no slot a ele reservado

• CDMA - Code Division Multiple Access: utiliza espalhamentoespectral, com adequada escolha da seqüência pseudo aleatória de cadausuário, de tal sorte que todos possam compartilhar um mesmo canalde comunicação, ao mesmo tempo e na mesma faixa de freqüências

Técnicas de Múltiplo AcessoInstituto Nacional de Telecomunicações

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• 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


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• 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


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• A capacidade de um sistema CDMA é limitada pela quantidade deinterferência entre os usuários

• Possibilidade de superar a capacidade (em termos de um númerode usuários) dos sistemas FDMA e TDMA através de adequadassetorização, utilização do ciclo de atividade da voz, controle depotência


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Técnicas de Duplexação

Permitem a comunicação bidirecional simultânea (duplex)

• FDD - Frequency Division Duplexing: as transmissões noscanais direto e reverso ocorrem em freqüências distintas

• TDD - Time Division Duplexing: as transmissões nos canaisdireto e reverso ocorrem em freqüências idênticas, mas aintervalos de tempo distintos

• FDD/TDD - Hibrid Frequency Division & Time DivisionDuplexing : as transmissões nos canais direto e reversoocorrem em freqüências e intervalos de tempo distintos

Técnicas de DuplexaçãoInstituto Nacional de Telecomunicações

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Parte 2

Estudo dos padrões para telefonia celularanalógica (FDMA AMPS) e digital (TDMA D-

AMPS e CDMA)

Nota importante: os slides aqui apresentados contêminformações bastante detalhadas sobre os padrões citados, e aabordagem mais ou menos detalhada destes será função dotempo disponível. Será dado enfoque nos conceitos principais;estes, sim, serão abordados com detalhamento adequado.Optou-se por manter um conjunto de slides que realmentecontenha grande parte daquelas especificações citadas nasnormas, objetivando oferecer aos alunos dados maiscompletos, sendo úteis para consultas futuras.


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TIA/EIA Interim Standard x TIA/EIA Standard

• Os padrões publicados como Interim Standard (IS) pela TIA/EIA(Telecommunications Industry Association / Electronics IndustryAssociation) são de extremo valor para a industria e demais leitores, masnão seguem as rigorosas revisões públicas a adição de comentários quesão procedimentos que fazem parte do desenvolvimento de um padrãofinal (Standard).

• Os Interim Standards da TIA/EIA devem ser revisados anualmente peloscomitês formuladores e nesses momentos deve ser tomada a decisão deprosseguir ou não com o desenvolvimento na direção do padrão final.

• Os Interim Standards devem ser cancelados pelo comitê e removidos docatálogo 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.


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Padrões FDMA, TDMA e CDMA

Padrão para sistema celular analógico FDMA AMPS: Advanced MobilePhone System. Referência: Standard EIA/TIA-553 “Mobile Station - LandStation 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/PCSRadio Interface Mobile Station - Base Station Compatibility - DigitalControl Channel” e EIA/TIA-IS-136.2-A “TDMA Cellular/PCS RadioInterface Mobile Station - Base Station Compatibility - Traffic Channel andFSK Control Channel”, october 1996 - 950 páginas.

Padrão para sistema celular digital / PCS CDMA. Referência: StandardEIA/TIA-95-B “Mobile Station - Land Station Compatibility Standard forWideband Spread Spectrum Cellular Systems”, march 1999 - 1189páginas.


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Padrão para sistema celular analógico FDMAAMPS: Advanced Mobile Phone System.

EIA/TIA-553


53

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.


54

EIA/TIA-553 - normas relacionadas

EIA/TIA-41-D “Cellular Radiotelecommunications IntersystemOperations”, november 1997 - descreve os procedimentosnecessários para prover ao usuário os serviços que necessitam ainteração entre diferentes sistemas celulares.

EIA IS-19-B “Recommended Minimum Standards for 800MHzCellular Subscriber Units” - detalha definições, métodos de medida ecaracterísticas em termos do desempenho mínimo do terminalmóvel.

EIA/TIA-712 (substitui a EIA 20-A) “Recommended MinimumStandards for 800MHz Cellular Base Stations” - detalha definições,métodos de medida e características em termos do desempenhomínimo da estação rádio base.


55

EIA/TIA-553 - canalização

BandaLargura dabanda, MHz

Numeraçãodo canal

Freqüência centralmóvel – base, MHz

Freqüência centralbase - 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 Numerodo canal

Freqüência centralem MHz

Móvel1 ≤ N ≤ 799

990 ≤ N ≤ 10230,03N + 825,000

0,03(N – 1023) + 825,000

Base 1 ≤ N ≤ 799990 ≤ N ≤ 1023

0,03N + 870,0000,03(N – 1023) + 870,000

Tabela para cálculo da freqüência central do canal número N


56

EIA/TIA-553 - planejamento de freqüências

• Cada conjunto de 395 canais de voz é dividido em 21subconjuntos com 19 canais cada.

• Num cluster de 7 células, cada célula utiliza 3 subconjuntos deforma que a separação mínima entre canais seja de 7 bandasde um canal - redução de interferência de canal adjacente.

• Como mostrado na tabela a seguir, cada célula num clusterutiliza canais dos subconjuntos iA, iB e iC, i = 1, 2, ..., 7.

• O número máximo de canais de voz por célula é de 57 (podemexistir mais, mas nessa situação pode haver aumento excessivode interferência de canal adjacente, pois a regra de distribuiçãoacima mencionada será quebrada).

• Cada célula terá de 1 a 3 canais de controle.


57

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 7C1 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 4243 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 6364 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 8485 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 126127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294295 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 669670 671 672 673 674 675 676 677 678 679 680 681 682 683 684 685 686 687 688 689 690691 692 693 694 695 696 697 698 699 700 701 702 703 704 705 706 707 708 709 710 711712 713 714 715 716 - - - - 991 992 993 994 995 996 997 998 999 1000 1001 10021003 1004 1005 1006 1007 1008 1009 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 1017 1018 1019 1020 1021 1022 1023

58

EIA/TIA-553 - planejamento de freqüências para a banda B


1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B 1C 2C 3C 4C 5C 6C 7C334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522523 524 525 526 527 528 529 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 540 541 542 543544 545 546 547 548 549 550 551 552 553 554 555 556 557 558 559 560 561 62 563 564565 566 567 568 569 570 571 572 573 574 575 576 577 578 579 580 581 582 583 584 585586 587 588 589 590 591 592 593 594 595 596 597 598 599 600 601 602 603 604 605 606607 608 609 610 611 612 613 614 615 616 617 618 619 620 621 622 623 624 625 626 627628 629 630 631 632 633 634 635 636 637 638 639 640 641 642 643 644 645 646 647 648649 650 651 652 653 654 655 656 657 658 659 660 661 662 663 664 665 666

- - - - - 717 718 719 720 721 722 723 724 725 726 727 728 729 730 731 732733 734 735 736 737 738 739 740 741 742 743 744 745 746 747 748 749 750 751 752 753754 755 756 757 758 759 760 761 762 763 764 765 766 767 768 769 770 771 772 773 774775 776 777 778 779 780 781 782 783 784 785 786 787 788 789 790 791 792 793 794 795796 797 798 799

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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, 7níveis para Classe II e 6 níveis para Classe III.

• Modos de transmissão contínuo (DTX off) ou descontínuo(DTX on)


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TIA/EIA-553 - limitações nas emissões em RF

É estabelecido pela norma que as potências de produtos demodulação não devem exceder:

• um nível 26dB abaixo da potência da portadora não modulada fora daregião de ±20KHz distante da freqüência da portadora.

• um nível 45dB abaixo da potência da portadora não modulada fora daregião de ±45KHz distante da freqüência da portadora.

• um nível 60dB ou 43+10log(potência média de saída em Watts) - o quefor maior - abaixo da potência da portadora não modulada fora daregião de ±90KHz distante da freqüência da portadora.

As técnicas de medida para a estação móvel e para a estação basesão abordadas nas normas EIA-19-B e EIA/TIA-712, respectivamente.


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EIA/TIA-553 - características da modulação e demodulação

• Antes da modulação em FM o sinal de voz é processado naseqüência: compressão, filtragem pré-ênfase, limitação de desvio efiltragem pós-limitação de desvio.

• Compressor: 2:1dB a 1KHz e nível nominal (suficiente a um desviode 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 de5900 a 6100Hz; 40log10(f/3000)dB de 6100 a 15000Hz e 28dB acimade 15000Hz.

• Na demodulação tem-se a Dê-ênfase (-6dB/oitava de 300Hz a3000Hz) e o expansor (1:2dB).


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EIA/TIA-553 - segurança e identificação

• MIN (Mobile Identification Number) - composto por 34 bits formadosa partir de uma codificação específica do número telefônico doassinante (10 dígitos).

• SN (Serial Number) ou ESN (Electronic SN) - composto por 32 bitsformados a partir de uma identificação do fabricante e do número desérie do terminal.

• SCM (Station Class Mark) - composto por 4 bits, informa a classe depotência (I, II ou III), o modo de transmissão (contínuo oudescontínuo) e a banda de trabalho (20 ou 25MHz) do terminalmóvel.

• Registration Memory - armazena dados sobre a temporização doprocesso de autenticação autônoma (21 bits) e o SID (SystemIdentification) (15 bits) após o desligamento do terminal, por umtempo maior que 48 horas.


63

EIA/TIA-553 - segurança e identificação

• Access Overload Class - 4 bits armazenados na estação móvel eutilizados para identificar em que campo das mensagens de overloadhá dados para controle das tentativas de acesso pela estação móvel.

• Access Method - 1 único bit armazenado na estação móvel paradeterminar 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 paraidentificar o número do primeiro canal de paging que deve sermonitorado.

• SID (Home System Identification) - 15 bits dos quais os bits 0 - 12identificam 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 móveldeve tomar certas ações a partir de comandos utilizados paracustomização de operações do tipo user groups.

• Preferred System Selection - meio que permite ao usuário selecionaro sistema preferido (A ou B).


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EIA/TIA-553 - supervisão

• SAT (Supervisory Audio Tone) - uma entre 3 freqüências (5970,6000 e 6030Hz) transmitida em FM pela base. O terminal móveldeve detectar, filtrar e retransmitir um tom SAT no canal de voz deforma que interferências de estações/móveis co-canais sejamdetectadas - um receptor (no móvel ou na base) que recebe ummesmo canal com SATs distintos ordena o desligamento dotransmissor. A monitoração do SAT é feita continuamente ou nomínimo a cada 250ms. Após 5s de não detecção (ou detecçãoincorreta) do SAT a chamada é terminada pelo sistema.

• ST (Signaling Tone) - tom de 10KHz enviado pelo terminal móvel eutilizado para requisição de fim de chamada, flash ou confirmaçãode ordens.

• Os sinais SAT e ST são combinados para fornecerem informaçõessobre uma série de eventos ocorridos durante uma chamada. Nessecaso a presença/ausência desses sinais é indicada pelascombinações (SAT, ST) = (0,0), (0,1), (1,0) e (1,1).


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EIA/TIA-553 - alocação espacial do SAT

O padrão dereuso dos tonsSAT é igual a 3e a distância dereuso do parSAT + canal émaior que adistância dereuso doscanais de vozdas células.


D3

DF1SAT1

F1SAT1

F1SAT3

F1SAT2

F2SAT1

F4SAT3

F4SAT3

F2SAT2

F2SAT2

F3SAT1

F3SAT1

F3SAT3

F2SAT3

F2SAT3

F3SAT2

F3SAT2

F4SAT1

F1SAT3

F4SAT2

F4SAT2

F5SAT1

F5SAT1

F5SAT3

F5SAT2

F5SAT2

F6SAT1

F6SAT3

F6SAT3

F6SAT2

F6SAT2

F7SAT1

F7SAT1

F7SAT3

F7SAT2

F7SAT2D3

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EIA/TIA-553 - sinalização digital de faixa larga

• Transmissão a 10Kbps, modulação FSK (∆f = ±8KHz), códigode 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 canaisde voz durante uma chamada (sinalização blank-and-burst)para o encaminhamento de mensagens de controle dacomunicação e confirmação de ordens ou requisições.

• Na sinalização blank-and-burst o sinal de voz e o tom SATsão interrompidos por um breve instante, imperceptível aousuário, e substituídos pela sinalização digital a 10Kbps.


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EIA/TIA-553 - formato da sinalização

Canal de Controle Reverso (RECC - Reverse Control Channel) - transportade uma a cinco mensagens para: resposta a mensagens de page, inicializaçãode chamada, confirmação de ordens e envio de ordens. Essas mensagens sãoformadas a partir de combinações de cinco palavras: palavras de endereçoabreviada e estendida (onde se localiza o MIN), palavra número de série (ondese localiza o ESN), primeira e segunda palavras do endereço chamado (onde selocalizam 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 emum DCC Codificado de 7 bits. Usado para identificação de uma estação base.

Cada palavra, repetida 5 vezes (240 bits total), contém 48 bits formados pelacodificação de 36 bits de conteúdo com um código de canal BCH (48,36).


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Canal de Voz Reverso (RVC - Reverse Voice Channel) - transporta de uma aduas mensagens da estação móvel para a estação base para confirmação deordens e informação do endereço chamado (3-way calling), durante a chamada.Essa sinalização é do tipo blank-and-burst.

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 estaçãobase estabeleça sincronismo com os dados recebidos, exceto na primeirarepetição 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. de11 bits, contém 48 bits formados pela codificação de 36 bits de conteúdo comum código de canal BCH (48,36), formando o bloco de palavras.

Dotting 101 W.S.1ª palavra (1) ...

...Dotting 37W.S. 1ª palavra (2)

Dotting 37 W.S. Dotting 37 W.S. 1ª palavra (5)

Dotting 37 W.S. 2ª palavra (1) ... 2ª palavra (5)

... ...

...


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Canal de Controle Direto (FOCC - Forward Control Channel) - transportamensagens para a estação móvel para controle (MIN, SAT Color Code, DCC,ordens, VMAC, designação do canal de voz, posição do primeiro canal deacesso) e overhead (parâmetros do sistema, identificação de registro dosistema).

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 de28 bits de conteúdo com um código de canal BCH (40,28).

Dotting W.S. palavra A (1) ...B/I

palavra B (1) palavra A (2)

Dottingpalavra B (4) ...palavra A (5) palavra B (5)...


70


Canal de Voz Direto (FVC - Forward Voice Channel) - transporta mensagensde controle para a estação móvel para controle de potência e comandos dehandoff. A razão da repetição da palavra por 11 vezes se deve ao fato de nosmomentos de handoff a estação móvel estar normalmente operando com sinaisde intensidade muito baixa. Garante-se a recepção do sinal sem a necessidadedo envio de confirmação pela estação móvel. Nesse canal trafegam também oSAT Color Code para o atual (PSCC) e o novo (SCC) canal e a identificação docanal em uso.

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 ea W.S de 11 bits, e contém 40 bits formados pela codificação de 28 bits deconteúdo com um código de canal BCH (40,28).

Dotting 101 W.S.palavra (1) ...Dotting 37W.S. palavra (2)

Dotting 37 W.S. palavra (3) ... palavra (11)...


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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 osegundo sistema preferido.

6 - Se tarefas concluídas, procurar canal de controle mais fortenovamente, conforme informações de procura (primeiro canal depaging e número de canais de paging) recebidas da ERB e atualizarnovamente os dados do sistema.

7 - Estado idle (resposta a ordens da ERB, atualização do canal maisforte (a cada 2 ou 5 minutos), identificação, autenticação).

8 - Monitora bit busy/idle no canal direto: se = 1 => móvel pronto paraenviar requisição de acesso...


72

EIA/TIA-553 - processamento de chamada no terminal móvel

9 - Monitora bit busy/idle no canal direto: se = 0 => móvel aguardaintervalo aleatório (0 - 200ms) e tenta novamente.

10 - Faz novas tentativas a intervalos aleatórios de 0 - 92ms e tem-seno máximo 10 tentativas (após as 10 tentativas => sinalização desystem 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 vozatribuídos pela CCC, caso usuário chamado possa ser acessado.

13 - Durante a chamada efetua sinalização FSK no canal de voz (blank-and-burst) para monitoração do link, para o atendimento a ordens daCCC e para confirmações de pedidos e/ou ordens.


73

Padrão para sistema celular/PCSTDMA D-AMPS: Digital AMPS.

TIA/EIA-136


74

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.


75

TIA/EIA/IS-136 - referências e normas relacionadas

• TIA/EIA-IS-136.1-A “TDMA Cellular/PCS Radio Interface Mobile Station - Base StationCompatibility - Digital Control Channel” e TIA/EIA-IS-136.2-A “TDMA Cellular/PCS RadioInterface Mobile Station - Base Station Compatibility - Traffic Channel and FSK ControlChannel”, october 1996.

• TIA-664 “Cellular Features Description” - recomenda planos para implementação decaracterísticas uniformes dos serviços celulares.

• TIA/EIA-627 “800MHz Cellular System, TDMA Radio Interface, Dual-Mode MobileStation - Base Station Compatibility Standard”, june 1996.

• TIA/EIA/IS-137-A “TDMA Cellular/PCS Radio Interface - Minimum PerformanceStandard for Mobile Stations”, june 1996 - detalha definições, métodos de medida erequisitos de desempenho mínimo para estações móveis operando nas bandas de800MHz e 1900MHz. Modificação da recomendação EIA/TIA-628.

• TIA/EIA/IS-138-A “TDMA Cellular/PCS Radio Interface - Minimum PerformanceStandard for Base Stations”, june 1996 - detalha definições, métodos de medida erequisitos 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”, november1997 - descreve os procedimentos necessários para prover ao usuário os serviços quenecessitam a interação entre diferentes sistemas celulares.


76

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 oconjunto de canais lógicos DCCH (Digital Control Channel) com modulação π/4−DQPSK que é utilizado para o transporte de informações de controle e mensagensde dados curtas dos usuários entre estações base e móveis. Esse documentocontém 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 umamodificação (de caráter não estrutural) do padrão TIA/EIA 627. Aborda osrequisitos para a interface aérea para o canal de controle analógico (ACC - AnalogControl Channel), para o canal de voz analógico (AVC - Analog Voice Channel) epara o canal de tráfego digital (DTC - Digital Traffic Channel, uma coleção decanais lógicos com modulação π/4−DQPSK que é utilizada para a transmissão deinformação do usuário e mensagens de controle relacionadas a esses dados,entre estações base e móveis).


77

Padrão TIA/EIA-136

• O padrão TIA/EIA-136, “TDMA Cellular PCS”, march 1999, é o conjunto de documentosmais recente que especifica todas as características do sistema de telefonia celular ePCS digital TDMA, inclusive os requisitos de desempenho mínimo da estação móvel eda 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.


78

TIA/EIA/IS-136 - canais lógicos do DCCH

RACH

F-BCCH

E-BCCH

S-BCCH

BCCH

DCCH

SPACH

ARCH

SMSCH

PCH

Reverse Forward

ReservedSCF

DCCH - DigitalControl Channel


79


Random Access Channel (RACH) - Canal reverso e compartilhado usado pararequisição de acesso ao sistema.

SMS Point-to-Point, Paging and Access Response Channel (SPACH) - Canal diretoe compartilhado usado para transmitir informações em broadcast para estações móveisespecíficas em relação aos canais SMS ponto a ponto (SMSCH) e Paging (PCH) e paraprover um canal de resposta a acessos, o Access Response Channel (ARCH). OSPACH pode ser visto como subdividido nos três canais lógicos citados:

Paging Channel (PCH) - dedicado à entregade mensagens de busca (pages) e ordens.

Access Response Channel (ARCH) - canalpara o qual uma estação móvel se comutaapós um acesso completado através do RACH(Random Access Channel).

SMS Channel (SMSCH) - usado para entregade mensagens de teleserviços a uma estaçãomóvel específica.

RACH

F-BCCH

E-BCCH

S-BCCH

BCCH

DCCH

SPACH

ARCH

SMSCH

PCH

Reverse Forward

ReservedSCF


80


Reserved Channel - Reservado para uso futuro ou compatibilidade com sistemasanteriores ao IS-136.

Shared Channel Feedback (SCF) - Dedicado a operações de acesso aleatório.

Broadcast Control Channel (BCCH) - Nomenclatura relacionada aos canais lógicosdiretos e compartilhados F-BCCH, E-BCCH e S-BCCH usados para transportarinformações genéricas relacionadas ao sistema:

Fast Broadcast Control Channel(F-BCCH) - transmite em broadcastinformações sobre a estrutura do DCCH einformações necessárias ao acesso aosistema.Extended Broadcast Control Channel(E-BCCH) - transmite em broadcastinformações temporalmente menoscríticas que as contidas no F-BCCH.SMS Broadcast Control Channel(S-BCCH) - usado para broadcast doserviço de mensagens (SMS).

RACH

F-BCCH

E-BCCH

S-BCCH

BCCH

DCCH

SPACH

ARCH

SMSCH

PCH

Reverse Forward

ReservedSCF


81

TIA/EIA/IS-136- mapeamentode mensagem

M TPD Information Element(s) & Padding

Layer 3 Message

L2 Header

Layer 3 Information CRC

Tail Bits

L2 Header


Tail Bits

L2 Header


Tail Bits

Layer 2 Frame

SYNC SCF DATA CSFP DATA SCF RSVD

Layer 2

Layer 3

Physical Layer

Channel Coding

Interleaving

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

Time Slot 5

Time Slot

6

Superframe - 32 slots (0.64 sec duration)

Time Slot 1

TDMA Frame

TDMA Block

SFP = 0

SFP = 1

SFP = 2

SFP = 3

SFP = 4

SFP = 5

SFP = 6

SFP = 7

SFP = 8

SFP = 9

SFP = 30

SFP = 31

One FDCCH time slot (6.7 ms duration)


82

TIA/EIA/IS-136 - canalização para operação em 1900MHz

* Esse canal não seencaixa em uma únicabanda (A, B, C, D, E ouF). Uma estação móvelcapaz de operar emqualquer banda deverser capaz de operarno(s) canal(is) limitesassociados.

Nota - a operação em800MHz segue a mesmacanalização do padrãoEIA/TIA-553 (AMPS).

BandaLargura de

faixa (MHz)Númerode canais

Canallimite

Freqüência central detransmissão (MHz)

Número Móvel Base

Não usado 1 1 1850.010 1930.050

A 15 497 2 1850.040 1930.080498 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

D 5 164 502 1865.040 1945.080665 1869.930 1949.970

D,B * 1 666 1869.960 1950.000

D,B * 1 667 1869.990 1950.030

B 15 498 668 1870.020 1950.0601165 1884.930 1964.970

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

TIA/EIA/IS-136 - canalização para operação em 1900MHz

* Esse canal não seencaixa em uma únicabanda (A, B, C, D, E ouF). Uma estação móvelcapaz de operar emqualquer banda deverser capaz de operarno(s) canal(is) limitesassociados.

Nota - a operação em800MHz segue a mesmacanalização do padrãoEIA/TIA-553 (AMPS).

BandaLargura de

faixa (MHz)Númerode canais

Canallimite

Freqüência central detransmissão (MHz)

Número Móvel Base

B,E * 1 1166 1884.960 1965.000

B,E * 1 1167 1884.990 1965.030

E 5 165 1168 1885.020 1965.0601332 1889.940 1969.980

E,F * 1 1333 1889.970 1970.010

E,F * 1 1334 1890.000 1970.040

F 5 164 1335 1890.030 1970.0701498 1894.920 1974.960

F,C * 1 1499 1894.950 1974.990

F,C * 1 1500 1894.980 1975.020

F,C * 1 1501 1895.010 1975.050

C 15 497 1502 1895.040 1975.0801998 1909.920 1989.960

Não usado 1 1999 1909.950 1989.990

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


84

TIA/EIA/IS-136 - potências de transmissão (800MHz)

Nível depotência da

estação móvel

MobileAttenuation

Code

ERP nominal (dBW) para asclasses de potênica da estação móvel

(PL) (MAC) I II III IV V VI VII VIII

0 0000 6 2 – 2 –2 • • • •

1 0001 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 • • • •


85

TIA/EIA/IS-136 - potências de transmissão (1900MHz)

Nível de potênciada estação móvel

MobileAttenuation

Code

ERP nominal (dBW) para asclasses 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 • • • •


86

TIA/EIA/IS-136 - características da modulação (modo analógico)

• Nos canais analógicos, antes da modulação em FM o sinal de voz éprocessado na seqüência: ajuste de nível de áudio, compressão,filtragem pré-ênfase, limitação de desvio e filtragem pós-limitação dedesvio. Excetuando-se o ajuste de nível, o processamento é damesma forma que prevê o padrão EIA/TIA-553.

• O ajuste de nível de áudio é feito para haja compatibilidade entre onível de áudio e aquele necessário para o correto funcionamento docodificador de voz VSELP ou EFR (aquele abordado pelo padrão IS-641: “800 MHz Cellular System, TDMA Radio Interface, EnhancedFull-Rate Speech Codec” ) no modo digital.

• A codificação e modulação da sinalização digital de faixa larga parao modo analógico seguem as mesmas recomendações do padrãoEIA/TIA-553 (codificação manchester, modulação FSK a 10Kbps).


87

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 deinformação é convertida para a forma paralela (1 entrada e duas saídas) ecodificada de forma diferencial; os pulsos resultantes são aplicados a filtrospassa-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 variaçõesque a de uma modulação QPSK convencional.

Os símbolos são representados por um desvio de fase da portadora e não porvalores 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.


88

As seqüências de dados digitais (Xk) e (Yk) são codificadas em (Ik) e (Qk) de acordo com:

Ik = Ik–1 cos[∆Φ(Xk,Yk)] − Qk–1 sin[∆Φ(Xk,Yk)]

Qk = Ik–1 sin[∆Φ(Xk,Yk)] + Qk–1 cos[∆Φ(Xk,Yk)]

onde Ik–1, Qk–1 são as amplitudes no intervalo de pulso anterior. O desvio de fase ∆Φ édeterminado de acordo com a tabela:

Xk Yk ∆Φ

1 1 -3π/4

0 1 3π/4

0 0 π/4

1 0 -π/4

bm

Serial -to-

parallel converter

Differential phase

encoding Qk

X k

Yk

l k



89


Baseband Filters

lk

Qk

multiplier

multiplier

s(t)

-A sin(wct)

90°

A cos(wct)source


90

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 demetade 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 de1 a 324.

TIA/EIA/IS-136 - estrutura do canal de controle digital (quadro)


91

TIA/EIA/IS-136 - estrutura do canal de controle digital (slot)

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 FeedbackG - Guard Time SYNC - Synchronization

PREAM - Preamble SYNC+ - Additional Synchronization

BMI - Base Station, MSC and Interworking Function (IS-41)

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


92

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 bitspara 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 CRC cauda

← 109/101/79→ 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


93

TIA/EIA/IS-136 - interleaving da informação codificada

No canal DCCH direto, os 260 bits de saída do codificador, numerados 0 - 259conforme a ordem de saída, a cada quadro carregam pelas colunas um bloco deinterleaving de 13 linhas por 20 colunas da forma ilustrada abaixo:

0 13 26 ... 234 2471 14 27 ... 235 248

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).


94


No canal DCCH reverso, burst de comprimento normal, os 244 bits de saída docodificador, numerados 0 - 243 conforme a ordem de saída, a cada quadrocarregam pelas colunas um bloco de interleaving de 12 linhas por 21 colunas daforma ilustrada abaixo:

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).

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


95


No canal DCCH reverso, burst de comprimento abreviado, os 200 bits de saídado codificador, numerados 0 - 199 conforme a ordem de saída, a cada quadrocarregam pelas colunas um bloco de interleaving de 12 linhas por 17 colunas daforma ilustrada abaixo:

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).

0 12 24 ... 180 1921 13 25 ... 181 193... ... ... ... ... ...7 19 31 ... 187 1998 20 32 ... 188 N/A9 21 33 ... 189 N/A

10 22 34 ... 190 N/A11 23 35 ... 191 N/A


96

TIA/EIA/IS-136 - Superframe no DCCH

Seqüência de canais lógicos (veja ilustração abaixo). O número mínimo e máximode slots para cada canal lógico é determinado por norma (veja abaixo), sendo onúmero total de slots em um Superframe é de 32 para DCCH full-rate e de 16 paraDCCH half-rate. Há ainda o Hiperframe, formado por dois Superframes e o PagingFrame, formado por 2 ou mais Hiperframes.

DCCH Full-Rate DCCH Half-RateMin Max Min Max

F-BCCH (F) 3 10 3 10

E-BCCH (E) 1 8 1 8

S-BCCH (S) 0 15 0 11Reservado (R) 0 7 0 7

SPACH 2 28 2 12

← Um Superframe = 16 frames TDMA = 640 ms→

DCCH F-BCCH E-BCCH S-BCCH Reservado SPACH

F ... F E ... E S ... S R ... R ...

SFP 0 ... 31


97

TIA/EIA/IS-136 - off-set e alinhamento temporal

Na estação móvel, o off-set temporal entre as temporizações de quadro nos linksdireto e reverso, sem avanço temporal aplicado, é de 1 slot mais 45 símbolos (207períodos de símbolo): o slot 1 do quadro N no link direto ocorre 207 períodos desímbolo 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 podeser substituído por uma chave “transmite/recebe”. O avanço de temporização écomandado pela estação base em incrementos inteiros de metade de um símbolo,de forma a sincronizar novos usuários aos quais são alocados novos slots.

Burst detransmissão da EM

sincronismoSlot de transmissão da estação base

Avançotemporal

Fim do slot do canal digitalde tráfego reverso Off-set de

referênciapadrão :

período de207

símbolos

Início do slot do canaldigital de tráfego direto


98

TIA/EIA/IS-136 - canal de tráfego digital

Dedicado ao transporte da informação e mensagens de sinalização do usuárioentre estação base e estação móvel e vice-versa:

Fast Associated Control Channel (FACCH) - canal blank-and-burst usado para trocade mensagens de sinalização entre a estação base e a estação móvel.Slow Associatec Control Channel (SACCH) - canal com transmissão contínuautilizado para troca de mensagens de sinalização entre a estação base e a estaçãomóvel. Um certo número de bits é reservado ao SACCH em cada slot TDMA.Informação do usuário (User Information) e dados FACCH não podem ser enviadossimultaneamente.

Canal detráfego

FACCHInformaçãodo usuário

SACCH


99

TIA/EIA/IS-136 - estrutura do canal de tráfego

Um canal de 30KHz é compartilhado temporalmente, contendo 6 slots. Cadacanal de tráfego ocupa os slots 1 e 4, 2 e 5 ou 3 ou 6 se o codificador de voz édo tipo full-rate (7950bps) e ocupa os slots 1, 2, 3, 4, 5, ou 6 se o codificadorde voz é do tipo half-rate (3975bps). Esse último codificador ainda não seencontra disponível comercialmente. A taxa de voz digitalizada, após inclusãode 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


100

TIA/EIA/IS-136 - estrutura do canal de tráfego

Formato de Slot TDMA

6 6 16 28 122 12 12 122

G R DATA 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 – Coded Digital Verification Color Code

R – Ramp Time SYNC – Synchronization and Training

DATA – User Information or FACCH CDL - Coded Digital Control Channel Locator

SACCH – Slow Associated Control Channel RSVD – Reserved


101

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 estaçãomóvel, que pode exceder 100ms, há necessidade de implementação de técnicapara cancelamento de eco, a critério do fabricante, a qual deve satisfazer umaERL (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 naclasse 2. A classe 1 é a parte que sofre codificação de canal convolucional. Naclasse 1, os 12 bits mais significativos (em termos de percepção da qualidade davoz) passam pelo processo de adição de CRC (Cyclic Redundancy Check) quegera 7 bits que são adicionados aos 77 da classe 1 para posterior codificaçãoconvolucional de taxa 1/2. Os bits da classe 2 não sofrem nenhum tipo deproteção contra erros. A codificação de canal para o codificador EFR éespecificada pela norma IS-641.


102

TIA/EIA/IS-136 - codificação de canal para voz

Class-2 bits

CodedClass-1 bits

PerceptuallySignificantBits

Rate 1/2ConvolutionalCoding

7-bitCRCComputation

Class-1 bits

7

77

82

178

5 Tail Bits

260

VoiceCipher

260

2-SlotInterleaver

SpeechCoder


103

TIA/EIA/IS-136 - interleaving

Após a codificação de canal, cada grupo de dois quadros adjacentes devoz é entrelaçado dentro de dois slots temporais. Em outras palavras,cada slot contém metade dos dados de cada um conjunto de doisquadros de voz. Os bits de voz preenchem, pelas colunas, um arranjode entrelaçamento de ordem 26 x 10, conforme mostrado no slideseguinte. 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. Osdados de voz codificados correspondentes a dois quadros consecutivossão dispostos no arranjo de tal forma que os bits das classes 1 e 2sejam “misturados”. Os dados são retirados seqüencialmente pelaslinhas do arranjo. O interleaving para o codificador EFR é especificadopela norma IS-641.

O processo de entrelaçamento para os dados FACCH é idêntico aomencionado. Contudo, uma palavra SACCH codificada utilizainterleaving diagonal que abrange 12 slots consecutivos por cadapalavra SACCH codificada de 12 bits por quadro de 20ms.


104

40 ms

Quadrosde vozx and y

Quadrosde vozy and z

Bits da Classe 1 são codificados com código convolucional ,entrelaçados temporalmente com bits da classe 2 e transmitidos em 2 slots.

TIA/EIA/IS-136 - interleaving para voz e dados FACCH

0 x

1 y

2 x

...

12 x

13 y

...

24 x

25 y

26 x

27 y

x

...

38 x

39 y

...

50 x

51 y

52 x

53 y

x

...

64 x

65 y

...

76 x

77 y

78 x

79 y

x

...

90 x

91 y

...

102 x

103 y

104 x

105 y

x

...

116 x

117 y

...

128 x

129 y

130 x

131 y

x

...

142 x

143 y

...

154 x

155 y

156 x

157 y

x

...

168 x

169 y

...

180 x

181 y

182 x

183 y

x

...

194 x

195 y

...

206 x

207 y

208 x

209 y

x

...

220 x

221 y

...

232 x

233 y

234 x

235 y

x

...

246 x

247 y

...

258 x

259 y

28 54 80 106 132 158 184 210 236


105

TIA/EIA/IS-136 - codificação de canal para dados FACCH e SACCH

A codificação de canal utilizada para dados FACCH é diferente daquelautilizada para dados de voz. Um bloco de dados FACCH contém 49 bitsde dados por cada quadro de 20ms. Um CRC 16 é adicionado ao final decada um desses blocos, fornecendo uma palavra código FACCH de 65bits. Estes 65 bits passam então por um codificador convolucional de taxaR = ¼ e constraint length K = 6, resultando em 260 bits FACCH a cadaquadro de 20ms. Um bloco de dados FACCH ocupa a mesma banda queum quadro de voz codificada (20ms) e, assim, dados de voz podem sertrocados por dados FACCH para transmissão no canal de tráfego digitalDTC.

Uma palavra de dados SACCH consiste de 6 bits a cada quadro de vozde 20ms. Esses dados passam por um codificador convolucional comtaxa R = ½ e constraint length K = 5 para produzir 12 bits codificados acada quadro de 20ms, ou 24 bits codificados a cada quadro do padrão(40ms).


106

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 desincronismo que possuem boas propriedades de autocorrelação e de correlaçãocruzada para estabelecimento de sincronismo e identificação do slot.CDVCC - Coded Digital Verification Color Code - utilizado para distinguir otráfego 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 paraauxiliar a estação móvel na localização de um canal de controle. Especifica umafaixa de freqüências dentro da qual a estação móvel deverá procurar por umcanal de controle.Equalização - o padrão TIA/EIA/IS-136 não especifica um equalizador. Aimplementação ou não fica a cargo do fabricante do equipamento.Demodulação - o padrão TIA/EIA/IS-136 não especifica uma forma dedemodulação do sinal π/4-DQPSK. A técnica utilizada fica a cargo do fabricantedo equipamento.


107

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 daportadora não modulada, 45dB para a faixa ±45KHz e 60dB ou43+10log(potência média de saída em Watts) - o que for maior - para afaixa de ±90KHz.

Transmissores digitais: - potências das emissões fora da região de±30KHz da portadora não devem exceder um nível 26dB abaixo dapotência média de saída, 45dB para a faixa ±60KHz, 45dB ou -13dBm -o que resultar em menor potência - para a faixa de ±90KHz e potênciasde transmissão menores que 50W e 60dB para a faixa de ±90KHz parapotências maiores que 50W .

As técnicas de medida para a estação móvel e para a estação base sãoabordadas nas normas EIA-19-B e EIA/TIA-712, TIA/EIA/IS-137-A eTIA/EIA/IS-138-A .


108

TIA/EIA/IS-136 - segurança e identificação

• MIN (Mobile Identification Number) - composto por 34 bits formados apartir de uma codificação específica do número telefônico doassinante (10 dígitos).

• ESN (Electronic Serial Number) - composto por 32 bits formados apartir 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 depotência (I a VIII), o modo de transmissão (contínuo ou descontínuo) ea banda de trabalho (20 ou 25MHz) do terminal móvel.

• Registration Memory - armazena dados sobre a temporização doprocesso de autenticação autônoma (21 bits) e o SID (SystemIdentification) (15 bits). Armazena também 12 bits que indicammudanças na área de localização do terminal. Após o desligamentodo terminal essas informações devem ser mantidas por um tempomaior que 48 horas.


109


• Access Overload Class - 4 bits armazenados na estação móvel eutilizados para identificar que campo das mensagens de overload controlaas tentativas de acesso pela estação móvel.

• Extended Address Method - 1 único bit armazenado na estação móvelpara determinar se a palavra de endereçamento estendido (contendo oMIN, bits 24 - 33 e outros dados) deve ser incluída nas tentativas deacesso.

• First Paging Channel - 11 bits armazenados na estação móvel paraidentificar o número do primeiro canal de paging que deve ser monitorado.

• SID (Home System Identification) - 15 bits dos quais os bits 0 - 12identificam o sistema especificamente e os bits 14 e 13 são (00 - EstadosUnidos, 01 - outros países, 10 - Canadá, 11 - México).

• Local Control Option - meio que permite ao usuário informar se aestação móvel deve tomar certas ações a partir comandos utilizados paracustomização de operações do tipo user groups.

• Preferred System Selection (800MHz) - meio que permite ao usuárioselecionar o sistema preferido (A ou B).


110


• Autenticação - troca de informações entre a estação móvel e a estaçãobase 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 deuma chave código de 64 bits e de um número aleatório de 32 bitsarmazenados na estação móvel. Dos 128 bits do SSD, 64 são utilizadospelo processo de autenticação e os demais são utilizados para proverprivacidade / confidencialidade na comunicação.

O processo de autenticação ocorre na inicialização e término de chamadae durante a mesma, por ordem do sistema.

A chave código, chamada A-key, é conhecida apenas pela estação móvele pelo HLR/AC (Home Location Register / Authentication Center) dosistema. O SSD, e não a A-key, é computado nesses locais e enviado asistemas visitados através da rede IS-41.


111


• criptografia - algumas mensagens de sinalização e os canais de tráfegosofrem algum tipo de proteção, em termos de sigilo, de seu conteúdo.Esse sigilo (modesto, como cita a norma) é implementado a partir dealgoritmos apropriados de criptografia.

Requisições para criptografia do sinal de voz ou dos dados de controlepodem ou não ser atendidas pela estação base. O usuário não podeassumir que sua requisição foi aceita e está em operação até que aestação base a confirme (através da alocação do canal de tráfego digital,por exemplo). A requisição para o modo de segurança também pode serfeita após a alocação do canal de tráfego e a mudança para esse modoocorrerá por decisão da estação base e será comunicada à estaçãomóvel.

Os algoritmos de criptografia são apresentados com restrições nasnormas e são objeto de controle de distribuição pela TIA.


112

TIA/EIA/IS-136 - supervisão

• SAT (Supervisory Audio Tone) - uma entre 3 freqüências (5970,6000 e 6030Hz) transmitida em FM pela base. O terminal móveldeve detectar, filtrar e retransmitir um tom SAT no canal de voz deforma que interferências de estações/móveis co-canais sejamdetectadas - um receptor (no móvel ou na base) que recebe um SATque não tem correspondência correta com o SCC (SAT Color Code)ordena o desligamento do transmissor. A monitoração do SAT é feitacontinuamente ou no mínimo a cada 250ms. Após 5s de nãodetecção (ou detecção incorreta) do SAT a chamada é terminadapelo sistema.

• ST (Signaling Tone) - tom de 10KHz enviado pelo terminal móvel eutilizado para requisição de fim de chamada, flash ou confirmaçãode ordens.

• Os sinais SAT e ST são combinados para fornecerem informaçõessobre uma série de eventos ocorridos durante uma chamada. Nessecaso a presença/ausência desses sinais é indicada pelascombinações (SAT, ST) = (0,0), (0,1), (1,0) e (1,1).


113

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 deHamming), o CDVCC (Coded DVCC). O CDVCC é utilizado paradistinguir o canal de tráfego desejado de um outro co-canal.

• FACCH (Fast Associated Control Channel) - canal blank-and-burstusado para troca de mensagens de controle e supervisão entre aestação base e a estação móvel.

• SACCH (Slow Associated Control Channel) - canal com transmissãocontínua (paralela à voz) utilizado para troca de mensagens desinalização entre a estação base e a estação móvel. Um certonúmero de bits é reservado ao SACCH em cada slot TDMA.


114

TIA/EIA/IS-136 - Mobile Assisted Handoff

Processo através do qual há grande colaboração da estação móvel para oprocesso de handoff (MAHO = Mobile Assisted HandOff = handoffassistido pelo móvel).

Nele a estação móvel reporta à estação base informações sobre aqualidade do sinal no canal de RF através de medidas de intensidade desinal (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 estaçãobase para a estação móvel, com correspondente mensagem dereconhecimento da estação móvel para a estação base); ordem de pausano 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 eos correspondentes códigos enviados para representá-las.


115

TIA/EIA/IS-136 - outras informações importantes

Processamento de chamadas - é similar àquele citado como exemplo para opadrão EIA/TIA-553. A diferenciação mais importante se refere ao processo dealinhamento temporal que é realizado pela primeira vez durante a fase deacesso ao sistema.

Sinalização para o modo analógico - compatível com a sinalização em faixalarga abordada para o padrão EIA/TIA-553.

Sinalização para o modo digital - o formato específico de cada mensagemde ordem, requisição ou confirmação entre estação base e estação móvel evice-versa é abordado na norma TIA/EIA/IS-136 e não é aqui citado devido aovolume 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 caráternormativo.


116

Padrão para sistema celular/PCS CDMA.

TIA/EIA-95-B


117

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 a1.2288Mchips/s.

• Link reverso: códigos Walsh para modulação ortogonal; espalhamento pelo códigolongo (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.


118

TIA/EIA-95-B - normas relacionadas

• EIA/TIA-41-D “Cellular Radiotelecommunications Intersystem Operations”,november 1997 - descreve os procedimentos necessários para prover ao usuário osserviços que necessitam a interação entre diferentes sistemas celulares.

• EIA IS-19-B “Recommended Minimum Standards for 800MHz Cellular SubscriberUnits” - detalha definições, métodos de medida e características em termos dodesempenho mínimo do terminal móvel.

• EIA/TIA-712 (substitui a EIA 20-A) “Recommended Minimum Standards for 800MHzCellular Base Stations” - detalha definições, métodos de medida e característicasem termos do desempenho mínimo da estação rádio base.

• TIA-664 “Cellular Features Description” - recomenda planos para implementação decaracterísticas uniformes dos serviços celulares.

• TIA/EIA-97-B “Recommended Minimum Performance Standards for Base StationsSupporting Dual-Mode Spread Spectrum Cellular Mobile Stations”, August 1998.

• TIA/EIA-98-B “Recommended Minimum Performance Standards for Dual-ModeSpread Spectrum Cellular Mobile Stations Base Stations”, August 1998.

• ANSI J-STD-018 “Recommended Minimum Performance Requirements for 1.8 to2.0GHz Code Division Multiple Access (CDMA) Personal Stations.

• ANSI J-STD-019 “Recommended Minimum Performance Requirements for BaseStations Supporting 1.8 to 2.0GHz Code Division Multiple Access (CDMA) PersonalStations.


119

TIA/EIA-95-B - modo analógico

• A maioria dos requisitos para operação do padrão TIA/EIA-95-B no modoanalógico - a saber: características do transmissor e receptor em termosde faixa de freqüências, potências de saída, limitações nas emissões emRF, modulação e demodulação, sinalização de faixa larga (FSK),segurança e identificação, supervisão da chamada e detecção de malfuncionamento - seguem de forma muito próxima aqueles requisitosespecificados para o padrão EIA/TIA-553.

• Dos requisitos que sofrem alguma alteração, o processamento dechamada é o que mais é afetado. Além disso, nos formatos desinalização são incluídas novas mensagens. Contudo, é mantida grandesimilaridade no que diz respeito aos principais elementos que nessaapresentação são abordados. Maiores detalhes devem ser obtidos noconjunto de documentos que formam o padrão TIA/EIA-95-B.


120

TIA/EIA-95-B - alocação de freqüências CDMA (800MHz)

Faixa de transmissão (MHz)BandaEstação móvel Estação base

A824,025 – 835,005844,995 – 846,495

869,025 – 880,005889,995 – 891,495

B835,005 – 844,995846,495 – 848,985

880,005 – 889,995891,495 – 893,985

Correspondência de freqüências CDMA para banda Classe 0Nota: Classe 0 significa operação em 800MHz



Móvel1 ≤ N ≤ 777

1013 ≤ N ≤ 10230,03N + 825,000

0,03(N – 1023) + 825,000

Base1 ≤ N ≤ 777

1013 ≤ N ≤ 10230,03N + 870,000

0,03(N – 1023) + 870,000

Cálculo da freqüência central CDMA do canal número N na banda Classe 0


121


Banda Alocação Numeraçãodo canal



A” (1MHz) Não válidaVálida

991 – 10121013 – 1023

824,040 – 824,670824,700 – 825,000

869,040 – 869,670869,700 – 870,000

A (10MHz) VálidaNão válida

1 – 311312 – 333

825,030 – 834,330834,360 – 834,990

870,030 – 879,330879,360 – 879,990

B (10MHz)Não válida

VálidaNão válida

334 – 355356 – 644645 – 666

835,020 – 835,650835,680 – 844,320844,350 – 844,980

880,020 – 880,650880,680 – 889,320889,350 – 889,980

A’ (1,5MHz)Não válida

VálidaNão válida

667 – 688689 – 694695 – 716

845,010 – 845,640845,670 – 845,820845,850 – 846,480

890,010 – 890,640890,670 – 890,820890,850 – 891,480

B’ (2,5MHz) Não válidaVálida

Não válida

717 – 738739 – 777778 - 799

846,510 – 847,140847,170 – 848,310848,340 – 848,970

891,510 – 892,140892,170 – 893,310893,340 – 893,970

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


122

991 992 993 994 995 996 997 998 999 1000 1001 1002 1003 1004 1005 1006 1007 1008 1009 1010 10111012 1013 1014 1015 1016 1017 1018 1019 1020 1021 1022 1023 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 3031 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 5152 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 7273 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 9394 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 135136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525 526 527 528 529 530 531 532 533 534535 536 537 538 539 540 541 542 543 544 545 546 547 548 549 550 551 552 553 554 555556 557 558 559 560 561 62 563 564 565 566 567 568 569 570 571 572 573 574 575 576577 578 579 580 581 582 583 584 585 586 587 588 589 590 591 592 593 594 595 596 597598 599 600 601 602 603 604 605 606 607 608 609 610 611 612 613 614 615 616 617 618619 620 621 622 623 624 625 626 627 628 629 630 631 632 633 634 635 636 637 638 639640 641 642 643 644 645 646 647 648 649 650 651 652 653 654 655 656 657 658 659 660661 662 663 664 665 666 667 668 669 670 671 672 673 674 675 676 677 678 679 680 681682 683 684 685 686 687 688 689 690 691 692 693 694 695 696 697 698 699 700 701 702703 704 705 706 707 708 709 710 711 712 713 714 715 716 717 718 719 720 721 722 723724 725 726 727 728 729 730 731 732 733 734 735 736 737 738 739 740 741 742 743 744745 746 747 748 749 750 751 752 753 754 755 756 757 758 759 760 761 762 763 764 765766 767 768 769 770 771 772 773 774 775 776 777 778 779 780 781 782 783 784 785 786787 788 789 790 791 792 793 794 795 796 797 798 799

TIA/EIA-95-B - alocação de freqüências CDMA (800MHz)Instituto Nacional de Telecomunicações

123


Banda de transmissão (MHz)Bloco

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 1Nota: Classe 1 significa operação em 1900MHz



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


124

Bloco Alocação Numeraçãodo canal



A(15MHz)

Não válidaVálida

Válida cond.

0 – 2425 – 275276 – 299

1850,000 – 1851,2001851,250 – 1873,7501863,800 – 1864,950

1930,000 – 1931,2001931,250 – 1943,7501943,800 – 1944,950

D(5MHz)

Válida cond.Válida

Válida cond.

300 – 324325 – 375376 – 399

1865,000 – 1866,2001866,250 – 1868,7501868,800 – 1869,950

1945,000 – 1946,2001946,250 – 1948,7501948,800 – 1949,950

B(15MHz)


Válida cond.

400 – 424425 – 675676 – 699

1870,000 – 1871,2001871,250 – 1883,7501883,800 – 1884,950

1950,000 – 1951,2001951,250 – 1953,7501963,800 – 1964,950

E(5MHz)


Válida cond.

700 – 724725 – 775776 – 799

1885,000 – 1886,2001886,250 – 1888,7501888,800 – 1889,950

1965,000 – 1966,2001966,250 – 1968,7501968,800 – 1969,950

F(5MHz)


Válida cond.

800 – 824825 – 875876 – 899

1890,000 – 1891,2001891,250 – 1893,7501893,800 – 1894,950

1970,000 – 1971,2001971,250 – 1973,7501973,800 – 1974,950

C(15MHz)


Não válida

900 – 924925 – 11751176 – 1199

1895,000 – 1896,2001896,250 – 1908,7501908,800 – 1909,950

1975,000 – 1976,2001976,250 – 1988,7501988,800 – 1989,950

Numeração dos canais CDMA e freqüências para a banda Classe 1

TIA/EIA-95-B - alocação de freqüências CDMA (1900MHz)Instituto Nacional de Telecomunicações

125

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



126

TIA/EIA-95-B - potências de transmissão

• A potência transmitida pela estação móvel é controlada em malha aberta (OpenLoop Power Control) em função da potência recebida. Os valores máximos deERP são:

TIA/EIA-95-B - limitações nas emissões em RF

• Na faixa de operação de 824 a 849MHz as emissões espúrias em RF, quandomedidas com uma resolução de 30KHz de banda, não devem exceder a:


Classe daestação 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)

Desvio de freqüência de ∆ f daportadora (em módulo)

Máximo nível deemissão 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 medidado espúrio é feita numa banda de YHz, distantes de ∆f da freqüência central da portadora.

127

TIA/EIA-95-B - potências de transmissão chaveada

A potência de transmissão da estação móvel deve estar dentro de certoslimites nominais quando operando no modo de taxa de transmissãovariável, nos momentos de transmissão (gated-on periods). Durante osperíodos de não transmissão (gated-off periods) a estação móvel devereduzir sua potência média de no mínimo 20dB em relação ao últimoperíodo de transmissão ou ao nível de ruído do transmissor, o que formaior. Esse nível de ruído deveria ser menor que -60dBm/1,23MHz(recomendação), mas tem que ser menor que -54dBm/1,23MHz.


7µs 7µs

1,247ms

3dB

20dBou nívelde ruído

Potênciamédia

Respostatemporaldo sinal

128

TIA/EIA-95-B - controle de potência em malha fechada

A potência de transmissão da estação móvel é também corrigida, emtorno daquela corrigida pelo controle em malha aberta (open loop powercontrol), em função de comandos da ERB. Os comandos ocorrem a cada1,25ms após os períodos gated-on da estação móvel e as variações depotência podem ocorrer em passos de 1dB ±0,5dB, 0,5dB ±0,3dB ou0,25dB ±0,2dB, dependendo do equipamento. A potência de saída daestação móvel deverá chegar ao valor correto (consideradas astolerâncias) dentro de 500µs.

Deve-se lembrar que o controle de potência em um sistema CDMA é deextrema importância no controle da interferência entre os sinais dosvários usuários que chegam à estação base. As variações do sinaldevido ao desvanecimento por multipercursos são difíceis de seremcompensadas pelo controle de potência se ocorrem a taxas elevadas.Após o controle de potência ainda é mantida certa variabilidade do sinalrecebido na estação base.


129

TIA/EIA-95-B - algumas definições importantes

• Registro autônomo (autonomous registration) - método no qual a estaçãomóvel executa um registro sem um comando explícito da estação base.

• Flash - um sinal enviado no canal de voz analógico ou no canal de tráfegoCDMA indicando que o usuário está requisitando algum processamentoespecial.

• Off-set de quadro - deslocamento temporal dos quadros no canal detráfego, em relação à temporização do sistema, de múltiplos inteiros de1,25ms.

• Hard Handoff - handoff caracterizado pela desconexão temporária docanal de tráfego. Ocorre quando da passagem da estação móvel por áreasde cobertura disjuntas, mudança da freqüência de portadora, mudança deoff-set de quadro ou na mudança de um canal de tráfego CDMA para umcanal de voz analógico.

• Soft Handoff - handoff caracterizado pelo início da comunicação com umanova estação base, sem alteração de freqüência de portadora, antes determinar a comunicação com a estação base anterior.


130

TIA/EIA-95-B - canal reverso CDMA

• Canal Reverso CDMA: composto de Canais de Acesso e Canais deTráfego.

• Canal de Acesso - utilizado pela estação móvel para iniciar acomunicação com a estação base e para responder a mensagens depage. Identificados por seqüências código longas com deslocamentosdistintos. Utiliza acesso aleatório e janelado temporalmente (slotted).

• Canal de Tráfego: utilizado para transporte de informação e sinalizaçãode usuário para a estação base durante uma chamada. Formado porum 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 emquadros de 20ms, codificados por um código convolucional,entrelaçados temporalmente, modulados por uma modulação 64-áriaortogonal e espalhados utilizando a técnica de seqüência direta.

• Os próximos slides detalham a estrutura geral do canal reverso CDMA.


131

TIA/EIA-95-B - canal de acesso CDMAInstituto Nacional de Telecomunicações

I

Q

)(tQ

)(tI

)2cos( tfCπ

)2sen( tfCπ

)(ts

adição de8 bits de cauda

por quadro

filtrobanda base

entrelaçador

temporal

filtrobanda base

Seqüência de espalhamento Q1,2288Mcps

Seqüência de espalhamento I1,2288Mcps

máscara docódigo longo

gerador docódigo longo

Delay½ PN chip= 406,9ns

PN chip1,2288Mcps

repetiçãode

símbolos

codificadorconvolucionaltaxa 1/3 K=9

modulador64-ário

ortogonal

bits de informaçãodo canal de acesso 4,4Kbps

28,8Ksps

símbolos código

símbolos da modulação (chip Walsh)

símboloscódigo

repetidos

símboloscódigo

repetidos

14,4Ksps

4,8Ksps (307,2Kcps)

4,8Kbps

28,8Ksps

ΣQ

)(tQ

)(tI

)2cos( tfC

)2sen( tfC

)(ts

132

TIA/EIA-95-B - canal código fundamental CDMA *Instituto Nacional de Telecomunicações

* para conjunto de taxas 1

adição de bits deindicação de

qualidade do quadro(12, 8, 0 ou 0 bits/q)

entrelaçador

temporal



PN chip1,2288Mcps

repetiçãode

símbolos


modulador64-ário

ortogonal

randomizadorde burst de

dadosl

bits de informaçãodo canal código reverso

fundamental(172, 80, 40 ou 16 bits/quadro)

8,6Kbps4,0Kbps2,0Kbps0,8Kbps



símbolos da modulação(chip Walsh)

símboloscódigo

repetidos

símboloscódigo

repetidos

4,8Ksps(307,2Kcps)

28,8Ksps


por quadro

133

TIA/EIA-95-B - canal código fundamental CDMA *Instituto Nacional de Telecomunicações


adição de umbit indicador

de apagamento

entrelaçador

temporal



PN chip1,2288Mcps

repetiçãode

símbolos

codificadorconvolucionaltaxa ½ K=9

modulador64-ário

ortogonal

randomizadorde burst de

dadosl


fundamental(267, 125, 55 ou 21 bits/quadro)




símboloscódigo

repetidos

símboloscódigo

repetidos

4,8Ksps(307,2Kcps)

28,8Ksps

A0


por quadro


qualidade do quadro(12, 10, 8 ou 6 b/q)


134

TIA/EIA-95-B - canal código suplementar CDMA *Instituto Nacional de Telecomunicações



qualidade do quadro(12 bits/quadro)

entrelaçador

temporal



PN chip1,2288Mcps


modulador64-ário

ortogonal


suplementar(172 bits/quadro)

8,6Kbps

28,8Kbps

9,6Kbps


símboloscódigo

símboloscódigo

4,8Ksps(307,2Kcps)


por quadro

An

135

TIA/EIA-95-B - canal código suplementar CDMA *Instituto Nacional de Telecomunicações



qualidade do quadro(12 bits/quadro)

entrelaçador

temporal



PN chip1,2288Mcps

codificadorconvolucionaltaxa ½ K=9

modulador64-ário

ortogonal


suplementar(267 bits/quadro)

13,35Kbps

14,4Kbps 28,8Kbps


símboloscódigo

símboloscódigo

4,8Ksps(307,2Kcps)

An


por quadro

adição de umbit indicador

de apagamento

136

TIA/EIA-95-B -canal detráfegoreversoCDMA


incluindo canalcódigofundamental emúltiplos canaiscódigosuplementares,para conjuntosde taxas 1 e 2.

I

I

I

Q

Q

Q

)(tQ

)(tQ

)(tQ

)(tI

)(tI

)(tI

)2cos( tfCπ

)2sen( tfCπ

)(0 ts

)(ts

)2cos( 1ϕ+π tfC

)2sen( 1ϕ+π tfC

)2cos( nCtf ϕ+π

)2sen( nCtf ϕ+π

)(tsn

)(1 ts

filtrobanda base

filtrobanda base

filtrobanda base

filtrobanda base

filtrobanda base

……

filtrobanda base










Σ

Σ Σ

Σ

Q

Q

Q

)(tQ

)(tQ

)(tQ

)(tI

)(tI

)(tI

)2cos( tfC

)2sen( tfC

A0

A1

An

)(0 ts

)(ts

)2cos( 1tfC

)2sen( 1tfC

)2cos( nCtf

)2sen( nCtf

)(tsn

)(1 ts

137

TIA/EIA-95-B - canal de tráfego reverso CDMA

• Os quadros de dados podem ser transmitidos a 9600, 4800, 2400 ou1200bps (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 a14400 e 9600bps, 50% para quadros a 7200 e 4800bps, 25% para quadrosa 3600 e 2400bps e 12,5% para quadros a 1800 e 1200bps. Dessa forma ataxa durante os bursts de transmissão é fixada em 28800bps (codificados).

• Se 6 símbolos codificados são modulados em um dos 64 possíveissímbolos da modulação ortogonal, a taxa de símbolos dessa modulação éde 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 chipWalsh é espalhado por 1,2288Mcps/307,2Kcps = 4 chips.

• Para o canal de acesso os números são similares, exceto: a taxa detransmissão após a adição de bits de cauda é fixa (4800bps); cada símbolocódigo é repetido uma vez e o duty cycle de transmissão é de 100%.


138

TIA/EIA-95-B - codificação convolucional erepetição de símbolos no canal reverso CDMA

• Antes do entrelaçamento temporal os dados do canal de tráfego e deacesso sofrem codificação de canal. O constraint length do códigoconvolucional utilizado é 9. Para o canal de acesso e para o canal detráfego operando no conjunto de taxas 1 a taxa do código é 1/3. Para ocanal 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 taxaresultante seja sempre de 28800sps. Os símbolos repetidos são retiradosno processo de randomização realizado mais adiante.

• Para o canal de acesso (taxa fixa de 4800bps) cada símbolo do códigoé repetido uma vez (devido à codificação de canal tem-se 3 x 4800bps =14400sps; com a repetição tem-se 2 x 14400sps = 28800sps). Nessecaso esses bits redundantes são também transmitidos.


139

TIA/EIA-95-B - codificação convolucionalInstituto Nacional de Telecomunicações

bits deinformação(entrada)

símboloscodificados

(saída)

g0 c0

g1 c1

g2 c2

flip-flopCodificadorde taxa 1/3e constraintlength 9

Codificadorde taxa 1/2e constraintlength 9

bits deinformação(entrada)

símboloscodificados

(saída)

g0 c0

g1 c1

140

TIA/EIA-95-B - interleaving no canalde tráfego reverso CDMAInstituto Nacional de Telecomunicações

1 17 33 49 65 81 97 113 129 145 161 177 193 209 225 241 257 2731 17 33 49 65 81 97 113 129 145 161 177 193 209 225 241 257 2732 18 34 50 66 82 98 114 130 146 162 178 194 210 226 242 258 2742 18 34 50 66 82 98 114 130 146 162 178 194 210 226 242 258 2743 19 35 51 67 83 99 115 131 147 163 179 195 211 227 243 259 2753 19 35 51 67 83 99 115 131 147 163 179 195 211 227 243 259 2754 20 36 52 68 84 100 116 132 148 164 180 196 212 228 244 260 2764 20 36 52 68 84 100 116 132 148 164 180 196 212 228 244 260 2765 21 37 53 69 85 101 117 133 149 165 181 197 213 229 245 261 2775 21 37 53 69 85 101 117 133 149 165 181 197 213 229 245 261 2776 22 38 54 70 86 102 118 134 150 166 182 198 214 230 246 262 2786 22 38 54 70 86 102 118 134 150 166 182 198 214 230 246 262 2787 23 39 55 71 87 103 119 135 151 167 183 199 215 231 247 263 2797 23 39 55 71 87 103 119 135 151 167 183 199 215 231 247 263 2798 24 40 56 72 88 104 120 136 152 168 184 200 216 232 248 264 2808 24 40 56 72 88 104 120 136 152 168 184 200 216 232 248 264 2809 25 41 57 73 89 105 121 137 153 169 185 201 217 233 249 265 2819 25 41 57 73 89 105 121 137 153 169 185 201 217 233 249 265 281

10 26 42 58 74 90 106 122 138 154 170 186 202 218 234 250 266 28210 26 42 58 74 90 106 122 138 154 170 186 202 218 234 250 266 28211 27 43 59 75 91 107 123 139 155 171 187 203 219 235 251 267 28311 27 43 59 75 91 107 123 139 155 171 187 203 219 235 251 267 28312 28 44 60 76 92 108 124 140 156 172 188 204 220 236 252 268 28412 28 44 60 76 92 108 124 140 156 172 188 204 220 236 252 268 28413 29 45 61 77 93 109 125 141 157 173 189 205 221 237 253 269 28513 29 45 61 77 93 109 125 141 157 173 189 205 221 237 253 269 28514 30 46 62 78 94 110 126 142 158 174 190 206 222 238 254 270 28614 30 46 62 78 94 110 126 142 158 174 190 206 222 238 254 270 28615 31 47 63 79 95 111 127 143 159 175 191 207 223 239 255 271 28715 31 47 63 79 95 111 127 143 159 175 191 207 223 239 255 271 28716 32 48 64 80 96 112 128 144 160 176 192 208 224 240 256 272 28816 32 48 64 80 96 112 128 144 160 176 192 208 224 240 256 272 288

É utilizado interleaving em bloco,com duração de 20ms. O blococonsiste de um arranjo de 32linhas e 18 colunas (576 células).Os dados são escritos nascolunas e são lidos nas linhas emuma ordem que depende da taxade transmissão. Por exemplo:para 4800 (pertencente aoconjunto de taxas 1) e 7200 bps(conjunto 2) ou canal de acesso a4800bps, a memória e aidentificação dos primeiros 576símbolos escritos são mostradosao lado. As linhas são lidas naseguinte ordem de colunas: 1 3 24 5 7 6 8 9 11 10 12 13 15 14 1617 19 18 20 21 23 22 24 25 27 2628 29 31 30 32.

141

TIA/EIA-95-B - modulação ortogonal nocanal de tráfego reverso CDMAInstituto Nacional de Telecomunicações

Um dos 64 possíveis símbolos é transmitido a cada 6 símboloscodificados repetidos.

Os símbolos são as 64 formas de onda ortogonais entre si, formadas apartir das funções Walsh.

O slide seguinte mostra todas as 64 possíveis seqüências Walsh decomprimento 64. A matriz mostrada é gerada a partir do processorecursivo ilustrado abaixo, onde N é uma potência de 2 e denota ocomplemento binário de . Na recursão abaixo, H 64 corresponde aoarranjo completo.

NHNH

01 =H

1000

2 =H0110110010100000

4 =HNN

NNN HH

HHH =2

142

TIA/EIA-95-B - códigos WalshInstituto Nacional de Telecomunicações

111111111122222222223333333333444444444455555555556666 0123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123

0 00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001 01010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101012 00110011001100110011001100110011001100110011001100110011001100113 01100110011001100110011001100110011001100110011001100110011001104 00001111000011110000111100001111000011110000111100001111000011115 01011010010110100101101001011010010110100101101001011010010110106 00111100001111000011110000111100001111000011110000111100001111007 01101001011010010110100101101001011010010110100101101001011010018 00000000111111110000000011111111000000001111111100000000111111119 010101011010101001010101101010100101010110101010010101011010101010 001100111100110000110011110011000011001111001100001100111100110011 011001101001100101100110100110010110011010011001011001101001100112 000011111111000000001111111100000000111111110000000011111111000013 010110101010010101011010101001010101101010100101010110101010010114 001111001100001100111100110000110011110011000011001111001100001115 011010011001011001101001100101100110100110010110011010011001011016 000000000000000011111111111111110000000000000000111111111111111117 010101010101010110101010101010100101010101010101101010101010101018 001100110011001111001100110011000011001100110011110011001100110019 011001100110011010011001100110010110011001100110100110011001100120 000011110000111111110000111100000000111100001111111100001111000021 010110100101101010100101101001010101101001011010101001011010010122 001111000011110011000011110000110011110000111100110000111100001123 011010010110100110010110100101100110100101101001100101101001011024 000000001111111111111111000000000000000011111111111111110000000025 010101011010101010101010010101010101010110101010101010100101010126 001100111100110011001100001100110011001111001100110011000011001127 011001101001100110011001011001100110011010011001100110010110011028 000011111111000011110000000011110000111111110000111100000000111129 010110101010010110100101010110100101101010100101101001010101101030 001111001100001111000011001111000011110011000011110000110011110031 0110100110010110100101100110100101101001100101101001011001101001

143

TIA/EIA-95-B - códigos WalshInstituto Nacional de Telecomunicações

111111111122222222223333333333444444444455555555556666 0123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123

32 000000000000000000000000000000001111111111111111111111111111111133 010101010101010101010101010101011010101010101010101010101010101034 001100110011001100110011001100111100110011001100110011001100110035 011001100110011001100110011001101001100110011001100110011001100136 000011110000111100001111000011111111000011110000111100001111000037 010110100101101001011010010110101010010110100101101001011010010138 001111000011110000111100001111001100001111000011110000111100001139 011010010110100101101001011010011001011010010110100101101001011040 000000001111111100000000111111111111111100000000111111110000000041 010101011010101001010101101010101010101001010101101010100101010142 001100111100110000110011110011001100110000110011110011000011001143 011001101001100101100110100110011001100101100110100110010110011044 000011111111000000001111111100001111000000001111111100000000111145 010110101010010101011010101001011010010101011010101001010101101046 001111001100001100111100110000111100001100111100110000110011110047 011010011001011001101001100101101001011001101001100101100110100148 000000000000000011111111111111111111111111111111000000000000000049 010101010101010110101010101010101010101010101010010101010101010150 001100110011001111001100110011001100110011001100001100110011001151 011001100110011010011001100110011001100110011001011001100110011052 000011110000111111110000111100001111000011110000000011110000111153 010110100101101010100101101001011010010110100101010110100101101054 001111000011110011000011110000111100001111000011001111000011110055 011010010110100110010110100101101001011010010110011010010110100156 000000001111111111111111000000001111111100000000000000001111111157 010101011010101010101010010101011010101001010101010101011010101058 001100111100110011001100001100111100110000110011001100111100110059 011001101001100110011001011001101001100101100110011001101001100160 000011111111000011110000000011111111000000001111000011111111000061 010110101010010110100101010110101010010101011010010110101010010162 001111001100001111000011001111001100001100111100001111001100001163 0110100110010110100101100110100110010110011010010110100110010110

144

TIA/EIA-95-B - transmissão com taxa variável

• Objetivo: redução da interferência média entre os sinais dos váriosusuários.

• Após o entrelaçamento temporal os dados do canal de tráfegoreverso sofrem um processo de chaveamento que permite atransmissão de certos símbolos e a não transmissão de outros. Oduty cycle desse chaveamento varia com a taxa de transmissão.Para 9600 ou 14400sps todos os símbolos são transmitidos, para4800 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 depotência (PCG - Power Control Groups), onde certos grupos sãotransmitidos (gated-on) e onde outros não o são (gated-off).

• A determinação de quais grupos vão ser transmitidos e quais nãovão é função do processo de randomização descrito adiante, mas jácitado, de tal forma que somente um símbolo código sejatransmitido (exceto para o canal de acesso, no qual o símbolocódigo e sua repetição única são transmitidos).


145

12

12

12

12

13

13

13

13

quadroanterior

20ms = 192bits = 576 símbolos código = 96 símbolosda modulação = 16 grupos de controle de potência

1,25ms = 12bits = 36 símbolos código = 6 símbolosda modulação = 1 grupo de controle de potência

símbolos código transmitidos:1 33 65 97 … 481 513 545 2 34 66 98 … 482 514 546




últimos 14 chips da seqüência PN longa utilizados nesse grupo (máscara) são utilizados paradeterminar a posição dos grupos de potência transmitidos no próximo quadro, em conjunto comuma regra que varia em função da taxa de transmissão.

quadroanterior

quadroanterior

quadroanterior

14

14

14

14

15

15

15

15

0

0

0

0

1

1

1

1

2

2

2

2

3

3

3

3

4

4

4

4

5

5

5

5

6

6

6

6

7

7

7

7

8

8

8

8

9

9

9

9

10

10

10

10

11

11

11

11

12

12

12

12

13

13

13

13

14

14

14

14

15

quadro a9600bps

quadro a4800bps

quadro a2400bps

quadro a1200bps

15

15

15

TIA/EIA-95-B - transmissão com taxa variávelInstituto Nacional de Telecomunicações

146

TIA/EIA-95-B - espalhamento por seqüência direta

• Um espalhamento intermediário pela seqüência PN longa érealizado nos canais código reversos e no canal de acesso. Para ocanal de acesso esse espalhamento ocorre na saída do moduladorortogonal 64-ário através de adição (módulo 2) com código longo epara os canais código ocorre na saída do randomizador também poradição (módulo 2) com código longo.

• O código longo é periódico com período 242 - 1 chips e é geradopelo produto interno (módulo 2) entre uma máscara de 42 bits e umvetor correspondente ao estado do gerador de seqüência (saídasdos elementos de memória - flip-flops).

• A máscara depende do tipo de canal que a estação base estátransmitindo. Para o canal de acesso ela contém: o número docanal de acesso, o número do canal código associado ao canal depaging, uma identificação da estação base atual e o off-set daseqüência PN. Para os canais código a máscara pode ser públicaou privada, donde a pública contém o ESN e a privada é objeto decriptografia e sigilo (informação controla pela TIA/EIA).


147

TIA/EIA-95-B - espalhamento em quadratura

• Todos os canais reversos, após o espalhamento por seqüência diretasão espalhados em quadratura por duas seqüências piloto periódicas Ie Q, de período 215 chips, formadas a partir de duas seqüências decomprimento máximo (seqüências m), às quais é inserido um “0” após14 zeros consecutivos (o que ocorre a cada período).

• A seqüência Q é defasada da seqüência I de metade de um chip eentão, juntamente com a seqüência I, é filtrada para posteriormodulação OQPSK de duas portadoras ortogonais.


Canal I

Canal Q

(0,0)

(1,1)

(1,0) (I,Q)

(0,1)

I Q fase

π/4

3 /4π

-3 /4π

- /4π

0 0

1 0

1 1

0 1

148

TIA/EIA-95-B - canal reverso CDMA

Filtragem em Banda Base: antes do espalhamento, os feixes de impulsosI e Q são filtrados por filtros passa-baixas cujas respostas em freqüênciadevem obedecer a máscara abaixo. Os valores numéricos dosparâmetros ilustrados na máscara dos filtros são: δ1 = 1,5dB; δ2 = 40dB;fp = 590KHz e fs = 740KHz.


0 fp fs f

δ1

δ1

δ2

20log |S(f)|10

0

149

TIA/EIA-95-B - modulação BPSK x espalhamento QPSK

• Após a cobertura pelo código Walsh a modulação dos dados é do tipoBPSK (note que não há um conversor série/paralelo antes damodulação das portadoras ortogonais). O espalhamento é feito emquadratura de forma a, num ambiente de múltiplo acesso, tornaraleatórias as alterações de fase do sinais dos vários usuários para quenão haja degradação no desempenho do sistema por um efeito quepoderia ser chamado “fator de degradação por alinhamento de fase”(Viterbi, A. J., CDMA: Principles of Spread Spectrum Multiple AccessCommunication: Addison-Wesley, USA, 1995.)

• Além disso, para que seja efetuada demodulação coerente no terminalmóvel e para a implementação de controle de potência em malhaaberta, o canal piloto é transmitido da estação base quando aseqüência Walsh é a seqüência toda nula - somente os códigos deespalhamento em quadratura são transmitidos.


150

TIA/EIA-95-B - codificação de voz

• O sistema celular/PCS CDMA utiliza um codificador de vozque apresenta sua taxa de saída variável em função daatividade da voz. Essa variação é baseada na energiamédia do sinal de voz, de tal forma que várias taxaspossam 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) e9,6Kbps (com variações de 800bps a 8Kbps para modonormal e 800bps a 9,6Kbps no modo EVRC - EnhancedVariable Rate Coder).


151

TIA/EIA-95-B - temporização

O sistema celular/PCS CDMA utiliza sinais do sistema GPS (GlobalPositioning System) como referência temporal para sincronismo de chip,símbolo, quadro e slot e para a temporização geral do sistema celular, estacontada a partir do “tempo zero” desse sistema (coincidente com o tempo zerodo sistema GPS). A precisão desses sinais se encontra na casa dos 300ns.

Na falta de comunicação com o sistema GPS, deve haver um sistema backupde temporização com precisão especificada pelas normas TIA/EIA-97-B(classe 0) e ANSI J-STD-019 (classe 1). Se não houver esse backup acomunicação 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 quartzomicroprocessado que “aprende” o comportamento da temporização GPS e, nafalta desta, mantém o sistema em operação com desvio de freqüência menorque 10-10Hz por 24 horas. A Datum está propondo (setembro, 1999) oAntennaLess ® , um sistema independente do sistema de temporização via GPS.


152

TIA/EIA-95-B - receptor

O padrão TIA/EIA-95-B não apresenta muitas restrições no que dizrespeito à implementação do receptor. Este deverá, porém, atenderaos requisitos mínimos de desempenho ditados pelas normasTIA/EIA-98-B (operação em 800MHz) e ANSI J-STD-018 (operaçãoem 1900MHz).

No mínimo quatro elementos de processamento devem existir: trêselementos capazes de rastrear e demodular componentes demultipercursos (path diversity) para o canal código fundamental e paratodos os canais código suplementares do link direto e um elementocapaz de procurar e estimar a intensidade de sinal em cada off-set daseqüência piloto.

Outros requisitos são citados no padrão TIA/EIA-95-B


153

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, ocanal de paging, o canal de tráfego e estatísticas acumuladas.

• Supervisão através do canal piloto: a estação móvel deve medir a intensidadedo sinal no canal piloto e repassar essa informação à estação base.

• Supervisão através do canal de sincronismo, paging e tráfego: a estaçãomóvel deve checar o CRC de todas mensagens recebidas no canal desincronismo, de paging e de tráfego e deve desconsiderar todas que nãolevarem a um CRC correto.

• Supervisão através de estatísticas acumuladas: a estação móvel mantém umasérie de contadores que armazenam estatísticas sobre os dados transmitidosno canal de acesso, tráfego reverso e direto, paging e sincronismo.


154

TIA/EIA-95-B - processamento de chamada

No sistema celular/PCS CDMA o processamento de chamada é bastantesimilar àquele adotado para o padrão celular/PCS TDMA D-AMPS,destacando-se os estados:

• Inicialização - nesse estado a estação móvel seleciona o sistema preferidoe faz a aquisição do canal de controle mais forte modo analógico ou aaquisição de temporização e sincronismo no modo digital. Típicasescolhas 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 mensagensno canal de paging, continuamente ou de forma descontínua (slotted).

• estado de acesso - nesse estado a estação móvel envia mensagens paraa estação base através do canal de acesso;

• estado de controle no canal de tráfego - nesse estado a estação móvel secomunica com a estação base através do canal de tráfego.


155

TIA/EIA-95-B - canal direto CDMA

• Canal Direto CDMA: composto pelo Canal Piloto, nenhum ou umCanal de Sincronismo, até 7 Canais de Paging e um número deCanais de Tráfego Direto.

• Cada Canal de Tráfego Direto contém um Canal Código Fundamentale 0 a 7 Canais Código Suplementares, identificados por seqüênciascódigo longas distintas.

• Cada um desses canais é espalhado de forma ortogonal por umafunção Walsh apropriada e então espalhado em quadratura por umpar de seqüências à taxa fixa de 1,2288Mcpc.

• Múltiplos canais diretos CDMA podem ser utilizados em uma estaçãobase, multiplexados por divisão em freqüência.

• Os próximos slides detalham a estrutura geral do canal direto CDMA.


156

funçãoWalsh 0

A

A

A

Canal piloto(somente zeros)

Bits do canalde sincronismo

Bits do canalde paging

1,2Kbps

9,6Kbps4,8Kbps

2,4Ksps

19,2Ksps9,6Ksps

19,2Ksps 19,2Ksps

19,2Ksps

1,2288Mcps

4,8Ksps 4,8Ksps

codificadorconvolucionalr = ½, k = 9


repetiçãode símbolos

repetiçãode símbolos

símbolos damodulação




funçãoWalsh 32

funçãoWalsh p

entrelaçadortemporal



máscara do códigolongo para o canal

de paging pdecimador

símbolocódigo

símbolocódigo

TIA/EIA-95-B - canal direto CDMA (1 de 4)Instituto Nacional de Telecomunicações

157

A

19,2Ksps

19,2Ksps

19,2Ksps

1,2288Mcps




funçãoWalsh nbits de controle

de potência 800bps

MUX

controle detemporização

do MUX 800Hz



máscara do códigolongo para o

usuário m

bits de informaçãodo canal código parausuário m e conjuntode taxas 1 (172, 80,

40 ou 16 bits/quadro)

decimadordecimador

símbolocódigoadição de bits de

indicação dequalidade do quadro(12, 8, 0 ou 0 bits/q)



por quadro 9,6Kbps4,8Kbps2,4Kbps1,2Kbps


repetiçãode

símbolos


158


A

19,2Ksps

19,2Ksps

19,2Ksps

1,2288Mcps




funçãoWalsh nbits de controle

de potência 800bps

MUX

controle detemporização

do MUX 800Hz



máscara do códigolongo para o

usuário m

bits de informaçãodo canal código parausuário m e conjuntode taxas 2 (267,125,55 ou 21 bits/quadro)

decimadordecimador

símbolocódigo

símbolocódigo


qualidade do quadro(12, 10, 8 ou 6 bits/q)

adição de bitReservado/Flag



por quadro

28,8Ksps14,4Ksps7,2Ksps3,6Ksps

28,8Ksps


repetiçãode

símbolos

apaga 2 a cada6 símbolos

(puncionamento)

159


I

Q

)(tQ

)(tI

)2cos( tfCπ

)2sen( tfCπ

)(ts

filtrobanda base

filtrobanda base

Seqüência Piloto deespalhamento Q

1,2288Mcps

Seqüência Piloto deespalhamento I

1,2288Mcps

ΣQ

)(tQ

)(tI

)2cos( tfC

)2sen( tfC

A )(ts

Nota: Bits de controle de potência não sãomultiplexadados (introduzidos) para canaiscódigo suplementares.

160

FORWARD CDMA CHANNEL(1.23 MHz channel transmited by base station)

Fundamental Code

Channel Data

Mobile Station Power

Control Sub- Channel

Mobile Station Power

Control Sub- Channel

Supplemental Code Channel Data

Forward Traffic Channel Consisting of one code channel

Forward Traffic Channel Consisting of multiple code channels

Fundamental Code

Channel Data

PilotChan

SyncChan

Paging Ch 1

Up to

W = Code Channel

Up to

Up to

Up to W63 W0 W32 W1 W7 W8

Paging Ch 7

CodeCh 1

CodeCh N

CodeCh P

CodeCh S

CodeCh 55

... ...... ... ...


Exemplo de distribuição de canais: dos 64 canais código disponíveispara uso, a ilustração mostra 1 canal piloto (sempre necessário), 1 canalde sincronismo, 7 canais de paging (máximo permitido) e 55 canaiscódigo para tráfego direto. Outra opção: 1 canal piloto, nenhum canal depaging, nenhum canal de sincronismo e 63 canais código para tráfego.


161


Taxas suportadas: o canal de sincronismo deve operar a 1200bps e o canalde paging deve suportar taxas de 9600bps e 4800bps. O canal código detráfego deve suportar o conjunto de taxas 1 (9600, 4800, 2400 e 1200bps) epode suportar o conjunto de taxas 2 (14400, 7200, 3600 e 1800bps). Aestação base ainda deve suportar operação com taxa variável em qualquertaxa de trabalho.

Codificação convolucional: para o canal de sincronismo, de paging e detráfego operando com o conjunto de taxas 1, a codificação de canal possuitaxa 1/2 e constraint length 9, cujo esquema já foi mostrado para o canalreverso).

Repetição de símbolos: segue o mesmo princípio utilizado no canal reverso.

Puncionamento (puncturing): para o canal de tráfego operando no conjuntode taxas 2 a taxa efetiva do processo de codificação de canal é 3/4,realizada pelo puncionamento (retirada) de 2 a cada seis símboloscodificados pelo codificador convolucional de taxa 1/2, após o processo derepetição.


162


Interleaving: o processo de entrelaçamento temporal em bloco (blockinterleaving) é realizado em todos os componentes do canal direto, após oprocesso de codificação convolucional e repetição de símbolos para oscanais de paging, de sincronismo e de tráfego operando no conjunto detaxas 1. Para o canal de tráfego operando no conjunto de taxas 2, ointerleaving 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 9 17 25 33 41 49 571 9 17 25 33 41 49 572 10 18 26 34 42 50 582 10 18 26 34 42 50 583 11 19 27 35 43 51 593 11 19 27 35 43 51 594 12 20 28 36 44 52 604 12 20 28 36 44 52 605 13 21 29 37 45 53 615 13 21 29 37 45 53 616 14 22 30 38 46 54 626 14 22 30 38 46 54 627 15 23 31 39 47 55 637 15 23 31 39 47 55 638 16 24 32 40 48 56 648 16 24 32 40 48 56 64

1 3 2 4 1 3 2 433 35 34 36 33 35 34 3617 19 18 20 17 19 18 2049 51 50 52 49 51 50 529 11 10 12 9 11 10 12

41 43 42 44 41 43 42 4425 27 26 28 25 27 26 2857 59 58 60 57 59 58 605 7 6 8 5 7 6 8

37 39 38 40 37 39 38 4021 23 22 24 21 23 22 2453 55 54 56 53 55 54 5613 15 14 16 13 15 14 1645 47 46 48 45 47 46 4829 31 30 32 29 31 30 3261 63 62 64 61 63 62 64

163


Interleaving: exemplo para o canal de tráfego a 4800bps e para o canal depaging a 4800bps. Ilustração da operação de escrita no arranjo.


1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 1811 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 1812 14 26 38 50 62 74 86 98 110 122 134 146 158 170 1822 14 26 38 50 62 74 86 98 110 122 134 146 158 170 1823 15 27 39 51 63 75 87 99 111 123 135 147 159 171 1833 15 27 39 51 63 75 87 99 111 123 135 147 159 171 1834 16 28 40 52 64 76 88 100 112 124 136 148 160 172 1844 16 28 40 52 64 76 88 100 112 124 136 148 160 172 1845 17 29 41 53 65 77 89 101 113 125 137 149 161 173 1855 17 29 41 53 65 77 89 101 113 125 137 149 161 173 1856 18 30 42 54 66 78 90 102 114 126 138 150 162 174 1866 18 30 42 54 66 78 90 102 114 126 138 150 162 174 1867 19 31 43 55 67 79 91 103 115 127 139 151 163 175 1877 19 31 43 55 67 79 91 103 115 127 139 151 163 175 1878 20 32 44 56 68 80 92 104 116 128 140 152 164 176 1888 20 32 44 56 68 80 92 104 116 128 140 152 164 176 1889 21 33 45 57 69 81 93 105 117 129 141 153 165 177 1899 21 33 45 57 69 81 93 105 117 129 141 153 165 177 189

10 22 34 46 58 70 82 94 106 118 130 142 154 166 178 19010 22 34 46 58 70 82 94 106 118 130 142 154 166 178 19011 23 35 47 59 71 83 95 107 119 131 143 155 167 179 19111 23 35 47 59 71 83 95 107 119 131 143 155 167 179 19112 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180 19212 24 36 48 62 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180 192

164


Interleaving: exemplo para o canal de tráfego a 4800bps e para o canal depaging a 4800bps. Ilustração da operação de leitura do arranjo.


1 5 3 7 2 6 4 8 1 5 3 7 2 6 4 833 37 35 39 34 38 36 40 33 37 35 39 34 38 36 4065 69 67 71 66 70 68 72 65 69 67 71 66 70 68 7297 101 99 103 98 102 100 104 97 101 99 103 98 102 100 104

129 133 131 135 130 134 132 136 129 133 131 135 130 134 132 136161 165 163 167 162 166 164 168 161 165 163 167 162 166 164 16817 21 19 23 18 22 20 24 17 21 19 23 18 22 20 2449 53 51 55 50 54 52 56 49 53 51 55 50 54 52 5681 85 83 87 82 86 84 88 81 85 83 87 82 86 84 88

113 117 115 119 114 118 116 120 113 117 115 119 114 118 116 120145 149 147 151 146 150 148 152 145 149 147 151 146 150 148 152177 181 179 183 178 182 180 184 177 181 179 183 178 182 180 184

9 13 11 15 10 14 12 16 9 13 11 15 10 14 12 1641 45 43 47 42 46 44 48 41 45 43 47 42 46 44 4873 77 75 79 74 78 76 80 73 77 75 79 74 78 76 80

105 109 107 111 106 110 108 112 105 109 107 111 106 110 108 112137 141 139 143 138 142 140 144 137 141 139 143 138 142 140 144169 173 171 175 170 174 172 176 169 173 171 175 170 174 172 17625 29 27 31 26 30 28 32 25 29 27 31 26 30 28 3257 61 59 63 58 62 60 64 57 61 59 63 58 62 60 6489 93 91 95 90 94 92 96 89 93 91 95 90 94 92 96

121 125 123 127 122 126 124 128 121 125 123 127 122 126 124 128153 157 155 159 154 158 156 160 153 157 155 159 154 158 156 160185 189 187 191 186 190 188 192 185 189 187 191 186 190 188 192

165

ConvolutionalEncoder and

CodeRepetition

9.6 kbps4.8 kbps2.4 kbps1.2 kbps14.4 kbps7.2 kbps3.6 kbps1.8 kbps

BlockInterleaver

LongCode

Generator

Long CodeMask Decimator Decimator

800 bps

Power ControlBit Timing and

Multiplexing

Scrambled ModulationSymbol orPower Control Bit

Power Control Bit

19.2 ksps

19.2 ksps1.2288 Mcps 800 Hz

Module-2 addition

PN chip used for scrambler (input to modulo-2 addition)

64 PN chip used for scrambling (input to modulo-2 addition)

52.0833.. s = one modulation symbol.µ

41Multiplex Control

19.2Ksps


Embaralhamento (scrambling): se aplica aos canais de tráfego e paging pelaadição módulo 2 do símbolo de saída do bloco de interleaving com o valorbinário do chip da seqüência PN longa válido no início do período detransmissão daquele símbolo. Somente o primeiro de cada 64 chips éutilizado nesse processo à taxa de 19200bps = 1,2288Mcps/64.


166


Subcanal de Controle de Potência: continuamente transmitido no canalcódigo fundamental (não é transmitido no canal código suplementar) auma taxa de 800bps ( a cada 1,25ms). Um bit zero nesse canal comanda aestação móvel o acréscimo de sua potência média de transmissão e um bit1 comanda a redução dessa potência. Os passos de variação de potênciasão, como já citado: 1dB ±0,5dB, 0,5dB ±0,3dB ou 0,25dB ±0,2dB,dependendo do equipamento. A estação base estima a intensidade dosinal no canal de tráfego reverso para determinar o valor do bit de controlede potência.

Para o conjunto de taxas 1 a duração do bit de controle de potênciacorresponde 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 depotência corresponde a 1 símbolo dessa modulação (52,0833...µs).

O bit de controle de potência é inserido no canal código fundamental, apóso embaralhamento, substituindo 2 símbolos ou 1 símbolo da modulação(puncionamento) ou (stealing).


167


Subcanal de Controle de Potência: há 16 posições possíveispara o bit de controle de potência, correspondentes aosprimeiros símbolos da modulação em um período de 1,25ms. Onúmero binário formado pelos bits de embaralhamento 23, 22,21 e 20 da seqüência código longa (que possui 24 bits a cada1,25ms) determinam a posição do bit de controle de potência nopróximo período de 1,25ms.

No ilustração do slide seguinte os bits 23, 22, 21 e 20 daseqüência código longa valem “1011” (número 11 em decimal),ou seja, o início da posição do bit de controle de potênciacorresponde à 11ª posição, das 16 possíveis, no próximointervalo de 1,25ms.


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TIA/EIA-95-Bcanal diretoCDMA

Subcanal deControle dePotência


0

0

0

1

1

1

2

2

2

3

3

3

4

4

4

5

5

5

6

6

6

7

7

7

8

8

9

9

9

10

10

10

11

11

11

12

12

12

13

13

13

14

14

14

15

15

15

20 ms = 96 modulation symbols = 16 Power Control Groups

Base station: 1) measures signal strenth 2) converts measurement to power control bit 3) transmits power control bit

Round TripDelay

1.25 ms

1.25 ms

ForwardTraffic

Channel

ForwardTraffic

Channel

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.)

Not usedfor powercontrol bits

16 possible startingpower control bit positions

1.25 ms = 24 modulation symbols

Long code bits usedfor scrambling

Value = 11 = PowerControl Bit Position

1 1 0 1 1 1 0 1

8

... ...

169


Espalhamento Ortogonal: cada canal código transmitido no canal diretoCDMA deve ser espalhado através de uma função Walsh, à taxa fixa de1,2288Mcps.

Esse espalhamento promove a ortogonalização entre os sinais dos váriosusuários transmitidos no downlink. Essa ortogonalização seriaperfeitamente mantida se não houvesse propagação por multipercursos,pois no link direto a transmissão é síncrona (há como garantir que adefasagem entre as funções Walsh seja múltipla inteira do intervalo dechip, 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 desincronismo presente, a ele será designada a função de número 32. Sehá canais de paging, a eles serão designadas as funções de 1 a 7,consecutivamente. O restante fica disponível para os canais de tráfego.


170


Espalhamento em Quadratura: cada canal código transmitido no canaldireto CDMA deve ser espalhado em quadratura por seqüências PN decomprimento 215 chips, a uma taxa de 1,2288Mcps, idênticas àquelasutilizadas no link reverso.

Esse espalhamento é realizado por modulação QPSK, após a filtragemem banda base do feixe digital.


Canal I

Canal Q

(0,0)

(1,1)

(1,0) (I,Q)

(0,1)

I Q fase

π/4

3 /4π

-3 /4π

- /4π

0 0

1 0

1 1

0 1

171


Filtragem em Banda Base: antes do espalhamento, os feixes de impulsosI e Q são filtrados por filtros passa-baixas cujas respostas em freqüênciadevem obedecer a máscara abaixo. Os valores numéricos dosparâmetros são: δ1 = 1,5dB; δ2 = 40dB; fp = 590KHz e fs = 740KHz. Alémdessa filtragem o transmissor deve realizar uma equalização de fase dosinal de forma a facilitar o projeto dos filtros de recepção das estaçõesmóveis.


0 fp fs f

δ1

δ1

δ2

20log |S(f)|10

0

172


Off-set da seqüência PN piloto: cada estação base deverá utilizar suas seqüências PN pilotosdeslocadas entre si de forma que os canais sejam identificados. Os canais piloto são identificados pordistintos off-sets indexados de 0 a 511. Os deslocamentos acontecem em múltiplos de 64 chips emrelação à seqüência PN com deslocamento nulo (em relação à temporização da estação base). Porexemplo. 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 aZero Offset Pilot PN Sequence Aligns with Even Seconds

This message contains the longcode state valid at a time equal to320 ms - pilot PN sequence offset

after the end of the message

Long codestate valid at

this time

EvenSecondMarks

Sync ChannelAssociated with aZero Offset PilotPN Sequence

Pilot PNSequence

Offset

Sync ChannelAssociated with aNon-Zero offset

Pilot PNSequence

Paging Channelor Forward

Traffic Channelwith

FRAME-OFFSETequal to 0

(for any pilot PNsequence offset)

TrafficChannelFrame

= 20 ms

Sync ChannelSuperframe

Last SuperframeContaining a SyncChannel Message

4 Sync ChannelSuperframes

4 Sync ChannelSuperframes = 320 ms

SyncChannelFrame

= 80/3ms

Sync ChannelSuperframe

= 80 ms

173

TIA/EIA-95-B - outras informações

Outros dados importantes são abordados na norma e ainterpretação desses dados é bastante similar àquelas já citadaspara as especificações da estação móvel e estação base emoutros padrões estudados.

Dentre esses dados pode-se destacar: limitações nas emissõesem 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.


174

The End

Obrigado a todos e um grande abraço!

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Telefonia Celular TDMA e CDMA