SISTEMA CELULAR
A primeira geração da telefonia móvel foi a do celular analógico, inventado na década de 60. Ela imperou, com seus aparelhos estilo “tijolão”, até a década de 80. Hoje em dia, até se encontra por aí um ou outro analógico: segundo levantamento mundial da EMC World Cellular, eles eram 76 milhões no final de 2000.
Quando em 1990 chegou ao Brasil a primeira geração de celulares, a tecnologia era analógica (AMPS). Os aparelhos continuavam enormes, o único recurso que a tecnologia oferecia era a Caixa Postal e a sua bateria durava pouco. Eram tão caros, que para muitos eram proibitivos.
A tecnologia AMPS (Advanced Mobile Phone System)
É considerado um sistema celular analógico, da primeira geração. É o mais antigo sistema celular, ele foi desenvolvido pelo Bell Labs (EUA) na década de 80. Fornece serviço de voz modulando uma portadora em FM (frequência modulada num canal de RF (rádio frequência).
Esse sistema também pode ser utilizado para transmissão de dados, mas com performance geralmente descrita como marginal, sendo muito menor do que em canais discados convencionais, normalmente limita a 10 Kbps. Os canais convencionais chegam a 64 Kbps.
Este método funciona com as freqüências 800 MHz. No entanto, não é compatível com o padrão GSM.
Para migrar para a segunda geração da rede móvel existe também uma variante digital (D-AMPS – Digital Advanced Mobile Phone System), aplicada por alguns dos provedores dos EUA na faixa de frequência de 1900 MHz, utilizando o padrão de transmissão TDMA.
MOTOROLA PT-550
Características
–Período: Foi introduzida no Brasil no período de 1990/1996
–Geração: 1G (primeira geração)
–Tecnologia: AMPS (Advanced Mobile Phone System) analógica
–Recursos: Caixa postal
Foi padronizado pela EIA-553 e serviu de base para os demais sistemas analógicos como o TACS no Reino Unido. O padrão AMPS utiliza a tecnologia de multiplexação por frequências, chamada FDMA Frequency Division Multiple Access ou Acesso Múltiplo por Divisão de Frequência.
Canalização
O AMPS é um sistema que utiliza o múltiplo acesso por divisão de frequência (FDMA). A Banda do AMPS é dividida em canais de RF, onde cada canal consiste de um par de freqüências (Transmissão e Recepção) com 30 kHz de banda cada. Cada Banda (A ou B) ocupa 12,5 MHz e é composta por 416 canais, sendo 21 canais de controle e os demais de voz. Os canais no AMPS utilizam modulação FM.
No AMPS, um canal de voz é alocado e permanece dedicado a uma chamada durante toda a sua duração.
Capacidade
Os sistemas AMPS e TDMA (IS-136) utilizam geralmente um plano de frequência com reuso de 7 por 21, ou seja, cada célula é dividida em três setores formando 21 grupos de freqüências (canais de voz do AMPS) reutilizados em cada grupo de 7 células.
No AMPS cada uma destas freqüências (ou par) é utilizada por uma chamada enquanto que no TDMA (IS-136) são possíveis até três chamadas simultâneas utilizando esta mesma freqüência.
O crescimento da utilização de sistemas celulares levou a necessidade do aumento da capacidade destes sistemas tendo sido este o grande motivador nos Estados Unidos para o desenvolvimento dos sistemas digitais de segunda geração. A solução TDMA surgiu como uma opção que mantinha compatibilidade com a arquitetura e canalização utilizada pelos sistemas AMPS tendo sido inicialmente chamada de D-AMPS ou Digital AMPS. O TDMA (IS-136) foi padronizado pela TIA (Telecommunications Industry Association).
SEGUNDA GERAÇÃO
A segunda geração, em 1997, incorporou a tecnologia digital com os padrões CDMA e TDMA utilizados pela bandas A e B. Os aparelhos ganharam novos serviços, maior velocidade de conexão, tiveram redução de custo e de tamanho. Além disso, passaram a acessar a Internet.
TECNOLOGIA TDMA: Time Division Multiple Access
Nesta tecnologia o tratamento do sinal é na forma digital;
–Cada assinante ao falar tem sua voz digitalizada e comprimida, sendo transformada em um conjunto de bits;
–Cada canal de frequência no TDMA é dividido para três assinantes simultaneamente;
–A divisão deste canal de frequência se dá no tempo, onde cada fatia de tempo é ocupada por um assinante.
TECNOLOGIA CDMA: Code Division Multiple Access
O método CDMA é uma das diversas possibilidades técnicas de partilhar o mesmo canal de transmissão (i.e. frequência) simultaneamente entre vários assinantes. Assim, os recursos de rádio podem ser aproveitados com muito mais eficácia, em vez de atribuir um canal apenas para um usuário. Outras variantes são, por exemplo, FDMA e TDMA.
Os dados da voz são transportados através da linha de transmissão (digital)e captados pelo respectivo receptor através de uma identificação do endereço (um código). CDMA existe principalmente nas Américas e na Ásia.
NOKIA 3100
Características
Período: Foi introduzida no Brasil a partir de 1997.
Geração: 2G (segunda geração).
Tecnologia: TDMA, CDMA e GSM (digitais).
Recursos:
- Enviar e receber mensagens curtas
- Identificador de chamadas
- Siga-me
- Chamada de espera
- Caixa postal
- Wap (internet)
- Agenda
- Calculadora
- Jogos
- Transmissão de dados de 9,6 ou 14,4 Kbps
TDMA – Time Division Multiple Access
Essa técnica de multiplexação é muito popular em sistemas de Telefonia Móvel Celular, e em WLL (Wireless Local Loop). Na verdade ela consiste de uma mistura de multiplexação no domínio da frequência (para alocação no espectro de Rádio Frequências), e da multiplexação do domínio do tempo (para o compartilhamento de um canal com vários usuários).
Foi uma das primeiras tecnologias digitais utilizadas no mundo, seu espectro de frequência disponível é dividido em intervalos (slots) capaz de propiciar até três conversações simultâneas, utilizando-se de um mesmo recurso (circuito eletrônico) na estação rádio base.
Na tecnologia TDMA o tratamento do sinal se dá na forma digital. Cada assinante ao falar tem sua voz digitalizada e comprimida, sendo transformada em um conjunto de bits (0 e 1).
O TDMA, que divide a frequência em slots de tempo, aumenta em de 3 vezes a capacidade de canais (e usuários) com relação ao AMPS analógico.
Através da tecnologia digital o TDMA (IS-136) permitiu oferecer dezenas de serviços suplementares, tais como identificação do número chamador, chamada em espera, siga-me e conferência.
A transmissão digital do TDMA e outros sistemas de segunda geração, como o GSM e o CDMA (IS-95), permitem uma considerável economia de energia em relação ao AMPS, pois não precisam estar transmitindo de forma contínua. Esta característica, aliada a evolução da tecnologia de baterias dos terminais móveis, possibilitou um grande incremento no tempo de operação dos terminais sem necessidade de recarga.
As operadoras que adotavam o AMPS migraram para o TDMA (IS-136) ou CDMA (IS-95) ao redor dos anos de 1997 e 1998.
As operadoras que adotam o TDMA (IS-136) não têm a sua disposição uma transição suave para a terceira geração (3G) de sistemas celulares que possibilita o oferecimento de serviços de dados com altas taxas de bits. Deverão, portando, escolher um dos dois caminhos disponíveis: GSM/GPRS ou CDMA 2000. No Brasil todas as operadoras acabaram no final optando pelo padrão GSM/GPRS/EDGE.
–Cada canal de frequência no TDMA é dividido para 03 assinantes simultaneamente;
–A divisão deste canal de frequência se dá no tempo, através de 6 “slots” (fatias de tempo t1 a t6) sendo que cada assinante ocupada por 2 slots (upstream + downstream), para poder suportar o fluxo Full Duplex da conversação.
CDMA
CDMA – Code Division Multiple Access é considerado uma evolução do 2G, pois opera como uma forma de espalhamento de espectro, uma família de técnicas de comunicação digital, foi utilizado em aplicações militares por anos. O princípio básico do espalhamento de espectro está em utilizar portadoras semelhantes a ruído, e como o próprio nome diz, uma faixa de frequência bem mais extensa para a mesma taxa de dados.
Algumas propostas surgiram no final da década de 40, mas somente na década de 90, o uso do CDMA em aplicações de rádio móveis (celulares) no meio civil começou a ser utilizado. As aplicações se tornaram viáveis devido a evolução dos circuitos integrados (tamanho reduzido e baixo custo) e a possibilidade da regulagem da potência emitida pelo transmissor.
No Brasil o CDMA foi utilizado pelas operadoras na faixa de 800 MHz nas Bandas A e B. Teve também um uso limitado na frequência de 1,9 GHz para Telefonia Fixa (WLL) uma vez que está faixa não está ainda disponível no Brasil para Telefonia Celular.
Veja abaixo o vídeo sobre a atriz e inventora Hedy Lamarr que inventou a tecnologia Spread Spectrum utilizada nas redes CDMA e nas redes Wi-FI.
CARACTERÍSTICAS
- As Bandas do CDMA são divididas em canais de RF, onde cada canal consiste de um par de frequências (Transmissão e Recepção) com 1,25 MHz de banda cada.
- Teoricamente poderiam existir, portanto, até 10 canais de RF em uma Banda de 12,5 MHz como ocorre na faixa de 800 MHz.
- O acesso múltiplo de canais que compartilham uma mesma banda de frequência é feito pela utilização de códigos diferentes pelos vários terminais.
- A informação é extraída destes canais conhecendo-se a chave específica com a qual cada canal é codificado.
- Todos os canais recebem ainda uma outra máscara com o código de espalhamento PN curto para identificação do setor do transmissor na ERB o que possibilita o reuso de frequência entre setores.
- Os canais de piloto e sincronismo são necessários para decodificação quando se utiliza códigos de Walsh.
- No enlace entre ERB e Estação Móvel os códigos de Walsh são usados para identificar canais diferentes. No enlace reverso os códigos de Walsh são usados para identificar diferentes grupos de seis símbolos.
- O canal de acesso é utilizado para a Estação Móvel se comunicar com a ERB quando ainda não tem nenhum canal de tráfego designado.
- Os canais de tráfego são utilizados para voz/dados do usuário e informação de sinalização.
- Os codificadores de voz (vocoder) mais utilizados no CDMA são do tipo EVRC (Enhanced Variable Rate Coder) que utilizam taxas que variam entre 1,8 Kbit/s, 3,6 kbit/s, 7,2 kbit/s e 14,4 kbit/s.
- O IS-95 é portanto uma combinação de FDMA e CDMA.
- Todos os canais recebem ainda uma outra máscara com o código de espalhamento PN curto para identificação do setor do transmissor na ERB o que possibilita o reuso de frequência entre setores.
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Os canais de piloto e sincronismo são necessários para decodificação quando se utiliza códigos de Walsh.
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No enlace entre ERB e Estação Móvel os códigos de Walsh são usados para identificar canais diferentes. No enlace reverso os códigos de Walsh são usados para identificar diferentes grupos de seis símbolos.
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O canal de acesso é utilizado para a Estação Móvel se comunicar com a ERB quando ainda não tem nenhum canal de tráfego designado.
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Os canais de tráfego são utilizados para voz/dados do usuário e informação de sinalização.
GSM (Global System for Mobile Communication)
O GSM é um padrão de funcionamento de telefones móveis de rede digital celular de segunda geração, que converte voz em sinais codificados (sob a forma de sinais digitais) que são transmitidos, a decodificação é posteriormente realizada no aparelho receptor da chamada, pelo que a mensagem em código é mais segura e as interferências externas têm menor influência na qualidade de som.
O sistema GSM é um padrão internacional criado com o propósito de dar origem a um sistema de telecomunicações europeu operativo na frequência de 900 MHz, encontrando-se hoje expandido para lá das fronteiras européias, o que abre as portas para a criação de um sistema verdadeiramente mundial.
O conceito de rede de rádio celular foi inicialmente inventado pela Bell Laboratories nos Estados Unidos em 1947 e somente cerca de 35 anos depois a primeira rede analógica e os seus respectivos terminais foram criados.
Durante os anos 80, foram desenvolvidos sistemas de telefone móveis analógicos por toda a Europa (especialmente na Escandinávia, Reino Unido, França e Alemanha) , tendo cada país criado o seu próprio sistema, incompatível com todos os restantes, tanto ao nível do equipamento como das operações.
Em 1982, a CEPT (Conference of European Posts and Telegraphs) formou um grupo de estudo denominado GSM (Groupe Spécial Mobile) com o objetivo de estudar e desenvolver um sistema único, um padrão para toda a Europa.
O propósito era o de que este padrão digital proporcionasse maior capacidade, segurança, clareza e qualidade de voz, custos mais baixos e uma maior variedade de serviços e funcionalidades que a tradicional tecnologia analógica.
Em 1987 foram convidados operadoras de telefonia móvel do mundo inteiro a aderir a este sistema de comunicações pan-europeu.
Os países membros do GSM emitiram para o efeito um “Memorandum of Understanding” – MoU, que foi assinado por um grupo de operadoras, ultrapassando-se as expectativas iniciais de adesão.
Os primeiros 18 países foram: Alemanha, Áustria, Bélgica, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Grécia, Irlanda, Itália, Luxemburgo, Noruega, Holanda, Portugal, Reino Unido, Suíça, Suécia e Turquia.
O GSM é uma tecnologia consagrada no mundo inteiro, ela já é utilizada por mais 200 países com mais de meio bilhão de assinantes. Ou seja, dois terços do planeta utilizam um celular GSM.
COMPONENTES
A Estação Móvel é a Unidade de Controle, junto com uma antena e um transceptor e pode se apresentar nas configurações veicular, transportável ou portátil, sendo esta muito utilizada.
Quando é estabelecida uma chamada entre um assinante fixo e um assinante móvel, a transmissão dos dados será via rádio para a estação de rádio-base situada mais próxima da estação móvel. Depois esses dados vão para uma central (BSC) do serviço móvel, e então comutada para a rede telefônica pública onde o assinante fixo está conectado.
Desse mesmo jeito, um assinante fixo acessa automaticamente uma estação móvel, através de busca (paging) e comutação automática processadas pela central de comutação do serviço móvel. Um aparelho celular é, basicamente um transmissor e receptor de ondas de rádio. Cada célula está em comunicação com uma antena de rádio que transmite numa determinada banda (por exemplo 800 ou 900 Mhz).
ESTAÇÃO MÓVEL
–É o aparelho celular portátil, veicular ou transportável utilizado pelo cliente para fazer chamadas locais, de longa distância e internacionais.
–Permite também o cliente enviar mensagens, acessar a Internet e fazer comunicação de dados.
-O telefone móvel é identificado através do IMEI (International Mobile Equipment Identity). Para verificar o IMEI do seu aparelho GSM digite *#06#
-É um número que está colocado na parte de trás do telefone móvel e no certificado de garantia. Este número é fixo e não pode ser alterado. Para cada telefone móvel existe apenas um único IMEI que o identifica.
SIM Card (Subscriber Identity Module)
-Pequeno circuito impresso colocado num suporte de plástico que tem de ser inserido em qualquer telefone GSM para que este se conecte a uma rede GSM.
-O cartão SIM desempenha duas funções primárias na rede GSM: controle de acesso à rede (authentication & ciphering) e personalização do serviço (SMS, aviso de débito, etc.).
-Contém informação sobre o utilizador, segurança e memória para uma lista de telefones. Existem atualmente dois tipos de cartão: ISO standard (do tamanho de um cartão de crédito) ou Plug-in (cerca de 2 cm quadrados) tendo ambos a mesma funcionalidade, variando apenas o tamanho do suporte de plástico, sendo o último utilizado na maioria dos telefones mais recentes.
BTS
A BTS Bse Tranceiver Station forma as células por sua vez são divididas como áreas de serviço individuais, onde cada uma delas possui um grupo de canais designados de acordo com o espectro disponível. Cada célula tem a sua estação base, permitindo assim o uso de transmissores de baixa potência.
A primeira impressão, quando falamos em célula, é que sua estrutura é circular, porque em condições ideais de propagação e utilizando uma antena que propaga em várias direções, a zona de cobertura é uniforme. Porém, quando existem muitas células, o modelo de irradiação circular tem alguns problemas, por exemplo áreas de superposição e de sombra. Então, essas células são representadas por hexágonos, porque suas formas possibilitam ser colocadas lado a lado, sem aqueles problemas colocados anteriormente.
Então, para se montar um sistema de telefonia móvel, subdivide-se uma área geográfica em células hexagonais, cada uma dispondo de uma estação de rádio e antenas direcionais para supervisão e controle das rádios-freqüências e interligação com o sistema telefônico convencional.
Cada célula tem um grupo específico de rádio-freqüência. Sabendo que tem um número limitado de rádio-frequência disponível para comunicação, elas são utilizadas mais de uma vez, mesmo que as células vizinhas tenham grupos diferentes de rádio-frequência para que não exista interferência entre elas.
Base Station System (BSS)
É o sistema encarregado da comunicação com as estações móveis em uma determinada área. É formado por várias Base Transceiver Station (BTS) ou ERBs, que constituem uma célula, e um Base Station Controller (BSC), que controla estas BTSs.
Network Subsystem (NSS)
Possui a função de operação de rede, gerenciamento de assinantes e gerenciamento de equipamentos móveis. É composto pela MSC (Mobile Service Switching Center), HLR (Home Location Register), e pela VLR (Visitor Location Register). O MSC coordena as chamadas dos usuários.
TOPOLOGIA GSM
MSC
Mobile Services Switching Center, é o coração do sistema celular, responsável por todo o gerenciamento do sistema. Trata-se de uma central do tipo CPA (Central por Programa Armazenado), que funciona como um grande computador, recebendo e encaminhando chamadas. É um sistema automático que controla as BSC – Base Station Controller, BTS – Base Tranceiver Station e os telefones celulares.
Cada MSC é formada por um conjunto de equipamentos destinado a controlar o sistema que executa o serviço móvel celular e a interconectar o sistema que executa o serviço móvel celular à RTPC – Rede de Telefonia Pública Comutada ou a qualquer outra rede de telecomunicações, na forma da regulamentação vigente.
Ou Central de Comutação e Controle (CCC) é a central responsável pelas funções de comutação e sinalização para as estações móveis localizadas em uma área geográfica designada como a área do MSC. A diferença principal entre um MSC e uma central de comutação fixa é que a MSC tem que levar em consideração a mobilidade dos assinantes (locais ou visitantes), inclusive o handover da comunicação quando estes assinantes se movem de uma célula para outra. O MSC encarregado de rotear chamadas para outros MSCs é chamado de Gateway MSC.
BSC
Base Station Controller, ela faz a concentração de várias BTS. A BSC é responsável por gerir os recursos de rádio de uma ou várias BTSs (alocação dos canais, processos de handover etc.). É responsável por:
»Estabilizar a conexão entre a estação móvel e a rede GSM.
»Gerenciamento da mobilidade dos clientes.
»Fazer a comutação quando as BTS envolvidas estão sob sua jurisdição.
Home Location Register (HLR)
Ou Registro de Assinantes Locais é a base de dados que contém informações sobre os assinantes de um sistema celular. Também é conhecida por Registro de Assinantes Locais. O HLR é uma base de dados que contem toda a informação de cada cliente da rede de GSM (aproximadamente 100.000 a 200.000 cliente por servidor), relevante para providenciar os serviços por ele contratado.
O HLR é igualmente responsável pela atualização constante da localização do assinante. Ou seja, o HLR associa o telefone X à localização Y ou Z à medida que o assinante vai se movendo na rede. Assim, o sistema sabe exatamente onde cada assinante se encontra a cada momento, sendo possível contatá-lo.
A rede da Operadora possui várias bases de dados deste tipo, essa quantidade está relacionada com critérios relacionados com o equipamento de suporte, utilização, segurança e a estrutura operacional da rede.
A função do HLR pode ser incluída no MSC ou, dependendo dos critérios acima mencionados, poderá ser integrada num equipamento físico autônomo.
Cada assinante tem dois números diferentes no HLR que, conjuntamente, constituem a chave de autenticação do assinante:
Mobile Subscriber ISDN (MSISDN) – Ao contrário da rede fixa, em que o terminal telefônico está ligado a um switch central (central telefônica), um utilizador de GSM pode fazer roaming, nacional e internacionalmente. O MSISDN é um número geral que é ligado para contatar um telefone móvel.
Visitor Location Register (VLR)
Ou Registro de Assinantes Visitantes é a base de dados que contém a informação sobre os assinantes em visita (roaming) a um sistema celular, sendo assim uma base de dados com o registro temporário, de clientes em roaming (visitantes), em uma determinada área de registro.
O cliente ao entrar em outra área de registro, a base de dados VLR solicita as informações da área de registro do cliente, copiando as informações da base de dados HLR para a VLR.
A base de dados VLR passa a informar agora para a HLR a nova posição do cliente em roaming.
Equipment Identity Register (EIR)
Ou Registro de Identidade do Equipamento é a base de dados que armazena os IMEIs dos terminais móveis de um sistema GSM.
É uma base de dados com o registro de Identidade do Equipamento é a base de dados que armazena os IMEIs dos terminais móveis de um sistema GSM. Pode ser classificada de três tipos:
–Lista Branca – Aparelhos que estão autorizados a acessar a rede da operadora.
–Lista Cinza – Aparelhos que precisar ser monitorados (estão sob investigação).
–Lista Negra – Aparelhos que não podem acessar a Rede GSM (roubados ou inadimplentes).
HANDOVER OU HAND-OFF
Significa Passagem. É o deslocamento do assinante dentro de sua área de registro. É uma função localizada na MSC que garante a continuidade de uma conversação quando um usuário passa de uma célula para outra célula. Em telefonia celular, é a passagem do controle de um assinante de uma BTS para outra, conforme ele se movimenta. Associada ao hand-off, há a troca de canal pelo qual o assinante vai continuar sua conversa, ou seja, dentro da cobertura de uma BTS, o assinante usa um canal; na outra BTS, vai ter de usar outro canal.
Quando ocorre troca de freqüências, o hand-off é conhecido como hard hand-off.
A função do hand-off é manter a continuidade de uma conversação quando o usuário passa de uma célula para outra.
Roaming
É o deslocamento entre as áreas de registro. Quando a Estação Móvel entra na área de controle de outra MSC, esta central é conhecida como central visitada e o cliente é registrado como visitante.
O Roaming permite inclusive que o cliente de uma empresa de telefonia móvel possa acessar e ser acessado pelo serviço móvel celular mesmo estando fora da área de abrangência da sua operadora.
O Roaming nacional ocorre automaticamente, sem que o usuário precise configurar o aparelho ou pedir o serviço à operadora.
Já o Roaming internacional ocorre desde que a operadora tenha fechado um “contrato de roaming” com o provedor de um país no exterior. Neste caso, o provedor do exterior aceita o cliente estranho como hóspede na sua rede e as chamadas são reencaminhadas da rede de origem para a rede visitada, mesmo entre diferentes redes móveis.
–Podemos resumir que Roaming é o deslocamento de um cliente para fora de sua área de registro.
–O Roaming pode acontecer tanto dentro da área de atuação da Operadora…
–Cliente de São Paulo (11) em Campinas (19).
–Cliente de Bauru (14) em Santos (13) etc…
… quanto na de outra operadora nacional ou internacional.
–Cliente de São Paulo (11) no Rio de Janeiro (21)
–Cliente de Ribeirão Preto (16) em Paris.
