WCDMA: Tecnologia de Comunicação

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FACULDADE ANHANGUERA - FACNET
CURSO DE ENGENHARIA ELETRICA
8º PERÍODO A- NOTURNO
DISCIPLINA: SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO
PROFESSOR: ROBERTO BRITO
WCDMA
	Cirisley F. de Moraes
	RA 6.653.344.302
	Erasmo Carlos S. de Araujo
	RA 3.245.510.985
	Roberto da Silva Chagas
	RA 3.227.004.764
	Solange Alves de O. França
	RA 7.420.675.193
	Wallace Batista da Rocha
	RA 3.217.515.634
	
	
	
	
	
TAGUATINGA – DF
2015
	Cirisley F. de Moraes
	RA 6.653.344.302
	Erasmo Carlos S. de Araujo
	RA 3.245.510.985
	Roberto da Silva Chagas
	RA 3.227.004.764
	Solange Alves de O. França
	RA 7.420.675.193
	Wallace Batista da Rocha
	RA 3.217.515.634
	
	
	
	
	
WCDMA
Este trabalho de pesquisa bibliográfica, proposto pela disciplina de sistema de comunicação tem como objetivo informar aos acadêmicos a evolução do sistema transmissão de dados e voz a partir da 3º geração de tecnologia. Sendo apresentado para Faculdade Anhanguera de Taguatinga, Brasília – DF, FACNET, pelo curso de Engenharia Elétrica 8A do período noturno.
Professor – Roberto Brito
TAGUATINGA – DF
2015
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO						PÁGINA - 4
O QUE É WCDMA? 						PÁGINA – 5
2.1 TIPOS DE CANAIS DE TRANSPORTE			PAGINA – 6
2.2 MODOS DE OPERAÇÃO					PÁGINA – 7
2.3 ARQUITETURA DA WCDMA				PAGINA – 9
2.4 PROTOCOLOS DA INTERFACE DE RADIO		PAGINA – 10
2.5 FREQUÊNCIAS 3G (WCDMA) NO BRASIL		PAGINA – 11
2.6 WCDMA x GSM						PAGINA – 12
2.7 ACESSO RÁPIDO VIA WCDMA				PAGINA – 12
CONCLUSÃO							PAGINA – 14
BIBLIOGRAFIA						PAGINA – 15
1. INTRODUÇÃO
A telefonia móvel faz parte atualmente da vida da maioria das pessoas tanto no Brasil quanto no Brasil, em países emergentes tal como África cada dia torna-se mais forte, e um facilitador da vida urbana. O Brasil hoje tem mais celular que habitante informação esta que já por varias momentos foi confirmado pelos mass media. O problema é que por trás desta "revolução das comunicações" há tantas tecnologias, que muita gente não sabe ao certo quais as diferenças entre elas. Nesta corrida maluca da evolução da comunicação iremos apresentar o WCDMA, tecnologia que despontou na 3º geração de processo evolutivo deste sistema de comunicação. Segue a Cronologia das redes de comunicação no Brasil tal como seu desenvolvimento:
O WCDMA (WideBand CDMA) é uma das principais interfaces de acesso ao sistema UMTS, que tem se popularizado como principal tecnologia empregada nas redes celulares de terceira geração no Brasil. WCDMA é uma tecnologia de Acesso Múltiplo por Divisão de Código em Sequência Direta de banda larga, a qual emprega técnicas de espalhamento espectral, onde a informação do usuário é multiplicada por códigos pseudoaleatórios (chamados chips) derivados da ideia do CDMA.
2. O QUE É WCDMA? 
O WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) é o padrão da interface de radiofrequência entre o Terminal Móvel (UE) e a infraestrutura do padrão UMTS (Sistema Universal de Telecomunicações Celulares). Utiliza como método de acesso os princípios da tecnologia CDMA (Acesso Múltiplo por Divisão de Código), ou seja, vários usuários compartilham a mesma portadora (ou o mesmo canal físico) no mesmo domínio de tempo com separação através do uso de códigos.
 
Cada código equivale a um determinado usuário e é considerado pelos outros usuários como ruído, com exceção de seu receptor correspondente. Nesse sistema, o termo canal significa uma combinação da frequência da portadora e de um determinado código.
O WCDMA possui dois modos básicos de operação, o TDD (Time Division Duplex) e o FDD (Frequency Division Duplex). No modo TDD, o uplink (comunicação no sentido do terminal móvel para a BS) e o downlink (comunicação no sentido da BS para o terminal móvel) compartilham a mesma portadora em intervalos de tempo diferentes. No FDD, o uplink e o downlink utilizam portadoras diferentes separadas por uma frequência de 190 MHz.
A BS (“Base Station” ou Base Transceptora) é o equipamento responsável pela troca de informações com os terminais móveis. Cada BS possui uma codificação única em seu sinal de saída, que possibilita aos terminais móveis e ao restante do sistema a distinção entre as informações recebidas das varias BS’s (um terminal móvel pode receber informações de várias BS’s diferentes simultaneamente).
 
As BS’s se comunicam com a RNC (“Radio Nertwork Controller” ou Controladores de Rede), que possuem o papel de controladores das BS’s (cada RNC possui um conjunto de BS’s conectadas) e funcionam como ponto de acesso para todos os serviços oferecidos pelo sistema UMTS.
 
O sistema WCDMA começa com um sinal de banda estreita, que representa a taxa de dados da informação de banda base. Esse sinal é codificado e entrelaçado, e então espalhado para a banda de 3,84 MHz (5 MHz com a banda de guarda). O sinal resultante espalhado é chamado de “Chip” e a taxa final deste sinal é dimensionada em “chips por segundo (para WCDMA, a taxa é de 3,84 Mcps)”.
 
Essa taxa é conhecida pelo termo “ganho de espalhamento”. A relação dessa taxa com a taxa de dados inicial é chamada de “ganho do processamento”, ganho este que define a qualidade com que o sinal possa ser extraído do ruído no estágio de recepção.
 
O canal no WCDMA é formado pela combinação da freqüência da portadora e um determinado código, esse código é formado por uma combinação de duas seqüências de códigos denominados: Scrambling Code (ou Código Embaralhado) e OVSF (“Orthogonal Variable Spreading Factor” ou Fator de Espalhamento Variável Ortogonal).
 
O controle de potência é um aspecto de grande importância no sistema WCDMA, principalmente no sentido de uplink. Sem ela, a potência excedente de um único terminal móvel poderia ocupar toda a banda do canal físico, reduzindo de forma drástica a capacidade do sistema.
 
O WCDMA introduz o conceito de canais de transporte para fornecer recursos físicos para os múltiplos serviços oferecidos pelo sistema. Esses serviços correspondem às informações a serem transmitidas (voz, dados, fax, sinalização, etc).
 
A informação transmitida é considerada o canal lógico do sistema e cada tipo de serviço pode ter diferentes taxas de transmissão de dados e diferentes mecanismos para controle de erros, por isso são direcionados a diferentes canais de transporte de modo a ser adotado o canal que possua as melhores características para a informação a ser transportada.
2.1 TIPOS DE CANAIS DE TRANSPORTE
 
O WCDMA possui três tipos de canais de transporte: os canais comuns, os canais dedicados e os canais compartilhados. Esses canais e suas propriedades estão descritos abaixo:
Canais Comuns: são formados pelos canais RACH (Random Access Channel ou canal de acesso randômico) e o FACH (Forward Access Channel ou canal de acesso avançado). O RACH é um canal utilizado no sentido de uplink e o FACH é um canal utilizado no sentido de downlink. Os dois canais podem transportar dados de sinalização e informações de usuários. Os canais comuns utilizam o controle de potência em malha aberta ou trabalham com um nível de potência fixo e também utilizam o soft handover;
Canal Dedicado: é formado pelo DCH (Dedicated Channel ou canal dedicado). Trata-se de um canal bidirecional que pode ser usado para transportar sinalização e informações de usuários. O canal dedicado utiliza o controle de potência em malha aberta e pode utilizar o soft handover, e essas características fazem com que sua utilização possa gerar um menor nível de interferência em comparação aos canais comuns. Sua taxa de transmissão pode variar durante a transmissão, e pode chegar a picos de 384 Kbit/s ou 2 Mbit/s dependendo do modelo do terminal móvel. Entretanto, um elevado nível de tráfego por este canal consome uma grande quantidade de códigos OVSF no sentido de downlink sobrecarregando o canal físico do sistema;
Canal Compartilhado: formado pelo canal DSCH (Downlink Shared Channel ou canal de downlink compartilhado), é desenvolvido para transferir grandes
volumes de dados. Para tanto, compartilha os códigos OVSF entre diversos usuários pelo método da divisão de tempo. Esse método conserva o numero limitado de códigos OVSF no sentido de downlink, aumentado sua eficiência. Os canais DSCH operam em conjunto com canais DCH, que operam com a taxa de transmissão reduzida e são utilizados para o transporte de dados de sinalização e controle de potência (dessa maneira, o canal DSCH é otimizado para transportar apenas dados de usuários e não utiliza o Soft Handover).
2.2 MODOS DE OPERAÇÃO
 
O WCDMA tem dois modos de operação:
Frequency Division Duplex (FDD), no qual os enlaces de subida e descida utilizam canais de 5 MHz diferentes e separados por uma frequência de 190 MHz.
Time Division Duplex (TDD), no qual o link de subida e descida compartilham a mesma banda de 5 MHz.
Os sistemas iniciais utilizam o WCDMA FDD. O modo TDD deve ser desenvolvido no futuro.
 
O WCDMA utiliza como método de múltiplo acesso o CDMA de Sequência Direta (DS-CDMA), com os vários terminais compartilhando uma mesma banda de freqüências mas utilizando códigos diferentes de espalhamento espectral.
 
O WCDMA e o CDMA2000 1x utilizam o CDMA como método de múltiplo acesso mas apresentam diferenças como apresentado na tabela a seguir.
 
	 
	WCDMA
	Cdma2000 1x
	Banda por portadora
	5 MHz
	1,25 MHz
	Chip rate
	3,84 Mcps
	1,2288 Mcps
	Frequência do controle de potência
	1500 Hz
	800 Hz
	Sincronismo na ERB
	Não precisa
	Necessita
 
O Cdma2000 1x manteve a banda por portadora em 1,25 MHz de modo a manter a compatibilidade com os sistemas CDMA (IS-95) existentes. Já o WCDMA, por estar implantando uma interface totalmente nova pode ampliar esta banda para 5 MHz.
 
A tabela a seguir sumariza as principais características do WCDMA FDD.
 
	 
	WCDMA
	Método de múltiplo acesso
	DS-CDMA, Sequência Direta CDMA
	Fator de reuso de frequência
	1
	Banda por portadora
	5 MHz
	Chip rate
	3,84 Mcps
	Frame
	10 ms (38400 chips)
	Nº de slots/frame
	15
	Nº de chips/slot
	2560 chips (Max. 2560 bits)
	Fator de espalhamento enlace de subida
	4 a 256
	Fator de espalhamento enlace de descida
	4 a 512
	Taxa do canal
	7,5 Kbit/s a 960 Kbit/s.
	2.3 ARQUITETURA DA WCDMA
O WCDMA possui arquitetura aberta nos preceitos definidos pelo UMTS e mantém compatibilidade com as redes 2G existentes. Para uma abordagem funcional dos elementos que constituem a arquitetura de uma rede WCDMA podemos dividí-la em três, como primeiro elemento dessa rede temos Core Network, responsável pela comutação e roteamento dos serviços de voz e conexões de dados com as redes externas, UTRAN seria um segundo elemento da rede, onde se concentram todas as funcionalidades relativas RF, por último temos o Equipamento do Usuário UE, interface através da qual o usuário acessa a UTRAN. Para os elementos UTRAN (UMTS Radio Access Network) e UE o padrão UMTS estabelece todo um conjunto novo de protocolos que atendem as novas tecnologia e necessidade empregadas no WCDMA, já para a Core Network há uma integração com a da rede GSM existente.  Temos  os principais elementos desta arquitetura representados na figura abaixo:
2.4 PROTOCOLOS DA INTERFACE DE RADIO
Para prover conexão de rádio entre o UE (User Equipament) e a rede WCDMA, mantendo o controle sobre as funcionalidades do RAB (Radio Bearer),o protocolo de interface de rádio é uma estrutura organizada em U-plane information, transferindo informaçõs do UE para a rede e virse-versa, e C-plain signaling, controlando os recursos que mantem ativo o link de rádio.
O protocolo está dividido em três camadas. Abaixo segue uma breve descrição das principais funções de cada uma delas:
● Camada 3 – Redes  (L3) – Tem funções de sinalização e controle da conexão com o UE
● Camada 2 – Enlace de dados (L2) – Realiza um controle de erros, quando há tempo hábil para isso, retransmitindo pacotes onde foram detectados erros ocorrido durante a transmissão
● Camada 1  – Física (L1) – Transmite e recebe dados sobre o enlace de rádio propriamente dito.
Seguindo o paradigma da organização em camadas dos protocolos, temos as camadas inferiores ofertando serviços para as camadas superiores, tendo cada uma delas funções bem definidas dentro desta estrutura. Como pode-se ver na figura abaixo,  as três camadas pertencentes a arquitetura do protocolo de interface de rádio governam a comunicação mantida entre UE/NodeB/RNC.
2.5 FREQUÊNCIAS 3G (WCDMA) NO BRASIL
Desde o final de 2007 a tecnologia 3G se encontra disponível no Brasil. Inicialmente ofertada apenas por algumas operadoras, hoje  está tecnologia já é difundida por todas as empresas de telefonia móvel em todos os grandes centros do país.
As frequências de 1900/2100 MHz foram licitadas pela Anatel para implantação das redes 3G, que utiliza a tecnologia WCDMA, segundo o padrão UMTS. Estas frequências foram adquiras na época pelas empresas Vivo, Tim, Claro, CTBC, Oi e BrT (Panorama antes da fusão entre Oi e BrT).
Apesar da licitação feita pela Anatel alocar as frequências de 1900/2100 Mhz para implantação  do 3G, não há impeditivo no que se refere ao uso de outras faixas de frequência, já disponíveis para alguma operadora, com esse fim. Há regiões onde Vivo, Telemig e Claro tem a rede 3G operando em 850 Mhz.
Abaixo segue uma tabela com os detalhes de como as subfaixas em 1900 Mhz e 2.100 Mhz são utilizadas pelo WCDMA no Brasil, nestes casos o sistema FDD (Frequency Division Duplex) foi adotado.
Para as frequências relativas à Subfaixa de Extensão adotou-se o sistema TDD ( Time Division Duplex).
	Subfaixa (MHz)
	Largura de Banda (MHz)
	Transmissão
	
	
	Uplink
	Downlink
	F
	15+15
	1920-1935
	2.110-2.125
	G
	10+10
	1.935-1.945
	2.125-2.135
	H
	10+10
	1.945-1.955
	2.135-2.145
	I
	10+10
	1.955-1.965
	2.145-2.155
	J
	10=10
	1.965-1.975
	2.155-2.165
	Subfaixa de Extenão
	5
	1.885-1.890
	
	5
	1.890-1.895
2.6 WCDMA x GSM
2.7 ACESSO RÁPIDO VIA WCDMA
Na técnica de acesso CDMA cada utilizador usa toda a banda de frequências disponível durante todo o tempo da comunicação. A informação de cada utilizador é espalhada na banda de frequências com recurso a um código de espalhamento (spreading code) único por utilizador. Estes códigos são sequências pseudoaleatórias não correlacionáveis entre si nem entre versões atrasadas da mesma sequência. Após o espalhamento o sinal de cada utilizador assemelha-se a ruído branco na banda de frequências do espalhamento. 
O débito usado para o código de espalhamento designa-se por chip-rate e é normalmente muito maior que o débito do sinal binário de informação do utilizador. O receptor usa um correlacionador para realizar a operação inversa do espalhamento (despreading) do sinal desejado, recorrendo para tal ao mesmo código usado na operação de espalhamento desse sinal. Assim o resultado da correlação tende para zero relativamente a sinais que foram espalhados por códigos diferentes (sinais interferentes) e tende para valores não nulos ao fim do tempo de bit para o sinal desejado. Prova-se que neste processo existe um ganho de espalhamento ou processamento (spreading factor) dado pela relação entre o chip-rate e o débito de informação do utilizador. 
No UMTS o chiprate usado é de 3840 kchips/s podendo-se ter ganhos de espalhamento entre 4 e 512, dependendo do débito de informação do utilizador. Exemplo relativo aos parâmetros de WCDMA usados no UMTS Suponha-se um sinal com débito binário de 12.2 kbit/s, relativo a um canal de voz, e um código de espalhamento com chiprate de 3840 kchips/s. Neste caso obtém-se um ganho de processamento de 10log(3840/12.2) = 25 dB. No receptor depois da operação de despreading o sinal binário recuperado deve ter uma relação Eb/No da ordem de 5 dB para se recuperar um sinal de voz adequado. Assim, devido ao ganho de processamento, podemos operar no canal com uma relação entre o sinal espalhado e os sinais interferentes mais ruído do
canal de 5 – 25 = –20 dB. Isto significa que a potência do sinal espalhado pode estar 20 dB abaixo do nível total de ruído (ruído do canal mais dos sinais interferentes).
3. CONCLUSÃO
	Por se tratar de um sistema de banda larga de tramitação de dados, concluímos que este sistema de transmissão suporta maior taxas e opera através de um conjunto assíncrona de ERBs indoor. A WCDMA suporta altas variações de taxas de transmissão, o que permite a alocação de largura de banda sob demanda.
	A WCDMA pelo seu sucesso cresceu no mercado que o sistema GSM, fazendo o uso do celular tornasse popularizar em diversas camadas da sociedade. 
4. BIBLIOGRAFIA:
www.teleco.com.br (Acessado em 26/05/2015 as 09:00h);
www.anatel.gov.br (Acessado em 26/05/2015 as 09:30h);
Haykin, S. - Introdução aos sistemas de comunicação - 2ª ed., Ed. Bookman, 2008
PIMENTEL, Cecílio J. L. - Comunicação Digital - Editora Brasport, 2007.