1.5 Estimativa de Parâmetros
2.1.4 Espalhamento na Frequência
Em contraste com o espalhamento espectral por sequência direta, no qual o sinal original no domínio do tempo é espalhado por uma sequência específica para cada usuário, esquemas de espalhamento espectral multiportadora (MC-SS) constituem uma classe de esquemas que espalham o sinal original no domínio da frequência através do uso de M subportadoras.
Portanto, topologias MC-SS podem ser interpretados como arranjos DS-SS para o domínio da frequência. Esquemas multiportadora podem ser classificados através dos modelos de espalhamento do sinal. Especificamente, estes podem ser divididos em duas grandes categorias.
A primeira classe consiste no uso dos dados de entrada na forma serial sendo mapeados por uma sequência e posteriormente cada chip é modulado em M sub- portadoras paralelas. Desta forma, a taxa original é mantida e a velocidade de processamento necessária mantêm-se constante. No entanto, ao invés de uma portadora, o sinal é transmitido através de M subportadoras paralelas13, sendo
chamado de arranjo MC CDMA no domínio da frequência. Este tipo de sistema pode combinar a robustez da modulação ortogonal com a flexibilidade de esque- mas CDMA (HARA; PRASAD, 1997; GUI; NG, 1999; YANG, 2009). Este esquema,
por ser particular, é conhecido como espalhamento MC CDMA no domínio da frequência (F-domain). Os outros esquemas conhecidos encontram-se na segunda classificação (YANG, 2009).
A segunda classe de sistemas MC CDMA considera primeiramente a conver- são serial/paralela (S/P) do sinal de entrada (pacote) em um número fixo de subpacotes. Após, cada subpacote de informação é espalhado utilizando uma sequência no domínio do tempo, e, finalmente, modulado por diferentes subpor- tadoras para cada subpacote. Neste tipo de esquema MC CDMA cada sinal à saída de sua subportadora é similar ao caso do esquema DS/CDMA de porta- dora única (SOUROUR; NAKAGAWA, 1996; YANG; HANZO, 2002). Por esta razão,
o segundo tipo de esquema MC CDMA é usualmente chamado de multiportadora DS/CDMA (MC DS/CDMA). Diferentemente do esquema MC CDMA, onde a taxa de símbolo é primeiramente incrementada por um fator de M e depois ma- peada em M subportadoras, mantendo a mesma taxa original, no esquema MC DS/CDMA a taxa de símbolo é primeiramente reduzida pelo fator do número de
subpacotes. A taxa de símbolo dos subpacotes é então incrementada através do espalhamento baseado em sequência direta para cada subportadora.
Além disso, a informação em esquemas MC DS/CDMA pode ser espalhada no domínio da frequência de forma adicional ao espalhamento no domínio do tempo. Este tipo de esquema multiportadora DS/CDMA é conhecido como esquema MC DS/CDMA com espalhamento no domínio do tempo-frequência (time-frequency domain spread MC DS/CDMA) (YANG; HANZO, 2003; YANG; HUA; HANZO, 2003). Este trabalho considera, sem perda de generalidade, a utilização de espalha- mento no domínio do tempo-frequência MC DS/CDMA para o modelo de sistema proposto. Mesmo assim, apresentam-se as diferentes topologias para sistemas multiportadora, evidenciando os motivos pela escolha do modelo utilizado. 2.1.4.1 Esquema TF-MC DS/CDMA
Sabe-se que no contexto de sistemas DS/CDMA pode-se utilizar uma sequên- cia para espalhar o sinal original dos diversos usuários no domínio do tempo e transmiti-los através de uma portadora em uma frequência única. No entanto, observa-se o uso de sequências de espalhamento no domínio da frequência onde cada chip do resultado entre o sinal e sequência é transmitido através de uma subportadora. Nesta caso, o esquema é conhecido como MC CDMA.
Este trabalho considera um esquema que expande o arranjo de espalhamento com a ajuda de duas sequências de espalhamento, onde as sequências são utili- zadas e correspondem, respectivamente, ao domínio do tempo (T-domain) e ao domínio da frequência (F-domain). Desta forma, o sistema é conhecido como sendo no domínio do tempo-frequência (TF-domain) MC DS/CDMA.
A figura 2.6 apresenta o esquema TF-MC DS/CDMA.
( )g k z
( )
1 cos ωt ( ) ,1 g Fk s ( ) ,2 g Fk s ( )g Fk,M s( )
2 cos ω t( )
cos ωMt ( )g k c ( )g k s Espalhamento Temporal ( )g k A uk( )gNote que este trabalho utiliza, de forma inerente, o esquema da figura 2.6, pois a etapa de espalhamento no tempo já é realizada devido à escolha do sistema multitaxa14, seção 2.1.2.1 e seção 2.1.3.
O sistema adotado visa proporcionar um aumento de diversidade no recep- tor, além da flexibilidade na escolha das sequências, pois estas podem ser do tipo curtas, pois a banda total ocupada será proporcional ao produto dos ganhos de espalhamento das sequências individuais, facilitando, em muito, o projeto de sequências. Além disso, os sistemas de acesso múltiplo de banda larga devem fornecer uma gama variada de serviços e taxas, bem como assegurar um número elevado de usuários simultâneos. O uso de detectores multiusuário, conforme co- mentado anteriormente, visa garantir a supressão da interferência aumentando a capacidade do sistema. Quando utiliza-se apenas uma única frequência e grande espalhamento no tempo ou sem espalhamento no tempo e diversas frequências (subportadoras), o uso destes detectores se torna impraticável, devido à comple- xidade inerente. Em contrapartida, considerando esquemas TF-MC DS/CDMA, usuários simultâneos podem ser separados, tanto no domínio do tempo quanto no domínio da frequência através das sequências separadamente utilizadas. Desta forma, a detecção multiusuário pode ser realizada separadamente, reduzindo sig- nificativamente a complexidade quando comparado aos esquemas típicos MC CDMA ou DS/CDMA de portadora única.
Considerando que o espalhamento no domínio do tempo já foi realizado, con- forme equação (2.12), o sinal à saída da etapa de espalhamento na frequência é dado por: ck(g)(t) = M X m=1 zk(g)(t) s(g)F k,mcos 2πfmt + φ(g)k,m (2.14) Onde φ(g)
k,m representa a fase inicial para o k-ésimo usuário do g-ésimo grupo
multitaxa e m-ésima subportadora e fm representa as respectivas frequências das
subportadoras.
A sequência de espalhamento na frequência é definida no intervalo [0, Tc) e
zero fora, sendo cada chip descrito para cada subportadora como: s(g)F k,m= √1
Ms
(g)
F k,m (2.15)
onde s(g)
F k,m ∈ {±1} é o m-ésimo chip da sequência PN de comprimento M utili-
zada pelo k–ésimo usuário do g–ésimo grupo multitaxa.
Utilizando notação vetorial, pode-se reescrever a equação (2.14) como:
ck(g) =ck(g),1, ck(g),2, . . . , ck(g),N (2.16)
Onde cada elemento ck(g),n representa o símbolo n após todas as etapas no
transmissor.