Fundamentos de Acceso Múltiple en Telecomunicaciones: FDMA, TDMA, CDMA y OFDMA

Técnicas de Acceso Múltiple

El acceso múltiple permite compartir recursos de comunicación entre diferentes usuarios, de manera que en una misma estación base (BS) se puedan soportar diversas comunicaciones simultáneas.

FDMA (Acceso Múltiple por División de Frecuencia)

En FDMA (Frequency Division Multiple Access), el ancho de banda disponible (B) se divide en porciones más pequeñas, denominadas radiocanales, y se asignan a distintos usuarios. Sus características principales son:

• Se necesitan bandas de guarda entre los canales, lo que desaprovecha parte del espectro.
• Requiere una canalización, que es la separación entre radiocanales, la cual es homogénea en toda la banda.

TDMA (Acceso Múltiple por División de Tiempo)

En TDMA (Time Division Multiple Access), los usuarios comparten la misma frecuencia pero transmiten en intervalos de tiempo diferentes, asegurando que las señales no se solapen. Los conceptos clave son:

• Trama: Es el periodo sobre el que los usuarios activos han tenido la oportunidad de transmitir (tx).
• Ranuras (Slots): Son los intervalos de duración asignados a cada usuario, donde transmiten su señal en formato de ráfaga (que incluye bits para sincronismo, señalización y datos codificados), con un cierto tiempo de guarda.
• Sincronización temporal de ráfaga: El campo de bits de la ráfaga consta de una secuencia especial para determinar la referencia temporal. Estas secuencias tienen propiedades de autocorrelación, presentando un valor máximo cuando la secuencia está perfectamente alineada y un valor cercano a cero cuando la señal está desplazada.

CDMA (Acceso Múltiple por División de Código)

En CDMA (Code Division Multiple Access), los usuarios transmiten al mismo tiempo y en la misma frecuencia. Para diferenciarlos, se añade una secuencia-código única para cada usuario, la cual origina un ensanchamiento espectral. El proceso es el siguiente:

• Ensanchamiento espectral (Spreading): Se incorpora un bloque que efectúa la conversión de símbolos codificados a símbolos de canal.
• Secuencia-código (Chip): Esta secuencia tiene una velocidad mucho más rápida que los símbolos codificados. La señal a la salida resulta de la modulación de la secuencia de símbolos codificados por la secuencia-código.
• Recepción (Desanchado): En el receptor, un proceso de desanchado convierte los símbolos de canal de nuevo a símbolos codificados, recuperando así el ancho de banda (B) original.
• Sincronización: Para asegurar que el receptor funcione correctamente, es crucial que el generador de la secuencia-código local proporcione la secuencia perfectamente alineada, aprovechando el pico de correlación en el origen.

Receptor RAKE

El receptor RAKE es un componente clave en sistemas CDMA. Cada "rama" del receptor recupera la señal asociada a un determinado multitrayecto. De esta forma, aprovecha la diversidad natural que introduce la propia propagación multicamino, gracias a las propiedades de autocorrelación de la secuencia-código, permitiendo combinar réplicas de la señal que llegan con distintos retardos.

OFDMA (Acceso Múltiple por División de Frecuencia Ortogonal)

OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) es un mecanismo de transmisión multiportadora (OFDM) que permite multiplexar un conjunto de símbolos sobre un conjunto de subportadoras ortogonales. Sus diferencias con otras técnicas son:

• Diferencia con OFDM: En OFDM, todos los símbolos en las distintas subportadoras pertenecen a un mismo usuario. En cambio, en OFDMA se multiplexan símbolos de distintos usuarios en las subportadoras.
• Diferencia con FDMA: Mientras que en FDMA el ancho de banda (B) se subdivide en canales no solapados, en OFDM/OFDMA se subdivide en subportadoras que sí se solapan espectralmente, haciendo un uso más eficiente del espectro gracias a su ortogonalidad.

Duplexado

El duplexado es la técnica que permite la comunicación bidireccional con transmisión (Uplink - UL) y recepción (Downlink - DL) simultáneas. Es un concepto complementario al acceso múltiple.

• Implementación: Se consigue utilizando antenas diferentes para transmisión y recepción, o mediante duplexores (dispositivos de 3 puertos) en una misma antena.
• Requisito: La banda de guarda de duplexado (separación en frecuencia entre UL y DL) debe ser relativamente grande para que los filtros del duplexor dispongan de la selectividad necesaria para aislar ambas señales.