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Fundamentos de Sistemas Celulares

Fundamentals of Cellular Systems

Today’s mobile phone services are possible because of the relatively short but rapid history of innovation in the electronics industry, to the amazing advances in miniaturization and innovations in the design of radio networks. Many of these innovations were prompted by the need to address the problem of spectrum scarcity and to find ways of using fewer frequencies more efficiently. The large demands from social markets are driving the growing development of mobile communications more rapidly than ever before. Consequently, a large set of new advanced techniques has emerged, brought about by a larger bandwidth, more powerful processing capability, and advances in computing technology. Many new services are provided or will be provided to potential users, and delivered with high-level quality by usage of GSM, 3G networks, and wireless local area networks in public, home, and corporate scenarios.  A major milestone in radio system design is known as the ‘cellular’ network. To understand the significance of the cellular idea it is helpful to first know some of the basic terms used to describe radio networks.

Communication modes

One way to describe a radio network is to consider the way in which signals are transmitted and received between radio devices. This is also known as the communication mode. There are three basic communication modes: simplex, half duplex and full duplex modes.

When in simplex mode, a radio network transmits in one direction only, or uni-directionally. Typically this means a single transmitter can communicate to one or more receivers. An example of a simplex mode network is broadcast radio or TV, where the network is designed with a powerful transmitter providing wide area coverage for many receiving devices.

When a radio network is half duplex mode, however, it is capable of two way, or bi-directional, communications. This means that the network will consist of two or more transceivers capable of both transmitting and receiving radio signals.

However, it is important to note that a half duplex communication mode also means that radio signals can flow only in one direction at a time. A contemporary example of a half duplex mode network is the ‘push to talk’ walkie-talkies that can be purchased at local electronic retailers.

In full duplex mode a radio network is capable of simultaneous bi-directional communications. This means that the network will be designed around two or more transceivers capable of sending and receiving radio signals at the same time.

Mobile phone service today operates in full duplex mode, which as you can imagine creates additional demand for spectrum and therefore encourages the search for means of increasing the spectral efficiency of the radio network.

Whereas simplex mode can operate using a single radio channel, both the half duplex and full duplex modes require two ‘paired’ channels per transceiver, which effectively doubles the number of frequencies needed to operate a network using either of these modes of communication.

Fundamentals of Cellular Systems

Most people are familiar with a number of mobile radio communication systems used in everyday life. Garage door openers, remote controllers for home entertainment equipment, cordless telephones, hand-held walkie-talkies, pagers (also called paging receivers or "beepers"), and cellular telephones are all examples of mobile radio communication systems. However, the cost, complexity, performance, and types of services offered by each of these mobile systems are vastly different.

The term mobile has historically been used to classify any radio terminal that could be moved during operation. More recently, the term mobile is used to describe a radio terminal that is attached to a high speed mobile platform (e.g. a cellular telephone in a fast moving vehicle) whereas the term portable describes a radio terminal that can be hand-held and used by someone at walking speed (e.g. a walkie-talkie or cordless telephone inside a home). The term subscriber is often used to describe a mobile, or portable user because in most mobile communication systems, each user pays a subscription fee to use the system, and each user's communication device is called a subscriber unit. In general, the collective group of users in a wireless system is called users or mobiles, even though many of the users may actually use portable terminals. The mobiles communicate to fixed base stations which are connected to a commercial power source and a fixed backbone network.

There are many ways of providing wireless and mobile communications, and each has relative advantages and disadvantages. For example, a cordless telephone used at home also employs wireless technology, except that it has a transmitter with a small amount of power and hence has a very limited coverage area. In fact, such range makes all users use more or less the same frequency range without many interferences among users. The same principle of frequency interference avoidance is used in cellular systems with a much more powerful transmitting station, or base station (BS). All users in the cell are served by the BS. Under ideal radio environments, the shape of the cell can be circular around the microwave transmitting tower. The radius of the circle is equal to the reachable range of the transmitted signal. It means that if the BS is located at the center of the cell, the cell area and periphery are determined by the signal strength within the region, which in turn depends on many factors, such as the contour of the terrain; height of the transmitting antenna; presence of hills, valleys, and tall buildings; and atmospheric conditions. Therefore, the actual shape of the cell, indicating a true coverage area, may be of a zigzag shape. However, for all practical purposes, the cell is approximated by a hexagon (Figure 6).

 

 

Fundamentos de Sistemas Celulares

Los servicios de telefonía móvil en la actualidad son posibles debido a la relativamente corta pero rápida historia de innovación en la industria electrónica, a los asombrosos avances en la miniaturización y en las innovaciones en el diseño de las redes de radio. Muchas de estas innovaciones fueron requeridas por la  necesidad de abordar el problema de la escases del espectro y para encontrar formas de usar nuevas frecuencias mas eficientemente. La gran demanda desde los mercados sociales impulsan el creciente desarrollo de comunicaciones móviles mas rápidamente que nunca antes. Consecuentemente, un gran juego de nuevas técnicas avanzadas ha emergido, provocado por un mayor ancho de banda, capacidad de procesamiento mas poderosa y avances en la tecnología de computadoras. Muchos nuevos servicios son proporcionados y lo seran para potenciales usuarios, y entregados con calidad de alto nivel mediante el uso de redes GSM, 3G y redes locales inalámbricas en escenarios públicos, hogar y corporativo. Un hito fundamental en el diseño de los sistemas de radio es conocido como red “celular”. Para entender la significación de la idea celular es útil primero conocer algunos de los términos básicos usados para describir las redes de radio.

Modos de comunicación

Una forma de describir una red de radio es considerar la forma en que las señales son transmitidas y recibidas entre dispositivos de radio. Esto es también conocido como el modo de comunicación. Hay tres modos básicos de comunicaciones: simplex, half-duplex y full-duplex.

Cuando se está en modo simplex, la red de radio transmite sólo en una dirección, o en forma unidireccional. Típicamente esto significa que un solo transmisor se puede comunicar con uno o mas receptores. Un ejemplo de una red en modo simplex es la radiodifusión o la televisión, donde la red está diseñada con un poderoso transmisor proporcionando una amplia cubertura de área para muchos dispositivos de recepción.

Cuando una red de radio es de modo half-duplex, sin embargo, la misma es capaz de comunicaciones en dos vías o bidireccional. Esto significa que la red consistirá en dos o mas transceptores capaz tanto de transmitir como de recibir señales de radio.

Sin embargo, es importante hacer notar que el modo de comunicaciones en half-duplex significa además que las señales pueden fluir sólo en una dirección a la vez. Un ejemplo  contemporáneo de una red en modo half-duplex es el de los “presione para hablar” de los walkie-talkies que pueden ser comprados en tiendas de electrónicos.

En el modo full-duplex una red de radio es capaz de comunicaciones bidireccionales simultáneas. Esto significa que la red será diseñada alrededor de dos o mas transceptores capaces de enviar y recibir señales de radio al mismo tiempo.

El servicio de los teléfonos móviles en la actualidad opera en el modo full-duplex, lo que, como usted se puede imaginar crea una demanda adicional de espectro y por lo tanto requiere de la búsqueda de medios de incrementar la eficiencia espectral de la red de radio.

Mientras que el modo simplex puede operar usando un solo canal de radio, tanto los modos half-duplex como el full-duplex requieren dos canales “apareados” por transceptor, lo que efectivamente duplica en número de frecuencias necesarias para operar una red usando algunos de estos modos de comunicación.

Fundamentos de los sistemas celulares

La mayoría de la gente está familiarizada con un número de sistemas de comunicación por radio usado en la vida diaria. Los abrepuertas de los garajes, los controles remotos para equipamiento de entretenimiento, los teléfonos sin cable, los intercomunicadores manuales, los pagers, y los teléfonos celulares son todos ejemplos de sistemas de comunicaciones radiales móviles. Sin embargo, el costo, complejidad, desempeño y tipos de servicios ofrecidos para cada uno de estos sistemas móviles son vastamente diferentes.

El término móvil has sido históricamente usado para clasificar cualquier terminal de radio que podría ser movida durante la operación. Mas recientemente, el término móvil es usado para describir una terminal de radio que está adjunta a una plataforma móvil de alta velocidad (por ejemplo, un teléfono celular en un vehículo que se desplaza a alta velocidad), donde el término portátil describe una terminal de radio que puede ser sostenida a mano y usada por alguien a una velocidad de caminata ( por ejemplo un intercomunicador o un teléfono inalámbrico dentro de una casa). El término suscriptor es con frecuencia usado para describir un usuario móvil o portátil debido a que en la mayoría de los sistemas de comunicaciones móviles, cada usuario paga una cuota de suscripción para usar el sistema y cada dispositivo de comunicación del usuario es llamado unidad suscripta. En general, el grupo colectivo de usuarios en un sistema inalámbrico es llamado usuarios o móviles, a pesar de que muchos de los usuarios pueden en realidad usar terminales portátiles. Los móviles se comunican a estaciones base fijas las que se encuentran conectadas a una fuente de potencia comercial y una red troncal fija.

Existen muchas maneras de proveer comunicaciones inalámbricas y móviles, y cada una tiene ventajas y desventajas relativas. Por ejemplo, un teléfono inalámbrico usado en casa emplea también tecnología inalámbrica, excepto que el mismo tiene un transmisor con una pequeña cantidad de potencia y por lo tanto tiene un área de cobertura muy limitada. De hecho, tal rango hace a todos los usuarios usar más o menos el mismo rango de frecuencia sin muchas interferencias entre los mismos. El mismo principio de desvío de frecuencia de interferencia es usado en sistemas celulares con una estación transmisora de mayor potencia, o estación base (BS).  Todos los usuarios en la celda son servidos por la BS. Bajo ambientes ideales de radio, la forma de la celda puede ser circular alrededor de la torre transmisora de microondas. El radio del círculo es igual al rango alcanzable de señal transmitida. Esto significa que si la BS está localizada en el centro de la celda, el área de la celda y la periferia son determinadas por la fuerza de la señal dentro de la región, la que a la vez depende de muchos factores, tales como el contorno del terreno, altura de la antena de transmisión, presencia de montañas, valles y edificios elevados, además de las condiciones atmosféricas. Por lo tanto, la forma real de la celda, indicando un área real de cobertura puede ser una forma en zigzag. Sin embargo, para todos los propósitos prácticos, la celda es aproximada por un hexágono, (ver figura 6 ).

Figure 6 - Illustration of a cell with a BS and MSs. Base Station : A fixed station in a mobile radio system used for radio communication with mobile stations..- Figura 6 - Ilustración de una celda con una BS y unos MSs.

The hexagon is a good approximation of a circular region. Moreover, it allows a larger region to be divided into nonoverlapping hexagonal subregions of equal size, with each one representing a cell area. The square is another alternative shape that can be used to represent the cell area. The triangle is another less frequently used coverage area. Octagons and decagons do represent shapes closer to a circular area as compared to a hexagon. However, they are not used to model a cell as it is not possible to divide a larger area into non-overlapping subareas of the same shape. One practical example of a hex-based building block is that of hives made by bees; hives are three-dimensional hexagons in nature.

In each cell area, multiple users or wireless subscribers are served by a single BS. If the coverage area is to be increased, then additional BSs are placed to take care of the added area. Moreover, only a limited amount of bandwidth is allocated for the wireless service. Therefore, to increase the effectiveness of the overall system, some kind of multiplexing technique needs to be employed. Four basic multiplexing techniques that are employed are primarily known as frequency division multiple access (FDMA), time division multiple access (TDMA), code division multiple access (CDMA), and orthogonal frequency division multiplexing (OFDM).

A new technique of space division multiple access (SDMA) is also being explored using specialized microwave antennas. In FDMA, the allocated frequency band is divided into a number of subbands, called channels, and one channel is allocated by the BS to each user (as illustrated in Figures 7, 8, and 9). FDMA is used in all first-generation cellular systems.

 

El hexágono es una buena aproximación de una región circular. Mas aún, la misma permite que una región mas grande sea dividida en subregiones hexagonales de igual tamaño que no se superponen, con cada una representando un área de celda. El cuadrado es otra forma alternativa que puede ser usada para representar el área de la celda. El triángulo es otra área de cobertura usada menos frecuentemente. Los octógonos y decágonos representan formas mas cercanas a las formas circulares comparadas con el hexágono. Sin embargo, estas no son usadas como modelo de celda dado que no es posible dividir áreas mas grandes en áreas menores que no se superpongan de la misma forma. Un ejemplo práctico de un bloque construido en base a un modelo hexagonal son los panales construidos por las abejas, los panales con hexágonos de tres dimensiones por naturaleza.

En cada área de la celda, múltiples usuarios o suscriptores inalámbricos son servidos por una única BS. SI el área de cobertura va a ser incrementada, entonces las estaciones base son ubicadas para cubrir al área agregada. Mas aún, sólo una limitada cantidad de ancho de banda es distribuido al servicio inalámbrico. Por lo tanto, para incrementar la efectividad del conjunto del sistema, alguna técnica de multiplexado necesita ser empleada. Cuatro técnicas básicas de multiplexado que son empleadas son primariamente conocidas como acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA), acceso múltiple por división de tiempo (TDMA), acceso múltiple por división de código (CDMA) y multiplexado por división de frecuencias ortogonales (OFDM).

Una nueva técnica de acceso múltiple por división de espacio (SDMA) está además siendo explorada usando antenas especializadas de microondas. En el modo FDMA, la banda de frecuencia distribuida está dividida en un número de subbandas, llamados canales, y un canal está distribuido por la estación base o BS a cada usuario ( como se ilustra en las figuras 7,8 y 9). El modo FDMA es usado en todos los sistemas de primera generación.

 

Wireless Communications System Definitions

Base Station: A fixed station in a mobile radio system used for radio communication with mobile stations. Base stations are located at the center or on the edge of a coverage region and consist of radio channels and transmitter and receiver antennas mounted on a tower. -

Control Channel: Radio channels used for transmission of call setup, call request, call initiation, and other beacon or control purposes.

Forward Channel: Radio channel used for transmission of information from the base station to the mobile.

Full Duplex Systems: Communication systems which allow simultaneous two-way communication. Transmission and reception is typically on two different channels (FDD or Frequency division duplexing) although new cordless IPCS systems are using TDD (Time division duplexing).

Half Duplex Systems:  Communication systems which allow two-way communication by using the same radio channel for both transmission and reception.  At any given time, the user can only either transmit or receive information.

Handoff: The process of transferring a mobile station from one channel or base station to another.

Mobile Station: A station in the cellular radio service intended for use while in motion at unspecified locations. Mobile stations may be hand-held personal units (portables) or installed in vehicles (mobiles). 

Mobile Switching Center: Switching center which coordinates the routing of calls in a large service area. In a cellular radio system, the MSC connects the cellular base stations and the mobiles to the PSTN (public switched telephone network). An MSC is also called a mobile telephone switching office (MTSO).

Page: A brief message which is broadcast over the entire service area, usually in a simulcast fashion by many base stations at the same time.

Reverse Channel: Radio channel used for transmission of information from the mobile to base station.

Roamer: A mobile station which operates in a service area (market) other than that from which service has been subscribed.

Simplex Systems: Communication systems which provide only one-way communication. Paging systems, in which messages are received but not acknowledged, are simplex systems.

Subscriber: A user who pays subscription charges for using a mobile communications system.

Transceiver: A device capable of simultaneously transmitting and receiving radio signals.

Definiciones de sistemas de comunicaciones inalámbricas

Estación base: Una estación fija en un sistema de radio móvil usado para radio comunicaciones  con estaciones móviles. Las estaciones base están localizadas en el centro o en el borde de una región de cobertura y está constituido por la antenas transmisoras y receptoras montadas sobre una torre.

Canal de control: Canales de radio usados para transmisión de preparación de llamada, pedido de llamada, inicio de llamada y otras balizas o propósitos de control.

Canal directo: Canal de radio usado para la transmisión de información desde la estación base hacia el móvil.

Sistemas bidireccionales simultáneos o dúplex completo: Sistemas de comunicaciones que permiten la comunicación simultánea en dos direcciones. La transmisión y la recepción se dan típicamente sobre dos canales diferentes (duplicación de división de frecuencia ) a pesar de que nuevos sistemas IPCS inalámbricos están usando duplicación por división de tiempo.

Sistemas semidúplex: Sistemas de comunicaciones que permiten la comunicación en dos caminos usando el mismo canal de radio, tanto para la transmisión como para la recepción. En cualquier momento dado, el usuario puede sólo transmitir o recibir información.

Handoff o transferencia de transmisión: Es el proceso de transferencia de un canal o de una estación móvil o otra.

Estación móvil: Una estación en el servicio de radio celular destinado a ser usado en movimiento en ubicaciones no especificadas. Las estaciones móviles pueden personales manuales ( unidades portátiles ) o instaladas en vehículos (móviles).

Centro de conmutación de móviles: Centro de conmutación que coordina el ruteo de llamadas en una gran área de servicio. En un sistema de radio celular, el centro de conmutación de móviles conecta las estaciones base de celulares y los móviles a la red telefónica pública conmutada. Un centro de conmutación de móviles es además llamado oficina de conmutación telefónica.

Page: Un breve mensaje que es transmitido sobre toda el área de servicio, usualmente en  forma simultánea por muchas estaciones base al mismo tiempo.

Canal reverso: canal de radio usado para la transmisión de información desde el móvil a la estación base

Roamer (itinerante): Una estación móvil que opera en un área de servicio (mercado) diferente a aquella desde la cual el servicio ha sido suscripto.

Sistemas simplex: sistemas de comunicaciones que proporcionan comunicación sólo en una dirección. Los sistemas de paginado, en los cuales los mensajes son recibidos pero no reconocidos, son sistemas simplex.

Suscriptor: un usuario que paga cargos de suscripción por usar un sistemas de comunicaciones móviles

Transceptor: Un dispositivo capaz de transmitir y recibir directamente señales de radio

Figure 7 - Frequency division multiple access (FDMA). Figura 7 - Acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA)

Figure 8 - FDMA bandwidth structure - Figura 8 - Estructura de ancho de banda FDMA

Figure 9 - Illustration of FDMA channel allocation. - Figura 9 - Ilustración de la distribución de canales FDMA

In TDMA, one channel is used by several users, with BS assigning time slots for different users, and each user is served in a round-robin method. This fixed timeslot scheme is shown in Figures 10, 11, and 12. Most second-generation cellular systems are based on TDMA.

En la técnica  TDMA, un canal es usado por varios usuarios, con la estación base asignando los espacios de tiempo para diferentes usuarios, y cada usuario es servido un en método “round-robin”, (o sea transmisión con retorno al punto de origen). Este esquema de ranura de tiempo fija es mostrado en las figura 10, 11 y 12. La mayoría de los sistemas celulares de segunda generación están basados en TDMA .

Figure 10 - Time division multiple access (TDMA). - Figura 10 - acceso múltiple por división de tiempo (TDMA)

Figure 11 - TDMA frame structure. Figura 11 - estructura de marco de TDMA

Figure 12 - TDMA frame illustration by multiple users. - Figura 12 . Ilustración de marco TDMA por múltiples usuarios

The third and most promising CDMA technique utilizes a wider frequency band for each user. As the transmission frequency is distributed over the allocated spectrum, this technique is also known as spread spectrum. This scheme (Figure 13) is totally different from FDMA or TDMA. In this technique, one unique code is assigned by the BS to each user and distinct codes are used for different users. This code is employed by a user to mix with each bit of information before it is transmitted.

The same code (or key) is used to decode these encoded bits, and any variation of the code interprets the received information simply as noise. This is illustrated for a 10-bit codeword in Figure 14. The orthogonality of the codes enables transmission of data from multiple subscribers simultaneously using the full frequency band assigned for a BS. Each receiver is provided the corresponding code so that it can decode the data it is expected to receive. The number of users being serviced simultaneously is determined by the number of possible orthogonal codes that could be generated. The encoding step in the transmitter and the corresponding decoding at the receiver make the system design robust but complex. Some second-generation and most third-generation cellular systems employ CDMA. The frequency ranges used by FDMA, TDMA and CDMA in the United States are shown in Table 1.

 

La tercera técnica y mas promisoria, la CDMA, utiliza una banda de frecuencias mas ancha para cada usuario. A medida que la frecuencia es distribuida sobre el espectro correspondiente, esta técnica es además conocida como espectro disperso. Este esquema es totalmente diferente del FDMA y TDMA. En ésta técnica, un único código es asignado por la estación base a cada usuario y códigos distintos son usados por diferentes usuarios. Este código es empleado por un usuario para mezclar cada bit de información antes de que sea transmitido.

El mismo código (o llave) es usado para decodificar estos bits codificados, y cualquier variación del código interpreta la información recibida simplemente como ruido. Esto es ilustrado para una palabra de código de 10 bits en la figura 14. La ortogonalidad de los códigos permite la transmisión de datos desde múltiples suscriptores simultáneamente usando la banda de frecuencias completa asignada a la estación base (BS). Cada receptor es provisto del correspondiente código de manera que el mismo pueda decodificar los datos que espera recibir. El número de usuarios que están siendo servidos simultáneamente está determinado por el número de posibles códigos ortogonales que puedan ser generados. El paso de codificado en el transmisor y el correspondiente decodificado en el receptor vuelve al diseño del sistema robusto pero complejo. Algunos sistemas de celulares de segunda y tercera generación emplean CDMA. Los rangos de frecuencia usados por FDMA, TDMA y CDMA en los Estados Unidos son mostrados en la tabla 1.

Figure 13 Code division multiple access (CDMA). - Figura 13. Acceso múltiple por división de código (CDMA)
Figure 14 Transmitted and received code in a CDMA system. Figura 14. Código transmitido y recibido en un sistema CDMA.

Systems

Sistemas

BS Transmitting Range/MS Receiving Range

Rango de transmisión de BS/Rango de recepción de MS

BS Receiving Range/MS Transmitting Range

Rango de recepción de BS/Rango de transmisioón de MS

RF Channel

Canal de radiofrecuencia

FDMA (AMPS) 870–890MHz 825–845MHz 0.03MHz
TDMA (GSM 900) 935–960MHz 890–915MHz 0.20MHz
TDMA (GSM 1800) 1805–1880MHz 1710–1785MHz 0.20MHz
CDMA (IS-95) 869–894MHz 824–849MHz 1.25MHz

One of the newest and upcoming modulation techniques, known as OFDM, has recently been introduced, allowing parallel data transmission using multiple frequency channels. In radio communications, reflection and diffractions cause the transmitted signal to arrive at the receiver traversing different path lengths. Since there are many objects such as buildings, automobiles, trees, etc., which can serve as obstacles, the radio signals are affected and scattered throughout the area. Thus, in general, multipath signals arrive at the receiver with intersymbol interference (ISI). Therefore, it is relatively harder to extract the original signal. One approach to decrease the ISI is to use multicarrier transmission techniques, which requires converting a high-speed data stream to slow transmission of parallel bit streams and employing several channels. Therefore, OFDM provides super quality signals with decreased ISI. OFDM is different from FDMA systems. In FDMA, the total bandwidth is divided into non-overlapping frequency subbands, which are used to eliminate the interference between adjacent channels and do not contribute to enhance the bandwidth utilization. In OFDM, the chosen subcarrier frequencies are spaced apart by the inverse of the symbol time, and the spectrum of each subchannel may overlap to fully utilize the available bandwidth. Figure 15 illustrates the two different multicarrier techniques.

 

Una de las próximas técnicas de modulación mas nuevas, conocida como OFDM, ha sido introducida recientemente, permitiendo transmisión de datos en forma paralela usando múltiples canales de frecuencia. En comunicaciones radiales, la reflexión y la difracción hacen que la señal transmitida llegue al receptor atravesando diferentes longitudes de paso. Dado que existen muchos objetos tales como edificios, automóviles, árboles, etc., que pueden servir como obstáculos, las señales de radio son afectadas y dispersas a través del área. Así, en general, las señales de paso múltiple llegan al receptor con interferencia entre símbolos (ISI). Por lo tanto, es relativamente mas difícil extraer la señal original. Una aproximación para disminuir la ISI es usar técnicas de transmisión multiportadora, lo que requiere convertir un flujo de datos de alta velocidad a una transmisión lenta de flujos paralelos de datos y emplear varios canales. Por lo tanto, la técnica OFDM proporciona señales de calidad superior con ISI disminuido. La técnica OFDM es diferente de los sistemas FDMA. En la FDMA, el ancho total de la banda es dividido en sub-bandas de frecuencias que no se superponen, las que son usadas para eliminar la interferencia entre canales adyacentes y no contribuyen a incrementar la utilización del ancho de banda. En la OFDM, las frecuencias de sub-portadora elegidas están separadas por la inversa del símbolo de tiempo. La figura 15 ilustra las dos técnicas diferentes de multiportadora.

 

(a) Conventional multicarrier modulation used in FDMA - Modulación convencional de multiportadora in FDMA
(b) Orthogonal multicarrier modulation used in OFDM - Modulación ortogonal de multiportadora

Figure 15. Two different multicarrier techniques. Figura 15. Dos técnicas diferentes de multiportadoras

Figure 16. Illustration of frequency hopping. Figura 16. Ilustración de salto de frecuencia

OFDM is a broadband multicarrier modulation method that offers superior performance and benefits over traditional single-carrier modulation methods. OFDM allows only one user on the channel at any given time. For supporting multiple users simultaneously, a strictly OFDM system must employ TDMA or FDMA. Of course, in order to accommodate multiple users, an extended OFDM technique, orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) is proposed. OFDMA allows multiple users to access the same channel at the same time. Current WLANs such as IEEE 802.11a/g/n and IEEE 802.16d (fixed service) are based on OFDM, while WiMAX such as IEEE 802.16e (mobile service) uses OFDMA.

There are several variants and combinations of FDMA, TDMA, CDMA, and OFDM schemes based on specific systems. However, one noted exception is the frequency hopping, which can be defined as a combination of FDMA and TDMA in terms of the frequency use and time multiplexing. Basically, one user employs one channel for a prespecified time period and then changes to another channel for transmission. This kind of frequency hopping is illustrated in Figure 16. The receiver can tune into the transmitter provided that it also knows the frequency hopping sequence. Of course, the sequence is repeated after all channels to be used in the sequence have been exhausted. For multiple users, different frequency hopping sequences can be used for transmitting information as long as, at any given time, one channel is used by only one user. The frequency hopping technique was primarily introduced for defense purposes wherein messages could still be transmitted even if strong enemy signals were present at one particular frequency band and is widely known as the “jamming” effect.

La OFDM es un método de modulación de multiportadora de banda ancha que ofrece desempeño superior y beneficios sobre métodos tradicionales de modulación de portadora única. La técnica OFDM permite sólo un usuario sobre el canal a un tiempo dado. Para soportar múltiples usuarios simultáneamente, un sistema OFDM estricto debe emplear TDMA o FDMA. Por supuesto, a fin de acomodar múltiples usuarios, una técnica OFDM extendida, de acceso múltiple de división de frecuencias ortogonales (OFDMA) es propuesta. La OFDMA permite a múltiples usuarios acceder al mismo canal al mismo tiempo. Las WLANs actuales tales como IEEE 802.11a/g/n y IEEE 802.16d (servicio fijo) están basadas en OFDM, mientras que WiMAX tales como IEEE 802.16e (servicio móvil) usan OFDMA.

Hay numerosas variantes y combinaciones de esquemas FDMA, TDMA, CDMA, y OFDM basados en sistemas específicos. Sin embargo, una excepción notable es el salto de frecuencia, que puede ser definido como una combinación de FDMA y TDMA en términos del uso de la frecuencia y el multiplexado del tiempo. Básicamente, un usuario emplea un canal para un período de tiempo pre-especificado y luego cambia a otro canal para la transmisión. Esta clase de salto de frecuencia está ilustrado en la figura 16. El receptor puede sintonizar el transmisor siempre que el mismo conozca además la secuencia de salto de frecuencia. Por supuesto, la secuencia es repetida luego de que todos los canales a ser usados en la frecuencia han sido agotados. Para múltiples usuarios, diferentes secuencias de salto de frecuencia pueden ser usados por sólo un usuario. La técnica de salto de frecuencia fue primariamente introducida para propósitos de defensa donde los mensajes pudieran aún ser transmitidos aunque si fuertes señales del enemigo estuvieran presentes a una banda de frecuencia particular y es ampliamente conocida como efecto de “interferencia”.

 

 

 

 

 

 

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Original Lenovo A630 MTK6577 Dual core 512MB/4GB 4.5inch Android4.0 GPS Russian root multi language 3G Cell phone / Anna

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Z520e Original HTC ONE S Z560e 16GB Android 4.0 Dual Core 1.5GHz 3G WIFI GPS 8MP 1080P 4.3" HD Super AMOLED Unlocked Cell Phone

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