A popularidade do serviço de telefonia celular se deve à liberdade, à mo- bilidade e ao aumento dos serviços que o sistema vem oferecendo. A telefonia móvel foi desenvolvida para libertar o telefone do par de fios que o prende à rede cabeada, substituindo a linha física por um enlace de rádio. Desta forma, a comunicação pessoal ocorre com maior mobilidade e individualidade.
As tentativas iniciais de criação da telefonia móvel, na década de 40 do século passado, conforme já mencionado, objetivaram viabilizar a comunicação veicular. As primeiras soluções resultaram em equipamentos complicados, volumosos e com grande consumo de energia. Além disso, necessitavam de adaptações nos veículos para acomodar baterias adicionais, acarretando inicialmente limitações em seu uso.
Com a evolução da tecnologia, dos equipamentos e dos componentes eletrô- nicos, o conceito de telefonia móvel foi aproximando-se daquilo que verdadeira- mente possibilita uma comunicação móvel e individual. Esta evolução ocorreu com a utilização da comunicação digital, que é à base de toda uma nova concep- ção de comunicação eletrônica multimídia, capaz de proporcionar integração de voz, dados e vídeo em um único canal de comunicação.
Atualmente, a consolidação dos sistemas de comunicação móvel de terceira geração e posteriores tem pela frente o grande desafio de oferecer aos usuários finais terminais de baixo custo e simultaneamente disponibilizar um variado le- que de serviços multimídia. Desta forma, pesquisas em todo o mundo têm sido focadas em sistemas de comunicação de alta capacidade, factíveis de serem im- plementados utilizando técnicas de processamento digital de sinais (DSP - Digital Signal Processing).
Dentro deste cenário, destaca-se a técnica de comunicação por espalhamento espectral (SS - Spread Spectrum) (PETERSON; ZIEMER; BORTH, 1995) que até me-
se em uma fase final de consolidação tecnológica através dos sistemas de comuni- cação móveis celulares de terceira geração utilizados em todo o mundo, padrões WCDMA10 e CDMA2000. A partir de 1989, após publicação dos trabalhos
pioneiros de Dixon e Torrieri (DIXON, 1976; TORRIERI, 1985), os militares ame-
ricanos liberaram a tecnologia SS para aplicações comerciais. Lucent, Motorola, Nec, Samsung e muitas outras empresas multinacionais têm investido enormes recursos humanos e financeiros nesta tecnologia. Hoje, o conceito e a técnica de comunicação SS estão sendo usados comercialmente, nos mais diversificados campos de aplicação, praticamente em todos os países do globo.
1.2.1 A Tecnologia DS/CDMA
Acesso múltiplo por divisão de código de sequência direta (DS/CDMA - Di- rect Sequence Code Division Multiple Access) é o nome da tecnologia largamente usada para comunicação sem fio baseada no conceito de espalhamento espectral, onde o sinal transmitido ocupa uma banda muito superior à mínima necessária. Este espalhamento no espectro é obtido por meio de um código/sequência de espalhamento que é independente da informação e ocupa uma banda espectral superior a da informação. Na recepção, este mesmo código é utilizado para deses- palhar o sinal SS, recuperando a banda original da informação, proporcionando assim a detecção com certa imunidade à interferência.
Algumas vantagens desta tecnologia são: • baixo consumo de energia;
• alto grau de segurança/privacidade na transmissão; • facilidade de obtenção de soft handover11;
• rejeição à interferência de banda estreita;
• possibilidade de exploração da diversidade multipercurso.
Nesse sistema, quando o sinal é recebido e detectado por um banco de fil- tros casados (MFB - Matched Filter Bank), denomina-se receptor Convencional. Este tipo de receptor é incapaz de recuperar o sinal de forma ótima, ou seja, com a menor taxa de erro de bit possível, independente se está sujeito a um ruído branco aditivo Gaussiano (AWGN - Additive White Gaussian Noise) ou a
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CDMA de banda larga (Wideband).
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canais com desvanecimentos (plano ou seletivo em frequência), uma vez que o sinal DS/CDMA é afetado pela interferência de múltiplo acesso (MAI - Multi- ple Access Interference) e pelo efeito near-far (NFR), resultando em um sistema cuja capacidade está bem abaixo da capacidade do canal de Shannon (SHANNON,
1948).
Assim, o sucesso da detecção convencional em sistemas de múltiplo acesso do tipo CDMA depende das propriedades de correlação cruzada e auto-correlação dos códigos de espalhamento envolvidos e de um rigoroso controle de potência. Sistemas CDMA comerciais geralmente usam técnicas de controle baseados em malha fechada para o controle de potência visando minimizar as variações de ener- gia recebida e, consequentemente, minimizar o desvanecimento entre os usuários. Reconhece-se, no entanto, que a sensibilidade à potência de interferência não é inerente ao CDMA, mas sim uma característica do detector convencional baseado em filtros casados.
Uma das formas de reduzir substancialmente estes efeitos e aumentar a ca- pacidade do sistema DS/CDMA consiste em modificar a estratégia de detec- ção, utilizando-se das informações dos sinais dos demais usuários interferentes no processo de detecção da informação do usuário de interesse. A esta estratégia denomina-se detecção multiusuário (MuD - Multiuser Detection) (VERDÚ, 1986a; DUEL-HALLEN; HOLTZMAN; ZVONAR, 1995;MOSHAVI, 1996; VERDÚ, 1998).
Na estratégia MuD, informações dos usuários ativos no sistema são utilizadas conjuntamente a fim de melhor detectar a informação de cada usuário individu- almente, aumentando o desempenho e/ou capacidade do sistema móvel celular (ABRÃO, 2001). Em sistemas DS/CDMA, a limitação de desempenho e capaci-
dade do sistema é causado principalmente pela MAI.
A MAI torna-se substancial quando o número de usuários cresce e/ou quando as disparidades de potência aumentam. Assim, enquanto a detecção convencio- nal considera todos os usuários interferentes como ruído, a detecção multiusuário constitui uma melhor estratégia justamente por utilizar as informações destes usuários no processo de detecção, combatendo efetivamente a interferência de múltiplo acesso. Como resultado, tem-se uma melhoria significativa de desempe- nho em relação ao detector convencional (VERDÚ, 1986b).
Portanto, um dos maiores desafios no desenvolvimento de sistemas de comuni- cação multiusuário é a mitigação da interferência. Este desafio torna-se evidente para as modernas e atuais redes sem fio, como as redes celulares, redes locais sem fio (WLAN - Wireless Local Area Network) e redes metropolitanas sem fio
(WMAN - Wireless Metropolitan Area Network), devido à necessidade de alta eficiência espectral, requerendo técnicas avançadas para reuso de frequência e mitigação da interferência. Mesmo em sistemas cabeados, a interferência limita o desempenho, como as da linha de assinante digital (DSL - Digital Subscriber Line). Ainda que cada DSL seja tipicamente associada com um usuário único, o acoplamento capacitivo entre pares de DSLs próximos fisicamente causa interfe- rência (diafonia) degradando, assim, o desempenho (STARR; CIOFFI; SILVERMAN,
1999).
A interferência pode ser causada pela autointerferência12, pela interferência
de múltiplo acesso13 ou por ambas. Claramente, técnicas de redução ou mitigação
da interferência conduzem ao aumento de desempenho, seja em termos da redução da taxa de erro, do aumento da taxa de dados ou aumento do número de usuários possíveis (VERDÚ, 1986b).