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8. Forward CDMA Channel

O canal direto permite a comunicação na direção da célula para o móvel. Ele carrega o tráfego, um sinal piloto, e informação de overhead. O piloto é espalhado, mas não-modulado. Os canais piloto e overhead estabelecem a temporização do sistema e a identidade da ERB. O canal piloto também é usado no processo de handoff auxiliado pelo móvel (MAHO – Mobile Assisted Handoff) como uma referência da força do sinal. 

8.1. Parâmetros de Transmissão

O link direto IS-95A atualmente suporta a família de taxas de dados de 9.600 bps em 4 tipos de canais de dados, como apresentado na tabela 8.1. Em todos os casos, a taxa do código de correção de erros de quadro (FEC) é ½ e a taxa PN é 1,2288 MHz = 128*9600 bps.

Tabela 8.1. Conjunto de Dados 1 para Parâmetros do Canal Direto

O padrão J-STD-008 suporta, além das taxas acima, uma segunda família de taxas de dados com a máxima taxa de 14.400 bps. A taxa de código FEC é de ¾.

Tabela 8.2. Conjunto de Dados 2 para Parâmetros do Canal Direto

8.2. Estrutura do Sinal

8.2.1. Canalização

O link direto consiste em até 64 canais lógicos (canais de código). Os canais são independentes de tal forma que carregam diferentes conjuntos de dados, possivelmente a diferentes taxas de dados, e são ajustáveis independentemente em amplitude. 

8.2.2. Codificação e Interpolação

A figura 8.1 apresenta o processamento principal que gera um canal de código direto, para a taxa de dados 1. A taxa 2 é idêntica, exceto pela taxa de codificação de ¾ ao invés de ½, levando à mesma taxa de codificação de símbolos com 1,5 vezes a taxa de dados.

Figura 8.1. Codificação para a taxa de 9.600 bps

8.2.3. Códigos de Walsh

Os canais de código transmitidos são matematicamente ortogonais. 
A ortogonalidade é estabelecida pela máscara dos símbolos de código FEC com uma de um conjunto de 64 funções de Walsh. 
Quando a correlação cruzada é muito pequena (idealmente zero), os canais são mutualmente ortogonais. 
Uma vez que, em cada símbolo de código, somente ocorrem períodos completos de funções de Walsh, o efeito da máscara de Walsh torna os canais completamente separados no receptor, ao menos na ausência de multi-percurso. 
A ortogonalidade não significa somente que não há inter-relacionamento entre os canais, mas que não há interferência entre usuários da mesma célula, também na ausência de multi-percurso. Isto tem um substancial efeito benéfico na capacidade do link direto. 

O atraso de espalhamento multi-percurso que excede um chip introduz interferência mútua entre usuários em uma célula. 
Em qualquer entrada particular de um receptor Rake, os canais sem correlação contribuem num nível de interferência efetivo. 
Este nível varia de zero, quando há somente uma componente multi-percurso, até (N-1)/N do total de potência do sinal se existem N componentes discretas de multi-percurso com amplitudes iguais. 

Nota-se que uma das funções de Walsh é sempre uma constante, código número zero, por convenção. Este canal é reservado para servir como piloto. 

8.2.4. Espalhamento

Cada canal de código direto é espalhado por um código curto (Short Code), que tem as componentes I e Q. Portanto, o espalhamento é em quadratura.

Figura 8.2. Receptor

8.2.5. Modulação

As duas seqüências codificadas, mascaradas e espalhadas são moduladas vetorialmente na portadora RF. A modulação de espalhamento é portanto QPSK, sobreposta a uma seqüência de símbolos BPSK. 

 A forma de espectro do link direto é cuidadosamente descrita na interface aérea IS-95A e na especificação de performance IS-97. 
Uma medida da correlação entre a saída do transmissor real e a saída do transmissor ideal. 
A interface aérea também especifica uma característica de fase ligeiramente não-linear. 

8.3. Canais  de Overhead

Existem 3 tipos de canais de overhead no link direto: o piloto, o sync e o paging. O canal piloto é requerido em todas as estações. 

8.3.1. Pilot Channel

A canal piloto é sempre o canal de código zero. Ele serve como uma referência de demodulação para os receptores móveis e para as medidas de nível de handoff. Logo, deve estar presente em todas as estações. Ele não carrega nenhuma informação, é puro short code, sem nenhuma máscara de transmissão. 

A amplitude do piloto e sua distribuição espacial devem ser controlados cuidadosamente, porque suas amplitudes relativas controlam as fronteiras de handoff entre as estações. As seqüências modificadas PN_I e PN_Q do LFSR (Linear Feedback Shift Register), que abrange o short code, tem período 2¹⁵ chips, que é 80/3 = 26,667 ms à taxa de  chips de 1.2288 MHz. 

Todas as estações usam o mesmo short code e, logo, tem a mesma forma de onda piloto. Elas são distinguidas uma da outra somente pela fase do piloto. O curto período de um short code, 2¹⁵, facilita rápidas buscas do piloto pelos móveis. 

A interface aérea estipula que as fases dos pilotos devem sempre ser designadas à estações em múltiplos de 64 chips, dando um total de 2^15-6 = 512 designações possíveis.  O número de 9 bits que identifica a fase designada para o piloto é chamado de Pilot Offset. 

8.3.2. Sync Channel

O canal de sincronismo carrega uma mensagem que se repete, identificando a estação, e a fase absoluta da seqüência piloto. 
A taxa de dados é sempre 1.200 bps. 
O período de interleave é 80/3 = 26,667 ms, igual ao período do short code. Isso simplifica o processo de encontrar as fronteiras do quadro, uma vez que o móvel tenha encontrado o piloto. 

A repetitiva mensagem carregada pelo sync transporta a temporização e a informação de configuração do sistema para a unidade móvel. 
O móvel pode derivar com precisão o tempo do sistema através da sincronização do short code para uma fração do spreading chip (833 ns). 
A ambigüidade do período do código é então resolvida pelo estado do código longo (long code) e os campos de tempo do sistema, que também fazem parte da mensagem de sincronismo. 

8.3.3. Paging Channel

O canal de paging é o veículo para a comunicação com as estações móveis quando elas não estão designadas a um canal de tráfego. 
Seu objetivo primário é transmitir avisos, ou seja, notificações de chamadas chegando para o móvel. 
Ele carrega as respostas aos acessos da estação móvel, tanto respostas de chamadas quanto originações não solicitadas. 
Acessos com sucesso são normalmente seguidos por uma designação a um canal de tráfego dedicado. 
Uma vez em um canal de tráfego, a sinalização de tráfego entre a base e o móvel pode continuar intercalada com o tráfego de usuário. 

O canal de paging pode rodar a 4.800 ou 9.600 bps. 

Cada ERB deve ter ao menos um canal de paging por setor, em ao menos uma das freqüências em uso. Todo o paging pode ser feito em uma freqüência, ou pode ser distribuída sobre múltiplas freqüências. 

8.4. Traffic Channel

Os canais de tráfego são designados dinamicamente, em resposta a acessos a estações móveis. A estação móvel é informada, através de uma mensagem do canal de paging, de qual o canal de código em que deve receber. 

O canal de tráfego sempre transporta os dados em quadros de 20 ms. Os quadros incluem códigos CRC (Ciclic Redundance Checking) para ajudar a avaliação da qualidade de quadro no receptor. 

8.4.1. Soft Handoff

Durante o soft handoff, cada ERB participante no handoff transmite o mesmo tráfego através do seu canal de código designado. As designações de canal de código são independentes e, em geral, são diferentes em cada célula. Qualquer canal de código que não esteja em uso por canais de overhead são disponíveis, até um total de 64 ou o limite de equipamento disponível, o que for menor. 

8.4.2. Taxa de Transmissão

Canais de tráfego suportam taxas de tráfego de quadros variáveis: 1, 1/2, ¼ ou 1/8 da taxa máxima. No padrão IS-95A, somente a família de taxas baseadas em 9.600 bps está disponível. A Taxa de Dados 2, baseada em 14.400 bps, será implementada em uma futura revisão da IS-95. 

A variação da taxa é realizada pela repetição dos símbolos de código em 1, 2, 4 e 8 formas. A transmissão é contínua, com a amplitude reduzida nas taxas menores, de forma a manter a energia por bit aproximadamente constante, independente da taxa utilizada. A taxa é variável independentemente em cada quadro de 20 ms. 

8.4.3. Subcanal de Controle de Potência

O subcanal do link reverso de 800 bps de controle de potência é transportado no canal de tráfego pela inserção de 2 a cada 24 símbolos transmitidos. 
Os símbolos inseridos carregam o mesmo bit de controle de potência, por isso podem ser combinados coerentemente no receptor. 
Cada ERB participando em um soft handoff toma sua própria decisão de controle de potência, independente das outras, a não ser que sejam diferentes setores de uma mesma célula, no caso em que todos transmitem a mesma decisão. 
Esta circunstância especial é avisada ao móvel quando  o handoff é configurado.