Tecnologia de Espalhamento em WCDMA
WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) utiliza uma técnica fundamental chamada “tecnologia de espalhamento de espectro” para permitir que múltiplos usuários compartilhem o mesmo canal de frequência de maneira eficiente e segura. Essa tecnologia é essencial para a operação das redes 3G e oferece diversas vantagens, como maior resistência à interferência, melhor aproveitamento do espectro e suporte a serviços simultâneos de voz e dados.
O princípio básico do espalhamento de espectro consiste em transmitir o sinal de dados sobre uma largura de banda muito maior do que a necessária, utilizando códigos exclusivos para cada usuário. Em WCDMA, essa técnica é aplicada por meio do CDMA (Code Division Multiple Access), que diferencia os usuários não por tempo (como TDMA) ou frequência (como FDMA), mas por códigos distintos que permitem a identificação e separação dos sinais.
Como funciona o espalhamento em WCDMA?
Em uma rede WCDMA, cada sinal de usuário é multiplicado por um código pseudoaleatório de alta taxa chamado “código de espalhamento” antes da transmissão. Esse código expande o sinal original, aumentando significativamente sua largura de banda. No receptor, o mesmo código é usado para despregar (ou correlacionar) o sinal e recuperar os dados originais. Este processo é chamado de “correlação” e funciona como um filtro, separando os sinais de diferentes usuários mesmo quando estão transmitindo na mesma frequência e ao mesmo tempo.
Tipos de códigos de espalhamento usados
O WCDMA utiliza dois tipos principais de códigos de espalhamento:
- Códigos Ortogonais (OVSF – Orthogonal Variable Spreading Factor): São usados para manter a ortogonalidade entre diferentes canais dentro do mesmo usuário ou célula. Eles são fundamentais para separar os canais físicos dentro de uma portadora.
- Códigos Pseudoaleatórios (PN – Pseudo Noise): São usados para distinguir os sinais de diferentes células e usuários. Eles são gerados a partir de sequências conhecidas, mas parecem aleatórios para um observador externo, oferecendo segurança e resistência à interceptação.
Ganho de Espalhamento (Spreading Gain)
O ganho de espalhamento é uma medida da melhoria da relação sinal-ruído que o sistema obtém ao utilizar a técnica de espalhamento. Em WCDMA, esse ganho é proporcional à razão entre a largura de banda espalhada (normalmente 5 MHz) e a taxa de dados original. Quanto maior o ganho de espalhamento, maior a resistência à interferência e ao ruído. Isso também permite que o sistema acomode múltiplos usuários simultaneamente, mesmo em ambientes com ruído e interferência elevados.
Função do fator de espalhamento (Spreading Factor)
O fator de espalhamento (SF – Spreading Factor) determina o número de chips usados para representar cada bit de dados. Por exemplo, um SF de 256 significa que cada bit de dados é representado por 256 chips. Um valor mais alto de SF oferece maior robustez contra interferência, enquanto valores mais baixos aumentam a taxa de dados. O WCDMA permite a utilização de diferentes SFs para diferentes tipos de tráfego, ajustando dinamicamente conforme a demanda.
Benefícios da tecnologia de espalhamento
- Multiplexação de múltiplos usuários: Vários usuários podem utilizar simultaneamente a mesma faixa de frequência sem causar interferência mútua significativa.
- Resistência à interferência: A técnica oferece tolerância maior a ruídos e interferências externas, proporcionando conexões mais estáveis.
- Segurança: Os códigos pseudoaleatórios dificultam a interceptação e decodificação dos dados por terceiros.
- Handoff suave: Facilita a mobilidade entre células, permitindo que o usuário se conecte a múltiplas células ao mesmo tempo durante a transição.
Comparação entre WCDMA e outras tecnologias
| Aspecto | WCDMA | TDMA (usado no GSM) |
|---|---|---|
| Método de acesso | CDMA com espalhamento por código | Divisão por tempo (Time Slots) |
| Largura de banda | 5 MHz | 200 kHz |
| Capacidade de dados | Alta, com suporte a dados simultâneos | Limitada, com suporte primário à voz |
| Eficiência espectral | Alta | Média/baixa |
Como o espalhamento contribui para serviços multimídia?
A tecnologia de espalhamento em WCDMA é essencial para fornecer serviços que exigem alta largura de banda, como chamadas de vídeo, transmissão de TV móvel, download de arquivos grandes e navegação na internet. A capacidade de suportar múltiplas conexões simultâneas com qualidade estável torna essa tecnologia ideal para ambientes urbanos com alta densidade de usuários.
Além disso, o espalhamento permite uma melhor adaptação da rede a diferentes condições de canal, como atenuação, desvanecimento e interferência. Isso resulta em melhor desempenho geral, menor taxa de falhas na comunicação e maior satisfação do usuário final.
Por que o espalhamento é vantajoso em ambientes urbanos?
Ambientes urbanos apresentam muitos obstáculos físicos (prédios, veículos, sinais eletrônicos), que causam múltiplos caminhos de propagação do sinal (multipath). O espalhamento ajuda a mitigar os efeitos negativos disso, pois a correlação com o código de espalhamento permite ao receptor distinguir entre os caminhos múltiplos, recuperando os dados corretamente e até mesmo utilizando essa diversidade de caminho para melhorar o sinal (diversidade de rake receiver).