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CDMA, ¿ una alternativa a GSM?
¿ Qué es CDMA ?
CDMA (Code Division Multiple Access, acceso múltiple por división de
código) es un nuevo concepto en las comunicaciones radiofónicas. Ha
ganado una aceptación general por los operadores de sistemas radio
celulares como una actualización que incrementará notablemente la
capacidad del sistema y la calidad del servicio. Este sistema ha sido
elegido por la mayoría de los ganadores de las subastas de licencias que
se han hecho en EEUU para dar servicios celulares.
Al principio no estaba muy claro si CDMA era una mejor opción que las
otras dos técnicas tradicionales: TDMA ( sistema de acceso utilizado por
GSM) y FDMA. Viterbi comparó la capacidad de CDMA en aplicaciones
para satélites con las otras dos técnicas y no quedó claro cual era mejor.
Pero esto cambió al observar que CDMA era robusto ante las
interferencias. Este factor provoca un aumento en la capacidad del
sistema y que viene muy bien en aplicaciones de voz.
El origen de esta tecnología está en las comunicaciones militares, al
tratar
de
rechazar
enérgicamente
las
interferencias
provocadas,
superponiéndose a ellas y asegurando las comunicaciones mediante
códigos, lo que por otro lado no es sino lo que se desea alcanzar en las
comunicaciones móviles celulares.
El primer punto a considerar es que en CDMA todos los usuarios,
mientras duran sus comunicaciones, ocupan la totalidad del ancho de
banda asignado a cada estación base, que puede ser de varios Mhz.
Tanto en FDMA como en TDMA hay una separación de las señales de
cada usuario, bien en frecuencia o bien en tiempo, mientras que en
CDMA todos los usuarios en comunicación se están interfiriendo
mutuamente, como grupos de parejas hablando en una recepción, en la
que mientras todo el mundo está hablando a un determinado nivel de
volumen, cada persona se concentra en lo que dice su interlocutor, al
menos que sobrevenga alguna información excepcional.
Si cada pareja hablara y entendiera un único idioma, su capacidad de
dialogar, con un alto nivel de interferencia, sería mucho mayor, debido a
la exclusividad del lenguaje. Este es el principio de supresión de
interferencias utilizado en CDMA, donde las comunicaciones de cada
móvil con su estación base se producen con una particular codificación
semejante al uso de un solo idioma. Si además la codificación fuera
ortogonal y las comunicaciones sobre un canal ideal, los usuarios
ignorarían totalmente cualquier interferencia intercelular.
Se ha indicado que cada usuario transporta su señal utilizando la
totalidad del ancho de banda disponible en su emplazamiento y como
este ancho de banda es mucho mayor que la señal del mensaje del
usuario, se produce un proceso de ensanchamiento del espectro,
inevitable debido al uso de un código único asignado a cada usuario.
Típicamente una señal vocal será una codificación binaria seguida por
una codificación de canal y el entrelazado. El código único asignado a
cada usuario consta de impulsos binarios denominados CHIP. La
duración del código es idéntica a la duración de los bits del mensaje
codificado y hay G chips en cada uno de estos. Cada bit codificado se
reemplaza por el código si el bit codificado es un 1 lógico, o cada chip en
el código tiene su polaridad invertida si el bit codificado es un 0 lógico.
El ancho de banda de la señal codificada se multiplica aproximadamente
por G, asumiendo la modulación binaria, con lo que G se constituye en
un factor de ganancia. Aunque el ancho de banda de la señal ha sido
ensanchado por el proceso de codificación, la densidad espectral de
potencia PSD, en w/Hz consecuentemente se ha estrechado y la señal es
más parecida a un ruido. Cuanto mayor sea G, más ancho de banda y
menor PSD, con lo que aumenta la posibilidad de convivir con la
interferencia. De esta manera, cada uno de los usuarios tendrá sus
propios bits de codificación de mensaje representado por G chips, y el
código reside en el esquema binario de chips.
Para las comunicaciones desde la estación base hacia los móviles, las
señales ensanchadas de cada usuario se combinan y aplican a un
modulador. Un determinado móvil, después de demodular la señal de RF
se presenta junto con todas las demás señales CDMA, y de la misma
manera en los enlaces móvil-base, ésta recibe todas las señales CDMA y
decodifica cualquiera de ellas en presencia de todas las demás.
Mezclando la totalidad de las señales con el código único asignado a un
móvil determinado, resulta que la señal de este móvil aparece
reconstruida. Para apreciar esta reconstrucción se supone que el código
tiene chips cuyos niveles de voltaje son +/- 1 y son multiplicados por sí
mismo. El resultado es un nivel de voltaje 1, es decir, no hay cambios
mientras dura el código. Evidentemente esta técnica precisa de un
perfecto sincronismo entre las señales de entrada CDMA con el código
generado en el receptor.
Mientras que la señal deseada ha sido reconstruida gracias a la
recuperación de la señal del mensaje original, todas las otras señales
CDMA han sido multiplicadas por medio de un código compuesto por
muchos chips que mantienen su amplio ancho de banda. El resultado es
que sólo aquellos componentes de frecuencia del amplio ancho de banda
que interfieren a las señales CDMA que están en la banda del mensaje
de la señal deseada, causan interferencia, que equivale a decir que las
interferencias de los otros usuarios del espectro han sido divididas por
G. La tecnología CDMA permite usar retículas con una sola célula, es
decir, no tener retículas sino sólo células, lo que bajo un punto de vista
de eficiencia espectral resulta inmejorable. Pero es más, si se utiliza la
sectorización, todos los sectores en cada célula pueden utilizar las
mismas frecuencias, y ello produce un incremento fenomenal de la
capacidad del sistema. Las interferencias procederán de otros sectores y
células, pero las pérdidas de capacidad debidas a estas interferencias
están más que compensadas por el aumento de capacidad generado por
el uso de una célula por retícula y por la sectorización, eliminando
además la planificación de frecuencias.
Otra característica de CDMA es la forma en que efectúa el handover
(traspaso entre células), que es siempre blando (soft handover), ya que
no hay cambios de frecuencia durante el proceso, de forma que en la
frontera de las células, dos estaciones base comunican simultáneamente
con la estación móvil que se desplaza, lo que resulta más favorable para
las comunicaciones y proporciona mejor calidad de voz en los extremos
de las células comparado con los sistemas FDMA y TDMA.
GSM vs. CDMA
Hasta hace relativamente poco tiempo los equipos de comunicaciones
móviles, funcionaron con la tecnología FDMA, acceso múltiple por
división de frecuencia; eran los equipos analógicos. Esta técnica se basa
en la adjudicación de una determinada frecuencia o frecuencias, con un
determinado
ancho
de
banda,
para
el
establecimiento
de
una
comunicación y hasta en muchas ocasiones en la asignación <<en
propiedad de uso exclusivo>> de estos tramos de frecuencia a
determinados usuarios. Esta tecnología, precisamente por el estrecho
ancho de banda asignado en cualquier caso, sólo permite la transmisión
de datos a muy bajas velocidades y en determinadas condiciones.
Además, supone un generoso derroche en el uso del espectro de
frecuencias,
incompatible
con
el
crecimiento
que
este
tipo
de
comunicaciones ha experimentado en los últimos años.
El paso siguiente lo constituye la tecnología TDMA, acceso múltiple por
división en el tiempo, cuyo principal abanderado lo constituye el sistema
europeo GSM de Telefonía Móvil, iniciado hace unos siete u ocho años y
recientemente introducido en España, con gran éxito y cuya expansión
va mucho más allá de los límites europeos inicialmente previstos.
Mediante esta tecnología el usuario dispone de amplios anchos de banda
en varias frecuencias y en cada comunicación, pero solamente durante
determinados intervalos periódicos de tiempo (time slots), del orden de
los milisegundos, lo que posibilita la transmisión de datos a velocidades
muy superiores y como consecuencia la completa digitalización del
sistema, incluido el interface radio.
El espíritu competitivo americano, impulsado por la competencia que le
ofrece el sistema GSM europeo en el mundo, desarrolla una nueva
tecnología alternativa que el tiempo dirá si desplaza a la anterior TDMA,
o crecen juntas. Se trata de la tecnología CDMA, comunicaciones
móviles por el sistema de acceso múltiple por división de código, que es
una
consecuencia
lógica
en
el
constante
desarrollo
de
las
comunicaciones móviles por acceso múltiple de espectro ensanchado y
por el desarrollo de las tecnologías de la información. Si desplazara o no
a las anteriores es hoy una incógnita, pero su desarrollo e introducción
está siendo muy fuerte y potente.
GSM es el sistema utilizado en Europa y una de sus principales ventajas
frente a CDMA (sistema que se quiere implantar en EEUU) es que GSM
está muy probado en una infinidad de países del mundo y de manera
muy efectiva. CDMA todavía no se ha consolidado ya que no es una
tecnología muy probada y está en fase de desarrollo , aparte de esto es
que llegan noticias de las compañías que apostaron por esta tecnología
y comentan que se están encontrando con dificultades serias.
Los promotores de la tecnología CDMA "prometen" mayor calidad de
voz,
mayor
capacidad
con
menos
emplazamientos,
planificación
frecuencial más flexible, terminales más cómodos, etc.
Los promotores de la tecnología GSM replican que dichas expectativas
de momento no se han visto refrendadas sobre un sistema que esté
operativo y soportando una carga razonable de tráfico.
GSM se aprovecha que es un sistema estandarizado y abierto, tiene
costes reducidos en el suministro de equipos (aunque también es debido
a que al servir a un mercado más extenso pueden fabricar grandes
volúmenes de equipos con la consiguiente reducción de costos).
En EEUU compañías muy fuertes se decantaron por la tecnología CDMA
pero, a comienzos del 97, la mayor parte de los operadores dan servicio
GSM.
Los próximos años van a ser cruciales para ver finalmente la tecnología
utilizada, aunque ya hay fabricantes de EEUU que están desarrollando
sistemas UMTS (sistema de 3ª generación) con ambas tecnologías (GSM
y CDMA) y esto puede dar lugar a que estos dos sistemas tengan que
coexistir en un futuro.
Javier García Rebollo