WCDMA
(Wideband Code Division
Multiple Access - Acceso Múltiple por División de Código de Banda Ancha)
, es la tecnología de interfaz de aire en la que se basa la UMTS (Universal
Mobile Telecommunication System), el cual es un estándar europeo de Tercera
Generación (3G) para los sistemas inalámbricos.
La
tecnología WCDMA está altamente
optimizada para comunicaciones de alta calidad de voz y comunicaciones multimedia, como pueden ser las
videoconferencias. También es
posible acceder a diferentes servicios en un solo terminal, por ejemplo,
podemos estar realizando una videoconferencia y al mismo tiempo estar haciendo
una descarga de archivos muy grande, etc.
Puede soportar completamente varias conexiones
simultáneas como puede ser una conexión a internet, una conversación
telefónica, videoconferencia, etc.
En esta plataforma se emplea estructuras
de protocolos de red similares a la usada en GSM (Global System for Mobile
communications), por lo tanto está en la capacidad de utilizar redes
existentes. La figura Nro 1, muestra
la evolución de los sistemas GSM y DAMPS (Digital Advanced Mobile Phone
System) hacia WCDMA y los pasos en el desarrollo del radio de las nuevas
tecnologías. [1]
Figura 2: Pasos de en el desarrollo del radio
en las nuevas tecnologías
Aspectos Técnicos de WCDMA:
WCDMA ofrece flexibilidad en los servicios, combinando conmutación de paquetes y conmutación de circuitos en el mismo canal con un promedio de velocidad entre 8 Kbps hasta 2 Mbps.
Utiliza muy eficientemente el espectro de radio disponible,
mediante la reutilización de cada celda, la cual requiere de 2 a 5 MHz por cada capa, lo que quiere decir que
una red necesitará de 2 a 15 MHz, en un espectro común de banda de 2GHz.
Los terminales WCDMA son menos difíciles de
fabricar, debido a que requieren muy poca señal de procesamiento, ayudando a
mantener bajo costos en los
terminales.
WCDMA soporta conectividad IP (Internet
Protocol), permitiendo accesos más rápidos en Internet. La natural sinergia
entre las comunicaciones móviles y el acceso a Internet, ha estimulado que
estas sean integradas. La tecnología fundamental sobre la cual trabaja IP es
Conmutación de Paquetes. El camino para la evolución de GSM hacia WCDMA,
incluye un estado denominado GPRS (General Packet Radio Service) que provee
conmutación de paquetes hasta 115 Kbps.
Los enlaces desde la red de acceso WCDMA y en
el núcleo de red GSM utilizan el más reciente protocolo de transmisión ATM de
mini-celdas, conocido como Capa de Adaptación ATM 2 (AAL2). Esta es la forma
más eficiente de manejar paquetes de datos incrementando la capacidad de un
estándar.
Las líneas E1/T1 pueden manejar aproximadamente
300 conexiones de voz, comparado con 30 de las redes de hoy. Los ahorros por
costos de transmisión, están en el orden del 50 %.
El nuevo estándar W-CDMA utiliza canales de
radio con un ancho de banda de 5 MHz y hace una utilización muy eficiente del
espectro radioeléctrico consiguiendo alcanzar un flujo de datos de hasta 2
Mbit/s en áreas locales, que queda reducido a 384 kbit/s en áreas de gran
extensión, un valor aún muy superior a los 9,6 Kbps actuales que se alcanzan en
GSM o los 115 Kbps que alcanzará en el año 2000 el nuevo GSM2+.
El concepto de WCDMA está basado en una nueva
estructura de canales en todas las capas (L1 – L3) construido sobre tecnología
como canales de paquete de datos y servicio de multiplexación.
Esta tecnología incluye símbolos pilotos y
estructura de ranuras de tiempo.
La tecnología de Tercera Generación
establece para sus sistemas, el
uso de los denominados FRAMES (Future Radio Wideband Multiple Access Systems), estos
son Sistemas de Acceso Múltiple
para Futuro Radio de Banda Ancha, los cuales trabajan con dos tipos de acceso:
·
·
FMA 1: TDMA Banda Ancha con o sin esparcimiento,
con un espaciado de la portadora de 1.6 MHz
·
·
FMA 2: WCDMA, con
espaciado de la portadora de 4.4.
a 5.0 MHz. En la figura Nro 2,podemos ver las capas de los accesos: FMA1
y FMA2:
Figura 2. Las capas de FMA1 y FMA2
El objetivo general de los FRAMES es definir
una especificación de una interfaz de aire de acceso múltiple UMTS (WCDMA), la
cual servirá como un inicio para el proceso de estandarización del UMTS y tomar
toda la compatibilidad de aspectos anteriores para su consideracion dentro de
GMS/DCS.
Los FRAMES están estructurados en dos núcleos
de tareas principales:
·
·
El núcleo de sistemas
de tareas (CTSYS), el cual dirige las especificaciones del sistema, las cuales
incluyen los requerimientos y la síntesis en el orden de enlace con operadoras
UMTS potenciales. Adicionalmente este núcleo define la interfaz de aire,
funciones de la red de aire e implicaciones en las redes de acceso.
·
·
El núcleo demostrador
de tareas (CTDEMO) se encarga del diseño e implementación de los demostradores
basados en especificaciones de trabajo hechos por el núcleo CTSYS. Un enlace
externo y la estandarización de páginas de trabajo forman la interfaz hacia los
demás proyectos ACTS, de manera de definir interfaces comunes para pruebas de
sistemas.
Para la interfaz de aire WCDMA, el ETSI
(European Telecommunications Standards Institute), establece el uso de la
técnica de duplexación, distribuidas según las bandas de frecuencia de la
siguiente manera:
·
·
WCDMA: FDD (Frecuency
Division Duplexing), para
operación en bandas de frecuencia pares. El FDD, provee dos bandas distintas de
frecuencias por cada usuario. La
banda delantera provee el trafico desde la estación de base hacia el
móvil y la banda reversa
provee el trafico desde el móvil
hacia la base.
·
·
TD/CDMA: TDD (Time Division Duplexing), para
operación en bandas de frecuencia impares. El TDD utiliza tiempo en vez de
frecuencia para proveer tanto los enlaces
delantero como hacia atrás, provee dos ranuras de tiempo simplex en la misma frecuencia.
Se ha considerado los distintos acercamientos a los sistemas de banda ancha de Tercera Generació, especialmente los propuestos TD/CDMA y WCDMA. en virtud del espectro y la frecuencia las consideraciones compartidas son más críticas a mayor densidad de usuarios. Para los ambientes urbanos TD/CDMA, podría ser la opción preferida en ambientes de microceldas, mientras que WCDMA, podría proveer cobertura de macroceldas. TD/CDMA, podría ser usado para servicios asimétricos, tales como acceso a internet debido a un buen aspecto de la duplexación por división de tiempo (TDD) el cual permite que se pueda ajustar el radio de cuanto espectro será usado para uplink y downlink
El rango de frecuencia para
servicios de area amplia: WCDMA, haciendo uso del acceso FMA2 es:
·
·
1920 a 1980 MHz (uplink)
·
·
2110 a 2170 MHz
(downlink)
El rango de frecuencia para internos
o privados: TD/CDMA, haciendo uso del acceso FMA1 es:
·
·
1900 a 1920 MHz
·
·
2100 a 2025 MHz
Objetivos del acceso FMA2 de WCDMA:
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·
Soporta alta velocidad de datos (mayor a 384 kbps en
cobertura de arrea amplia y hasta 2mbps para cobertura local o interna
·
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Alta flexibilidad con
soporte de servicios múltiples paralelos de tasa variable en cada conexión
·
·
Acceso eficiente de
paquetes
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·
Alta capacidad inicial
y cobertura con soporte interno instalado para futura capacidad, albergando
tecnologías mejoradas, tales como las antenas inteligentes y las estructuras de
receptores avanzados.
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·
Soporte para entrega interfrecuencia por
operaciones con estructuras de celdas jerárquicas
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·
Fácil
implementación de terminales de modo dual UMTS/GSM, así
como entrega entre UMTS y GSM.
Características técnicas de la interfaz de radio WCDMA:
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·
Tasa básica de chip de
4.096 Mcps con espaciado de portadora desde 4.4 a 5 MHz dependiendo del
escenario o situación
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Espaciado múltiple de
la portadora de 200 KHz para la capacidad de la Segunda Generación (2G)
·
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Más altas tasa de chip
con 8.192 y 16.384 Mcps
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·
Tasa variable de
esparcimiento para ambas direcciones
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Bajas y medias tasas de
bit con un código simple
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Altas tasas de bit con
soluciones multicódigo
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Detección coherente en
ambos enlaces: hacia arriba y hacia abajo
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·
Longitud de la trama de
10 milisegundos (ms)
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Operación asíncrona
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Códigos cortos de
esparcimiento y dispersación con códigos opcionales largos en el uplink
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Esparcimiento híbrido
(factor variable de esparcimiento más multicódigo) para soportar transmisión a
tasa variable
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Soporte flexible para
servicios de tasa variable
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Separación de datos en
la capa 1 y control en diferentes canales físicos
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Tasa de información
explícita
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Rápido control de
energía para ambos enlaces: hacia arriba y hacia abajo
Características resaltantes de WCDMA
con la tecnología CDMA2000:
El debate acerca de la convergencia de CMA2000 y WCDMA se ha basado en el hecho de que estas propuestas de CDMA poseen cierta definición de parámetros que representan una oportunidad de compromiso. El parámetro más discutido y debatido es la tasa de sistema de chip. WCDMA emplea un valor de tasa de chip de 4.096 Mbps. CDMA2000 utiliza 3.6864 Mbps. Los propositores de WCDMA prefieren la tasa más alta para los llamados “caballos de fuerza” y se quejan de que las tasas más bajas de CDMA2000 degradan el desempeño.
Los primeros propositores de WCDMA indican, que
ésta provee una tasa de chip tanto de un 10% de capacidad de desempeño por
encima de CDMA2000. Mientras alunas operadoras desplegaran 3G en tan poco como
un espectro de 5MHZ, muchos utilizaran ubicaciones de 10,15, ó 20 MHZ. Esto es
importante, ya que esta es el espectro utilizable, en conjunción con las tasas
de chip, lo cual afecta la capacidad. Con esta configuración puede ser
demostrado que hasta un 13% las mejoras de capacidad son logradas con un despliegue de 20MHZ
Entre los últimos proyectos realizados sobre
WCDMA estan los siguientes:
Cancelacion de Interferencia para WCDMA:
Aumentar grandemente el funcionamiento de los
metodos actuales de la cancelacion de interferencia con mucho menos complejidad
que los métodos de detección multiusuario basados en transformación lineal.
Cancelacion de Interferencia Gradual para WCDMA:
Este tipo de interferencia se ha estudiado para
mejorar el funcionamiento del sistema y aumenta su capacidad.
Gerencia de Recurso Dinámica en Sistemas
multimedia inalámbricos en WCDMA:
Desarrollo de esquemas dinámicos de asignación
de recurso, tomando en cuenta los diversos requisitos de QoS en servicios
multimedia inalámbricos.
Los servicios de 3G, incluirían: Salida
interactiva de noticias (voz, vídeo, e-mail, gráficos), decargar ficheros
grandes de intranets, cmunicación vídeo, web, tra nsferencia dinámica de
ficheros, capacidad más alta de la red, mejor uso del espectro de frecuencia,
etc.
El control de potencia del bucle cerrado se
utiliza en las tramas de enlace: uplink y downlink., esta potencia de bucle,
ajusta la estación móvil y transmite la potencia para guardar al SIR recibido
en un nivel dado, para esto hay que limitar el número excesivo de handoff causado. Se hace uso de las estructuras
jerárquicas de las celdas para una mejor movilidad de los equipos usados.
Técnicas de codificación en WCDMA:
Esa nueva tecnología tiene la ventaja de
separar la señal, lo cual permite usar una codificación muy baja del control de
error de la tarifa. Se están
haciendo estudio de códigos circunvolucionales que tiene un funcionamiento
cerca del límite de Shanon.
Referencias
Bibliografias
[1] Erik Dahlman, Bjorn Gudmundson, Mats
Nilsson, and Johamn Skold, “UMTS and IMT-2000 Based on Wideband CDMA, “IEEE
Communications Magazine, pp. 70-80.
http://cellular.co.za/umts.htm
http://www.cdg.org/3GPavilion/Detailed_Info/3Gwhitepaper1.html
www.ericsson.se/wireless/products/mobsys/3rdgen/subpages/3gcell/3gcell.shtml
http://news.rfglobalnet.com/product-releases/19990312-958.html
http://www.nokia.com/news/news_htmls/ntc_970609ahtml
http://user.cellular.co.a.umts.htm
http://www.e-technik.uni-kl.de/baier/Staff/Clos/ETC/SLIDES/WCDMA/sld003.htm
http://citr.ece.uvic.ca/ipwc99/Slides/Smolik/sld000.html
Julys Rojas Campos
Fecha de Nacimiento: 30/12/1973
Licenciada en Informática. Universidad de Oriente. Núcleo Nueva Esparta. Febrero - 1.998
Corp Banca – Departamento de Soporte Técnico. Av. Principal de La Castellana – Caracas – Venezuela.