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Sumário

1. Introdução

O CDMA (Code Division Multiple Access) é um conceito radicalmente novo nas comunicações sem fio. 
Esta tecnologia ganhou aceitação internacional por operadores de sistemas celulares como um avanço que pode aumentar tanto a capacidade dos sistemas quanto a qualidade de serviço. 

CDMA é uma forma de spread spectrum, uma família de técnicas de comunicação digital que foram utilizadas para aplicações militares durante anos. 
O princípio do spread spectrum é a utilização de ondas portadoras similares ao ruído e com largura de banda muito maior do que a requerida para uma simples comunicação ponto a ponto com a mesma taxa de dados. Originalmente, isto se deve a dois motivos: resistir a esforços inimigos para confundir as comunicações (anti-jam) e até mesmo esconder o fato que alguma comunicação estava sendo realizada, baixa probabilidade de interceptação (LPI). 
O CDMA gasta pouca energia, usas as freqüências disponíveis de forma eficiente, simplifica o planejamento com um padrão de reuso de freqüência único, usa um sistema um sistema de códigos que permite receber o sinal em situações adversas, impede a interferência e o rastreamento da transmissão [RNT].

O uso de CDMA para aplicações civis em rádio móvel foi teoricamente proposta no fim da década de 1940, mas nenhuma aplicação prática tomou lugar no mercado civil até 40 anos depois. 
As aplicações comerciais se tornaram viáveis devido a dois desenvolvimentos evolucionários. Um foi a disponibilidade de circuitos digitais com baixo custo e alta densidade de integração, que reduziam o tamanho, peso e custo das estações de assinante a um valor aceitável. 
O outro foi a descoberta que, para a otimização de comunicações de acesso múltiplo, era requerido que todas as estações de assinante regulassem a potência de seus transmissores para o mais baixo nível que permitisse adequada qualidade de sinal. 

O CDMA muda a natureza da estação de assinante de um aparelho predominantemente analógico para um aparelho predominantemente digital. 
Antigos modelos de receptores separavam estações ou canais pela filtragem no domínio da freqüência. Receptores CDMA não eliminam totalmente o processo digital, mas separam os canais de comunicação através de uma modulação pseudo-aleatória que é aplicada e removida no domínio digital, não na base da freqüência. Múltiplos usuários ocupam a mesma banda de freqüência. 
Esta reutilização de uma freqüência universal não é por acaso. Ao contrário, é crucial para uma altíssima eficiência espectral que é característica do CDMA. 

O CDMA está alterando a forma das comunicações celulares e PCS por:

·         Melhorar a capacidade de tráfego telefônico (Erlang);

·         Aprimorar a qualidade de voz e eliminar efeitos audíveis de desvanecimento de sinal por propagação em caminhos múltiplos (multipath fading);

·         Reduzir a incidência de quedas de chamada e falhas de handoff;

·         Fornecer um mecanismo de transporte confiável para comunicação de dados, como facsímile e internet;

·         Reduzir o número de locais (sites) necessários para suportar qualquer quantidade de tráfego;

·         Simplificar a seleção de sites;

·         Reduzir custos de implantação e de operação, pois menos ERBs (Estações Rádio Base) são necessárias;

·         Reduzir a potência média transmitida;

·         Reduzir a interferência de outros dispositivos eletrônicos;

·         Reduzir riscos potenciais à saúde.

2. Acesso Múltiplo para Comunicações Sem Fio

Um dos mais importantes conceitos para qualquer sistema de telefonia celular é o de acesso múltiplo, significando que vários usuários podem ser suportados simultaneamente. Em outras palavras, um grande número de usuários compartilham um grupo comum de canais de rádio e qualquer usuário pode ter acesso a qualquer canal (o usuário não está sempre designado ao mesmo canal). Um canal pode ser entendido simplesmente como uma porção do limitado espectro de rádio que é temporariamente alocada para uma específica finalidade, como um telefonema. Um método de acesso múltiplo define como o espectro de rádio é dividido em canais e como estes são alocados para os usuários do sistema. 

Os objetivos de sistemas de comunicação com acesso múltiplo são:

·         Qualidade de serviço de voz próxima ao sistema convencional com fio;

·         Cobertura geográfica quase universal;

·         Baixo custo de equipamentos, tanto da unidade de assinante quanto da planta fixa;

·         Número mínimo de estações rádio base (ERBs) 

Agências reguladoras alocaram uma largura de banda limitada para estes serviços, tal que as soluções devam alcançar alta eficiência espectral, medida em Erlangs por unidade de área de serviço, por MHz. 

Implementações práticas de sistemas celulares com centenas de canais se tornaram possíveis com a disponibilidade de sintetizadores de freqüência compactos e de baixo custo. O controle por microprocessadores permite complexo gerenciamento de mensagens que implementam sofisticados protocolos de controle de chamada. 

Cada site serve a um certo número de unidades de assinante dentro de uma área geográfica limitada. Quando um assinante se move entre células, a transferência do controle de uma célula para a outra é feita através de mensagens pelo ar (over-the-air messaging), que descontinuam o uso do canal de uma célula e sintonizam um outro canal em uma nova célula. Esse processo é designado como handoff ou, no caso de mudança entre setores de uma mesma célula, handover. 

2.1. Reuso de Freqüência

Um conceito importante para sistemas celulares é o de reutilização de freqüência. Apesar de haver vários canais disponíveis, se cada freqüência for designada para somente uma célula, a capacidade total do sistema será igual ao número total de canais, ajustados para a probabilidade de bloqueio de Erlang, somente alguns milhares de assinantes por sistema. Através da reutilização de freqüência em células múltiplas, o sistema pode crescer sem limites geográficos. 

O reuso é criticamente dependente ao fato de que a atenuação do campo eletromagnético, nas bandas de celular, tende a ser mais rápida com a distância do que é no espaço livre. Medidas tem apresentado repetidamente que a intensidade de campo decai tipicamente com R^-n, 3 < n < 5. No espaço livre, n = 2. De fato, é facilmente demonstrado que o conceito celular falha devido ao crescimento sem fronteiras da interferência quando a propagação é feita no espaço livre. 

Considerando um sistema ideal, assumindo propagação uniforme R^-n e que as fronteiras das células se encontram a pontos eqüidistantes, então uma área de serviço plana é coberta pelo clássico modelo de células hexagonais.

Figura 2.1. Modelo de cluster com células hexagonais

Sete conjuntos de canais são utilizados, cada conjunto em uma célula. Esta unidade de sete células (cluster) é então replicada sobre toda a área de serviço.

Figura 2.2. Configuração de clusters.

Não há células adjacentes usando o mesmo canal. Enquanto sistemas reais nunca parecem com a estilização hexagonal idealizada, a reutilização de freqüência com clusters de 7 células é típica do que é alcançado na prática. 

A capacidade associada a um padrão de reuso n é simplesmente o total de número de canais dividido por n. Com n=7 e 416 canais, há aproximadamente 57 canais disponíveis por célula. A uma carga típica oferecida de 0,05 Erlangs por assinante, cada site pode suportar em torno de 1140 assinantes. 

2.2. Setorização de Antenas

As figuras 2.1 e 2.2 apresentam células que utilizam antenas omnidirecionais. Deve-se esperar que a capacidade do sistema possa ser aumentada pela setorização de antenas. De fato, os sites são geralmente divididos em 3 setores. Cada site é equipado com 3 conjuntos de antenas direcionais, com azimutes separados de 120°. Se um conjunto de canais é designado para cada uma das 7 células, então o padrão pode ser repetido sem violar a requisição de adjacência de cada cluster.