No sistema celular há uma separação de 45 MHz entre os canais de transmissão e recepção, o que permite uma comunicação full duplex. Esta separação tem importante implicação no processo de controle de potência, pois torna independentes os desvanecimentos ocorridos nos enlaces direto e reverso. Como consequência imediata, a BTS não consegue determinar com precisão a perda que o sinal está sofrendo a partir da medição da perda no link reverso, já que o desvanecimento ocorrido nos dois sentidos é diferente. O controle open loop permite um razoável controle de potência para um procedimento mais acurado na correção de desvanecimentos rápidos tipo Rayleigh. A figura 1.20 mostra os
64 caminhos distintos de sinais de rádio, percorridos por meio do enlace direto e reverso: [2.3]
Para tornar o sistema preciso o suficiente a ponto de corrigir os desvanecimentos rápidos, o CDMA possui o controle closed loop, cuja potência do móvel é controlada também por um comando enviado a BTS. O nível determinado por este processo combinará com o nível estimado pelo open loop e o resultado da combinação determinará o nível total transmitido. Há duas fases distintas para o controle closed loop: inner loop e outer loop. [1.14]
A função outer loop, exclusiva da BTS, é utilizada para ajustar o valor Eb/No, alvo frame a frame, ou seja, a cada 20 ms. A BTS reduz o alvo gradativamente até que ocorra um erro no sinal recebido. Ocorrendo o erro, o valor é aumentado e o processo se repete. Em outras palavras, o outer loop permite a BTS determinar o Eb/No alvo para cada usuário individual e dinamicamente, baseado na taxa de erro ocorrida na comunicação com cada terminal. A execução deste procedimento garante o funcionamento com a menor potência possível, o que permite a maximização da quantidade usuários no sistema. A figura 1.21 mostra o controle de potência na modalidade “Close Loop” mencionado no texto: [1.14]
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Figura 1.21 – Controle de Potência Close Loop
Determinado o Eb/No alvo, passa-se a executar a função inner loop, que envolve tanto a BTS quanto o terminal móvel. Cada demodulador da BTS mede a relação EB/No de cada terminal e compara com o valor alvo destinado àquele usuário (determinado no outer loop). O resultado da comparação é enviado ao móvel com um comando de ajuste de potência. A figura 1.22 exemplifica o ajuste de potência do tipo inner loop e outer loop: [1.14]
Figura 1.22 – Inner Loop e Outer Loop
BTS Alteração dinamica de Eb/N0 no alvo (outer Loop) Eb / No alvo Sinal transmitido pelo móvel Comando de alteração de potência
A BTS mede o Eb/No do móvel, Compara com o alvo e envia Um comando decontrole de Potência para o móvel (Inner Loop)
EM BTS
Separação Δf = 45 MHz ( Full Duplex) Desvanecimento TX Desvanecimento RX Comando de controle de potencia
Estimativa open loop 1.o) Outer loop
Redução do nível até o aparecimento de erro Aumento de potencia: nível Eb/no alvo Menor nível do EM, aumento da capacidade do sistema
2.o) Inner loop
Comandos de ajuste 1,25 mS ( 16 comando por frame) Controle open loop / closed loop
66 Os comandos de ajuste são enviados para o subcanal de controle de potência, dentro do canal de tráfego, a cada 1,25 ms (800 vezes por segundo) ou seja, 16 comandos por frame. O aumento ou redução do nível pode ser feito em step de 1dB (típico). Esta velocidade é suficiente para corrigir os desvanecimentos Rayleigh. [2.3]
Utilizando conjuntamente os controles open loop e closed loop, pode-se compensar fadings de 20 a 30 dB dentro de um intervalo de 20 ms, mantendo constante o nível recebido pela BTS. A figura 1.23 ilustra o controle de potência do enlace reverso: [2.4]
Figura 1.23 – Controle de Potência do Link Reverso
Distancia Nível Nível Distancia Distancia Atenuação média Rayleigh fading Nível de potência no terminal móvel Potencia transmitida pelo terminal móvel
Nível recebido pela estação base Nível recebido na Estação base Nível médio de recepção desejado Nível
1.4.3 – Controle de Potência do Enlace Direto
Quando conectado, o móvel mede o FER (taxa de erro de frame) e o reporta à BTS. Com base nesta informação, a potência do canal de tráfego é ajustada pela estação.
A dinâmica do controle de potência no enlace direto consiste na BTS reduzir periodicamente a potência transmitida ao terminal móvel. Este, por sua vez, mede a taxa de erro de frame (FER) e o informa à BTS. O processo pode ocorrer de duas maneiras. Frequentemente, na primeira chamada periódica envia-se, o FER, independentemente da aceitabilidade do valor. Na segunda, por limiar, o FER somente será reportado quando atingir um determinado valor pré-definido. As duas formas podem ser usadas em conjunto ou podem ser desabilitadas. [2.3]
Ao perceber que o FER está elevado, a estação ajusta sua potência de transmissão compensando a perda. Este ajuste é normalmente realizado em steps pequenos (mais ou menos 0,5) dB. A taxa de variação é mais lenta que a utilizada
67 no enlace reverso e ocorre uma vez a cada frame (20 ms). A faixa dinâmica está limitada em mais ou menos 6 dB. [2.3]
A figura 1.24 descreve os sinais envolvidos no processo de controle de potência do link direto:
A vantagem deste processo é que a BTS transmitirá somente a potência necessária ao funcionamento do móvel, reduzindo a interferência causada em outros usuários na mesma frequência. Além disso, permite uma otimização da distribuição da potência nos canais de tráfego, destinando uma quantidade menor de sinal aos terminais com melhores condições de propagação e uma quantidade maior para os terminais em condições menos favoráveis.
No próximo item discorre-se sobre os tipos de modulação e demodulação empregados no sistema CDMA tais como BPSK , QPSK e OQPSK.
Figura 1.24 – Controle de Potência do Enlace Direto
EM BTS
Conexão
Medição do FER / transmissão Dinâmica: Redução da potencia de transmissão
Medição do FER / transmite 1.o - Chamada periódica : envia o FER 2.o - Limiar do FER / Valor pré definito
Ajuste da potencia transmitida do móvel Ajuste da potencia transmitida em steps de 0,5 dB
Faixa Dinâmica +/- 6 dB / frame 20 mS. Conexão: Redução de interferencia / otimização da
potencia / Aumento da capacidade de sistema FER elevado
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1.5 – Modulação e Demodulação BPSK no Sistema CDMA
1.5.1 – Modulador BPSK
O esquema de modulação digital básico chamado BPSK e do desempenho em um ambiente de ruído Gaussiano tem uma concepção simplificada. O usuário que enviar um +1, transmitirá um sinal cossenoidal positivo; aquele que enviar um -1 transmitirá um cossenoidal negativo. A expressão para BPSK E é a energia por símbolo, e T é o tempo de duração de cada símbolo. A informação é armazenada na fase do sinal modulado s+1 (t) e s-1 (t). Se a informação transmitida é 1, o sinal modulado é s+1(t) com uma fase de 0. Se a informação transmitida é -1, então o sinal modulado é s-1 (t) com uma fase de ¶, ou 180 graus. [1.7]
O modulador BPSK é de fácil implementação. A entrada do modulador, que é um multiplexador, consiste de símbolos de dados. Os dados podem ser qualquer um dos dois a + 1 ou a - 1. Os dados são multiplexados por uma portadora cos(2.¶.f.t) escalada pelo coeficiente 2E/T . A saída do multiplexador é o correspondente sinal modulado. [1.7]
São duas as equações do modulador (2.1) e (2.2):
−𝟏: 𝑺 − 𝟏 (𝒕) = √𝟐𝑬𝑻 . 𝒄𝒐𝒔. (𝟐. 𝝅. 𝒇. 𝒕 + 𝝅) = − √𝟐𝑬𝑻 . 𝒄𝒐𝒔. (𝟐. 𝝅. 𝒇. 𝒕) 𝟎 < 𝑡 < 𝑡 (2.2)
−𝟏: 𝑺 − 𝟏 (𝒕) = √𝟐𝑬𝑻 . 𝒄𝒐𝒔. (𝟐. 𝝅. 𝒇. 𝒕 + 𝝅) = − √𝟐𝑬𝑻 . 𝒄𝒐𝒔. (𝟐. 𝝅. 𝒇. 𝒕) 𝟎 < 𝑡 < 𝑡 (2.2) Na figura 1.25 apresentam-se os sinais do modulador BPSK: