Telefonia celular
Telefonia celular
A ANATEL - Agência Nacional de Telecomunicações
define o SMC como: "Serviço móvel celular é o serviço de telecomunicações móvel terrestre, aberto à correspondência pública, que utiliza sistema de radio comunicações com técnica celular, inter conectado à rede pública de telecomunicações, e acessado por meio de terminais portáteis,
transportáveis ou veiculares, de uso individual".
No Brasil o SMC opera na faixa de freqüências de 800
MHz (ou 0,8 GHz).
É o serviço celular que estamos utilizando hoje.
Telefonia celular
A ANATEL - Agência Nacional de Telecomunicações
define o SMC como: "Serviço móvel celular é o serviço de telecomunicações móvel terrestre, aberto à correspondência pública, que utiliza sistema de radio comunicações com técnica celular, inter conectado à rede pública de telecomunicações, e acessado por meio de terminais portáteis,
transportáveis ou veiculares, de uso individual".
No Brasil o SMC opera na faixa de freqüências de 800
MHz (ou 0,8 GHz).
É o serviço celular que estamos utilizando hoje.
Reuso de frequência
Componentes básicos
Componentes básicos de um sistema celular
EM
Componentes básicos-CCC
CCC – Central de Comutação e Controle:
É o coração de um sistema celular, responsável pela
validação dos assinantes, processamento de chamadas, interface com a rede fixa de telefonia, interface com outras CCC´s sejam elas de outra operadora ou não
Geração de bilhetes das chamadas Gerenciamento de hand-off
Monitoração de alarmes das Estações Radio Base – ERBs,
etc
O termo em inglês para CCC é MSC (Mobile Switch Center).
O protocolo padrão para comunicação entre
diferentes CCC´s de diferentes empresas é o IS-41.
Componentes básicos-CCC
Dependendo dos serviços oferecidos por uma
operadora, a CCC pode conter ainda outros
equipamentos:
Gateways para interface entre celulares WAP e
aplicações internet (serviços de notícias, geo-localização, e-mails, m-commerce, etc.)
Plataformas de gerenciamento de assinantes do
serviço pré-pago.
Plataformas de serviço de correio de voz (voice
mail).
Componentes básicos-ERB
ERB – Estação Rádio Base: Uma ERB corresponde a uma
“célula”, no sistema. Daí temos o conceito de telefonia celular.
Ao invés de termos uma só estação irradiando em alta potência por
toda a cidade, temos várias antenas espalhadas numa área trabalhando com potências menores, otimizando a utilização do espectro de freqüências disponíveis.
É a ERB quem se comunica com o assinante através da interface
aérea escolhida (CDMA, TDMA, GSM, etc.)...
E com a CCC através de canais PCM de voz e sinalização. A disposição das ERBs em uma determinada área depende
profundamente do tipo de interface aérea. A área de cobertura de uma ERB no sistema FDMA (AMPS), por exemplo, é menor do que no sistema CDMA, isto porque no sistema AMPS há o problema da interferência entre os canais de ERBs vizinhas com o reuso de freqüências, o que já não é tão crítico num sistema CDMA onde todas as ERBs operam com a mesma frequência .
Componentes básicos-ERB
Ilustração com os componentes básicos de uma ERB
Componentes básicos-ERB
A ERB recebe canais de voz PCM da CCC através de um meio de
transmissão qualquer (microondas, fibra óptica, cabo, modem) e os modula em sinais de microondas em freqüências de 800, 900, 1800, 1900 MHz dependendo do sistema, para irradiá-los para os telefones móveis.
Na ERB não acontece nenhum processamento, tarifação ou
controle de chamadas.
Uma ERB é composta basicamente de antenas de transmissão e
recepção (que podem estar numa única antena, omnidirecional), filtros, duplexadores, acopladores,
transmissores e receptores, equipamentos de transmissão, torre, fonte e infra-estrutura (sistemas de proteção de transientes, combate à incêndio, alarmes, pára-raios, prédio, etc.).
A ERB transmite numa frequência 45 MHz acima da frequência
de recepção.
Componentes básicos-ERB
Uma ERB pode ser OMNIDIRECIONAL, onde
temos uma única antena, tanto para
transmissão quanto para recepção, irradiando
num ângulo de 360 graus em torno da ERB.
A configuração mais usada, entretanto é a
SETORIZADA, onde temos grupos de antenas
de transmissão (TX) e recepção (RX), cada
grupo tem um ângulo de cobertura, que pode
ser de 120 graus (3 setores) ou 60 graus (6
setores) .
Componentes básicos-ERB
Componentes básicos-ERB
A cobertura provida por uma célula depende
de parâmetros pré-definidos como, potência
de transmissão, altura, ganho e localização
de antena.
Vários outros fatores como presença de
montanhas, túneis, vegetação e prédios
afetam de forma considerável a cobertura RF
de uma base. Esses últimos fatores,
obviamente, não são definidos pelo projetista
de sistema e variam de uma região para
outra.
Componentes básicos-ERB
Ilustração do Sistema Móvel Celular
Componentes básicos-EM
EM (Estação Móvel) ou Telefone Móvel : Sua função é
transformar um sinal de voz humana, entre 300 e 3400 Hz, codificá-lo e modulá-lo em uma frequência de microondas para ser transmitido para a ERB, e vice-versa.
A potência máxima de transmissão de um celular é de 600
miliWatts (0,6 Watts).
O móvel mantêm comunicação constante com a ERB através
dos canais de sinalização e controle, mesmo quando não há uma chamada em andamento.
Através destes canais de sinalização que o móvel recebe
informações da ERB como controle de potência de transmissão, identificação da ERB, sincronismo com o sistema,
gerenciamento de hand-off, e envia requisições de chamadas e a identidade do móvel.
Componentes básicos-EM
Alguns exemplos de mensagens de controle
trocadas entre móvel e base são:
Pedido do móvel para acessar um canal e efetuar
uma chamada;
Registro do móvel na área de serviço atual (outra
CCC);
Mensagem de alocação de canal para o móvel,
oriunda da estação base;
Mensagem de handoff oriunda da estação base,
A tabela a seguir resume os componentes
básicos já vistos bem como outros
termos usados em telefonia celular:
Bandas A e B
As bandas A e B
As bandas A e B são diferentes faixas de freqüência de ondas de rádio. Estas freqüências são canais de transmissão de sinais. Os telefones celulares operam através de ondas de rádio em uma destas freqüências, com tecnologia analógica ou digital.
Frequências Banda A: 869 – 880 MHz e 890 - 891,5 MHz – ERB/móvel Banda A: 824 – 835 MHz e 845 – 846,5 Mhz – móvel/ERB Banda B: 880 – 890 MHz e 891,5 – 894 MHz – ERB/móvel Banda B: 835 – 845 MHz e 846,5 – 849 Mhz – móvel/ERB As bandas C, D e E
São as operadoras com a tecnologia GSM e operam na faixa se 1,8GHz
Processamento de chamadas
Canais diretos e reversos
Direto: Da ERB para o móvel
Reverso: Do móvel para a ERB.
Processamento de chamadas
Canais diretos e reversos
Direto: Da ERB para o móvel
Canal piloto
Canal de sincronismo Canal de paging (busca) Canal de tráfego (voz)
Reverso: Do móvel para a ERB.
Canal de acesso Canal de tráfego (voz)
Processamento de chamadas
Canal Piloto
O móvel faz uma busca lógica do canal piloto para saber se
está em uma área de cobertura com sinal CDMA.
Serve como referência de fase para que o móvel possa
decodificar os outros canais.
Serve também para que o móvel determine a sua distância
até a ERB, através de uma medida da potência do canal piloto.
É pelo canal piloto que o móvel identifica a ERB.
Identificadas as ERBs e suas potências recebidas naquele instante, a central tem a localização aproximada do móvel e pode então orientar o correto handoff ou não.
Processamento de chamadas
Canal de Sincronismo
É usado pelo móvel para se sincronizar com o sistema (base de
tempo).
Canal de Paging (busca)
É usado para transmitir informações enquanto o móvel está vago Envia mensagens de registro, handoff vago, designação de canais,
mensagens de busca, parâmetros do sistema, parâmetros de acesso, lista de pilotos vizinhos, lista de portadoras CDMA ativas.
É o canal paging quem se comunica com o canal de acesso (canal
reverso).
Canal de Tráfego (voz)
É por onde ocorre a conversação.
Processamento de chamadas
Canais Reversos
Canal de Acesso
É usado para responder a solicitações da ERB
enquanto o móvel está vago.
Envia mensagens de registro e resposta à busca.
Canal de Tráfego (voz)
Handoff e Roaming
Handoff
Handoff : Processo de transferir
automaticamente a chamada de uma ERB
para a outra sem perda de conexão
enquanto um móvel desloca-se entre células
com uma conversação em andamento. Essa
transferência é coordenada pela MSC.
Esse procedimento de
handoff
não apenas
envolve a identificação de uma nova estação
base, mas também requer que os sinais de
voz e de controle sejam transferidos para
canais associados à nova célula.
Roaming
Em uma situação prática, pode haver mais de um
operador de serviços celulares em uma mesma cidade e, certamente, dentro de um mesmo país/continente. Porém, o usuário é assinante de uma operadora apenas.
Dessa forma, é necessário que haja interligações
entre as diversas operadoras, no sentido de que o assinante de uma operadora possa utilizar os serviços de outra, como visitante (roamer).
Durante o curso de uma chamada, se o móvel
desloca-se da área de serviço de uma MSC para a de outra, é necessário um roaming.
Roaming
O
roaming
pode inclusive ocorrer na área de
prestação de serviço de uma mesma
operadora.
Há vários aspectos a serem considerados na
implementação do
roaming:
Por exemplo, uma chamada local pode
transformar-se numa chamada a longa distância quando a MSC visitada está em outro estado.
Da mesma forma, deve ser dada atenção à
compatibilidade de sistemas entre as MSC’s envolvidas.
Técnicas de Acesso
O compartilhamento de recursos é uma forma muito
eficiente de se obter alta capacidade em uma rede de comunicações. No que diz respeito a
comunicações móveis, os recursos são os canais disponíveis ou, de forma mais ampla, a banda de freqüências.
O mecanismo de acesso deve permitir que qualquer
terminal acesse o sistema.
Se canais são designados a usuários por demanda, o
esquema é chamado de Acesso Múltiplo com Alocação por Demanda (DAMA, Demand-Assigned Multiple Access), ou simplesmente Múltiplo Acesso.
Técnicas de Acesso
Há três formas básicas de se realizar múltiplo
acesso, nomeadas de acordo com o
mecanismo chave usado para
implementá-las:
Múltiplo Acesso por Divisão de Freqüência
(FDMA);
Múltiplo Acesso por Divisão de Tempo
(TDMA);
Múltiplo Acesso por Divisão de Código
(CDMA).
Técnicas de Acesso
Exemplo da Sala: Para melhor entendermos as
diferenças entre FDMA, TDMA e CDMA podemos imaginar o exemplo da sala. Imaginemos os
telefones móveis como pessoas tentando conversar.
No sistema FDMA, a sala seria dividida em várias salas
menores, cada uma com duas pessoas conversando durante todo o tempo. As duplas estariam isoladas umas das outras, não havendo, portanto, risco de que pudessem ouvir a conversa de outra dupla.
Caso estivessem em um sistema TDMA, haveriam por
exemplo, três duplas se revezando em cada sala, cada uma com um tempo pré-determinado para conversar e então dar lugar a uma nova dupla. Após o fim do tempo da terceira dupla, a primeira volta à sala para continuar a conversação.
Técnicas de Acesso
No CDMA todos os pares estão na mesma sala,
mas falando línguas diferentes. Cada um entende somente o seu parceiro, apesar de estar ouvindo as conversas paralelas na sala.
Caso uma dupla comece a falar mais alto, todos
terão que elevar o volume da sua voz, e assim sucessivamente até que todos estejam gritando e ninguém mais se entenda. Por isto é tão
importante o controle de potência dos móveis, uma vez que todos estão “espalhados” na mesma freqüência, numa banda de 1,23 MHz.
FDMA
Tempo
1 usuário por canal Frequência
Canal
X=30 (AMPS)
TDMA
Tempo
3 usuários por canal Frequência
Canal de 30 KHz IS-54 TDMA
CDMA
Tempo
N usuários por canal Frequência
Comparação entre FDMA, TDMA e
CDMA
Uma vantagem básica do CDMA é sua capacidade
muito maior de tolerar sinais interferentes, se comparado a FDMA e a TDMA.
Como resultado dessa qualidade, problemas de
alocação da banda e interferência entre células adjacentes são simplificados, enquanto que sistemas FDMA e TDMA precisam de cauteloso estudo de alocação de freqüência e slots para evitar
interferência, exigindo filtros sofisticados e tempos de guarda entre slots.
Em termos de capacidade, teoricamente o CDMA
possui uma vantagem sobre sistemas analógicos por um fator de 20.
Comparação entre FDMA, TDMA e
CDMA
Por outro lado, toda a vantagem teórica do CDMA
exige que uma série de requisitos como controle de potência eficiente, ortogonalidade entre códigos e necessidade de sincronismo perfeito (bases são sincronizadas por GPS – Sistema de Posicionamento Global, e passam o sincronismo aos móveis), entre outros, sejam atendidos.
Na prática, dada a dificuldade de se implementar
todos os requisitos, sistemas CDMA em geral não exploram toda a capacidade teórica prevista para essa técnica, embora os avanços tecnológicos os levem cada vez mais próximo a esse ideal.
Sistema AMPS – Advanced Mobile for
Phone System
AMPS é um sistema analógico de
telefonia celular que usa FDMA.
Note
Sistema AMPS
São 2 bandas de frequência de 25 MHz cada
dividida em 832 canais analógicos de 30
KHz.
Como eram 2 operadoras por região, 416
canais em cada célula.
21 canais de controle
Sobraram 395 canais
Com um fator de reuso de 7, então apenas
+- 56 canais disponíveis por célula.
Sistema AMPS
Cada banda tem 25 MHz dividida Em 832 canais de 30 KHz
Comunicação direta: base p/ móvel
Comunicação reversa: móvel p/ base
Sistema AMPS
Segunda Geração
SegundaGeração
D-AMPS (Digital AMPS)
D-AMPS, ou IS-136, é um sistema de
telefonia móvel que usa TDMA e FDMA.
Note
D-AMPS (Digital AMPS)
Evolução natural do padrão AMPS analógico.
Compatibilidade total com o sistema anterior.
Desenvolvida primeiramente pelo IS-54
(Interim Standard 54) e revisado mais tarde
pelo IS-136.
Utiliza as mesmas bandas e canais que o
D-AMPS (Digital AMPS)
GSM – Global System for
Mobile Comunication
GSM é um sistema digital de telefonia
celular que usa TDMA e FDMA.
Note
GSM – Global System for
Mobile Comunication
Padrão europeu desenvolvido de modo a
oferecer serviços de telefonia celular de
segunda geração.
Visava substituir uma série de padrões
incompatíveis de primeira geração.
Utiliza duas bandas para comunicação
full-duplex. Cada banda tem 25 MHz com 127
canais de 200KHz devidamente separados por
faixas de segurança.
GSM – Global System for
Mobile Comunication
IS-95
IS-95 é um sistema de telefonia celular
digital que usa CDMA/DSSS e FDMA
Note
IS-95
Padrão de segunda geração predominante
nos EUA.
Usa duas bandas para comunicação duplex:
ISM tradicional (800 MHz) ou (1900 MHz)
Cada banda dividida em 20 canais de 1288
MHz devidamente separados por bandas de
segurança.
Utiliza técnicas diferentes para transmissão
direta e reversa (CDMA/FDMA – DSSS/FDMA)
3ª Geração
O objetivo principal da telefonia celular
de terceira geração é oferecer serviços
de comunicação universal, isto é, sem
restrições às pessoas.
Note
3ª Geração
Conceito surgiu 1992 quando o ITU
publicou uma proposta de projeto
chamada Internet Mobile
Communication for year 2000 – IMT
2000.
Este documento define alguns critérios
3ª Geração
Qualidade de voz comparável à
telefonia fixa;
Suportar serviços de comutação de
pacotes e comutação de circuitos;
Banda total de 2 GHz;
Largura de banda de 2 MHz;
Interface com a internet.
3ª Geração
A ITU definiu os requerimentos mínimos
para a mobilidade da 3ª geração como
sendo os seguintes:
Alta: Taxas de 144 Kbps a partir de veículo
móvel (carro)
Total: 384 Kbps para acesso a de usuário
em movimento (pedestres)
Limitada: pelo menos 2 Mbps para usuários
fixos (casa ou escritório).
Interface rádio do padrão
IMT-2000
Terceira Geração
Interface rádio do padrão
IMT-2000
IMT-DS: Também conhecido como W-CDMA
(CDMA banda larga). Tem largura de banda
de 5 MHz e é compatível com o CDMA IS-95.
IMT-MC: Também conhecido como CDMA
2000. Evolução do CDMA IS-95.
IMT-TC: Usa uma combinação W-CDMA e
TDMA.
IMT-SC: Usa somente TDMA.
IS-95 IS-136 & PDC GSM IS-95B HSCSD EDGE GPRS CMDA 2000–1 X RTT CMDA 2000–1 X EV, DV, DO CMDA 2000–3 X RTT TD-SCDMA W-CDMA EDGE 3GPP 3GPP2
Diversos caminhos de atualização a partir da tecnologia 2G
2G
3G 2,5G
Wireless WANs:
Redes via Satélite
16
16
-
-
2 REDES DE SAT
2 REDES DE SAT
É
É
LITES
LITES
Uma
Uma
rede
rede
de
de
saté
sat
élite
lite
é
é
uma
uma
combinaç
combina
ção
ão
de
de
nó
n
ós
s
espacialmente
espacialmente
organizados
organizados
de
de
modo
modo
a
a
prover
prover
comunica
comunicaç
ção
ão
de um ponto
de um
ponto
a
a
outro
outro
sobre
sobre
a
a
superfí
superf
ície
cie
da
da
terra. Um
terra. Um n
nó
ó
pode
pode
ser um sat
ser um
saté
élite
lite
artificial,
artificial,
uma
uma
esta
estaç
ção
ão
fixa
fixa
na
na
terra
terra
ou
ou
mesmo
mesmo
um terminal de
um terminal de
telefone
telefone
celular
celular
.
.
Figure 16.13 Órbitas de Satélites
Qual o período da lua, de acordo com a lei
de Kepler?
Solução:
P=0,01 x d
1,5
Onde: P=Período [s] e d=distância [km]
Raio da terra: 6.378 km
Órbita da lua: 384.000 km
Então
P = 0,01 x (384.000 + 6.378)
1,5 P = 2.439.090 s = 1 mês
Example 16.1
Qual o período de um satélite localizado a
aproximadamente 35.768 km de altura?
Solução:
P=0,01 x d
1,5
Onde: P=Período [s] e d=distância [km]
Raio da terra: 6.378 km
Órbita da satélite: 35.768 km
Então
P = 0,01 x (35.768 + 6.378)
1,5 P = 86.524 s = 24 hs = 1 dia
Example 16.1
Figure 16.14 Categorias de Satélites
GEO = Geosynchronous-Eart Orbit = Órbita Geoestacionária MEO = Medium-Earth Orbit = Órbita mediana
LEO = Low-Earth Orbit = Baixa Órbita
Figure 16.15 Altitudes das órbitas de satélites
15.000
Superfície da terra 35.768
Cinturão de Van Allen superior
Cinturão de Van Allen inferior 500
Table 16.1 Bandas de frequência de satélite
Figure 16.16 Satélites em órbita geostacionária
Figure 16.17 Órbitas do Sistema de Posicionamento Global (GPS) Figure 16.18 Triangulação
Figure 16.19 Sistema LEO
ISL = Links inter-satélites GWL = Gateway Links UML = Links de usuários
Figure 16.20 Sistema Iridium
