TDMA

ANALISIS COMPRATIVO ENTRE
CDMA Y TDMA
N. ABLÁN y M. CANO
Resumen
La creciente demanda mundial en servicios de voz y datos ha llevado al desarrollo de tecnología con
técnicas que permiten un uso más eficiente del espectro.
Más recientemente las técnicas de TDMA y CDMA para acceso al medio han competido por el
mercado ofreciendo servicios de transmisión de voz y datos. En este artículo se hace una breve descripción
de estas técnicas y finalmente se presenta una comparación entre ellas.
Abstract
The recent worldwide growing demand in services of voice and data has led us to the development of
technology with techniques, which allow an efficient use of the spectrum.
More recently TDMA and CDMA technique for access have competed for the market offering
services of voice and data transmission. In this paper a brief description of these techniques is made, and
finally a comparition between them is presented.
TDMA
¿Qué es TDMA?
El TDMA (Time Division Multiple Access)
es un método de transmisión digital inalámbrico que
permite a varios usuarios acceder, en secuencia, a un
canal único de radio frecuencia sin interrupciones,
mediante la asignación de periodos de tiempo únicos
a cada usuario dentro de cada canal. En TDMA, la
división de frecuencia es aún empleada pero estas
portadoras, a diferencia del sistema FDMA, son subdivididas en un número de periodos de tiempo por
portadora.
Con el sistema TDMA, cada usuario tiene
acceso al canal completo de radiofrecuencia por un
tiempo breve, durante el cual puede transmitir datos.
Este canal de frecuencia es compartido con otros
usuarios, a los que se han asignado los otros periodos
de tiempo a distintas horas.
Al citar las bondades de los sistemas TDMA,
destacan los aspectos de costo, capacidad y cobertura,
como características favorables con relación a otras
tecnologías.
Respecto al costo, el sistema digital TDMA
tiene la propiedad de poder coexistir con las redes
analógicas AMPS y TDMA ya existentes, utilizando
las mismas frecuencias, canales de radio y teléfonos
con doble modo, manual y automático, de roaming.
El modelo IS-136 (TDMA norteamericano) permite al
operador asignar servicios digitales a canales que eran
previamente analógicos o a los digitales que, según la
demanda del mercado vayan siendo instalados.
En lo relativo a la capacidad, el sistema
supone un crecimiento de seis a diez veces superior a
la capacidad AMPS en los entornos tradicionales
macrocelulares exteriores. La estructura jerárquica
celular, el modelo estándar IS-136 permite a los
planificadores de redes instalar microcélulas dentro de las
macrocélulas con el fin de incrementar la capacidad en
áreas de tráfico intenso.
La amplia cobertura del sistema se debe a que apoyándose
sobre una estructura jerárquica celular de las señales
digitales y de control de llamadas del modelo IS-136
proporciona una cobertura prácticamente ilimitada de
servicio digital interno a través del uso de una frecuencia
ampliable. El sistema TDMA permite roaming sin
interrupciones entre las nuevas frecuencias de 1900 MHz y
en el espectro de 800 MHz, común a los AMPS de base
analógica.
Acceso multiple por división de tiempo (TDMA)
es la tecnología de radio eficiente en cuanto al espectro que
sirve de base a todos los estándares inalámbricos
importantes en el mundo: IS-136 (TDMA norteamericano),
GSM (TDMA europeo) y PDC (TDMA japonés), de aquí
su gran aceptación a nivel mundial en comparación con
otros sistemas.
CDMA
¿Qué es CDMA?
La técnica de acceso múltiple TDMA, es una
técnica ampliamente conocida, sin embargo cuando se
habla de CDMA, se le describe únicamente por su nombre
y se dice que es una técnica de acceso múltiple por división
en frecuencia. Las descripciones más detalladas que
comúnmente se encuentran sólo precisan que es una
técnica de spread spectrum que realiza una codificación de
la información bajo un código único de cada señal
transmitida. Pero, ¿en qué consiste esto, y cuales son sus
características?
Las técnicas de spread spectrum son técnicas que
desde hace ya mucho tiempo han sido utilizadas por la
industria militar. Principalmente, dos de estas técnicas son
las conocidas: salto en frecuencia y secuencia directa.
Salto en frecuencia, utiliza una secuencia de
frecuencias de portadoras sobre la que se transmitirá
la información bajo el tipo de modulación deseado.
Esto quiere decir, que el transmisor se vale de una
secuencia pseudoaleatoria de saltos en frecuencias
para transmitir alternativamente en distintas
portadoras. Es decir, el transmisor no es asignado a
un canal único de frecuencia, u nunca transmite
continuamente en un mismo canal. Esto, por
supuesto, implica que el receptor debe, de algún
modo conocer la secuencia de frecuencias a las que el
transmisor transmitirá y además sincronizarse con los
saltos del mismo para entonces poder sintonizarse.
Como se puede inferir, claramente de este método, la
información de la señal transmitida no se encuentra
concentrada alrededor de una portadora fija, sino más
bien alrededor de un grupo de portadoras asignadas y
por esto se dice que densidad espectral de la señal
original ha sido “esparcido” ó “diseminado”.
Secuencia directa, utiliza un secuencia
binaria pseudoaleatoria mediante la cual se realiza
una modificación lineal de la señal a transmitir(esto
es por medio de una multiplicación). Luego, a la
recepción se decodifica la señal recibida realizando
una modificación lineal idéntica a la realizada en el
transmisor, pero con una secuencia binaria que sea el
complemento de la primera. En este caso, la
visualización del funcionamiento de esta técnica no
parece ser tan clara. Sin embargo, con un poco de
detenimiento al respecto es posible inferir el mismo
efecto de esparcimiento ó diseminado del espectro
original de la señal: el espectro de una señal binaria,
se conoce como contener infinitas componentes de
frecuencias, así como también es conocido que el
mayor contenido energético se encuentra en sus
componentes más bajas; una multiplicación de una
señal de contenido espectral concentrado en un
limitado ancho de banda por una señal binaria
resultaría en el traslado de porciones energéticas de el
espectro limitado alrededor de las distintas
componentes de la señal binaria obteniéndose así el
dispersado del espectro de la señal de información y
por lo que se le ha llamado spread spectrum.
CDMA es una tecnología de acceso al medio
que ha sido patentada por Qualcomm. La misma
utiliza la técnica de secuencia directa, y como
resultado un ancho de banda bastante mayor al
utilizado por otras técnicas de transmisión es
utilizado. Sin embargo, la codificación de las señales
permite que un número de usuarios haga uso del
mismo ancho de banda a la misma vez. Este número
de usuarios permitido por ancho de banda es,
comúnmente, mayor al permitido por otras técnicas
de acceso(inclusive TDMA).
CDMA en tecnología celular:
En la tecnología celular, se ha previsto la asignación
de un ancho de banda de 1,25 MHz por cada portadora.
Una llamada estándar tiene una velocidad de 9600 b/s, pero
al aplicar los códigos digitales, la velocidad es aumentada
hasta 1,23 Mb/s. El número de usuarios que pueden tener
acceso simultáneamente a este ancho de banda no es fijo, y
depende de varios aspectos como por ejemplo la calidad
del servicio que se desee dar.
En estos sistemas el sincronismo de las señales es de
vital importancia, ya que sin el sincronismo de las señales
de código pseudoaleatorio no sería posible la
decodificación de las señales, ni tampoco la identificación
entre las distintas radio bases. Para establecer una fuente de
sincronismo, las radio bases se valen de los sistemas
satelitales GPS.
CDMA aumenta el rendimiento de la capacidad del
sistema debido dos razones:
- permite una mayor cantidad de usuarios por MHz de
espectro,
- permite realizar una mayor reutilización geográfica de
los canales, esto debido a que acepta mayores niveles
de relación señal a ruido.
CDMA ofrece lo que se ha dado a llamar “the
balancing act”, que se refiere a la flexibilidad que el
sistema da a la hora de diseñar la cobertura de la red móvil
celular. Esta flexibilidad es respecto a la posibilidad de
poder evaluar la capacidad, la calidad y la cobertura
requerida en las distintas zonas de la red para efectuar un
balance entre estas características y crear así distintos
perfiles de diseño de celdas.
El handoff utilizado en CDMA también es de gran
flexibilidad, ya que las tramas transmitidas son comparadas
por dos ó más celdas al vez y siempre se toma la decisión
sobre la trama de mayor calidad.
El control de potencia de los móviles debe ser de
alta precisión ya que se desea que todos los receptores sean
recibidos con un mismo nivel de potencia para disminuir
las interferencias causadas por una señal sobre otra las
otras.
CDMA soporta velocidades de transmisión de
hasta 14,4 kb/s y permite la transmisión simultánea de voz
y datos.
En resumen, CDMA presenta las siguientes ventajas:
- alta capacidad
- alta calidad de audio
- servicio digital
- simplificación del plan de celdas de la red
- comunicación con alta seguridad
- reducido número de celdas
TDMA vs. CDMA
- TDMA y CDMA son tecnologías de acceso que permiten
ampliar la capacidad de un sistema para que pueda ser
utilizado por más de un usuario a la vez.
- Ambas tecnologías ofrecen la ventaja de soportar
transmisión digital, y por lo tanto los servicios
soportados por una y otra tecnología pueden ser
similares. Aunque, CDMA puede ofrecer mayor
capacidad.
- Mientras que la capacidad por cada canal en TDMA
es un número fijo que depende del ancho de banda
disponible y de la técnica de transmisión, en CDMA
la capacidad del sistema depende de la calidad del
servicio que se desee prestar ó viceversa, la calidad
del servicio depende de la capacidad a la que se carga
el sistema.
- Qulacomm afirmó, inicialmente, que un sistema
CDMA tenía una capacidad de hasta 16 veces la de
AMPS, y por lo tanto una capacidad de 16/3 veces la
de TDMA. Sin embargo, en pruebas de campo
realizadas por Motorola se llegaron a transmitir hasta
378 canales de voz en el ancho
de banda
correspondiente a una portadora (1,25MHz), este es el
ancho de banda equivalente a 42 canales de 30 KHz
cada uno por los que se transmiten 3 canales de voz
en TDMA; un total de 126 canales de voz en TDMA
son transmitidos en el mismo ancho de banda que 378
canales de voz en CDMA. Esto significa una
capacidad 3 veces mayor a la de TDMA.
- El punto anterior, sumado a la mayor tolerancia al
ruido y a las interferencias de CDMA permiten crear
una red de radio bases menos densa, disminuyendo el
numero de radio bases. Esto ha sido visto con mucho
entusiasmo por muchas compañías operadoras que
verían así reducidos sus costos en instalaciones, el
tiempo de instalación y el número de radio bases a
mantener.
- Con la implantación de una red CDMA, la
planificación del sistema se ve altamente reducida ya
que no será necesario establecer el plan de
frecuencias por celdas.
- Al nivel de abonado, TDMA presenta la ventaja de
que sin importar como crezca el tráfico en el sistema,
la calidad del servio de transmisión recibido no se ve
deteriorada, esta calidad es estándar en TDMA, sin
embargo el usuario si se verá afectado en el grado de
servicio(GOS) recibido y quedará en manos del la
operadora el aumento requerido de la infraestructura
para no desmejorar el GOS ofrecido. En CDMA, por
lo contrario, el crecimiento de tráfico en el sistema
puede ser manejado y absorbido por el mismo sin un
desmejora el GOS ofrecido, esto sin embargo es
logrado al costo de una menor calidad en al servicio
de transmisión, así que la calidad del ser vicio de
transmisión de la que goce el cliente no será fija en el
tiempo y tenderá a decrecer en el tiempo a medida
que el tráfico en el sistema aumente a menos que la
operadora también aumente su infraestructura.
- TDMA es una tecnología que permite la inter
operabilidad con FDMA. Esto se debe a que los
canales de frecuencia que se comparten en el tiempo en
TDMA son los mismos que se asignan en FDMA. Esto
quiere decir que al momento de emigrar de sistemas
analógicos a sistemas digitales basados en TDMA, la tarea
será sencilla y la implementación del mismo no interferirá
con el sistema analógico. El sistema analógico puede ser
reemplazado paulatinamente por el sistema digital TDMA,
y en una misma radio base transmisora se pueden tener en
funcionamiento simultáneo canales con funcionamiento
TDMA y FDMA con pocas adaptaciones de los equipos.
En CDMA, por el contrario, la interoperabilidad no es
posible. Como ya se ha mencionado anteriormente, a una
portadora de CDMA se le asigna un ancho de banda de
1,25 MHz lo cual es el equivalente a 42 canales del sistema
FDMA utilizado por AMPS, por esto, al momento de
instalar una radio base CDMA se debe desocupar un gran
número de canales analógicos para que este espectro sea
asignado a la señal CDMA. Desocupar un ancho de banda
necesario para CDMA requiere el equivalente de varias
celdas analógicas, entonces, o se bien se deja un área sin
servicio analógico, o se deben mantener en funcionamiento
distintas radio bases analógicas dentro del área cubierta por
una radio base CDMA, esto con el consecuente problema
de generado por la necesidad de un plan de frecuencia que
se ajuste a los dos sistemas sin generar interferencias.
El mantenimiento de las radio bases en el periodo de
transición de sistemas analógicos a TDMA, es sencillo ya
que ningún cambio de importancia es necesario debido a
que los equipos de radio utilizados por TDMA son muy
semejantes a los utilizados por los analógicos. En CDMA,
sin embargo, el mantenimiento de las radio bases es más
complejo en el periodo de transición. Dos distintos planes
de mantenimiento deben ser implementados: uno para las
radio bases analógicas, y otro para, las totalmente distintas,
radio bases CDMA. Además, personal técnico debe ser
reentrenado para este mantenimiento.
- Los costos de los equipos CDMA son considerablemente
mayores a los de TDMA, pero debido al menor número de
radio bases que se ha afirmado que se necesitan, la gente
de Qualcomm mantiene que en el largo plazo los costos de
una red celular CDMA sería más económica.
A este respecto, ha habido opiniones encontradas, y a pesar
de que si es un hecho el que el número de radio bases
necesarias es menor, las operadoras que ya han puesto en
funcionamiento redes CDMA han encontrado que en la
realidad, este número de radio bases, no es tan reducido a
como originalmente Qualcomm había afirmado. Y por lo
tanto la discusión acerca de los verdaderos costos se
mantiene.
- TDMA es una tecnología mundial, altamente probada y
soportada por una gran cantidad de compañías a nivel
mundial. CDMA es una nueva tecnología para la cual
nuevo personal técnico calificado debe ser entrenado, y es
soportada por un limitado número de firmas.
- CDMA es una tecnología de propagación de
espectro patentada lo cual ha generado una fuerte
reacción en contra de ésta.
CONCLUSIONES
La evolución a sistemas digitales mediante el
uso de TDMA, permite la interoperabilidad con los
sistemas analógicos dando mayor flexibilidad al
momento de implementar y menor complejidad
técnica. Esto, aunado al amplio soporte técnico
brindado por una gran cantidad de firmas líderes
mundiales, ha resultado en una gran aceptación de
este sistema.
Por otro lado, las mayores cualidades para
soportar tráfico de los sistemas CDMA han sido
reconocidas y es por esto que distintas operadoras a
nivel mundial han comenzado a adoptar esta
tecnología a pesar de sus dificultades técnicas.
Se ha dado el caso en que una de las
operadoras en cierta zona adopta TDMA y la otra
operadora adopta CDMA, esto ha significado una
fuerte competencia por el mercado. Es competencia
entre distintas tecnologías es sana ya que brindará una
gran variedad de escogencia de servicio a los
usuarios.
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D-AMPS