Tecnologia di Spreading nel WCDMA
La tecnologia di spreading è uno degli elementi chiave del funzionamento del WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), lo standard di accesso multiplo utilizzato nelle reti 3G. Questo meccanismo consente a più utenti di condividere simultaneamente lo stesso spettro di frequenza, riducendo le interferenze e migliorando la capacità della rete. In particolare, WCDMA utilizza una tecnica di tipo DS-CDMA (Direct Sequence Code Division Multiple Access), che si basa sull’espansione del segnale mediante codici pseudo-casuali.
Cos’è lo spreading del segnale?
Lo spreading, o espansione di banda, è un processo in cui il segnale originale viene moltiplicato per una sequenza di codici binari chiamati codici di spreading. Questo ha l’effetto di aumentare significativamente la larghezza di banda del segnale rispetto a quella del flusso dati originale. Dopo il processo di spreading, il segnale occupa un’ampia porzione dello spettro radio, rendendolo più resistente al rumore e alle interferenze.
Nel WCDMA, il segnale dati digitale viene moltiplicato per un codice di spreading con una frequenza molto più alta rispetto alla frequenza di simbolo originale. Questo codice è unico per ciascun utente, il che consente la separazione dei segnali nello stesso canale mediante correlazione.
Codici di spreading nel WCDMA
- Codici ortogonali (OVSF – Orthogonal Variable Spreading Factor): utilizzati per separare più canali nello stesso utente, garantendo assenza di interferenza intra-utente.
- Codici pseudo-casuali (PN – Pseudo-Noise): utilizzati per separare i diversi utenti tra loro, in modo da permettere accesso multiplo contemporaneo.
I codici OVSF sono derivati da strutture ad albero binario e hanno la caratteristica di mantenere l’ortogonalità tra canali se i codici sono scelti correttamente. L’uso combinato di codici OVSF e PN consente di implementare multiplexing sia tra utenti che tra flussi dello stesso utente.
Processo di spreading e despreading
Il processo di spreading avviene nel trasmettitore. Ogni simbolo di dati viene moltiplicato per una sequenza binaria di spreading. Questo genera un segnale più lungo (chip) con una maggiore larghezza di banda. La sequenza può essere rappresentata in bit +1 e -1.
Nel ricevitore, il processo opposto – detto despreading – viene eseguito moltiplicando il segnale ricevuto per lo stesso codice usato nel trasmettitore. Questo ripristina il segnale dati originale se il codice di spreading è correttamente sincronizzato, mentre gli altri segnali non correlati appaiono come rumore.
Spreading Factor (SF) e la sua importanza
Il fattore di spreading, chiamato Spreading Factor (SF), indica il rapporto tra il numero di chip trasmessi e il numero di bit originari. Ad esempio, un SF di 16 significa che ogni bit è rappresentato da 16 chip. Il valore dello SF influisce direttamente su:
- La larghezza di banda occupata dal segnale
- La velocità di trasmissione del canale
- La robustezza contro il rumore
Nel downlink (da Node B verso l’utente), viene solitamente utilizzato uno SF fisso, mentre nell’uplink (dall’utente verso la rete) lo SF può essere adattivo per supportare diversi tassi di trasmissione e condizioni di canale.
Vantaggi dello spreading nel WCDMA
- Permette l’accesso multiplo simultaneo a più utenti nello stesso canale radio
- Garantisce robustezza contro interferenze e attenuazioni
- Facilita la gestione del handover soft (nessuna interruzione tra celle)
- Consente la separazione dei segnali in base al codice piuttosto che alla frequenza o al tempo
Grazie al suo sistema di spreading, WCDMA può offrire elevata efficienza spettrale e qualità del servizio anche in ambienti radio complessi. L’uso di codici ortogonali e pseudo-casuali consente un’efficace gestione delle risorse radio e una forte separazione logica tra utenti.
Un altro vantaggio importante è la resistenza al multipath fading, poiché il ricevitore può sommare i segnali multipli riflessi (tramite la tecnica RAKE) per migliorare la qualità complessiva. Questo è possibile solo grazie alla natura del segnale espanso.
Nel complesso, la tecnologia di spreading rappresenta la base del funzionamento del WCDMA, rendendolo una scelta eccellente per la comunicazione mobile a larga banda nella terza generazione delle reti cellulari.