Acceso múltiple por división de código multiportadora

El acceso múltiple por división de código multiportadora ( MC-CDMA ) es un esquema de acceso múltiple utilizado en sistemas de telecomunicaciones basados ​​en OFDM , que permite que el sistema admita múltiples usuarios al mismo tiempo en la misma banda de frecuencia.

MC-CDMA distribuye cada símbolo de usuario en el dominio de frecuencia. Es decir, cada símbolo de usuario se transmite a través de múltiples subportadoras paralelas, pero se desplaza en fase (normalmente 0 o 180 grados) según un valor de código. Los valores de código difieren por subportadora y por usuario. El receptor combina todas las señales de subportadora, ponderándolas para compensar las distintas intensidades de señal y deshacer el desplazamiento de código. El receptor puede separar señales de diferentes usuarios, porque tienen valores de código diferentes (por ejemplo, ortogonales).

Dado que cada símbolo de datos ocupa un ancho de banda mucho mayor (en hercios) que la velocidad de datos (en bits/s), es factible una relación señal/ruido más interferencia (si se define como la potencia de la señal dividida por el ruido total más la potencia de interferencia en toda la banda de transmisión) de menos de 0 dB.

Una forma de interpretar MC-CDMA es considerarlo como una señal CDMA de secuencia directa ( DS-CDMA ), que se transmite después de haber sido alimentada a través de una FFT inversa ( transformada rápida de Fourier ).

Los enlaces de radio inalámbricos sufren interferencias de canal selectivas de frecuencia. Si la señal en una subportadora sufre una interrupción, aún puede reconstruirse a partir de la energía recibida a través de otras subportadoras.

En el enlace descendente (una estación base que transmite a uno o más terminales), MC-CDMA generalmente se reduce a Multiplexación por División de Código de Múltiples Portadoras. Todas las señales de usuario se pueden sincronizar fácilmente y todas las señales en una subportadora experimentan las mismas propiedades de canal de radio. En tal caso, una implementación de sistema preferida es tomar N bits de usuario (posiblemente, pero no necesariamente, para diferentes destinos) para transformarlos utilizando una transformada Walsh Hadamard , seguida de una IFFT.

Existen varias posibilidades alternativas sobre cómo puede tener lugar esta expansión del dominio de frecuencia, como por ejemplo utilizando un código PN largo y multiplicando cada símbolo de datos, d _i , en una subportadora por un chip del código PN, c _i , o utilizando códigos PN cortos y expandiendo cada símbolo de datos por un código PN individual, es decir, d _i se multiplica por cada c _i y el vector resultante se coloca en N subportadoras _{de frecuencia , donde N frecuencia} es la longitud del código PN.

Una vez que se ha producido la expansión del dominio de frecuencia y se han asignado valores a todas las subportadoras OFDM , se lleva a cabo la modulación OFDM utilizando la IFFT para producir un símbolo OFDM ; luego se agrega el intervalo de guarda OFDM ; y si la transmisión es en la dirección de enlace descendente, cada uno de estos símbolos resultantes se suman antes de la transmisión.

Una forma alternativa de CDMA multiportadora , llamada MC-DS-CDMA o MC/DS-CDMA, realiza la propagación en el dominio del tiempo, en lugar de en el dominio de la frecuencia en el caso de MC-CDMA; para el caso especial donde solo hay una portadora, esto vuelve al DS-CDMA estándar .

En el caso de MC-DS-CDMA, donde se utiliza OFDM como esquema de modulación, los símbolos de datos en las subportadoras individuales se distribuyen en el tiempo multiplicando los chips de un código PN por el símbolo de datos en la subportadora. Por ejemplo, supongamos que los chips del código PN consisten en {1, −1} y el símbolo de datos en la subportadora es − j . El símbolo que se modula en esa portadora, para los símbolos 0 y 1, será − j para el símbolo 0 y + j para el símbolo 1.

También es posible la propagación bidimensional en los dominios de frecuencia y tiempo, y un esquema que utiliza la propagación 2-D es VSF-OFCDM (que significa multiplexación por división de código de frecuencia ortogonal con factor de propagación variable), que NTT DoCoMo está utilizando para su sistema prototipo 4G .

Como ejemplo de cómo funciona la propagación 2D en VSF-OFCDM , si tomamos el primer símbolo de datos, d ₀ , y un factor de propagación en el dominio del tiempo, SF _time , de longitud 4, y un factor de propagación en el dominio de la frecuencia, SF _frequency de 2, entonces el símbolo de datos, d ₀ , se multiplicará por los códigos PN del dominio de la frecuencia de longitud 2 y se colocará en las subportadoras 0 y 1, y estos valores en las subportadoras 0 y 1 se multiplicarán entonces por el código PN del dominio del tiempo de longitud 4 y se transmitirán en los símbolos OFDM 0, 1, 2 y 3. ^[1]

NTT DoCoMo ya ha logrado  transmisiones de 5 Gbit/s a receptores que viajan a 10 km/h utilizando su sistema prototipo 4G en un canal de 100 MHz de ancho. Este sistema prototipo 4G también utiliza una configuración MIMO de antena 12×12 y codificación turbo para la codificación de corrección de errores. ^[2]

Resumen

1. OFDMA con dispersión de frecuencia (MC-CDMA)
2. OFDMA con ensanchamiento temporal (MC-DS-CDMA y MT-CDMA)
3. OFDMA con dispersión en el tiempo y en la frecuencia (Acceso múltiple por división de código de frecuencia ortogonal (OFCDMA))

• OFDMA , un esquema de acceso múltiple alternativo para sistemas OFDM, donde las señales de diferentes usuarios se separan en el dominio de la frecuencia mediante la asignación de diferentes subportadoras a diferentes usuarios.

• N. Yee, JPMG Linnartz y G. Fettweis, "Multi-Carrier CDMA in indoor wireless Radio Networks", IEEE Personal Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC) Int. Conference, septiembre de 1993, Yokohama, Japón, págs. 109-113 (1993: primer artículo que propone el sistema y el nombre MC-CDMA)
• K. Fazel y L. Papke, "Sobre el rendimiento de CDMA/OFDM con codificación convolucional para sistemas de comunicación móvil", IEEE Personal Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC) Int. Conference, septiembre de 1993, Yokohama, Japón, págs. 468–472
• A. Chouly, A. Brajal y S. Jourdan, "Técnicas de multiportadora ortogonal aplicadas a sistemas CDMA de espectro ensanchado por secuencia directa", en Actas de la Conferencia Global de Telecomunicaciones (GLOBECOM'93), págs. 1723–1728, Houston, Texas, EE.UU., noviembre de 1993.
• N.Yee, JPMG Linnartz y G. Fettweis, "Multi-Carrier-CDMA en redes inalámbricas interiores", IEICE Transaction on Communications, Japón, vol. E77-B, núm. 7, julio de 1994, págs. 900–904.
• JPMG Linnartz, "Análisis de rendimiento de MC-CDMA sincrónico en canales Rayleigh móviles con propagación de retardo y Doppler", IEEE VT, vol. 50, n.º 6, noviembre de 2001, págs. 1375-1387. PDF
• K. Fazel y S. Kaiser, Sistemas multiportadora y de espectro ensanchado: desde OFDM y MC-CDMA hasta LTE y WiMAX , 2.ª edición, John Wiley & Sons, 2008, ISBN 978-0-470-99821-2 . 
• Hughes Software Systems, Acceso múltiple por división de código de múltiples portadoras, marzo de 2002.
• Centro Aeroespacial Alemán, Instituto de Comunicaciones y Navegación, Taller sobre Historia del Acceso Múltiple por División de Código Multiportadora (MC-CDMA) y Espectro Ensanchado Multiportadora, noviembre de 2006.
• Sitio web de referencia sobre comunicaciones inalámbricas, sección sobre MC-CDMA, 2001.