TDMA vs CDMA
Entenda os princípios, vantagens e
desvantagens de cada sistema

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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 o 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.