Introduccion a Wcdma

WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE Harri Holma, Anti Toskala and Victor Quintero

INTRODUCCION A WCDMA. Los sistemas de celular análogos son comúnmente referenciados como los sistemas de primera generación. Los sistemas digitales, como por ejemplo los Sistemas de Glkobales de comunicaciones Móviles (GSM), cdmaOne (IS-95) y US-TDMA (IS-136), son sistemas de segunda generación. Estos sistemas han permitido permitido la comunicación inalámbrica inalámbrica de vos en muchos mercados principales. principales. Los clientes están también interesados en encontrar valor en otros servicios, como mensajes de texto y acceso a internet, que está en un crecimiento de interés bastante rápido. Los sistemas de tercera generación son designados por comunicaciones multimedia: con esto, la comunicación persona a persona puede ser mejorada con imágenes y video de alta calidad, acceso a la información y servicios de las redes públicas y privadas se verá reforzada por las tasas de datos más altas y las nuevas capacidades de comunicación flexible de los sistemas de tercera generación. Lo anterior junto con la continua evolución de los sistemas de segunda generación creara nuevas oportunidades de negocio no solamente para los fabricantes y operadores, sino también para los proveedores de contenido y aplicaciones que utilizan estas redes. En los foros de estandarización, la tecnología WIDEBAND CODE DIVISION MULTIPLE ACCES (WCDMA) ha emergido como la interfaz de aire mayor adoptada por la tercera generación. Su especificación ha sido creada por 3rd Generation Partnership Project (3GPP), lo cual es el proyecto conjunto de estandarización de los organismos de estandarización de Europa, Japon, Korea, USA y China. Dentro de 3GPP, WCDMA es llamado UNIVERSAL TERRESTRIAL RADIO ACCESS (UTRA), FREQUENCY DIVISION DUPLEX (FDD) y TIME DIVISION DUPLEX (TDD), el termino WCDMA se utiliza para cubrir tanto las operación de FDD y TDD.

Requirements for Third-Generation Systems Los sistemas de segunda generación fueron construidos principalmente para proporcionar servicios de voz en macro celdas. Para entender de fondo la diferencia entre sistemas de segunda y tercera generación, necesitamos observar los nuevos requerimientos de los sistemas de tercera generación; los cuales se enlistan a continuación: 

Una tasa de bits hasta 2Mbps.



Una velocidad variable para obtener un ancho de banda bajo demanda.

Cristian Camilo Muñoz

1




Multiplexación de servicios con los diferentes requerimientos de cálida en una sola conexión, por ejemplo, habla video y paquetes de datos -6



Requerimiento de calidad de FER (frame error rate) = 10% a BER (bit error rate) = 10 .



Coexistencia en sistemas de segunda y t ercera generación y traspasos (handovers) para mejoras de cobertura y balances de carga.



Soporte de trafico asimétrico en Uplink y Downlink , es decir, navegación por internet causa más carga en DL que en UL.



Alta eficiencia espectral.

La tabla 1.1 lista las principales diferencias entre WCDMA/ High Speed Packet Access (HSPA) y redes GSM/ Enhanced Data Rates For GSM Evolution (EDGE). Las diferencias reflejan los nuevos requerimientos de los sistemas de tercera generación, por ejemplo incrementar el ancho de banda a 5MHz es necesario para soportar altas tasas de bits. HSPA Release 7 también ha adicionado una solución multi-antena MIMO (Multiple Input Multiple Output) y un orden mayor de modulación para soportar incluso altas tasas de datos. HSPA impulsa más funcionalidades a las estaciones base y permite una arquitectura plana, lo que mejora la eficiencia y la calidad del servicio (QoS) para servicios de paquetes.


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PARAMETROS DE WCDMA. La tabla siguiente resume los principales parámetros de WCDMA.









DS-CDMA (acceso Múltiple por División de Código con Secuencia Directa) técnica de transmisión de banda ancha, los bits de información de usuario son dispersados en un gran ancho de banda multiplicándolos por bits cuasi aleatorios (chips), derivados de los códigos de ensanchamiento, códigos de difusión CDMA. Para lograr velocidades muy altas de hasta 2Mbps es necesario el uso de factores de ensanchamiento variable y conexiones multicódigo. Un ejemplo de esta disposición se ilustra.

El Chip Rate de 3.84Mcps conlleva a obtener un ancho de banda a aproximado de 5MHz. los sistemas DS-CDMA con ancho de banda alrededor de 1Mhz, tales como el IS-95 se les conoce como sistemas CDMA de banda estrecha. El ancho de banda amplio de WCDMA soporta altas velocidades de transmisión de datos y logrando beneficios en el desempeño como incremento de la diversidad multitrayecto.

Sin perjuicio de su licencia, el operador de red puede implementar múltiples portadoras de


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5MHz incrementando la capacidad, posiblemente en capas de células jerárquicas, la figura anterior también representa este hecho. El espaciamiento de portadoras de hecho puede ser de 200KHz en una red de aproximadamente entre 4.4 y 5MHz dependiendo de la interferencia de portadoras. 











WCDMA soporta una gran tasa de datos variables de usuario, es decir, el concepto de ancho de banda bajo demanda (Bandwidth on Demand (BoD)) es bien soportado. La tasa de datos de usuario se mantiene constante durante cada 10ms de duración de trama. Sin embargo, la capacidad de datos entre usuarios puede cambiar de trama a trama. La figura anterior también muestra un ejemplo de esta característica. Esta rápida asignación de capacidad radio normalmente será controlada por la red para lograr un óptimo rendimiento (Thoughput) de los servicios de paquetes de datos. WCDMA soporta dos modos básicos de operación: Duplexado en Frecuencia (FDD) y Duplexado en Tiempo (TDD). En el modo FDD, la separación de frecuencias portadoras es de 5MHz y se utiliza para el enlace ascendente y descendente respectivamente, mientras que en TDD solo una de 5MHz es dividida en tiempo entre enlace ascendente y descendente. El enlace ascendente es la conexión del móvil hacia la estación base y el enlace descendente la conexión de la e stación base hacia el móvil.

El modo TDD se basa en gran medida en los conceptos de modo FDD y fue agregado con el fin de aprovechar el sistema básico de WCDMA, también para las asignaciones de espectro no apareado de la UIT para IMT-2000. WCDMA soporta operación asíncrona de estaciones base (BS), a diferencia del sistema síncrono IS-95, por lo que no hay necesidad de una referencia de tiempo global tales como GPS. WCDMA utiliza detección coherente en enlace ascendente y descendente (UL y DL) basado en el uso de símbolos piloto o piloto común. Mientras que en IS-95 solo lo hace en DL. El uso de detección coherente en UL es nuevo para los sistemas públicos de CDMA y como resultado un aumento global de la cobertura y la capacidad en el enlace ascendente. La interfaz de aire WCDMA ha sido diseñada de tal manera que conceptos avanzados de recepción en CDMA tales como la detección multiusuario y antenas inteligentes adaptables se pueden implementar por el operado de red como una opción del sistema para aumentar la capacidad y/o cobertura. En la mayoría de los sistemas de segunda generación no se ha previsto tales conceptos en recepción y como resultado no son aplicables o solo pueden aplicar bajo restricciones severas a incrementos limitados en su rendimiento.


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

WCDMA está diseñado para ser desplegado en conjunto con GSM. Por lo tanto, traspasos (Handovers) entre GSM y WCDMA son compatibles con el fin de ser capaces de aprovechar la cobertura de la red GSM para la introducción de WCDMA.

Conceptos avanzados de receptor: Detección multiusuario y antenas inteligentes adaptativas. 

Un sistema convencional DS-CDMA trata cada usuario separadamente como una señal, considerando a los otros usuarios como ruido o interferencia de acceso múltiple ( MAI Multiple Acces Interference).



MUD. Detección conjunta (Join Detection). Todos los usuarios se consideran como señales.



La capacidad es limitada por interferencia.



Efecto cerca lejos (near.far) – Control de Potencia.

Ensanchamiento Y Des-Ensanchamiento (Spreading and Despreading) En la figura siguiente se muestra el funcionamiento básico de Ensanchamiento (Spreading) y Des-ensanchamiento (Despreading) para un sistema DS-CDMA.

Los datos de usuario están aquí asumidos como una secuencia de bit con modulación BPSK a una tasa R, los bits de datos de usuario asumen valores de ±1. La operación de ensanchamiento, en este ejemplo, es la multiplicación de cada bit de usuario con una secuencia de 8 bits de código, llamados chips. Asumimos esto también para el ensanchamiento de la modulación BPSK. Vemos que el resultado de datos ensanchados está a una tasa de 8xR y tiene la misma apariencia aleatoria (como ruido pseudo-aleatorio) como el código de ensanchamiento. En este caso podríamos decir que


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usamos un factor de ensanchamiento (SF) de 8. Esta señal de banda ancha a continuación es transmitida a través de un canal inalámbrico hacia el receptor. Durante el Des-ensanchamiento multiplicamos los datos de usuario ensanchados con la secuencia de chips, bit de duración con bit de duración, con el mismo código de ocho chips como se usó durante el ensanchamiento de estos bits. Como se ve en la figura anterior, la secuencia se ha recuperado perfectamente, siempre y cuando tengamos perfecta sincronización entre la señal de propagación de usuario ensanchada y el código de ensanchamiento. El aumento de la tasa de señalización por el factor de 8 corresponde a una ampliación (por el factor 8) del espectro ocupado de la señal de datos de usuario ensanchada. Debido a esta virtud, los sistemas CDMA son generalmente llamados sistemas de espectro ensanchado (SS). Desensanchamiento restablece el ancho de banda proporcional a la tasa R de la señal. La operación básica del receptor de correlación para CDMA se muestra en la figura siguiente. La mitad superior de la figura muestra la recepción de la señal deseada propia. Al igual que e n la figura 3.2, vemos la operación de Desen-sanchamiento con una perfecta sincronización. Entonces el receptor de correlación integra (suma) los productos resultantes (es decir las cantidades) para cada bit de usuario ((Señal ensanchada*Código) o (Datos x Código)).

La mitad inferior de la figura 3.3 muestra el efecto de la operación de Desen-sanchamiento para la señal deseada y cuando aplica a una señal CDMA de otro usuario, por lo tanto cuya señal se asume que se ha ensanchado con un código de ensanchamiento diferente. Entonces el resultado de multiplicar la señal de interferencia con el código propio y la integración de los productos resultantes lleva a interferir en los valores de la señal prolongándolos alrededor de cero . Como puede observarse, la amplitud de la señal propia aumenta en promedio por un factor de 8 en relación con el de usuario del otro sistema de interferencia (o usuario interferente), es decir, la detección de correlación ha elevado la señal de usuario deseada por el factor de ensanchamiento, en este caso de


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8, de la presente interferencia del sistema CDMA. Este efecto se denomina ganancia de procesamiento y es un aspecto fundamental de todo sistema CDMA, y en general de todo sistema de espectro ensanchado. Ganancia de procesamiento o factor de ensanchamiento es lo que da a los sistemas CDMA la robustez contra la auto-interferencia, que es necesaria para la reutilización de las frecuencias portadoras de 5MHz disponibles a través de distancias geográficamente cercanas. Veamos un ejemplo con parámetros reales de WCDMA. Un servicio de vos con una velocidad o tasa de transmisión de 12.2kbps tiene una ganancia de procesamiento de 25dB.

 *+

Después del desen-sanchado, la potencia de la señal debe ser normalmente unos pocos decibeles por encima de la potencia de la señal de interferencia y ruido.

    



La densidad de potencia requerida con respecto densidad de potencia de ruido después de desensancharse se designa como:

potencia por bit de usuario y Para el servicio de vos

en este documento, donde

es la energía de bit, o densidad de

es la interferencia y densidad espectral de potencia de ruido.

esta normalmente en el orden de 5.0dB y el ancho de banda requerido

en relación a la señal de interferencia es por lo tanto 5.0dB menos la ganancia de procesamiento = 20dB. En otras palabras, la potencia de señal o portadora puede estar 20dB por debajo de la interferencia o potencia de ruido térmico y el receptor WCDMA puede todavía detectar la señal. A la entrada del receptor, el ancho de banda en relación a la señal de interferencia es también llamado

portadora a interferencia

(CIR, Carrier to Interference Ratio), la cual también se denomina



en sistemas de comunicación digital Relación Señal a Interferencia ( SIR, Signal to Interference Ratio). Debido al ensanchamiento y des-ensanchamiento,



puede ser inferior que en WCDMA,

por ejemplo en GSM, una conexión de voz de buena calidad en GSM requiere

= 9-12dB.

Cuando no se considera la interferencia que puede ser generada por usuarios con llamadas activas en el sistema dentro de la misma celda o la interferencia generada en otras celdas, el termino de interferencia se relaciona solamente con ruido térmico y por lo tanto las relaciones CIR y SIR se transforman en Relación Portadora a Ruido (CNR, Carrier to Noise Ratio) y Relación Señal a Ruido (SNR, Signal to Noise Ratio). La energía de bit (E b) se define como la potencia de la portadora o señal sobre la velocidad de transmisión de datos (R). La densidad espectral de potencia de ruido (N0) se define como la potencia de ruido sobre el ancho de banda del sistema, donde el ancho de


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banda lo define la tasa de chip (W). Por lo tanto se puede encontrar una relación entre las relaciones (Eb /N0) y (S/I) en función del factor de ensanchamiento (SF).

()  ()()  ()() () () 

Como se puede observar en la figura 2.8 y como su nombre también lo indica el factor de ensanchamiento o ganancia de procesamiento es una ganancia que se aplica sobre la señal de interés a la entrada del receptor para distinguirla del suido a la salida del mismo.

Puesto que la señal de banda ancha puede estar por debajo de nivel de ruido térmico, su detección se dificulta sin conocimiento de la secuencia de ensanchamiento. Por esta razón, los sistemas de espectro ensanchado tuvieron origen en aplicaciones militares donde la naturaleza de banda ancha de la señal le permite estar oculta por debajo del omnipresente ruido térmico. Tenga en cuenta que dado cualquier ancho de banda de un canal determinado (W, chip rate) vamos a tener una mayor ganancia de procesamiento a menores tasas de bits de usuarios (R) que para altas tasas (velocidades) de bits. En particular para tasas de bit de datos de usuario de 2Mbps, la ganancia de procesamiento es inferior que 2(=3.84Mcps/2Mbps=1.92 que corresponde a 2.8dB) y da alguna robustez a la forma de onda de WCDMA contra la interferencia que está claramente comprometida. Un sistema convencional DS-CDMA trata cada usuario separadamente como una señal, considerando a los otros usuarios como ruido o interferencia de Acceso Múltiple (MAI, Multiple Access Interference). Los sistemas basados en CDMA o espectro ensanchado, y en este caso WCDMA, son altamente afectados por interferencia de banda ancha que es generada por los


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usuarios que tienen llamadas activas en el sistema. A mayor número de llamadas activas crece el piso de ruido o ruido de fondo (Noise Floor o Background Noise), lo que disminuye la SNR o SIR disminuyendo la sensibilidad de los receptores por el incremento de la interferencia y por lo tanto disminuyendo la máxima perdida de trayecto permitida en un enlace, lo que implica disminución de cobertura o alcance del sistema. A este efecto se le denomina Respiración Celular (Cell Breathing). En las ecuaciones siguientes se determina la CIR o SIR para una comunicación en un sistema DCCDMA conformado por una sola celda (suponiendo que no existe interferencia proveniente de otras celdas).

 ) ()(        ()() ( )              ,- () ( )  ,-  ,-     

Se considera que N llamadas activas, las cuales llegan con el mismo nivel de potencia al receptor (nodo B en estaciones base), por lo tanto se considera que la interferencia a la comunicación de interés es generada por las N-1 comunicaciones restantes. En este caso se desprecia el efecto de ruido térmico en comparación con la interferencia. La reducción de la SIR con el número de llamadas activas se visualiza en la figura 2.9.


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Una relación similar puede ser obtenida para el E b /No de una comunicación, la cual es directamente proporcional al factor de ensanchamiento (SF) e inversamente proporcional al número de llamadas activas, tal como se observa en la ecuación siguiente.

()()( ) ()      ()()  ) ()(  ()  

Teniendo en cuenta la potencia de ruido térmico

Se obtiene las ecuaciones:

y partiendo de la ecuación:

A partir de la ecuación anterior se puede obtener el número de llamadas simultaneas que puede


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haber con las mismas características para unos valores dados de E b /No, factor de ensanchamiento y potencia de señal en la entrada del receptor, como se indica en la ecuación siguiente.

 ./

Las limitaciones por interferencia de banda ancha generada por los usuarios quienes tienen llamadas activas en el sistema han tratado de minimizarse con el uso de la técnica denominada Detección Multiusuario (MUD) o detección conjunta (Join Detection), donde todos los usuarios se consideran como señales y son discriminados como tal. Tanto estaciones base como móviles utilizan el receptor de correlación. Debido a la propagación multitrayecto (y posiblemente múltiples antenas en recepción) es necesario utilizar múltiples receptores correlacionados para recobrar la energía de todos los trayectos y/o antenas. El conjunto de receptores correlacionados es lo que se denomina un receptor tipo Rake. Es importante tener en cuenta que la ganancia de procesamiento es debida al incremento del ancho de banda, más que por los procesos de ensanchamiento o desensanchamiento. Nota: Receptor Rake es una estructura de receptor que permite concentrar y combinar coherentemente todas las señales o ecos provenientes por los diferentes caminos o trayectos de propagación.

Ambas estaciones base y móviles para WCDMA usan esencialmente este tipo de receptor de correlación. Sin embargo, debido a la propagación multitrayecto (y posiblemente múltiples antenas de recepción), es necesario el uso de múltiples receptores de correlación con el fin de recuperar la energía de todas las rutas de acceso y/o antenas. Tal colección de receptores de correlación, llamados “dedos” (fingers) es lo que comprende el rec eptor tipo Rake. Vamos a descubrir el funcionamiento de un receptor Rake en CDMA con más detalle en la sección siguiente, pero antes de hacerlo, se hacen algunas observaciones finales con respecto a la transformación de Ensanchamiento/Des-ensanchamiento con se utilizan para los sistemas inalámbricos. Es importante entender que el Ensanchamiento/Des-ensanchamiento por sí solo no aporta ninguna mejora a la señal para aplicaciones inalámbricas. De hecho, la ganancia de procesamiento, genera o produce una banda ancha con mayor capacidad de transmisión (por la cantidad de ganancia de procesamiento).

Todo los beneficios de WCDMA tienen lugar a “through the back door” por las propiedades de banda ancha de las señales cuando se examinan a nivel del sistema, en lugar del nivel de un enlace de radio individuales.


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1. La ganancia de procesamiento junto con la naturaleza de banda ancha (wideband) sugiere una reutilización de frecuencia de 1 entre las diferentes células del sistema inalámbrico (es decir una frecuencia es reutilizada en muchas células/sectores) esta característica se puede utilizar para obtener alta eficiencia espectral. 2. Tener muchos usuarios que comparten la misma portadora y ancho de banda para sus comunicaciones, proporcionan interferencia por diversidad, es decir la interferencia por acceso múltiple de muchos usuarios en el sistema se promedia al final y esto volverá a aumentar la capacidad de comparación con sistemas en lo que uno tiene que planificar par el ver de los casos de interferencia. 3. Sin embargo, tanto los beneficios adicionales por requerir el uso estricto de control de potencia y Soft-Handover evita que la señal de un usuario bloquee la comunicación de los demás. 4. Con una señal de banda ancha, los diferentes caminos de propagación de una señal radio inalámbrica se puede resolver con mayor precisión que con las señales de un ancho de banda inferior. Esto resulta en una mayor diversidad de contenidos contra el desvanecimiento, y por lo tanto un mejor rendimiento.

Multipath Radio Channels and Rake Reception Multitrayectoria y Desvanecimiento La Radio propagación en el canal móvil terrestre es caracterizado por las múltiples reflexiones, difracciones y atenuaciones de la energía de la señal. Estas son causadas por obstáculos naturales, como edificios, montañas etc. Dando lugar a la propagación multitrayecto. La multitrayectoria se distingue por ecos de la señal que llagan al receptor en diferentes instantes de tiempo con diferentes amplitudes y fases. Hay dos efectos derivados de la propagación multitrayecto que ocuparemos en esta sección.

1 La energía de la señal (relativas, por ejemplo, para un solo chip de una señal CDMA) puede llegar al receptor en instantes de tiempo claramente distinguibles. La energía que llega es “atenuada” en un perfil de múltiples retrasos. Como se ve e n la figura:


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El perfil del retardo se extiende típicamente de 1 a 2us en las zonas urbanas y suburbanas, aunque en algunos casos los retrasos de hasta 20us o más con una energía significativa de señal se han observado en las zonas montañosas. La duración del chip a 3.84Mcps es 0.26us, si la diferencia de tiempo de las componentes multitrayecto es de al menos 0.26us, el receptor WCDMA puede separar las múltiples componentes y combinarlas de manera coherente para obtener diversidad múltiple. El retraso de 0.26us puede ser obtenido si la diferencia en longitudes de trayectoria es por lo menos 78m.

                 ⁄ Con una tasa de chip de aproximadamente 1Mcps, la diferencia en las longitudes de trayectoria de las componentes múltiples se debe a unos 300m, lo que no se puede obtener en pequeñas celdas. Por lo tanto, es fácil ver que a 5Mhz WCDMA puede proporcionar diversidad múltiple en pequeñas celdas, que no es posible con IS-95.

2 Además, para una posición a cierto tiempo de retardo usualmente hay muchos caminos casi iguales en longitud a lo largo de la cual la señal de radio viaja. Por ejemplo las rutas con una diferencia de longitud de media longitud de onda ( ) (a 2Ghz esta es aproximadamente 7cm) llegan casi al mismo tiempo en comparación con la duración de un solo chip, que es de 78m a 3.84Mcps, como resultado de ello la cancelación de la señal, llamado desvanecimiento rápido (Fast Fading) (o Desvanecimiento Profundo - Deep Fade), tiene lugar de como el receptor se mueve a través de incluso distancias cortas.

 ⁄


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Nota: cada canal tiene su perfil de retardo multitrayecto que se caracteriza por medidas tales como Dispersión de retardo (Delay Spread), el cual determina la diferencia de tiempo de los momentos de llegada de la primer componente multitrayecto( típicamente la componente con línea de vista) y la última componente multitrayecto de una determinada señal.

La cancelación de la señal es mejor entendida como una suma de varios fasores ponderados que describen el cambio de fase (por lo general un módulo de longitud de onda radio) y la atenuación a lo largo de una ruta determinada, en un instante de tiempo determinado. En la figura 3.5 se muestra un ejemplo de patrones con desvanecimiento rápido a medida que la señal llega se discierne su energía a una posición particular de retraso a medida que se mueve el receptor. Vemos que la potencia de señal recibida puede disminuir considerablemente (entre 2030dB) cuando se produce cancelación de fase de las múltiples reflexiones. Debido a la geometría subyacente que causa el fenómeno de desvanecimiento y dispersión, ocurren variaciones de la señal debidas al rápido desvanecimiento generando varios órdenes de magnitud más frecuencia que cambia en el perfil promedio de retraso por multitrayecto. Las estadísticas de la energía de la señal recibida para un promedio de corto plazo suelen ser bien descritas por la distribución de Rayleigh. Estas caídas de desvanecimiento, hacen muy difícil una recepcion de bits de datos libre de errores, y las contramedidas son necesarias en WCDMA. Las contramedidas contra el desvanecimiento en WCDMA se muestran a continuación.

1 La energía de retardo por dispersión se combina mediante la utilización de múltiples dedos del receptor Rake (receptores correlacionados) asignados a las posiciones de retraso en la cual la energía recibida es significativa.

2 El control de potencia rápido y la inherente recepción de diversidad del receptor Rake son usadas para mitigar el problema de el desvanecimiento de potencia de la señal. 3 La robustez que proporcionan la codificación, el entrelazado y los protocolos de retransmisión (distribución) son usados para adicionar redundancia y diversidad en el tiempo de la señal y así


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ayudar al receptor en la recuperación de los bits de usuario en desvanecimientos. La dinámica de propagación de radio sugiere el siguiente principio de funcionamiento para la recepción de señales en CDMA.

1 Identificar la posición de tiempo de retardo en la que la energía significativa llega y asignar receptores correlacionados, es decir dedos Rake, a los picos. La granularidad para adquirir el perfil de retardo múltiple es del orden de un chip de duración (usualmente dentro del rango de duración de ¼ - ½) con una tasa actual de del orden de algunas decenas de milisegundos. 2 Dentro de cada receptor de correlación, hay un seguimiento de cambio rápido de f ase y valores de amplitud originados por el proceso de desvanecimiento rápido y se eliminan. Este proceso de seguimiento tiene que ser muy rápido, con una tasa de actualización en el orden de 1ms o menos. 3 Combinar la demodulación y ajuste de fase de los símbolos eliminando todos los dedos activos y presentar al decodificador para su procesamiento posterior. La figura 3.6 ilustra los puntos 2 y 3 representando los símbolos de la modulación (BPSK o QPSK) así como el estado de canal instantáneo como los fasores complejos ponderados. Para facilitar el punto dos, usamos símbolos piloto conocidos en WCDMA, que se utilizan en canales de audio y que proporcionan una estimación del canal momentáneamente (valor ponderado del fasor) de un dedo en particular. Entonces el símbolo recibido es rotado hacia atrás, con el fin de deshacer la rotación de fase del canal. Dichos símbolos de compensación del canal pueden entonces ser simplemente sumados para recuperar la energía en todas las posiciones de retraso. Este proceso es también llamado Relación de Máxima Combinación (MRC-Maximal ratio Combining).

La figura 3.7 muestra un diagrama de bloques del receptor Rake con tres dedos de acuerdo a acuerdo con estos principios. Muestras digitalizadas de entrada son recibidas en los circuitos RF front-end en las ramas I y Q (es decir en formato de números complejos pasa bajo). Los generadores de código y correlación realizan el desensanchado y la integración de los símbolos de datos de usuario.


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El Canal de estimación (Channel estimator) utiliza los símbolos piloto para estimar el estado que luego serán removidos (o retirados) por el rotador de fase (Phase rotator) de símbolos recibidos. El retraso es compensado por la diferencia en los tiempo de llagada de los símbolos de en cada dedo. El combinador (Combiner) Rake luego suma los símbolos del canal compensado, proporcionando así la diversidad múltiple contra el desvanecimiento.

También se muestra un conjunto combinado usando filtros para determinar y actualizar el perfil de múltiples actuales del canal. Este perfil medido y posiblemente un promedio de los retrasos múltiples se utilizan para asignar los dedos Rake a los demás grandes pico. En implementaciones típicas de receptores rake, el chip rate del proceso (correlator, generador de código, filtro adaptado) es realizado en ASICs, mientras que el procesamiento de símbolos de nivel ( Canal de estimación, rotador de fase, combinador) es implementado por DSP. Aunque hay varias diferencias entre el receptor Rake de WCDMA en los móviles y la estación base, todos los principios básicos que aquí se presentan son los mismos. Por último, observamos que varias antenas de recepción se pueden acomodar en la misma forma que varias rutas recibidas de una sola antena: con solo añadir los dedos Rake adicionales de las antenas, podrá recibir toda la energía de las multiplex rutas y antenas. Desde la perspectiva del receptor Rake no hay ninguna diferencia esencial entre estas dos formas de recepción de la diversidad.

Control de Potencia Power Control El ajuste y control de potencia rápido es quizás el aspecto más importante en WCDMA, en particular en el enlace ascendente (UL). Sin este, un único móvil dominante podría bloquear una célula completa. En la figura 3.8 se muestra el problema y la solución en la forma de control de potencia en transmisión de lazo cerrado . Las estaciones móviles MS1 y MS2 operan con la misma frecuencia, separables en la estación base solo por sus códigos de ensanchamiento


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respectivos. Puede ocurrir que MS1 en el borde de la celda sufra una perdida en el trayecto, por ejemplo 70 dB por encima de MS2 que está cerca a la estación base BS. Si no hubiera un mecanismo de control de potencia para MS1 y MS2 del mismo nivel en la estación base, MS2 podría fácilmente obviar a MS1 (overshout) y así bloquear una gran parte de la celda, dando lugar al llamado problema cerca-lejos en CDMA.

Una óptima estrategia con el fin de maximizar la capacidad es igual la potencia recibida por bit de todas las estaciones móviles durante todo momento. Si bien podemos decir como mecanismo de control de potencia de lazo abierto al mecanismo que trata de hacer una estimación aproximada de pérdidas en el trayecto a través de una señal de orientación de DL, aunque como método sería demasiado imprecisa. La razón principal de esto es que el rápido desvanecimiento es esencialmente sin correlación entre el enlace UL y DL, debido a las grandes bandas de separación de los enlaces UL y DL del el modo FDD de WCDMA. El control de potencia en lazo abierto es, sin embargo, usado en WCDMA, pero solo para proporcionar un robusto ajuste en la potencia inicial de la estación móvil en el comienzo de la conexión. La solución para el control de potencia en WCDMA rápido control de potencia en lazo cerrado, que también se muestra en la figura 3.8. El control de potencia en lazo cerrado en UL, la estación base realiza estimaciones frecuentes de la relación Señal a Interferencia (SIR) recibida y compara con una SIR objetivo. Si la Sir medida es mayor que la SIR objetivo, la estación base le indicara a la estación móvil que disminuya su potencia; si esta es también demasiado baja la estación base indicara a la estación móvil que incremente su potencia. Este ciclo de medida de comandos de reacción es ejecutado a una velocidad de 1500 veces por segundo (15KHz) para cada estación móvil y por lo tanto funciona más rápido que cualquier cambio significativo de perdida de trayectoria que podría presentarse y de hecho, incluso más rápido que la velocidad de las pérdidas de desvanecimiento Rayleigh de baja a moderada velocidad del móvil. Por lo tanto el control de potencia en lazo cerrado prevé cualquier desequilibrio de potencia entre todas las señales UL recibidas en la estación base. La misma técnica de control de potencia en lazo cerrado es usada en DL aunque en este caso la motivación es diferente: en DL no hay el problema de cerca-lejos debido al escenario de uno a varios. Todas las señales originadas dentro de una celda de la estación base a todos los móviles. Es, sin embargo, es deseable proporcionar una cantidad marginal de potencia adicional a las estaciones móviles en el borde de la celda, ya que ellos sufren mayor interferencia producida por otras células. También en el enlace DL un método de mejora de las señales débiles causadas por desvanecimientos de Rayleigh con potencia adicional es necesario una baja velocidad cuando otros métodos de corrección de errores basados en interpolación (interleaving) y códigos de corrección de corrección de error que no todavía no funcionan con eficacia.


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Figure 3.9 shows how uplink closed loop power control works on a fading channel at low speed. Closed loop power control commands the mobile station to use a transmit power proportional to the inverse of the received power (or SIR). Provided the mobile station has enough headroom to ramp the power up, only very little residual fading is left and the channel becomes an essentially non-fading channel as seen from the base station receiver. While this fading removal is highly desirable from the receiver point of view, it comes at the expense of increased average transmit power at the transmitting end.

Figura 3.9 muestra cómo enlace ascendente cerrado de control de potencia de bucletrabaja en un canal de desvanecimiento a baja velocidad. Control de alimentación de lazo cerrado comandos de la estación móvil para utilizar una potencia de transmisiónproporcional a la inversa de la potencia recibida (o SIR). Siempre que la estación móviltiene suficiente espacio libre a la rampa de la energía para arriba, sólo muy pocoresiduo atenuación está a la izquierda y el canal se convierte en un canalesencialmente no-descoloramiento, visto desde el receptor de la estación base.Mientras que esta eliminación decoloración es muy conveniente desde el punto de vista del receptor, lo que se refiere a expensas de la media de aumento de potencia de transmisión en la extremidad de la emisión.


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Introduccion a Wcdma

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