TDMA vs CDMA Entenda os princípios, vantagens e desvantagens de cada sistema Volta à página inicial Os Princípios: Vamos começar aprendendo o que estes dois acrônimos significam. TDMA é "Time Division Multiple Access" ou "Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo", enquanto CDMA é "Code Division Multiple Access" ou "Acesso Múltiplo por Divisão de Código ". Três das quatro palavras em cada acrônimo são idênticas, visto que cada tecnologia consegue essencialmente o mesmo objetivo, mas usando métodos diferentes. Cada uma tenta utilizar, da melhor forma, o espectro de rádio, permitindo que múltiplos usuários compartilhem o mesmo canal físico, ou seja, mais de uma pessoa pode manter uma conversação na mesma freqüência sem causar interferência umas nas outras. Esta é a mágica da tecnologia digital. As duas tecnologias diferem na maneira em que os usuários compartilham o recurso comum. O TDMA funciona dividindo um canal específico do espectro de frequências em fatias de tempo. Cada usuário utiliza a frequência em apenas uma porção do tempo (1/3 no padrão IS-136), liberando as outras "fatias" de tempo para serem utilizadas por outros usuários. Quando todos já utilizaram a sua porção de tempo, o esquema rotativo retorna a utilização para o primeito usuário, e então para o segundo e assim sucessivamente. O CDMA deixa todos transmitirem ao mesmo tempo. A razão pode insinuar que isto seja impossível, mas usando um tipo especial de modulação digital chamado de "spread spectrum" pode- se adicionar sequências de bits pseudo-randomicas a cada usuário e, desta maneira, codificar cada ligação. A parte "pseudo" é muito importante, pois o receptor deve "desrandomizar" os bits a fim de re-agrupar e coletar a informação original. Se você ainda estiver tendo problemas para entender as diferenças entre os sistemas, talvez esta analogia lhe ajude: Imagine um quarto completamente cheio de gente, todos tentando conversar com outras pessoas. No TDMA cada par de interlocutores fala de uma vez. Eles falam somente uma sentença de cada vez e param para que as outras pessoas também possam conversar. Depois que todas as outras pessoas conversaram, o esquema "rotativo" recomeça para que todos possam, novamente, se comunicar. (nunca há mais de uma pessoa que fala ao mesmo tempo no quarto). No CDMA, cada par fala ao mesmo tempo, mas usam uma língua diferente. Como só compreendem a língua falada pelo seu interlocutor, as outras conversas não afetam o entendimento das palavras. Codificação De Voz: Muitas pessoas confundem duas etapas diferentes envolvidas na transmissão do áudio digital. A primeira é a MANEIRA em que a corrente de bits é enviada de uma extremidade à outra. Esta parte da "relação ar" é o que faz uma tecnologia diferente de outra. A segunda é o algoritmo de compressão usado para compactar, da melhor maneira possível, o áudio que vai ser transmitido na corrente de Bits. Este último componente é conhecido como "Codificador de Voz ", ou "Vocoder". Um outro termo usado geralmente é o "CODEC", que é uma palavra similar ao modem. Combina os termos "CODer" e "DECoder". Embora cada tecnologia escolha seus próprios vocoders, não há nenhuma regra que diz que um método de transmissão necessita usar um vocoder específico. Nós discutiremos os vocoders em detalhes mais a frente. Os esquemas de codificação da voz diferem ligeiramente em sua aproximação ao problema. Por causa da grande diversidade de tons e timbres da voz humana, algum CODECS funcionam melhor em determinadas situações do que outros. Todas as tecnologias tentam minimizar o consumo da bateria durante as ligações mantendo a transmissão de dados desnecessários a um mínimo. O telefone decide se você está ou não falando em um determinado momento, ou se o som que se ouve é apenas ruído de fundo. Se o telefone determinar que não há nenhum dado inteligente à transmitir, anula o áudio e reduz o consumo do transmissor (no exemplo de TDMA) ou o número de bits transmitidos (no exemplo de CDMA). Porém a ausência de áudio vindo do interlocutor é encarada com desconforto pelas pessoas, e não são raras as vezes que que estas desligam o telefone por acharem que a ligação caiu. Para evitar este problema psicológico, muitos fornecedores de serviço inserem o que é conhecido como "ruído conforto" durante os períodos em que o audio do interlocutor não é transmitido. O ruído conforto é um ruído sintetizado que tenta imitar o volume e a estrutura do ruído de fundo real. Este ruído de fundo falsificado assegura ao interlocutor que a conexão está viva (ativa). O ruído conforto é EXIJIDO na GSM, mas é opcional em todas as tecnologias restantes. Por alguma razão, alguns fornecedores de CDMA (na europa) não fornecem o ruído conforto, e são incontáveis as mensagens em fóruns de discussão específicos se queixando da ausência deste ruido. CDMA: Agora que nós temos uma compreensão rudimentar das duas tecnologias, vamos tentar examinar que vantagens fornecem. Nós começaremos com o CDMA (padrão IS -95), visto que esta tecnologia nova criou um "murmuriu" na indústria de comunicações móveis. Um dos termos que você ouvirá conjuntamente com CDMA é "Soft Handoff". Um handoff ocorre quando uma ligação comuta de uma célula para outra enquanto você se desloca. Em todas as outras tecnologias este handoff ocorre quando a rede informa seu telefone o novo canal para o qual este deve comutar. O telefone então para de receber e transmitir no canal antigo e começa a receber e transmitir no novo canal. este processo é conhecido como "Hard Handoff". No CDMA, entretanto, cada telefone e cada célula estão na MESMA freqüência. A fim começar a escutar uma nova célula, o telefone precisa apenas mudar a seqüência pseudo-randomica que usa para descodificar os dados desejados do "jumble" de bits emitidos para todos os demais telefones. Quando uma ligação estiver em andamento, a rede escolhe duas células alternativas que julga serem candidatas ao handoff. Transmite simultaneamente uma cópia do seu convidado a cada uma destas células. Seu telefone pode agora escolher entre três fontes diferentes para sua ligação e mover-se entre elas sempre que achar nescessário. Pode até mesmo combinar os dados recebidos de duas células diferentes para facilitar a transição de uma à outra. Este arranjo põe, conseqüentemente, o telefone no controle quase completo do processo do handoff. Tal arranjo deve assegurar-se de que haja sempre uma célula nova pronta para efetuar o handoff. Na teoria, isto deve por fim às quedas de ligações e a ausência de áudio durante o processo de handoff. Na prática não é bem assim. O CDMA tem dois problemas críticos. O primeiro é sua nescessidade de controlar, de forma exata, a saída de potência de cada telefone. Esta necessidade de controlar a potência existe para assegurar-se de que cada sinal móvel chegue na antena de recepção com força aproximadamente igual. Isso significa que o sinal de um telefone situato a 50 metros da antena da célula deve chegar com a mesma intensidade do sinal de um telefone situado a 10 quilômetros. A falha em controlar a potência de saída correta pode resultar em um "swamping" de um usuário sobre todos os demais. O controle de potência no telefone é muito eficiente, e pode geralmente responder rapido o bastante para compensar uma mudança repentina no trajeto do sinal. Em 1900 megahertz um sinal pode degradar rapidamente, mesmo percorrendo um espaço de apenas alguns centímetros. Um movimento repentino de sua cabeça pode ter um efeito devastador no sinal. Osinal degrada e um grande número erros de bit ocorrem. Inversamente, se o sinal melhorar de repente e chegar à célula com DEMASIADA energia. Há o risco de que você possa gerar erros de bit em outras conversações durante este curto período de tempo. Os criadores do CDMA dizem que estes erros podem geralmente ser corrigidos pelas rotinas de correção de erro programadas no vocoder. Talvez isto seja verdadeiro, mas por experiência própria com o CDMA, creio que isto não é verdade. Se você tiver um telefone CDMA , faça uma experiência. Durante uma conversação, mova ràpidamente sua cabeça ou mude de posições no quarto. Você observará, provavelmente, irregularidades no áudio. Você pode também observar um número maior de erros e irregularidades durante as horas de maior utilização do sistema (horas de pico). O segundo problema crítico do CDMA é conhecido como "Pilot Poluition". Isto ocorre quando os sinais de mais de 3 estações estão presentes no telefone, mas nenhun deles são dominantes. Quando esta situação ocorre, a qualidade audio degrada ràpidamente, mesmo quando os sinais parecem muito fortes. A "poluição piloto" ocorre freqüentemente nos ambientes urbanos densamente povoados onde os fornecedores de serviço (companhias telefônicas) constroem muitas células em um espaço físico reduzido. A "poluição piloto" pode também resultar em problemas "multipath", causados por muitos edifícios altos. Os fabricantes de equipamentos CDMA citam a CAPACIDADE como o melhor recurso. Ninguém discorda que o CDMA tem "uma eficiência espectral muito elevada". Pode acomodar mais usuários por megahertz do que todas as outras tecnologias. O que os peritos não concordam é por QUANTO. Ao contrário de outras tecnologias, em que a capacidade é fixa e computada facilmente, CDMA tem o que é conhecido como "capacidade macia ". Você pode SEMPRE adicionar mais um usuário a um canal de CDMA, mas uma vez que você ultrapassa um certo número, você começa a poluir o canal, o que torna difícil recuperar, sem erros, a corrente de dados por algum dos usuários. A maioria dos sistemas CDMA estão ainda em sua infância, e quase nenhun alcançou a sua capacidade potencial máxima. Nós temos, conseqüentemente, muito poucas informações sobre o comportamento de um sistema CDMA. Nos mercados onde a hora de pico realmente põe uma tensão sobre o sistema, os resultados não se têm sido muito satisfatórios. TDMA: Vamos deixar um pouco de lado o CDMA para falar sobre o TDMA. Antes, porém, devemos ressaltar que existem dois tipos de TDMA disponíveis no mercado de telefonia móvel celular. Cada um destes tipos executa o TDMA de uma maneira ligeiramente diferente. A forma mais complexa é, sem uma dúvida, GSM, pois utiliza os princípios básicos do TDMA com muitas inovações que reduzem os problemas em potencial do sistema. Para reduzir os efeitos de interferência "co-channel" e "multipath", a rede GSM usa algo conhecido como "hopping de freqüência". Isto significa que sua ligação pula de um canal a outro em intervalos razoavelmente curtos. Fazendo isto, a probabilidade de problemas por "RF-Randomizado" são reduzidas. O GSM introduz, também, um código no meio de cada frame de dados que o identifica claramente. Seu telefone pode agora distinguir entre pacotes de dados que são parte de sua ligação, e pacotes que não são. O IS-136 é um outro protocolo para TDMA. Este protocolo também é conhecido como TDMA genérico ou simplesmente TDMA. Particularmente, acredito que esta nomenclatura confunde as pessoas, visto que deixa a impressão de ser a ÚNICA implementação do TDMA. Deixando as convenções de lado, o IS-136 é provavelmente a forma mais simples do TDMA. É mais sucetível a determinados problemas do que o GSM, mas tem uma característica original que compensa isto. É a única tecnologia que se integra com sistemas analógicos existentes. Quando o CDMA efetua "handoffs" de digital para analógico, torna-se impossível de retornar a utilizar o sistema digital em uma mesma ligaçao. No IS-136 este problema não existe, pois você pode migrar de um sistema para o outro várias vezes durante uma mesma ligação. Cada um das duas tecnologias de TDMA utiliza um vocoder diferente. A GSM utiliza um vocoder relativamente novo chamado EFR (Enhanced Full Rate). Muitas característiscas do EFR vêm dos vocoders de 13 kb utilizados nas redes CDMA. Ambos estes algoritmos de compressão têm suas próprias peculiariedades, mas na média, ambos fazem um trabalho notável de fornecer áudio quase tão bom quando ao de um telefone fixo. No seu início, o IS-136 utilizou-se de um vocoder horrível, mas em 1997 os fabricantes de equipamentos começaram a substituir o vocoder antigo por um novo. Este vocoder novo funciona muito melhor do que anterior. Os sistemas TDMA utilizam, ainda, um chaveador para determinar quando executar um "handoff". Ao contrário do sistema análógico, entretanto, o chaveador não faz isto no "vácuo". Os telefones TDMA monitoram constantemente os sinais que vêm de outras células e relatam esta informação ao chaveador. Este utiliza, então, esta informação para fazer o "handoff" no momento mais apropriado. Os fabricantes de CDMA insistem em dizer que este esquema é falho e resulta em quedas desnecessárias de ligações. Por experiência própria, não encontrei nenhuma base para este argumento. No último ano utilizei meu telefone TDMA por mais de 5000 minutos de conversas. Poucas vezes pude notar queda nas ligações. Por experiência própria, também, pude perceber que os sistemas TDMA tem uma maior capacidade de fornecer conexões sem erros, e por consequente, uma melhor qualidade de voz. Raramente, porém, devido à quantidade excessiva de erros em um curto período de tempo, a voz pode ficar "robotizada". Isto se deve ao fato de que o vocoder tem que comprimir ao máximo a voz a fim de que ela seja transmitida em uma conexão mais lenta do que o normal. Eficiência Espectral: A capacidade de canais em um sistema TDMA é fixa e indisputável. Cada canal carrega um número finito de "vagas" e você NUNCA pode acomodar uma nova chamada uma vez que o sistema esteja operando em sua capacidade máxima. A eficiência espectral varia de uma tecnologia a outra, mas computar um número preciso nem sempre é uma tarefa fácil. Por o exemplo, a GSM fornece 8 "vagas" em um canal de 200 kHz enquanto o IS-136 fornece 3 "vagas" em um canal de 30 kHz. O GSM consome, conseqüentemente, 25 kHz por usuário enquanto o IS-136 consome somente 10 kHz por o usuário. Pode-se dizer que o IS-136 tem 2,5 vezes a capacidade do GSM. Se um sistema fosse formado por uma única célula isto seria verdade, porém uma vez que começamos a utilizar células múltiplas e reusar o canal de frequência a situação torna-se mais complexa. Devido ao GSM gerenciar os erros e o "hopping de freqüência" de uma forma mais otimizada, a interferência de uma célula em outra é extremamente reduzida. Isto permite a reutilização das frequências em uma escala mais próxima sem uma degradação na qualidade do serviço. A capacidade é medida em "atendimentos por vaga por o megahertz". O sistema IS - 136 tem uma reutilização de N=7 (isto significa que você tem 7 jogos diferentes de freqüências espalhados pela cidade) a figura é 7,0. Esperava-se que poderiam ser utilizados esquemas mais "apertados" do que N=7 no IS-136, mas sua inabilidade em lidar com interferências fêz esta possibilidade impossível. Calcular este esquema para o CDMA requer que determinadas suposições sejam feitas. Se utilizarmos suposições muito otimistas, podemos chegar a 45,1 usuários por canal por megahertz. Entretanto, ao usar suposições pessimistas (e talvez mais realístas) o valor é 12,1. Isso dá ainda ao CDMA uma vantagem de quase 2:1 sobre o TDMA. Cobertura e penetrabilidade: Vamos falar sobre outro fator que envolve as tecnologias CDMA e TDMA. A cobertura "in-building" é algo que muitas pessoas falam, mas poucas entendem corretamente. O CDMA tem uma ligeira vantagem neste departamento devido a uma maior tolerância marginal para sinais fracos, porém, em uma análize mais prática, ambas as tecnologias tem se mostrado equivalentes. Muitos usuários do sistema GSM acham que este sistema é menos eficiente do que o CDMA, mas isso se deve a uma decisão da Nokia em fabricar telefones que davam preferência ao tamanho reduzido do que à recepção dos sinais. A Nokia solucionou recentemente este problema com a liberação de um novo "firmware" para os seus modelos. Os edifícios vêm em muitas configurações, mas o aspecto mais importante é a sua construção e os materiais utilizados. Os edifícios de aço, ou aqueles com utilização macissa de metal tem uma isolabilidade muito maior do que que os edifícios feitos de madeira. Grandes janelas permitem que os sinais penetrem mais profundamente, portanto os "malls" com paredes e telhados de vidro fornecerão, geralmente, uma maior intensidade de sinal. Mais importante do que o tipo de edifício entretanto, é a proximidade da antena mais próxima. Quando uma antena está posicionada logo do lado de fora de um edifício, os sinais podem penetrar por virtualmente qualquer coisa. Quando uma antena está distante, os sinais tem uma penetrabilidade muito menor. A penetração "in-building" é, conseqüentemente, menos uma característica da tecnologia do que uma relação de disposição geográfica. O CDMA, entretanto, tem uma peculiariedade a respeito da penetração "in - building" que não afeta TDMA. Quando o número dos usuários em uma célula aumenta, o nível geral de poluição do sinal aumenta na mesma proporção. Para compensar isto, o sistema CDMA envia um comando a cada telefone para transmitir com mais potência. Entretanto, se um telefone já estiver em seu limite (tal como pode ser o caso dentro de um edifício) ele não poderá, efetivamente, aumentar a sua potência. Deste modo, erros e interferências começarão a surgir. Esta circunstância é conhecida como "o fenômeno shrinking da cobertura" ou "local que respira". Durante certos períodos do dia você pode ter uma cobertura dentro de um edifício específico completamente boa. Durante horários de pico, entretanto, você pôde ter cobertura deficiente (ou não existente). Observações Finais: O CDMA é muito eficiente para grandes áreas geográficas cobertas por poucas antenas (fazendas e campo). Sob estas circunstâncias o CDMA fornece um áudio extremamente estável com poucos erros de "frame", ou seja, uma ótima qualidade de voz. Isto se deve ao fado de que a "poluição piloto" é quase inexistente nestas situações. Sob circunstâncias similares o TDMA sofre muitas interferências e frequentemente fica sem o áudio. Muitas pessoas que usam sistemas CDMA em areas pouco povoadas deram notas de qualidade extremamente elevada a esta tecnologia. Em contrapartida, os sistemas CDMA têm grandes dificuldades em áreas densamente povoadas onde existe a necessidade de várias células em um curto espaço geográfico. Nesta situação o seu telefone é exposto aos sinais que vêm das diversas células da micro-região, mas não há nenhum sinal dominante. O TDMA também pode apresentar problemas sob estas circunstâncias, mas não tanto quanto o CDMA. Assim sendo, podemos realmente proclamar um vencedor ? Por enquanto não. Talvez no futuro quando tecnologias mais novas construídas em torno do padrão W-CDMA (Wideband-CDMA) venham a existir. Os padrões futuros estão sendo desenvolvidos para a transmissão de dados a altas velocidades, muito superiores a de qualquer tecnologia existente. Se você está pensando em comprar um telefone novo, meu conselho é que ignore o tipo de tecnologia que este utiliza e concentre-se em avaliar o fornecedor do serviço. Verifique os preços, modelos de telefone à escolha, cobertura e reputação. Estes fatores lhe fornecem tudo o que você precisa saber para fazer uma boa escolha e desfrutar da melhor maneira possível do sistema celular.