Acceso múltiple por división de código multicarrier

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

MC-CDMA distribuye cada símbolo de usuario en el dominio de la frecuencia. Es decir, cada símbolo se transmite a través de múltiples subportadoras paralelas, pero con un desfase (normalmente de 0 o 180 grados) según un código. Estos códigos varían según la subportadora y el usuario. El receptor combina las señales de todas las subportadoras, ponderándolas para compensar las variaciones en la intensidad de la señal y corregir el desfase. El receptor puede separar las señales de diferentes usuarios, ya que estas tienen códigos distintos (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 la potencia total del ruido más la interferencia en toda la banda de transmisión) inferior a 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 procesada mediante una transformada rápida de Fourier inversa (FFT inversa ).

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

En el enlace descendente (una estación base que transmite a uno o más terminales), MC-CDMA se reduce típicamente a multiplexación por división de código multicarrier. Todas las señales de usuario se pueden sincronizar fácilmente y todas las señales en una subportadora experimentan las mismas propiedades del canal de radio. En tal caso, una implementación de sistema preferida consiste en tomar N bits de usuario (posiblemente, pero no necesariamente, para diferentes destinos), transformarlos mediante una transformada de Walsh-Hadamard , seguida de una transformada inversa de Fourier discreta (IFFT).

Existen varias posibilidades alternativas sobre cómo puede tener lugar esta propagación en el dominio de la 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 propagando 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 _freq subportadoras, donde N _freq es la longitud del código PN.

Una vez que se ha realizado la dispersión en el dominio de la 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 ; a continuación, se añade 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 multicarrier , llamada MC-DS-CDMA o MC/DS-CDMA, realiza la dispersión en el dominio del tiempo, en lugar de en el dominio de la frecuencia como en el caso de MC-CDMA ; para el caso especial en el que 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 constan de {1, −1} y que 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 tanto en el dominio de la frecuencia como en el del tiempo, y un esquema que utiliza la propagación bidimensional 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 dispersión 2D en VSF-OFCDM , si se toma el primer símbolo de datos, d ₀ , y un factor de dispersión en el dominio del tiempo, SF _tiempo , de longitud 4, y un factor de dispersión en el dominio de la frecuencia, SF _frecuencia 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 luego 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 corrección de errores. ^{[ 2 ]}

Resumen

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

• OFDMA es 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, "CDMA multicarrier en redes de radio inalámbricas interiores", Conferencia Internacional IEEE sobre Comunicaciones de Radio Móviles e Interiores Personales (PIMRC), 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", Conferencia Internacional IEEE sobre Comunicaciones de Radio Móviles y en Interiores Personales (PIMRC), septiembre de 1993, Yokohama, Japón, págs.  468-472 .
• A. Chouly, A. Brajal y S. Jourdan, "Técnicas multicarrier ortogonales aplicadas a sistemas CDMA de espectro ensanchado de secuencia directa", en Actas de la Conferencia Mundial 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, No. 7, julio de 1994, pp.  900–904.
• JPMG Linnartz, "Análisis de rendimiento de MC-CDMA síncrono en canales Rayleigh móviles con dispersión de retardo y Doppler", IEEE VT, vol. 50, n.º 6, noviembre de 2001, págs. 1375-1387. PDF
• K. Fazel y S. Kaiser, Sistemas multicarrier y de espectro ensanchado: De OFDM y MC-CDMA a 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 multicarrier , marzo de 2002.
• Centro Aeroespacial Alemán, Instituto de Comunicaciones y Navegación, Taller sobre la historia del acceso múltiple por división de código multicarrier (MC-CDMA) y el espectro ensanchado multicarrier , noviembre de 2006.
• Sitio web de referencia sobre comunicaciones inalámbricas, sección sobre MC-CDMA , 2001.