[pt] Várias técnicas de múltiplo acesso estão sob discussão para sistemas celulares de 3a. geração. Uma delas é baseada em um sistema híbrido TD/CDMA (Time Division, Code Division Multiple Access). Neste sistema os sinais de todos os usuários simultaneamente ativos são síncronos, o que permite o emprego de receptores de detecção conjunta. Estes receptores conseguem cancelar idealmente as componentes de interferência de múltiplo acesso e entre símbolos e assim apresentam desempenho superior aos receptores CDMA convencionais. Além do desenvolvimento de receptores com melhor desempenho, outra técnica para aumentar a capacidade dos sistemas celulares é o emprego de antenas inteligentes. Neste trabalho, uma ferramenta de simulação foi desenvolvida para verificar o desempenho de sistemas TD/CDMA com e sem o emprego de receptores de detecção conjunta, em três situações: com a variação do número de usuários, considerando-se falhas no mecanismo de controle de potência e de estimação do canal. Adicionalmente, foi estudada a conveniência do emprego antenas inteligentes em conjunto com receptores CDMA convencionais e com detecção conjunta. Os resultados obtidos indicam que, apesar de aumentar a complexidade do sistema, o uso de receptores de detecção conjunta é bastante atraente, já que seu desempenho mostrou-se significativamente superior ao dos receptores CDMA convencionais. / [de] Several multiple acess techniques are under discussion for third generation cellular systems. One of them is based on a hybrid time division, code division multiple acess (TD/CDMA). Since in this acess technique all users sharing the same slot are time synchronized, it is possible to jointly detect the different user signals arriving at the base station, eliminating both intersymbol and multiple acess interferences. Besides the use of techniques aiming to improve the receiver performance, another way to increase the capacity of a cellular system is adaptive antennas at the base station. A simulation tool was developed to verify the performance of a TD/CDMA system with with and without joint detection in three different situations: varying the number of simultaneous active users, in presence of failures on the power control mechanism and in presence of imprecisions of the channel estimator. It was compared also the performance of both receivers considering the effects of using smart antennas. The obtained results indicate that, in spite of increasing system complexity, the use of joint detection receivers might be a better option since its performance wes shown to be significantly better than that of conventional CDMA receivers.

[pt] Neste trabalho realizamos um estudo sobre a capacidade de tráfego em sistemas CDMA para comunicações móveis celulares, com ênfase na capacidade segundo a metodologia de Erlang. É feita inicialmente uma breve análise da capacidade de sistemas celulares tradicionais FDMA/TDMA para efeitos de comparação. Em seguida procuramos fazer uma análise básica da capacidade de tráfego em sistemas CDMA, reunindo os modelos e resultados de diversos trabalhos encontrados na literatura. Para finalizar nós verificamos o efeito de diversos aspectos de sistemas CDMA na capacidade do sistema, aspectos estes cujas análises detalhadas não são encontradas na literatura, como a limitação no número de canais, a possibilidade de uma fila de espera, o comportamento temporal da interferência, o aumento de capacidade realmente obtido com setorização e o efeito do soft-handoff na capacidade. / [en] In this work we present an investigation on the traffic capacity of CDMA systems for cellular mobile communication, with emphasis on the Erlang capacity. It is mitially made a brief analysis of the capacity in traditional FDMA/TDMA cellular systems. We then present a basic analysis of the traffic capacity in CDMA systems, assembling the models and results from several works found in the literature. Finally, we investigate the effect in the system capacity of several aspects of CDMA systems, that had not been previously addressed. We have thoroughly examinated the limitation in the number of available channels, the possibility of a waiting queue, the temporal behaviour of the interference, the actual increase in capacity obtained through sectorization and the effect of soft-handoff in the capacity.

[pt] Neste trabalho será inicialmente discutida a recepção e o desempenho de sinais espalhados espectralmente em canais corrompidos por ruído aditivo gaussiano branco e por desvanecimento plano ou seletivo. A seguir será feita a análise de sistemas CDMA, abordando-se a estrutura de recepção, os códigos de espalhamento, a caracterização estatística da interferência multiusuário e a influência das fases das portadoras, dos filtros de transmissão, dos atrasos entre os sinais e da sincronização na potência interferente. Será também abordado o controle de potência em sistemas CDMA, avaliando-se a redução da capacidade causada por erros neste controle, obtendo-se sua implementação e propondo-se um algoritmo de minimização do erro médio quadrático caso a solução analítica não possa ser aplicada. Por fim, será feita a descrição da transmissão do sinal de tráfego da padronização do sistema CDMA IS-95 e avaliado o desempenho do esquema de recepção proposto. / [en] This work will initially discuss reception and performance issues of spread sprectrum signals considering additive white gaussian noise and flat or selective fading channels. Then it will analyze the CDMA system, considering the reception structure, spreading codes, multiuse interference statistical characteristics, and the influence of carrier phases, transmission filters, delays between signals abd synchronization on the interference power. It will also adress the power control in CDMA systems, evaluating the capacity reduction caused by power control errors, achieving an analytical soluction to the power allocation in the forward link, discussing its implementation and suggesting a least square error algorithm when the analytical soluction can not be used. Finally, it will describe the traffic channel transmission in the IS-95 CDMA standard, evaluating the performance of the reception model.

[pt] Nesta tese é abordada a transmissão CDMA (Code Division Multiple Access) por blocos em canais SISO (Single Input - Single Output) seletivos em frequência. Considera-se a transmissão tanto em portadora única quanto multiportadora, com intervalo de guarda do tipo prefixo cíclico e do tipo preenchimento de zeros. São investigadas estruturas de detecção multiusuário às cegas, baseadas no critério de míınima variância com restrições lineares. Implementações adaptativas do tipo gradiente estocástico e do tipo míınimos quadrados são apresentadas e novos algoritmos de estimação de canal são propostos. É também discutida nesta tese a transmissão CDMA por blocos em canais MISO (Multiple Input - Single Output) seletivos em frequência. Considera-se, assim como no canal SISO, os casos de transmissão em portadora única e multiportadora, incorporando intervalos de guarda do tipo prefixo cíclico e do tipo preenchimento de zeros. Para este tipo de sistema, duas estruturas de transmissão são propostas e uma análise do ganho de diversidade para cada tipo de estrutura é conduzido, identificando as condiçõoes para atingir o máximo ganho de diversidade. Um detector baseado no critério de mínimo erro quadrático médio é implementado para cada estrutura e, no caso da primeira estrutura de transmissão, um detector às cegas baseado no critério de mínima variância é proposto. Uma implementação adaptativa do tipo mínimos quadrados é apresentada e novos algoritmos de estimação de canal são propostos. / [en] This thesis addresses block CDMA (Code Division Multiple Access) transmission in frequency selective SISO (Single Input - Single Output) channels. Both multicarrier and single carrier transmission are considered with cyclic prefix and zero padding as guard interval. Blind multiuser detection based on the linearly constrained minimum variance criterion is investigated. Stochastic gradient and recursive least squares implementations are presented and new channel estimation algorithms are proposed. It is also discussed in this thesis block CDMA transmission in frequency selective MISO (Multiple Input - Single Output) channels, including, as in the SISO channel, the case of multicarrier and single carrier transmission with cyclic prefix and zero padding as guard interval. Two structures are proposed for transmission in this scenario, an analysis of the diversity gain for each type of structure is conducted and conditions for achieving the maximum diversity gain are identified. A detector based on the minimum mean square error criterion is implemented for each structure. Recursive least squares implementations are presented and new blind channel estimation algorithms are proposed.

[pt] As técnicas de múltiplo acesso mais cogitadas nas propostas para padrões de 3 geração de sistemas celulares envolvem alguma forma de CDMA ( Code Division Multiple Access)na qual os usuários podem transmitir simultaneamente na mesma faixa de freqüência sendo separáveis no receptor pela ortogonalidade, ou quase ortogonalidade, entre os sinais utilizados pelos diferentes usuários para transmissão de informação.Os receptores multiusuário, propostos para uso na 3 geração de sistemas celulares, realizam a detecção do sinal do usuário desejado conjuntamente com os sinais interferentes, resultando em um ganho de desempenho em relação aos receptores CDMA convencionais, que tratam os sinais interferentes como um simples ruído de fundo.Este trabalho tem por objetivo estudar a viabilidade de um receptor CDMA multiusuário hpibrido síncrono, que combina a eficiência do recepor Decorrelator no combate a interferência de múltiplo acesso (IMA) e sua simpicidade de implementação com a robustez e alto desempenho do receptor ótimo. Para evitar a complexidade inerente a estrutura de detecção ótima é sugerido que o conjunto de sinais na saída do estágio Decorrelator seja particionado em grupos e detectados de forma paralela e ótima. Esta técnica é conhecida como detecção ótima por grupos. Também é proposto e explorada a utilização de uma métrica para a formação dos grupos, baseada na minimização da probabilidade de erro de bit do usuário com pior desenpenho no sistema. Ao longo deste trabalho são exibidos resultados analíticos e de simulação, que comprovam a utilidade e exelente relação entre desempenho e complexidade da estrutura proposta em canais AWGN. Por fim, a estrutura proposta é avaliada para um canal com desvanecimento de Rayleigh plano. / [en] The most discussed multiple access techiniques for the 3G of mobile wireless systems involve some form of CDMA - Code Division Multiple Access- where the users can transmit simultaneously their signals in the same frequency band separable in the receiver by the orthogonality or, quasi- orthogonality, properties of the transmitted signals. Multiuser detectors MUD perform the detection of the desired user signal jointly with the signals transmitted by the remaining users, resulting in a better performance than the conventional CDMA receivers, that treat the interference created by the signals of other users simply as background noise.This work has the objective of investigating the viability of syncrhronous hybrid multiuser detector, wich combines the implementation simplicity and efficiency of the decorrelating multiuser detector in mitigating the multiple access interference with the robustness and high performance of the optimum multiuser detector.In order to avoid the complexity of the optimum multiuser detection scheme it is proposed to combine the signals from the decorrelator output into groups and perform optimal detection of the signals in each group. This approach is known as optimal group detection. Also in this work, a strategy on how to perform the grouping is proposed and explored. This strategy is based on the minimization the bit error probability of the user with the worst performance.Simulation and analytical results show the excellent trade-off between performance and complexity of the proposed optimum multiuser group detector in AWGN channels. The receiver performance is also evaluated in Rayleigh flat fading channels.

[pt] A predição da área de cobertura de um sistema celular CDMA é um dos pontos mais importantes no planejamento deste tipo de sistema. Esta dissertação visa englobar todos os aspectos relevantes para o planejamento e dimensionamento de sistemas CDMA, desenvolvendo uma metodologia de cálculo de cobertura que simultaneamente atenda aos modelos de propagação existentes e as condições de interferência. A metodologia desenvolvida foi implementada no programa denominado NetDimension, que está sendo desenvolvido pelo Centro de Estudos em Telecomunicações (CETUC) da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC/Rio) no âmbito do programa de Softex. Na última parte da dissertação são apresentados alguns exemplos de cálculos de cobertura que foram realizados através do NetDimension, cujos resultados são expressos graficamente, facilitando a análise pelo usuário. / [en] CDMA cellular system coverage prediction is one of the most important issues in the planning of this type of system. This dissertation intends to discuss all the important aspects fo the planning and desing of CDMA systems, developing a coverage prediction methodology that simultaneously comply with the existent propagation models and the interference conditions. The developed methodology was implemented in the program named NetDimension, that is being developed by the Telecommunications Studies Center (CETUC) of the Rio de Janeiro Catholic University (PUC/RJ). In the last part of the dissertation some examples of coverage calculations are presented, which were performed using the software NetDimension. The results are expressed graphically, facilitating the analysis by the user.

[pt] As comunicações sem fio são um dos pilares do desenvolvimento das novas gerações de comunicações móveis. Cada geração tem usado alguma técnica de acesso múltiplo para aproveitar os recursos do canal. Esta dissertação apresenta uma análise de duas técnicas de multiplexação ortogonal. Ambas técnicas implementam a transmissão em blocos, onde uma delas se combina com a abordagem Code Division Multiple Access (CDMA), enquanto a outra usa a técnica de transmissão multiportadora Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). O desempenho e a ocupação espectral de ambas técnicas e as suas vantagens são analisados neste trabalho. Expressões analíticas para a Densidade Espectral de Potência dos sinais foram obtidas e permitiram estabelecer comparações entre os dois métodos. O estudo dessas técnicas de multiplexação é realizado em diferentes canais de propagação para avaliar o comportamento de ambos sistemas de uma forma geral. Os três tipos de canais avaliados neste trabalho são: linear e invariante no tempo, linear e variante no tempo e, finalmente, não linear e invariante no tempo. Cada tipo de canal foi modelado em forma matricial para ambos sistemas de forma independente. As simulações consideram os equalizadores Zero Forcing e Minimum Mean Square Error, assumindo um canal conhecido. / [en] Wireless communications are one of the pillars of the development of the new generations of mobile communications. Each generation has used some multiple access technique to take advantage of the channel s resources. This dissertation presents an analysis of two orthogonal multiplexing techniques. Both techniques implement block transmission, where one is combined with the Code Division Multiple Access (CDMA) approach, while the other uses the multicarrier transmission technique Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). The performance and spectral occupation of both techniques and their advantages are analyzed. Analytical expressions for the Power Spectral Density of the signals were obtained, which allowed establishing comparisons between both methods. The study of these multiplexing techniques is carried out in different propagation channels to evaluate the behavior of both systems in general. The three types of channels evaluated in this work are linear and time-invariant, linear and time-variant and, finally, non-linear and time-invariant. Each type of channel was modeled in matrix form for both systems independently. The simulations consider the Zero Forcing and Minimum Mean Squared Error equalizers, assuming a known channel.

[pt] Além de apresentar uma visão unificada das técnicas de transmissão digital em blocos e suas combinações com a técnica de múltiplo acesso CDMA (Code Division Multiple Access), esta dissertação examina uma nova possível técnica de transmissão para sistemas com múltiplo acesso, aqui chamada CS-CDMA (Chip-Spread Code Division Multiple Access), combinada com as técnicas de transmissão em blocos, em portadora única (SC-Single Carrier ), gerando o esquema SC CS-CDMA, e em múltiplas portadoras OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), gerando o esquema MC CSCDMA. Comparações de desempenho com os sistemas de transmissão por blocos CDMA de portadora única conhecido como SC CDMA (Single Carrier Code Division Multiple Access) e de múltiplas portadoras conhecido como MC CDMA (Multi Carrier Code Division Multiple Access) são apresentadas. Uma característica marcante da técnica de transmissão enfocada é que, diferentemente do que ocorre nos sistemas CDMA, a ortogonalidade entre os códigos dos diferentes usuários é mantida mesmo quando a transmissão é feita atravéss de um canal multipercurso seletivo na frequência, permitindo assim que os usuários possam ser idealmente desacoplados na recepção. Além desta vantagem, e muito devido a ela, os resultados de desempenho, obtidos via simulação, indicam uma significativa superioridade do sistema proposto CSCDMA, quando os sinais são transmitidos em portadora única, sobre o tradicional CDMA. Os resultados consideram recepção com equalização no domínio da frequéncia utilizando equalizadores do tipo ZF (Zero Forcing) e MMSE (Minimum Mean Squared Error). / [en] In addition to presenting a unified view of digital blocks transmission technologies and their combinations with the technique of multiple access CDMA (Code Division Multiple Access), this dissertation addresses a new possible transmission technique for multiple access sytem, called here CS -CDMA (Chip-Spread Code Division Multiple Access), combined with blocks transmissions techniques, in single carrier (SC- Single Carrier ), generating scheme SC CS-CDMA, and in multi carrier OFDM (Ortogonal Frequency Division Multiplexing), generating escheme MC CS-CDMA. Performance comparisons with the traditional SC CDMA (Single Carrier Code Division Multiple Access) and MC CDMA (Multi Carrier Code Division Multiple Access) block transmission systemare presented. A key feature of the proposed transmission technique is that, differently from what occurs with CDMA, the original code orthogonality between users is preserved despite propagation through multipath frequency selective channels, thus ideally allowing the decoupling of the signals at the receiver side. Beyond this advantage, and mostly due to it, the performance results indicate a clear superiority of the proposed system CS-CDMA, over the traditional CDMA, when signals are transmitted in single carrier. The simulation results consider frequency domain ZF (Zero Forcing) and MMSE (Minimum Mean Squared Error).