Planejamento de Sistemas Celulares na Transição para a Terceira Geeração

Prévia do material em texto

INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA 
 
 
 
 
 
CARLOS VINICIO RODRÍGUEZ RON 
 
 
 
 
 
 
 
 
PLANEJAMENTO DE SISTEMAS CELULARES NA TRANSIÇÃO 
PARA A TERCEIRA GERAÇÃO 
 
 
 
 
 
 
Dissertação de Mestrado apresentada ao Curso de Mestrado em 
Engenharia Elétrica do Instituto Militar de Engenharia, como requisito 
parcial para a obtenção do título de Mestre em Ciências em Engenharia 
Elétrica. 
 
Orientador: Prof. Mauro Soares de Assis – M. C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rio de Janeiro 
2003 
 2
c2003 
 
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA 
Praça General Tibúrcio, 80 – Praia Vermelha 
Rio de Janeiro - RJ CEP: 22290-270 
 
Este exemplar é de propriedade do Instituto Militar de Engenharia, que poderá incluí-lo 
em base de dados, armazenar em computador, microfilmar ou adotar qualquer forma de 
arquivamento. 
 
É permitida a menção, reprodução parcial ou integral e a transmissão entre 
bibliotecas deste trabalho, sem modificação de seu texto, em qualquer meio que esteja 
ou venha a ser fixado, para pesquisa acadêmica, comentários e citações, desde que 
sem finalidade comercial e que seja feita a referência bibliográfica completa. 
 
Os conceitos expressos neste trabalho são de responsabilidade do(s) autor(es) e 
do(s) orientador(es). 
 
R696 Rodríguez Ron, Carlos Vinicio 
Planejamento de sistemas celulares na transição para a terceira 
geração / Carlos Vinicio Rodríguez Ron. Rio de Janeiro: Instituto 
Militar de Engenharia, 2003. 
106 p. : il., graf., tab. 
 
Dissertação (mestrado) - Instituto Militar de Engenharia – Rio 
de Janeiro, 2003. 
 
1. Planejamento Celular. 2. Sistemas Móveis. 3.Terceira 
Geração. I. Instituto Militar de Engenharia. II. Título 
 
CDD 621.28456 
 3
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA 
 
 
CARLOS VINICIO RODRIGUEZ RON 
 
 
PLANEJAMENTO DE SISTEMAS CELULARES NA TRANSIÇÃO 
PARA A TERCEIRA GERAÇÃO 
 
 
Dissertação de Mestrado apresentada ao Curso de Mestrado em Engenharia 
Elétrica do Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial para a obtenção do 
título de Mestre em Ciências em Engenharia Elétrica. 
Orientador: Prof. Mauro Soares de Assis – M.C. 
 
 
Aprovada em 18 de junho de 2003 pela seguinte Banca Examinadora: 
 
 
_______________________________________________________________ 
Prof. Mauro Soares de Assis – M. C. do IME - Presidente 
 
 
_______________________________________________________________ 
Prof. Luiz Alencar Reis da Silva Mello - D. C. da PUC 
 
 
_______________________________________________________________ 
Prof. José Carlos Araújo dos Santos, - Ph.D do IME 
 
 
_______________________________________________________________ 
Prof. Maurício Henrique Costa Dias, - D. C do IME 
 
 
 
Rio de Janeiro 
2003 
 4
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 A Deus, aos meus queridos pais Carlos e Lourdes, à minhas irmãs María 
de Lourdes e María Fernanda. 
 5
AGRADECIMENTOS 
 
Expresso meu mais sincero agradecimento a todas as pessoas que me apoiaram na 
realização da presente dissertação de mestrado, em especial a: 
 
• Prof. Mauro Soares de Assis, por sua orientação e dedicação em todas as fases do 
trabalho; 
• Aos professores do departamento de Engenharia Elétrica do IME, pelo conhecimento 
ministrado; 
• À Fundação CAPES pelo apoio à ciência e tecnologia e particularmente pelo 
financiamento para o desenvolvimento da presente dissertação; 
 6
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“A história moderna tem provado sem dúvida que um dos grandes 
fatores da civilização e do progresso do mundo é a facilidade com que 
as pessoas, vivendo distantes umas das outras, podem se comunicar 
entre si”. 
 
GUGLIELMO MARCONI, 20 de dezembro, 1901 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 7
SUMÁRIO 
 
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES..................................................................................................... 09 
LISTA DE TABELAS.............................................................................................................. 12 
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS........................................................................ 13 
LISTA DE SIGLAS.................................................................................................................. 14 
 
1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 18 
1.1 Telefonia Móvel Celular ............................................................................................. 19 
1.2 Objetivo da Dissertação e Roteiro Adotado................................................................. 23 
 
2 FUNDAMENTOS BÁSICOS ................................................................................. 24 
2.1 Sistemas Celulares ................................................................................................... 24 
2.1.1 Técnicas de Acesso Múltiplo.................................................................................... 26 
2.1.2 Sistemas Analógicos de Primeira Geração ................................................................ 29 
2.1.3 Sistemas Digitais de Segunda Geração ..................................................................... 30 
2.1.3.1 Sistema GSM ........................................................................................................... 31 
2.1.3.2 Padrão IS-136 .......................................................................................................... 33 
2.1.3.3 Padrão IS-95 ............................................................................................................ 33 
2.1.4 Sistemas de Transição (2,5G) e de Terceira Geração (3G) ........................................ 34 
2.1.4.1 GPRS ....................................................................................................................... 34 
2.1.4.2 EDGE ...................................................................................................................... 35 
2.1.4.3 WCDMA ................................................................................................................. 36 
2.1.4.4 CDMA 2000 ............................................................................................................ 36 
2.2 Planejamento Celular .............................................................................................. 37 
2.2.1 Cobertura ................................................................................................................. 38 
2.2.1.1 Modelo de Okumura-Hata ........................................................................................ 39 
2.2.1.2 Modelo de Okumura-Hata-COST231 ....................................................................... 40 
2.2.1.3 Modelo da Terra Plana Modificado .......................................................................... 41 
2.2.1.4 Desvanecimento ....................................................................................................... 42 
2.2.2 Reuso de Freqüência ................................................................................................ 43 
2.2.3 Interferência ............................................................................................................. 44 
2.2.4 Tráfego Telefônico................................................................................................... 45 
 8
3 PLANEJAMENTO DE SISTEMAS 2G E 2,5G ................................................... 47 
3.1 Planejamento de Sistemas com Padrão GSM ............................................................ 47 
3.1.1 Cálculo da Atenuação de Referência ........................................................................ 50 
3.1.2 Determinação do Raio da Célula .............................................................................. 51 
3.1.3 Consideraçõessobre o Fator de Reuso ..................................................................... 52 
3.1.4 Planejamento de Sistemas GPRS/EDGE .................................................................. 52 
3.2 Planejamento de Sistemas com o Padrão IS-95 ........................................................ 54 
3.2.1 Limiar de Recepção ................................................................................................. 56 
3.2.2 Cálculo da Atenuação Máxima ................................................................................. 57 
3.2.3 Determinação do Raio da Célula .............................................................................. 58 
3.2.4 Determinação do Número de Portadoras .................................................................. 58 
3.2.5 Planejamento de Sistemas 3G com base na Tecnologia CDMA ................................ 63 
 
4 MIGRAÇÃO DAS REDES DE SEGUNDA GERAÇÃO ..................................... 66 
4.1 Evolução das Redes IS-136 ...................................................................................... 66 
4.1.1 Transição do Padrão IS-136 para o Padrão IS-95 ...................................................... 67 
4.1.2 Transição do Padrão IS-136 para o Padrão GSM ...................................................... 70 
4.2 Evolução do Sistema GSM....................................................................................... 75 
4.2.1 Superposição de Redes GSM, GPRS e EDGE .......................................................... 76 
4.2.2 Superposição de Redes GSM e WCDMA................................................................. 77 
 
5 CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS ...................................................... 79 
 
6 BIBLIOGRAFIA ................................................................................................... 80 
 
7 APÊNDICES .......................................................................................................... 83 
7.1 APÊNDICE 1: Canalização nos Sistemas IS-136 e CDMA ...................................... 84 
7.2 APÊNDICE 2: Situação de Tráfego na sobreposição do CDMA nas Redes IS-136... 90 
7.3 APÊNDICE 3: Canalização nos Sistemas IS-136 e GSM ......................................... 93 
7.4 APÊNDICE 4: Situação de tráfego na sobreposição do GSM nas Redes IS-136 ....... 98 
7.5 APÊNDICE 5: Migração das Redes GSM .............................................................. 100 
7.6 APÊNDICE 6: Tabelas auxiliares para cálculo da redução de tráfego causada por 
inclusão de janelas GPRS (Banda A de 800 MHz) ................................................ 100 
7.7 APÊNDICE 7: Freqüências e definição de canais para WCDMA ( UTRA/FDD) .. 104 
 9
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
 
FIG. 1.1 Distribuição de usuários (x106) por tecnologia (fevereiro, 2003). ......................... 20 
FIG. 1.2 Situação atual de espectro de freqüências para sistemas celulares ......................... 21 
FIG. 1.3 Distribuição percentual de usuários por tecnologia no Brasil. ............................... 21 
FIG. 1.4 Evolução dos sistemas móveis de 2a geração. ....................................................... 22 
 
FIG. 2.1 Estrutura de um sistema celular ............................................................................ 25 
FIG. 2.2 Handoff ................................................................................................................ 25 
FIG. 2.3 Roaming ............................................................................................................... 26 
FIG. 2.4 FDMA / FDD ....................................................................................................... 27 
FIG. 2.5 TDMA / FDMA / FDD ......................................................................................... 28 
FIG. 2.6 CDMA / FDD....................................................................................................... 28 
FIG. 2.7 Distribuição de freqüências e canais do sistema AMPS ........................................ 30 
FIG. 2.8 Fator de reuso N=7 ............................................................................................... 43 
 
FIG. 4.1 Banda A de 800MHz com plano de reuso 4/12 ..................................................... 69 
FIG. 4.2 Banda A de 800MHz com plano de reuso 7/21 ..................................................... 69 
FIG. 4.3 Tráfego no sistema IS-136 na Faixa A de 800MHz com plano de reuso 4/12 e 
adição de portadoras CDMA ................................................................................. 70 
FIG. 4.4 Tráfego no sistema IS-136 na Faixa A de 800MHz com plano de reuso 7/21 e 
adição de portadoras CDMA ................................................................................. 70 
FIG. 4.5 Distância de reuso nas configurações 4/12 e 1/3. .................................................. 72 
FIG. 4.6 Banda A de 800MHz com plano de reuso 4/12 ..................................................... 73 
FIG. 4.7 Banda A de 800MHz com plano de reuso 7/21 ..................................................... 73 
FIG. 4.8 Tráfego no sistema IS-136 na Faixa A de 800MHz com plano de reuso 4/12 e 
adição de portadoras GSM .................................................................................... 74 
FIG. 4.9 Tráfego no sistema IS-136 na Faixa A de 800MHz com plano de reuso 7/21 e 
adição de portadoras GSM .................................................................................... 75 
FIG. 4.10 Superposição GSM/WCDMA na faixa D em 1800 MHz ..................................... 78 
FIG. 4.11 Redução de tráfego GSM com a introdução de uma portadora WCDMA .............. 78 
 
FIG. 7.1 Banda B de 800MHz com plano de reuso 4/12 ..................................................... 85 
FIG. 7.2 Banda B de 800MHz com plano de reuso 7/21 ..................................................... 85 
 10 
FIG. 7.3 Banda A de 1900MHz com plano de reuso 7/21 ................................................... 86 
FIG. 7.4 Banda B de 1900MHz com plano de reuso 7/21 ................................................... 86 
FIG. 7.5 Banda C de 1900MHz com plano de reuso 7/21 ................................................... 87 
FIG. 7.6 Banda D de 1900MHz com plano de reuso 7/21 ................................................... 87 
FIG. 7.7 Banda E de 1900MHz com plano de reuso 7/21 .................................................... 87 
FIG. 7.8 Banda F de 1900MHz com plano de reuso 7/21 .................................................... 88 
FIG. 7.9 Banda A de 1900MHz com plano de reuso 9/27 ................................................... 88 
FIG. 7.10 Banda B de 1900MHz com plano de reuso 9/27 ................................................... 88 
FIG. 7.11 Banda C de 1900MHz com plano de reuso 9/27 ................................................... 89 
FIG. 7.12 Banda D de 1900MHz com plano de reuso 9/27 ................................................... 89 
FIG. 7.13 Banda E de 1900MHz com plano de reuso 9/27 .................................................... 89 
FIG. 7.14 Banda F de 1900MHz com plano de reuso 9/27 .................................................... 90 
FIG. 7.15 Tráfego na banda B de 800MHz com plano de reuso 4/12 .................................... 91 
FIG. 7.16 Tráfego na banda B de 800MHz com plano de reuso 7/21 .................................... 91 
FIG. 7.17 Tráfego nas banda A da faixa de 1900MHz .......................................................... 92 
FIG. 7.18 Tráfego nas banda B da faixa de 1900MHz .......................................................... 92 
FIG. 7.19 Tráfego nas banda C da faixa de 1900MHz .......................................................... 92 
FIG. 7.20Tráfego nas banda D da faixa de 1900MHz .......................................................... 93 
FIG. 7.21 Tráfego nas banda E da faixa de 1900MHz ........................................................... 93 
FIG. 7.22 Tráfego nas banda F da faixa de 1900MHz ........................................................... 93 
FIG. 7.23 Banda B de 800MHz com plano de reuso 4/12 ..................................................... 94 
FIG. 7.24 Banda B de 800MHz com plano de reuso 7/21 ..................................................... 94 
FIG. 7.25 Banda A de 1900MHz com plano de reuso 7/21 ................................................... 95 
FIG. 7.26 Banda B de 1900MHz com plano de reuso 7/21 ................................................... 95 
FIG. 7.27 Banda C de 1900MHz com plano de reuso 7/21 ................................................... 96 
FIG. 7.28 Banda D de 1900MHz com plano de reuso 7/21 ................................................... 96 
FIG. 7.29 Banda E de 1900MHz com plano de reuso 7/21 .................................................... 96 
FIG. 7.30 Banda F de 1900MHz com plano de reuso 7/21 .................................................... 96 
FIG. 7.31 Banda A de 1900MHz com plano de reuso 9/27 ................................................... 97 
FIG. 7.32 Banda B de 1900MHz com plano de reuso 9/27 ................................................... 97 
FIG. 7.33 Banda C de 1900MHz com plano de reuso 9/27 ................................................... 97 
FIG. 7.34 Banda D de 1900MHz com plano de reuso 9/27 ................................................... 98 
FIG. 7.35 Banda E de 1900MHz com plano de reuso 9/27 .................................................... 98 
 11 
FIG. 7.36 Banda F de 1900MHz com plano de reuso 9/27 .................................................... 98 
FIG. 7.37 Banda B de 800MHz com plano de reuso 4/12 ..................................................... 99 
FIG. 7.38 Banda B de 800MHz com plano de reuso 7/21 ..................................................... 99 
FIG. 7.39 Bandas A, B e C na faixa de 1900MHz ............................................................... 100 
FIG. 7.40 Bandas D, E e F na faixa de 1900MHz ............................................................... 100 
FIG. 7.41 Superposição GSM/WCDMA na banda C da faixa de 1800 MHz ....................... 102 
FIG. 7.42 Superposição GSM/WCDMA na banda E da faixa de 1800 MHz ....................... 102 
FIG. 7.43 Superposição GSM/WCDMA na banda A da faixa de 1900 MHz ...................... 103 
FIG. 7.44 Superposição GSM/WCDMA na banda B da faixa de 1900 MHz ...................... 103 
FIG. 7.45 Superposição GSM/WCDMA na banda C da faixa de 1900 MHz ...................... 103 
FIG. 7.46 Superposição GSM/WCDMA na banda D da faixa de 1900 MHz ...................... 104 
FIG. 7.47 Superposição GSM/WCDMA na banda E da faixa de 1900 MHz ...................... 104 
FIG. 7.48 Superposição GSM/WCDMA na banda F da faixa de 1900 MHz ...................... 104 
FIG. 7.49 Cálculo de tráfego no GSM (plano de reuso 4/12) com inclusão de 2 janelas GPRS 
por setor ............................................................................................................ 105 
FIG. 7. 50 Cálculo de tráfego no GSM (plano 1/3 com 33,3 % de FH) com inclusão de 2 
janelas GPRS por setor ...................................................................................... 105 
FIG. 7.51 Cálculo de tráfego no GSM (plano 1/1 com 33,3 % de FH) com inclusão de 2 
janelas GPRS por setor ...................................................................................... 105 
 
 
 
 
 12 
LISTA DE TABELAS 
 
TAB. 2.1 Características técnicas dos sistemas digitais. ....................................................... 31 
TAB. 2.2 Esquemas de codificação ...................................................................................... 35 
TAB. 2.3 EDGE - Esquemas de codificação e técnicas de modulação .................................. 35 
TAB. 2.4 Margem de desvanecimento para diferentes valores de desvio padrão e percentagem 
de cobertura para γ=3,5. ........................................................................................ 43 
TAB. 2.5 Erlang-B para 1% e 2% de grau de serviço. .......................................................... 46 
 
TAB. 3.1 Atenuação em dB para cada 100 metros de cabo. .................................................. 48 
TAB. 3.2 Cálculo da atenuação de referência para o padrão GSM. ....................................... 50 
TAB. 3.3 Determinação do raio da célula em ambiente externo ........................................... 51 
TAB. 3.4 [C/I](dB) nos esquemas de codificação do GPRS para 800 - 900 MHz ................. 53 
TAB. 3.5 [C/I](dB) nos esquemas de codificação do GPRS para 1800 - 1900 MHz ............. 53 
TAB. 3.6 [C/I](dB) nos esquemas de codificação do EGDE para 800 - 900 MHz ................. 54 
TAB. 3.7 [C/I](dB) nos esquemas de codificação do EGDE para 1800 - 1900 MHz ............. 54 
TAB. 3.8 Cálculo da atenuação de referência para o padrão IS-95........................................ 57 
TAB. 3.9 Determinação do raio da célula em ambiente externo ........................................... 58 
TAB. 3.10 Determinação do raio da célula para os padrões CDMA20001x e WCDMA.........63 
 
TAB. 4.1 Migração e evolução de redes celulares. ............................................................... 66 
TAB. 4.2 Distribuição de freqüências no caso do uso de FH e fator de carga de 33% ........... 71 
TAB. 4.3 Distribuição de freqüências no caso do uso de FH e fator de carga de 33% ........... 71 
TAB. 4.4 Valores de [C/I](dB) para diferentes configurações do GSM.. ............................... 72 
TAB. 4.5 Número de canais de tráfego e sinalização para diferentes configurações GSM. ... 74 
TAB. 4.6 Redução do tráfego de voz com a introdução do GPRS na banda A de 800MHz. .. 76 
 
TAB. 7.1 Redução do tráfego de voz com a introdução do sistema GPRS. ......................... 101 
TAB. 7.2 Faixas de freqüência de UTRA/FDD ................................................................. 106 
TAB. 7.3 Definição de canais no UTRA FDD................................................................... 106 
TAB. 7.4 Definição de canais adicionais para Faixa II.. .................................................... 106 
TAB. 7.5 Número dos canais no UTRA ............................................................................ 106 
 
 
 13 
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS 
 
ABREVIATURAS 
hb - altura das antenas da ERB 
hm - altura da antena da EM 
h0 - altura do plano de referência 
e
b
h - atenuação equivalente das antenas da ERB em relação ao plano de referencia 
e
m
h - atenuação equivalente da antena da EM em relação ao plano de referencia 
CM - fator de correção para centros metropolitanos 
N - fator de reuso 
D - distância de reuso 
RC - raio da célula 
C/I - relação portadora-interferência 
NC - número de canais 
Erl. - Erlangs 
M - Margem de desvanecimento 
R - Taxa de Transmissão 
W - Taxa de chip 
Eb - Energia por bit 
N0 - Densidade espectral de ruído 
C/N - Relação portadora a ruído 
 
SÍMBOLOS 
γ - constante de propagação 
ρ - atenuação adicional causada por obstáculos 
σ - desvio padrão da distribuição log-normal 
α - fator de atividade de voz 
µ - fator de carga 
∆ - relação da energia por bit sobre a densidade de ruído 
β - relação de interferência de outras células e interferência da mesma célula 
ν - fator de ortogonalidade 
 14 
LISTA DE SIGLAS 
 
1G - Primeira Geração 
1x EV-DO - 1x Evolution – Data Only 
1x EV-DV - 1x Evolution – Data Voice 
2,5G - Geração de Transição 
2G - Segunda Geração 
3G - Terceira Geração 
3GPP - Third Generation Partnership Project 
3GPP2 - Third Generation Partnership Project2 
8PSK- 8 Phase - Shift Keying 
ANSI - American National Standard Institute 
AMPS - Advanced Mobile Phone System 
AMR - Adaptive MultiRate 
BER - Bit Error Rate 
CCC - Centro de Comutação e Controle 
CDG - CDMA Development Group 
CDMA - Code Division Multiple Access 
CS - Coding Scheme 
D-AMPS - Digital AMPS 
EDGE - Enhanced Data rates for GSM Evolution 
EFR - Enhanced Full Rate 
EM - Estação Móvel 
ERB - Estação Radio Base 
ETACS - Extended Total Access Communication System 
ETSI - European Telecommunications Standard Institute 
EVRC - Enhanced Variable Rate Coder 
FCC - Federal Communication Commission 
FDD - Frequency Divison Duplex 
FDMA - Frequency Division Multiple Access 
FH - Frequency Hopping 
FLMPTS - Future Land Mobile Public Telecommunications System 
FM - Frequency Modulation 
 15 
GMSK - Gaussian Minimum Shift Keying 
GPRS - General Packet Radio Service 
HMM - Hora de maior movimento 
HSCSD - High Speed Circuit Switched Data 
IMT-2000 - International Mobile Telecommunications - 2000 
IMTS - Improved Mobile Telephone System 
IP - Internet Protocol 
IS-136 - Interim Standard - 136 
IS-95 - Interim Standard – 95 
ISDN - Integrated Services Digital Network 
MCS - Modulation and Coding Schemes 
NMT - Nordic Mobile Telecommunications 
PCA - Percentagem de área de cobertura 
PDC - Personal Digital Cellular 
PCS - Personal Communication Services 
RA250 - Rural Area(EM a 250 km/h) 
RPTC - Rede Pública de Telefonia Comutada 
SHG - Soft Handoff Gain 
SMV - Selectable Mode Vocoder 
SMS - Short Messages Services 
TACS - Total Access Communication System 
TDD - Time Divison Duplex 
TDMA - Time Division Multiple Access 
TIA - Telecommunication Industry Association 
TU3 - Typically Urban (EM a 3km/h) 
TU50 - Typically Urban (EM a 50km/h) 
UMTS - Universal Mobile Telecommunications System 
UTRAN - UMTS Terrestrial Radio Access Network 
UWC - Universal Wireless Consortium 
WARC-92 - World Administrative Radio Conference - 1992 
WCDMA - Wideband CDMA 
WRC-2000 - World Radiocommunications Conference - 2000 
 
 
 16 
RESUMO 
 
 
O crescimento acelerado do número de usuários e a demanda por novos serviços de 
transmissão de dados a taxas elevadas estão impulsionado o avanço tecnológico das redes 
móveis. Esta situação tem motivado a busca estratégica de técnicas que permitam planejar as 
redes de forma a oferecer uma ampla gama de serviços aos usuários sem alteração dos níveis 
de qualidade exigidos. Neste contexto, esta dissertação apresenta metodologias para o 
planejamento de redes móveis contemplando a superposição das redes atuais de 2ª geração 
(2G) com redes de transição (2,5G) e redes de 3ª geração (3G). Dois enfoques são 
considerados nos exercícios de planejamento aqui realizados. O modo convencional que tem 
por base uma única tecnologia e a técnica que envolve a superposição de redes com diferentes 
tecnologias. No primeiro enfoque, o planejamento é tratado através do desenvolvimento 
otimizado de 3 (três) procedimentos de cálculo distintos: cobertura de cada célula ou setor, 
análise do tráfego e avaliação dos níveis de interferência. No que se refere à superposição de 
redes, tendo em vista que o padrão IS-136 não tem evolução prevista para a 3ª geração, um 
problema importante é a migração das operadoras que têm redes estruturadas neste padrão 
para as tecnologias IS-95 e GSM. A evolução do padrão GSM constitui outro item relevante 
para fins de planejamento. Neste caso, é analisada a superposição de redes GSM, GPRS, 
EDGE e WCDMA. Sintetizando os resultados obtidos nesta dissertação, dois pontos merecem 
destaque. Em ambos os casos investigados, IS-95 e GSM, observou-se que dentro dos limites 
tecnológicos atuais, é possível fazer a migração do IS-136 com acréscimo da capacidade de 
tráfego da rede resultante. Por outro lado, verificou-se que o aumento da taxa de transmissão 
de dados ocasiona uma significativa redução do tráfego de voz nas redes 3G baseadas no 
CDMA. 
 17 
ABSTRACT 
 
 
The fast increasing number of users and the demand for new high data rates transmission 
services encourage the technological development for the mobile networks. This situation has 
motivated a strategic search of planning techniques, allowing mobile networks to offer a 
variety of services without significative lost of the required quality levels. This work uses 
well-known methodologies for planning the mobile networks; these methodologies 
considerate the overlapping of 2nd generation networks (2G) with the transition networks 
(2,5G), and 3rd generation networks (3G). Two approaches were employed in the planning 
scheme: the conventional way –using only one technology– and a migration process –using 
the overlapping of networks with different technologies. In the first approach, the planning 
was developed by optimizing 3 (three) distinct calculation procedures: cell or sector coverage, 
traffic distribution analysis and interference evaluation. In the second approach, because IS-
136 networks does not have an evolution for 3rd generation networks a previously migration 
to IS-95 or GSM standards must be considered. The evolution of the GSM constitutes another 
important situation for planning, in this case the overlapping of GSM, GPRS, EDGE and 
WCDMA networks is analyzed. Summarizing the main results of this work, there are two 
important remarks. It was showed that, within the current technological limits, it is possible to 
make the migration from the IS-136 to IS-95 and GSM with an increase in the traffic capacity 
of the resultant network. On the other hand, it was verified that the increase in the data rate 
causes a significant reduction of the voice traffic capacity in the CDMA based 3G networks. 
 
 
 18
1 INTRODUÇÃO 
 
 
A história das comunicações através de ondas de rádio possui 3 (três) marcos 
fundamentais. O primeiro se refere ao trabalho desenvolvido por Maxwell sintetizando em 4 
(quatro) equações as leis fundamentais do eletromagnetismo e demonstrando a identidade 
entre luz e onda eletromagnética. Este trabalho culminou com a publicação em 1873 de um 
tratado sobre eletromagnetismo intitulado “A Treatise on Electricity and Magnetism”. O 
segundo marco foi a comprovação experimental realizada por Hertz em 1888 da teoria 
estabelecida anteriormente por Maxwell. Finalmente, o terceiro marco é representado pela 
série de experiências realizadas por Marconi entre o final do século XIX e o início do século 
XX mostrando a viabilidade prática de utilização das ondas eletromagnéticas em 
comunicações a longa distância. 
Relativamente às comunicações móveis, o marco inicial, amplamente referenciado na 
literatura técnica, corresponde ao sistema implantado em 1921, no Departamento de Polícia de 
Detroit (USA), utilizando modulação em amplitude e operando na freqüência de 2 MHz. 
Tratava-se de um sistema unidirecional que permitia o envio de mensagens para as viaturas do 
Departamento e cujo retorno obrigava o uso da rede de telefonia fixa, ou seja, um precursor do 
serviço de busca (paging). 
A partir deste primeiro serviço móvel, o século XX presenciou uma evolução crescente 
(lenta nas primeiras décadas) crescente das comunicações móveis. Evolução esta marcada por 
uma série de eventos, alguns dos quais são citados a seguir em ordem cronológica no período 
que antecedeu a implantação da telefonia móvel celular. 
1928 - desenvolvimento do receptor superheterodino; 
1935 - invenção da modulação em freqüência; 
1946 - primeiro serviço móvel manual de telefonia pública nos Estados Unidos (150 
MHz), conseqüência direta do desenvolvimento tecnológico realizado durante a 2ª Guerra 
Mundial; 
1947 - serviço móvel para auto-estrada (35 MHz); 
1956 - serviço móvel manual em 450 MHz 
1964 - serviço automático em 150 MHz denominado IMTS (Improved Mobile Telephone 
System); 
 19
1969 - serviço automático (IMTS) em 450 MHz; 
1975 - atribuição pela FCC (Federal Communication Commission)nos Estados Unidos 
da faixa de 800 MHz para telefonia móvel celular. 
 
1.1 TELEFONIA MÓVEL CELULAR 
 
A estrutura celular foi concebida nos Laboratórios Bell (Bell Labs - USA) em 1947 
(MACDONALD, 1979). Entretanto, somente após a decisão da FCC de atribuir uma faixa de 
freqüências em 800 MHz para a telefonia celular foi possível iniciar testes de campo visando a 
implantação do novo serviço. Neste contexto, foi instalado em 1978, na cidade de Chicago 
(USA), um sistema experimental com base no padrão analógico AMPS (Advanced Mobile 
Phone System) desenvolvido nos Laboratórios Bell. No entanto, por problemas de 
regulamentação, este sistema começou a operar comercialmente 5 (cinco) anos mais tarde, em 
1983. Neste período a telefonia celular foi introduzida em diversos outros países, com padrões 
também analógicos que tiveram o AMPS por referência. Assim é que em: 
1979 - é instalado em Tóquio (Japão) o primeiro sistema celular; 
1980 - inicio da operação de um sistema celular integrando os países nórdicos 
(Dinamarca, Suécia, Noruega e Finlândia); 
1982 - implementação do sistema TACS (Total Access Communication System) no Reino 
Unido. 
Ainda na década de 80 foram iniciados estudos nos Estados Unidos, Europa e Japão 
visando desenvolver sistemas que operassem com tecnologia digital e atendessem a critérios 
de melhor qualidade, maior capacidade e robustez quanto a interferências. Tais sistemas foram 
concluídos e implementados já na década de 90, resultando nos atuais padrões digitais que 
vieram constituir a 2ª geração da telefonia celular (2G): 
IS-136 - padrão digital americano com técnica de acesso TDMA; 
IS-95 - padrão digital americano com técnica de acesso CDMA; 
GSM - padrão digital europeu com técnica de acesso TDMA; 
PDC - padrão digital japonês com técnica de acesso TDMA. 
O crescimento da telefonia celular durante a década de 90 ultrapassou todas as 
expectativas, chegando à virada do século com mais de 500 milhões de usuários. Este 
 20
crescimento continua, atingindo a cifra de quase 1,2 bilhão de usuários em fevereiro deste ano 
(2003). A FIG. 1.1 mostra a distribuição destes usuários por tecnologia. 
821,3
151,3
60,5
110,3
26,1 GSM
CDMA IS-95
PDC
TDMA IS-136
ANALOGICO
 
FIG. 1.1 Distribuição de usuários (x106) por tecnologia (GSMWORLD, 2003). 
 
Em função deste crescimento e tendo em vista a necessidade de uma coordenação 
mundial para o serviço, a União Internacional de Telecomunicações (UIT) tomou para si esta 
responsabilidade. Neste sentido, foram iniciados estudos visando a implantação de uma 3ª 
geração com integração mundial através de um projeto designado primeiramente FLMPTS 
(Future Land Mobile Public Telecommunications System), posteriormente denominado IMT-
2000 (International Mobile Telecommunications). Assim, na WARC-92 (World 
Administrative Radio Conference) realizada em 1992 foram definidas as primeiras faixas de 
freqüências a serem utilizadas pelos sistemas de 3ª geração (3G). Europa, Japão e outros 
países ajustaram o espectro de modo compatível com a recomendação da UIT. Entretanto, por 
motivos internos, o mesmo não aconteceu nos Estados Unidos, onde parte da faixa foi 
atribuída ao serviço denominado PCS (Personal Communication Services) e outra 
permaneceu para aplicações militares. A situação atual do espectro para a 3G, incluindo 
novas faixas adotadas na WRC 2000 (World Radiocommunications Conference) realizada em 
2000, é mostrada na FIG. 1.2. 
 
 21
IMT IMT IMT IMTIMT
M
S
S
M
S
S
GSM GSM FDD
M
S
S
D
E
C
T
T
D
D
T
D
D
 FDD
GSM GSM, PCS IMT
M
S
S
IMT
M
S
S
Cellular
PDC IMT
M
S
S
P
H
S
IMT
M
S
S
Cellular IMT
M
S
S
IMT
M
S
S
P
C
S
P
C
S
Cellular
M
S
S
Reser
800 900 1000 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2500
M
S
S
2600 2700
ITU
Europe
China
Japan
Korea
North
America
M
S
S
PCS
A B C
D EF A B CD EF
WARC-92
WRC 2000
 
FIG. 1.2 Situação atual de espectro de freqüências para sistemas celulares (LEITE, 2000). 
 
No Brasil ao longo da década de 90 houve uma significativa penetração da tecnologia IS-
136. Por este motivo, a distribuição de usuários por tecnologia é bem diferente daquela 
mostrada na FIG1.1. Por exemplo, tomando por base dados de abril de 2003 (ANATEL, 
2003), em um total de 36.369.793 usuários, a distribuição por tecnologia é indicada na TAB. 
1.1. Entretanto, esta distribuição deverá sofrer modificação em um futuro próximo, tendo em 
vista a necessidade da migração das tecnologias que utilizam o padrão IS-136. 
 
6,5
32,4
59,0
2,2
GSM
CDMA IS-95
TDMA IS-136
ANALOGICO
 
FIG. 1.3 Distribuição percentual de usuários por tecnologia no Brasil. 
 
O projeto IMT-2000 da UIT pretendia que a 3ª geração celular fosse implementada a 
partir de 2000. Entretanto, diversos problemas, tais como, atraso no desenvolvimento 
 22
tecnológico, disponibilidade de espectro nas vizinhanças de 2000 MHz, falta de recursos para 
novos investimentos, etc, não permitiram que este objetivo fosse atingido. 
Embora a UIT tenha selecionado 5 (cinco) padrões para a interface rádio do IMT 2000, 
apenas dois estão efetivamente no caminho para 3ª geração, ambos utilizando tecnologia 
CDMA (Code Division Multiple Access). Estes padrões são o CDMA 2000 e o WCDMA 
(Wideband CDMA). O CDMA 2000 representa a evolução do padrão americano IS-95. O 
WCDMA é a interface rádio do sistema europeu UMTS (Universal Mobile 
Telecommunications System) e que constitui a evolução do GSM com a mudança do acesso 
TDMA para CDMA. Este padrão é também conhecido por UTRAN (UMTS Terrestrial Radio 
Access Network). O WCDMA, cujo desenvolvimento foi iniciado na Europa, recebeu apoio 
do Japão, onde foi implantada, em outubro de 2001, uma rede 3G com base nesta tecnologia. 
 O padrão americano IS-136 estava também previsto para evoluir a 3ª geração, tendo sido, 
inclusive, criado um consórcio (UWC - Universal Wireless Consortium) para coordenar o 
desenvolvimento tecnológico. Entretanto, os estudos iniciais neste sentido concluíram não ser 
viável o projeto e o consórcio foi desfeito. Esta decisão trouxe um problema para as 
operadoras que utilizam este padrão. Estas operadoras têm duas opções para oferecer serviços 
de 3ª geração; a migração para o GSM e, posteriormente, para o WCDMA ou a migração 
através do CDMA 2000. A FIG. 1.4 sintetiza estas duas opções, destacando, inclusive, os 
sistemas a serem utilizados durante a transição (geração 2,5G). Nesta figura, ANSI-41 
(American National Standard Institute) e GSM-MAP (GSM Mobile Application Protocol) se 
referem às redes de suporte utilizadas, respectivamente, pelos padrões IS-95/IS-136 e GSM. 
 
IS-95A
IS-136
GSM
IS-95B
CDMA2000
1X
1xEV-DO 1xEV-DV
CDMA2000
3X
GPRS
UMTS
WCDMA
EDGE
2G
2.5G
3G
ANSI 41
GSM MAP
 
FIG. 1.4 Evolução dos sistemas móveis de 2a geração. 
 23
1.2 OBJETIVO DA DISSERTAÇÃO E ROTEIRO ADOTADO 
 
Conforme comentado anteriormente, existem apenas dois caminhos para a 3ª geração. 
Entretanto, a decisão de optar por um ou por outro não é simples, implicando em custos para 
introduzir modificações na rede atual (problema particularmente importante para as 
operadoras do IS-136) e para a aquisição de faixas de freqüência no espectro designado para 
este fim. Além disto, correr-se o risco associado à aceitação ou rejeição dos usuários em 
relação aos novos serviços. É neste cenário complexo, cujo acelerado desenvolvimento vem 
impulsionado pela tecnologia, mas que depende fortemente da reação do mercado, que se 
insere a presente dissertação, cujo objetivo é discutir e analisar os procedimentos a serem 
observados no planejamento dos sistemas 2,5G e 3G, com ênfase nas situações onde, pelos 
motivos mencionados, duas tecnologias deverão conviver durante um período de transição. 
Em função deste objetivo foi adotado o seguinte roteiro. Após esta introdução, o Capítulo 
2 reúne um conjunto defundamentos básicos necessários para estruturar os procedimentos a 
serem observados no planejamento de sistemas celulares. O Capítulo 3 é dedicado à 
formulação matemática do planejamento quando o sistema em questão utiliza uma única 
tecnologia, sendo detalhado o cálculo da área de cobertura de uma célula fazendo-se 
referência aos estudos de tráfego e interferência co-canal resultantes do reuso de freqüência. O 
Capítulo 4 apresenta o planejamento em situações mais complexas quando há superposição de 
sistemas com tecnologias distintas. Neste contexto é analisada e discutida a evolução 
GSM/EDGE/WCDMA e a superposição das redes IS-136/IS-95(CDMA) e IS-136/GSM. 
Finalizando, o Capítulo 5 resume os principais resultados obtidos e sugere estudos que 
poderão dar continuidade ao presente trabalho. 
 24
2 FUNDAMENTOS BÁSICOS 
 
 
Este capítulo apresenta os fundamentos necessários para estruturação das etapas do 
processo de planejamento de um sistema celular. Tais fundamentos estão organizados em 
duas partes distintas; a) Descrição das características básicas dos sistemas celulares de 
primeira geração (1G), de segunda geração (2G), da geração de transição (2,5G) e de terceira 
geração (3G); b) Resumo sobre os princípios que orientam o planejamento dos sistemas 
celulares. 
 
2.1 SISTEMAS CELULARES. 
 
Embora cada sistema possua características que lhe sejam peculiares, genericamente, um 
sistema celular é constituído por 3 (três) elementos básicos: Centro de Comutação e Controle 
(CCC); Estação Rádio Base (ERB); e Terminal ou Estação Móvel (EM). O CCC provê a 
conexão com a rede de telefonia fixa (RTPC – Rede de Telefonia Pública Comutada), sendo 
também o elemento responsável pelo controle, comutação, tarifação e conexão das chamadas 
e pela supervisão das ERBs. A ERB constitui a interface entre o terminal móvel e o CCC, 
tendo a responsabilidade de garantir a cobertura da célula, na qual os terminais móveis podem 
ocupar aleatoriamente qualquer posição. Na extremidade desta estrutura, o terminal móvel é o 
elemento que possibilita ao usuário acessar determinado serviço oferecido pela rede (voz ou 
dados). A estrutura básica de um sistema celular é mostrada na FIG. 2.1. 
Os sistemas celulares têm na célula sua unidade de referência. Em função de sua 
dimensão, a célula pode receber designações distintas, como, por exemplo; 
a) Célula grande ou macrocélula - com raios de cobertura entre 3 e 20 km, típicas de 
áreas suburbanas e rurais; 
b) Célula pequena ou simplesmente célula - com raios de cobertura entre 1 e 3 km, 
típicas de áreas urbanas; 
c) Microcélulas - com raios de cobertura entre 100 e 1000 metros, típicas de áreas 
urbanas densas (alto tráfego); 
d) Picocélulas - ambientes interiores, com raios de coberturas entre 10 e 100 metros. 
 
 
 25
 
CCC
CCC
CCC
RTPC
ERB
EM
RTPC - REDE DE TELEFONIA
 PÚBLICA COMUTADA
CCC - CENTRO DE COMUTAÇÃO
 E CONTROLE
ERB - ESTAÇÃO RADIO BASE
EM - ESTAÇÃO MÓVEL
 
FIG. 2.1 Estrutura básica de um sistema celular 
 
Na estrutura celular vale ainda destacar os processos de handoff (ou handover) e o 
roaming. O processo de handoff corresponde à passagem de um usuário de uma célula a outra 
em uma mesma área de serviço. O processo de roaming é a operação do usuário em uma área 
de serviço diferente daquela para a qual foi habilitado. As FIG. 2.2 e FIG. 2.3 ilustram tais 
processos, respectivamente. 
 
f1
f2
f3
f4
UNIDADE MÓVEL
EM
DESLOCAMENTO
 
FIG. 2.2 Handoff 
 26
 
CCC1
RTPC - REDE DE TELEFONIA
 PÚBLICA COMUTADA
CCC2
RTPC
RTPC
"R
O
A
M
IN
G
"
CCC - CENTRO DE COMUTAÇÃO
 E CONTROLE
AREA DE
CONTROLE 1
AREA DE
CONTROLE 2
 
FIG. 2.3 Roaming 
 
2.1.1 TÉCNICAS DE ACESSO MÚLTIPLO 
 
Os usuários de um sistema móvel podem acessar a ERB através de 3 (três) técnicas 
distintas: 
a) Acesso múltiplo por divisão em freqüência (FDMA – Frequency Division Multiple 
Access); 
b) Acesso múltiplo por divisão no tempo ( TDMA – Time Division Multiple Access); 
c) Acesso múltiplo por divisão em código (CDMA – Code Division Multiple Access). 
A técnica FDMA, primeira técnica utilizada nos sistemas móveis, divide o espectro 
disponível em um determinado número de canais, sendo cada canal ocupado por um único 
 27
usuário durante o tempo da chamada. A atribuição de canais é feita de acordo com a demanda 
dos usuários que solicitam o serviço. Nos sistemas móveis com acesso FDMA, via de regra a 
cada canal são atribuídas duas freqüências ou portadoras, uma para o enlace direto (ERB => 
EM) e outra para o enlace reverso (EM => ERB). A separação entre as freqüências do enlace 
direto e as freqüências do enlace reverso é chamada “duplexação por divisão de freqüência” 
(FDD – Frequency Divison Duplex), permitindo comunicação simultânea nos dois sentidos 
(full duplex). A técnica de acesso FDMA/FDD é mostrada na FIG. 2.4, sendo o grupo de 
portadoras à esquerda correspondente às freqüências atribuídas para transmissão do terminal 
móvel (freqüências mais baixas) e o grupo da direita para transmissão da estação radio base. 
 
C
A
N
A
L
 1
C
A
N
A
L
 2
C
A
N
A
L
 3
C
A
N
A
L
 4
C
A
N
A
L
 N
C
A
N
A
L
 1
C
A
N
A
L
 2
C
A
N
A
L
 3
C
A
N
A
L
 4
C
A
N
A
L
 N
TEMPO
FREQÜÊNCIA
Separação FDD 
FIG. 2.4 FDMA / FDD 
 
 TDMA é a técnica de acesso que permite o compartilhamento de um mesmo canal para 
diferentes usuários. Nesta técnica, cada usuário transmite a informação em um espaço de 
tempo específico denominado janela (slot). Os sistemas atuais de segunda geração utilizam 
uma técnica combinada com separação FDMA entre canais e TDMA entre os usuários. Como 
no caso anterior, adota-se normalmente a separação FDD entre os enlaces direto e reverso. 
A FIG. 2.5 ilustra esquematicamente esta técnica. 
 
 28
TEMPO
FREQÜÊNCIA
Separação FDD
slot 1
slot 2
slot 3
slot 1
slot 2
 
FIG. 2.5 TDMA / FDMA / FDD 
 
 CDMA é a técnica na qual todos os usuários compartilham o mesmo canal e somente são 
reconhecidos pelo sistema pela atribuição de uma seqüência de código individual. Este código 
permite que a informação seja espalhada de tal forma que o sinal resultante se confunde com 
ruído, sendo possível sua recuperação somente para o receptor que dispõe do código utilizado 
na transmissão. Conforme mostrado na FIG. 2.6, esta técnica também é usualmente 
implementada com FDD entre os enlaces direto e reverso. 
 
FREQÜÊNCIA
TEMPO
USUARIOS
Separação FDD
usuário 1
usuário 2
usuário 3
usuário 4
usuário 1
usuário 2
usuário 3
usuário 4
 
FIG. 2.6 CDMA / FDD 
 
 Embora sem que haja referência direta nos capítulos subsequentes, cabe ainda mencionar 
as seguintes técnicas: 
 29
• Acesso múltiplo por divisão de espaço (SDMA – Space Division Multiple Access) – 
esquema complementar às técnicas descritas anteriormente onde são utilizadas antenas 
adaptativas para reduzir a interferência co-canal possibilitando um aumento substancial da 
capacidade do sistema. 
• Duplexação por divisão no tempo (TDD - Time Division Duplex) – técnica que permite a 
transmissão e a recepção de informação pela mesma portadora em intervalos de tempo 
distintos. Apresenta particular interesse para otimizar o uso do espectro nos enlaces 
assimétricos, onde a quantidade de informação no sentido ERB => EM é muito maior do que 
no sentido contrário, como, por exemplo, na distribuição de tráfego na INTERNET. Uma 
aplicação desta técnica pode ser vista nos sistemas WLL (Wireless Local Loop) com o padrão 
DECT (Digital Enhanced Cordless Telephone). 
 
2.1.2 SISTEMAS ANALÓGICOS DE PRIMEIRA GERAÇÃO 
 
Os sistemas celulares de primeira geração, fazem uso da transmissão analógica com 
modulação em freqüência (FM – Frequency Modulation) de faixa estreita. A técnica de 
acesso utilizada em tais sistemas é a FDMA/FDD mostrada na FIG. 2.4. O sistema celular 1G 
mais difundidofoi o desenvolvido nos Estados Unidos e denominado AMPS (Advanced 
Mobile Phone System), predominante nas Américas e que chegou a dominar 70 % mercado 
mundial. A disponibilidade inicial de espectro para este sistema foi de 20 MHz em cada 
sentido de transmissão (EM ⇒ ERB e ERB ⇒ EM), correspondendo a um total de 666 canais 
de voz com 30 kHz de faixa. Posteriormente, esta faixa foi estendida com um acréscimo de 5 
MHz, passando a ocupar assimetricamente as faixas de 824 a 849 MHz no sentido EM => 
ERB e de 869 a 894 MHz no sentido ERB => EM. O sistema foi previsto para operar em 
duopólio, sendo dividido em duas sub-faixas de 12,5 MHz, da forma indicada na FIG. 2.7. 
Uma característica do sistema AMPS é a reserva de 21 canais para controle e sinalização. 
Desta forma, o sistema disponibiliza uma total de 395 canais para transmissão de voz em cada 
sub-faixa. 
 
 30
A" A B A' B'
1 MHz 10 MHz 10 MHz 1,5 MHz
2,5 MHz
99
1
10
23
33
3
1 33
4
66
6
66
7
71
6
71
7
79
9
82
4,
04
82
5
83
4,
99
82
5,
03
83
5,
02
84
4,
98
84
5,
01
84
6,
48
84
6,
51
84
8,
97
Freqüência
(MHz)
Enlace
Reverso
(Móvel)
86
9,
04
87
0
87
9,
99
87
0,
03
88
0,
02
88
9,
98
89
0,
01
89
1,
48
89
1,
51
89
3,
97
Freqüência
(MHz)
Enlace Direto
(ERB)
 
FIG. 2.7 Distribuição de freqüências e canais do sistema AMPS 
 
O sistema AMPS serviu de base para o desenvolvimento de outros sistemas celulares 
igualmente analógicos. Alguns exemplos são apresentados a seguir: 
TACS - Total Access Communication System - desenvolvido no Reino Unido e 
praticamente idêntico ao AMPS, exceto no que diz respeito à largura de faixa do canal de voz 
de 25 kHz. Este sistema também teve uma extensão da faixa original que lhe foi atribuída, 
passando a ser designado por ETACS, a letra E correspondendo à palavra Extended; 
NMT - Nordic Mobile Telephony - desenvolvido nos países nórdicos (Dinamarca, Suécia, 
Noruega e Finlândia) para operação nas faixas de 450 e 900 MHz; 
JTACS - Versão japonesa do sistema TACS acima referido. Utilizado apenas no Japão; 
C-450 - Desenvolvido na Alemanha para operação na faixa de 450 MHz. 
 
2.1.3 SISTEMAS DIGITAIS DE SEGUNDA GERAÇÃO 
 
O desenvolvimento da geração digital 2G teve motivações diferentes nos Estados Unidos 
e na Europa. Nos Estados Unidos, o congestionamento do sistema AMPS nas grandes cidades 
levou à necessidade de se dispor de um sistema com maior capacidade e que tivesse condições 
de ser implementado com base na infra-estrutura existente. Com esta finalidade foi 
desenvolvido um padrão digital conhecido por IS-54 (IS - Interim Standard), substituído por 
outro similar, porém de melhor qualidade designado por IS-136. Ambos têm por base um 
canal de voz de 30 kHz e utilizam a técnica de acesso TDMA. A concorrência ao IS-136 foi 
dada pelo padrão IS-95 que emprega espalhamento do espectro (spread spectrum) e acesso 
CDMA. Na Europa a opção foi por um padrão robusto que permitisse a operação contínua 
 31
(roaming) através do continente e de alta qualidade. O padrão resultante foi o GSM1 (Global 
System for Mobile Communications) que em sua primeira versão não deu prioridade à 
capacidade, possibilitando um tráfego correspondente, aproximadamente, ao dobro do 
AMPS. Estes padrões, cujas principais características da interface aérea estão apresentadas na 
TAB. 2.1, são comentados a seguir. Conforme pode ser observado nesta tabela, embora não se 
pretenda entrar em maiores detalhes, cumpre assinalar que o padrão digital de 2ª geração 
adotado no Japão (PDC – Personal Digital Cellular) possui características similares ao IS-
136. 
 
TAB. 2.1 Características técnicas dos padrões digitais. 
Sistema 
Parâmetro 
Europa 
GSM 
Estados Unidos 
IS – 136 IS – 95 
Japão 
PDC 
Faixa (MHz) 
ERB => EM 
EM => ERB 
GSM 900: 
935 – 960 
890 – 915 
 
GSM 1800: 
1.805 – 1880 
1.710 – 1.785 
 
GSM 1900: 
1.930 – 1.990 
1.850 – 1.910 
Celular: 
869 – 894 
824 – 849 
 
 
 
 
 
PCS: 
1.930 – 1.990 
1.850 – 1.910 
 
940 – 956 
810 – 826 
 
 
 
 
 
 
1.429 – 1.453 
1.477 – 1.501 
Acesso múltiplo TDMA TDMA CDMA TDMA 
Duplexação FDD 
Canal de RF (kHz) 200 30 1250 30 
Canais de tráfego por portadora 8 3 20 3 
Canal de voz 
Codificador 
Taxa do canal não codificado (kb/s) 
Taxa do canal codificado (kb/s) 
 
RPE-LTP 
13,0 
22,8 
 
VSELP 
8,0 
13,0 
 
QCELP 
1,2 / 9,6 
19,2 / 28,8 
 
VSELP 
8,0 
11,2 
Modulação GMSK π/4 - DQPSK QPSK/BPSK π/4 - DQPSK 
Taxa de transmissão (kb/s) 270,8 48,6 1228,0 42 
Conjunto mínimo de células para 
padrão de reuso 
4 (típico) 
3 (alto tráfego) 
7 (típico) 
4 (alto tráfego) 
1 
7 (típico) 
4 (alto tráfego) 
 
2.1.3.1 SISTEMA GSM 
 
Conforme comentado anteriormente, a ênfase no desenvolvimento do GSM foi a 
obtenção de um padrão europeu, resistente a interferências e de alta qualidade. Nesta linha, foi 
desenvolvido um padrão de arquitetura aberta, possibilitando a utilização de equipamentos de 
diferentes fabricantes, cuja primeira versão (Fase 1), operando na faixa de 900 MHz (GSM 
900), teve suas especificações concluídas em 1990. O GSM foi estruturado para constituir 
 
1 Originalmente, em língua francesa a sigla GSM correspondia a Groupe Speciale Mobile 
 32
uma rede móvel, não se restringindo apenas ao acesso rádio (interface aérea). Entre outras 
características do GSM 900, podem ser citadas: telefonia a 13 kb/s, serviço de mensagens 
curtas (SMS – Short Messages Services) de até 160 bytes, salto em freqüência lento (slow 
frequency hopping), chamadas de emergência, bloqueio seletivo de chamadas e 
compatibilidade com a Rede Digital de Serviços Integrados (ISDN – Integrated Services 
Digital Network). O lançamento comercial do GSM 900 foi realizado na Europa em 1992. 
Ainda em 1990, foi iniciada a Fase 2, visando a obtenção de um padrão para a faixa de 1800 
MHz a partir da plataforma tecnológica do GSM 900. As especificações deste novo padrão 
(GSM 1800) foram concluídas em 1991, com entrada em operação no Reino Unido em 1993. 
A Fase 2 que teve sua conclusão em 1995, introduziu diversas melhorias em relação à 
anterior, como, por exemplo, telefonia em meia taxa (6,5 kb/s), identificação de chamadas, 
chamadas em espera, teleconferência, etc. Ainda neste período foi desenvolvido o sistema 
GSM 1900 para operação na faixa de PCS nos Estados Unidos. Além das faixas de 900, 1800 
e 1900 MHz, existem sistemas GSM nas faixas de 450 MHz e 800 MHz. 
Prevendo-se que a evolução do GSM ultrapassaria as especificações definidas nas Fases 1 
e 2, foi lançada a idéia de uma Fase 2+ que atualizaria este padrão de uma forma regular em 
função da tecnologia e das necessidades do mercado. As melhorias associadas à Fase 2+ são 
de grande importância nos estudos de planejamento realizados nos capítulos 3 e 4 deste texto. 
Entre elas, destacam-se: 
• Codificador de voz aprimorado de taxa completa (EFR - Enhanced Full Rate speech 
codec); 
• Codificador adaptativo multitaxa (AMR - Adaptive MultiRate codec) (ETSI, 1999), 
(HOMAYOUNFAR, 2003); 
• Serviço de dados a 14,4 kb/s; 
• Dados em alta velocidade com comutação por circuito (HSCSD - High Speed Circuit 
Switched Data) 
• Dados com comutação por pacote (GPRS - General Packet Radio Service); 
• Evolução do GSM para transmissão de dados a altas taxas (EDGE - Enhanced Data rates 
for GSM Evolution) 
 
 
 
 
 33
2.1.3.2 PADRÃO IS-136 
 
A primeira versão deste padrão (IS-54), recomendada pela TIA (Telecommunication 
Industry Association) em 1989, surgiu como conseqüência da necessidade de evolução do 
sistema AMPS. Daí, ser também designado por D-AMPS, ou seja, AMPS digital. Após testes 
de campo realizados em 1991-92, o IS-54 entrou em operação no final de 1992. Com relação 
ao IS-54, na versão IS-136 foi mantida a largura do canal de voz (30 kHz), assim como a 
subdivisão da faixa de RF nas bandas Ae B (vide FIG. 2.7). Além do aprimoramento do 
codificador de voz, o IS-136 modificou a estrutura do canal de controle. Tendo em vista a 
necessidade de possibilitar a transição com o sistema AMPS, o IS-136 na faixa de 800MHz 
opera em modo dual com este padrão analógico. Na revisão do IS-136, publicada em 1996, 
foram incluídas especificações para emprego na faixa do PCS americano (1900 MHz). 
Apesar dos esforços desenvolvidos por fabricantes e operadoras, não foi possível definir 
para esta tecnologia um caminho de evolução para a 3ª geração. Desta forma, as operadoras 
que adotaram o IS-136 migraram ou estão migrando suas redes para os padrões GSM ou 
CDMA (IS-95). Por exemplo, a operadora AT&T dos Estados Unidos decidiu, em novembro 
de 2000, adotar a tecnologia GSM, com o objetivo de seguir a rota evolutiva para redes 
GSM/GPRS, GSM/GPRS/EDGE e UMTS, esta última também referida como WCDMA. 
Outras operadoras, como a BellMobility também nos Estados Unidos, decidiram adotar a 
tecnologia CDMA (CDG, 2003). 
 
2.1.3.3 PADRÃO IS-95 
 
Embora os estudos sobre a utilização da técnica CDMA tenham sido iniciados durante a 
década de 80, a primeira versão do padrão IS-95 foi concluída em 1993, imediatamente 
seguida de uma revisão (IS-95A) apresentada em 1995. Neste ano também foi padronizada a 
versão para a faixa de 1900 MHz (PCS). Tal como o IS-136, o padrão IS-95 utiliza terminais 
duais com o padrão analógico AMPS. No que diz respeito à transmissão de dados, cumpre 
informar que o IS-95A permite apenas 9,6 ou 14,4 kb/s. Em 1998 surgiu a versão IS-95B com 
a possibilidade de transmitir até 115,2 kb/s. Tal como o padrão GSM, o padrão IS-95 
encontra-se na linha evolutiva para a 3ª geração, passando a ser genericamente designado por 
CDMA 2000. 
 34
Os sistemas CDMA 2000 na atualidade se beneficiam do uso dos codificadores EVRC 
(Enhanced Variable Rate Coder) e SMV (Selectable Mode Vocoder) que permitem reduzir a 
taxa de transmissão a 8kb/s e 4kb/s, respectivamente, permitindo incrementar a capacidade do 
sistema CDMA (HOMAYOUNFAR, 2003). 
 
2.1.4 SISTEMAS DE TRANSIÇÃO (2,5G) E DE TERCEIRA GERAÇÃO (3G) 
 
Comentou-se na seção anterior que apenas os padrões GSM e IS-95 estão no caminho 
evolutivo para a 3ª geração. No que diz respeito ao GSM, a transição está representada pelo 
sistema GPRS, enquanto que na 3ª geração tem-se o EDGE (ainda com acesso TDMA) e o 
WCDMA. Por sua vez, o IS-95B comentado anteriormente representa a geração 2,5 do 
CDMA, definindo-se as diversas configurações do CDMA 2000 (CDMA 2000 1X, CDMA 
1X EV-DO, CDMA 1X EV-DV e CDMA 3X) como 3a geração. Esta classificação é 
discutível, dependendo do ponto de vista em que é analisada. Entretanto, considerando que a 
3ª geração ainda não foi implementada globalmente, exceto em áreas limitadas, será utilizada 
como referência neste trabalho. 
 
2.1.4.1 GPRS 
 
O sistema GPRS surgiu como evolução do padrão GSM. Constitui também a alternativa 
natural para a evolução da rede IS-136 caso a opção de transição seja feita através do GSM. A 
diferença fundamental com os padrões de 2ªgeração (GSM e IS-136) é a utilização, no GPRS, 
da comutação por pacotes. O GPRS possibilita transmissão de dados por um esquema de 
codificação denominado CS (Coding Scheme), com 4 categorias, como mostrado na TAB. 
2.2. A mudança de um esquema para outro é feita automaticamente através da monitoração 
contínua da qualidade do canal. Teoricamente, caso as 8 janelas do quadro GSM fossem 
designadas para um único usuário, a taxa máxima de transmissão com o código CS4 seria de 
8x21,4 kb/s, ou seja, 171,2 kb/s. Entretanto, na prática, para tornar o equipamento menos 
complexo e de menor custo, os fabricantes optaram por disponibilizar um máximo de 4 
janelas, tanto no enlace reverso como no enlace direto. A introdução do GPRS na rede GSM 
não representa problema (OLIVEIRA, 2002). Para isto basta introduzir uma placa na unidade 
controladora das ERBs que torna disponível a comutação por pacotes. A interface rádio 
permanece com as mesmas características do padrão GSM mostrado na TAB. 2.1. 
 35
 
TAB. 2.2 Esquemas de codificação 
Esquema 
de codificação 
Taxa de transmissão 
[kb/s] 
CS-1 9,05 
CS-2 13,4 
CS-3 15,6 
CS-4 21,4 
 
 
2.1.4.2 EDGE 
 
No contexto da discussão sobre os limites entre 2a e 3a gerações, muitas vezes o padrão 
EDGE é referenciado como geração 2,5. O EDGE aprimora o GPRS aumentando a taxa de 
transmissão de dados até um limite máximo teórico de 473,6 kb/s. Como é mantida a largura 
de faixa por canal igual a 200 kHz, para taxas mais elevadas foi introduzido o esquema de 
modulação 8PSK, implementado na forma offset (MASHHOUR, 1999). A TAB. 2.3 
apresenta os esquemas de modulação e codificação utilizados pelo EDGE juntamente com as 
respectivas técnicas de modulação e taxa de transmissão de dados por canal. Da mesma forma 
que o GPRS, cada esquema de codificação é utilizado para determinada condição de 
qualidade do canal. Atualmente (junho / 2003), apenas 4 (quatro) operadoras nos Estados 
Unidos utilizam o EDGE em suas redes. As informações disponíveis das operadoras não 
indicam a taxa de transmissão que está sendo utilizada. Entretanto, com base em dados de 
fabricantes, verificou-se que a taxa máxima que vem sendo praticada é de 118,4 kb/s, 
correspondente a 4 janelas com o esquema de codificação MCS-6A (4 x 29,6). 
 
TAB. 2.3 EDGE - Esquemas de codificação e técnicas de modulação 
Esquema de 
codificação 
Técnica de 
modulação 
Taxa de transmissão 
[kb/s] 
MCS-1C GMSK 8.8 
MCS-2B GMSK 11.2 
MCS-3A GMSK 14.8 
MCS-4C GMSK 17.6 
MCS-5B 8PSK 22.4 
MCS-6A 8PSK 29.6 
MCS-7B 8PSK 44.8 
MCS-8A 8PSK 54.4 
MCS-9A 8PSK 59.2 
 
 36
2.1.4.3 WCDMA 
 
Embora o termo WCDMA esteja sendo empregado como referência para a etapa final da 
evolução do GSM, na realidade trata-se da tecnologia adotada para a interface UTRA (UMTS 
Terrestrial Radio Access) correspondente à componente terrestre do acesso rádio do sistema 
UMTS. Esta tecnologia utiliza portadoras de 5 MHz e taxa de codificação (chip rate) igual a 
3,84 Mc/s. A primeira implementação do W-CDMA foi feita pela NTT, no Japão, em outubro 
de 2001. Atualmente, entre sistemas implantados e empresas que aguardam disponibilidade de 
terminais ou de espectro de freqüência, regulamentação pela administração, etc, em termos 
mundiais, mais de 20 operadoras já optaram por esta tecnologia no mundo inteiro. O número 
total de usuários aproxima-se de meio milhão. 
A padronização do UTRA/WCDMA está sob a responsabilidade do 3GPP (3G 
Partnership Project) criado sob a liderança do ETSI (European Telecommunications 
Standard Institute) e com a participação inicial das seguintes organizações: ARIB (Japão), T1 
(USA), TTA (Coréia do Sul) e TTC (Japão). Por outro lado, a Associação GSM (GSM 
Association) representa os interesses dos fabricantes e operadores de sistemas GSM. 
 
2.1.4.4 CDMA 2000 
 
De acordo com a FIG. 1.5, a evolução do padrão IS-95 atinge a 3ª geração de forma 
gradativa, com a primeira etapa definida pelo padrão CDMA 2000 1X. Este padrão, tal como 
o EDGE, é muitas vezes referido como geração de transição. Atualmente existem redes em 
operação no padrão CDMA 2000 1X na Ásia (Coréia do Sul), Austrália, América do Norte e 
América Latina com taxa máxima de transmissão de 307 kb/s. Ainda na FIG. 1.5, observa-se 
uma bifurcação após o CDMA 2000 1X indicando dois possíveis caminhos de evolução. No 
momento, há evidência de que esta evolução deverá ser definida pela seqüência CDMA 2000 
1X EV/DO (evolução do CDMA2000 1x para dados) e CDMA 1X EV/DV (evolução do 
CDMA2000 1x para dados e voz). Corroborando esta afirmativa, cumpre informar que a 
operadora coreana SK Telecom foi a primeira a lançar comercialmente serviços com base no 
padrão CDMA 1X EV/DO em outubro de 2000. Vale acrescentar que a transmissão 
simultânea de voz pelo padrão CDMA 1X e dados através do CDMA 1X EV/DOé 
complicada devido à necessidade de se utilizar portadoras separadas. Por outro lado, o CDMA 
1X EV/DV deverá ser estruturado com uma arquitetura IP (INTERNET Protocol) no acesso 
 37
rádio e na rede de suporte. A especificação deste padrão foi concluída em 2002 devendo 
entrar em teste este ano (2003). Neste cenário, a implementação do padrão CDMA 3X 
correspondente ao uso de três portadoras CDMA e visando aplicações multimídia, talvez sofra 
algum retardo. 
A padronização do CDMA 2000 está sob a responsabilidade do 3GPP2 (3G Partnership 
Project 2) criado sob a liderança do ANSI (American National Standard Institute) e com a 
participação inicial das seguintes organizações: ARIB (Japão), TIA (USA), TTA (Coréia) e 
TTC (Japão). Por outro lado, o CDG (CDMA Development Group) representa os interesses 
dos fabricantes e operadores de sistemas CDMA 2000. 
 
2.2 PLANEJAMENTO CELULAR 
 
O planejamento de um sistema celular consiste no desenvolvimento otimizado de 3 (três) 
procedimentos de cálculo distintos: área de cobertura, capacidade de tráfego e reuso de 
freqüência. Na estimativa da área de cobertura devem ser utilizados modelos de propagação 
adequados a cada situação. Fundamentalmente, tais modelos estão associados ao 
posicionamento e altura da ERB relativamente à altura média dos prédios. Em geral, no caso 
de células grandes ou pequenas, as antenas devem ser posicionadas acima desta média, de 
modo a minimizar o efeito de bloqueio pelas construções mais próximas. Por outro lado, nas 
microcélulas, a cobertura, intencionalmente limitada para facilitar o reuso de freqüência, 
sugere que a localização seja feita em uma altura da ordem de grandeza da correspondente aos 
postes de iluminação das ruas. No caso de picocélulas, o posicionamento das ERBs depende 
fortemente das características geométricas específicas da área a ser coberta. 
Relativamente à capacidade de tráfego, a avaliação do número de usuários por célula 
requer uma cuidadosa análise sócio-econômica da área em estudo. Entretanto, tomando por 
base a experiência acumulada pelas empresas operadoras, é possível estabelecer valores 
típicos que definem o tráfego por área em função das características da área considerada. 
Dispondo-se deste dado e calculado o raio de cobertura, obtém-se o tráfego por célula. A 
partir deste ponto, fazendo-se uso mais uma vez de dados típicos que permitam definir o 
tráfego médio por usuário, fixando-se o grau de serviço e com o auxílio da fórmula de Erlang 
(JAKES, 1974), chega-se, finalmente, ao número necessário de canais em cada célula. 
A seguir, em função do número de canais por célula, procura-se ajustar a estrutura de 
reuso a ser empregada, onde, por exemplo, os conjuntos 4/12 e 7/21 são os mais utilizados em 
 38
sistemas FDMA e TDMA. Conforme comentado acima, os resultados obtidos nos três 
procedimentos descritos devem ser compatíveis, caso contrário, o processo deverá ser refeito, 
alterando-se os valores dos parâmetros considerados mais sensíveis. Cumpre destacar que a 
altura da ERB constitui um importante parâmetro de ajuste, permitindo modificar o raio de 
cobertura da célula e, consequentemente, a capacidade de tráfego e a distância de reuso. 
Obviamente, existem outros parâmetros que permitem atingir este objetivo, como, por 
exemplo, a potência de transmissão e o ganho das antenas. Entretanto, são parâmetros que 
dependem das especificações fixadas pelos fabricantes de equipamento, não possuindo a 
flexibilidade apresentada pela altura da antena da ERB. 
 
2.2.1 COBERTURA 
 
Para determinar a cobertura de uma célula é necessário fixar as características dos 
equipamentos a serem utilizados, assim como definir o modelo de propagação mais 
apropriado. O procedimento adotado para esta finalidade será desenvolvido em detalhe no 
próximo capítulo onde, inclusive, serão apresentados os roteiros de cálculo a serem 
observados em cada situação e fornecidos valores típicos dos equipamentos correspondentes a 
cada padrão celular digital. Objetivando servir de referência para os roteiros de cálculo, 
descrevem-se a seguir alguns modelos de propagação adequados para estudos de 
planejamento. 
Existem atualmente modelos que permitem o cálculo da atenuação de propagação com 
elevada precisão. Entretanto, tais modelos são em geral complexos, necessitam de 
informações detalhadas sobre a topografia e a morfologia da área em estudo e requerem 
recursos especiais de cálculo (software), muitas vezes não disponíveis. Um exemplo é o caso 
dos modelos que têm por base a técnica de traçado de raios (CATEDRA, 1999). Para fins de 
planejamento, o cálculo pode ser simplificado através de modelos mais genéricos, cuja 
aplicação não apresenta complexidade. O refinamento do cálculo pode ser feito 
posteriormente, ajustando os parâmetros do modelo utilizado em função de medidas de 
campo. Este procedimento é conhecido por “sintonia do modelo” (tuning). 
Nesta linha de ação, os modelos descritos a seguir são classificados em função da altura 
da antena da ERB relativamente ao nível médio dos prédios na área em estudo. Conforme 
comentado anteriormente, células pequenas ou grandes, com raios superiores a 1 km, são 
cobertas por ERBs com antenas acima deste nível. Em tal situação, para a faixa de 800 MHz 
 39
recomenda-se o modelo de Okumura-Hata em sua forma original (OKUMURA, 1968), 
(HATA, 1980) e na forma estendida no projeto COST 231 (CATEDRA, 1999) para as faixas 
que se situam em torno de 2000 MHz. Quando a altura da ERB estiver abaixo do nível médio 
dos prédios, sugere-se o modelo da terra plana, adicionado de um fator que leve em conta a 
atenuação adicional causada por pedestres, viaturas, sinais de trânsito, postes de iluminação, 
vegetação, etc. (ODA, 2000). 
 
2.2.1.1 MODELO DE OKUMURA-HATA 
 
Este modelo foi equacionado por (HATA, 1980) a partir do método gráfico desenvolvido 
por (OKUMURA, 1968). De acordo com esse modelo a atenuação mediana de propagação em 
uma área urbana (Aurb) é dada por, 
 
[ ] [ ] [ ] [ ]{ } [ ]d(Km)log(m)bh6,55log44,9mmhf(MHz),a(m)h13,82logf(MHz)26,16log69,55dBurbA b −+−−+= )()( (2.1) 
onde, 
f(MHz) - freqüência em MHz na faixa de 150 a 1500 MHz; 
hb(m) - altura da antena da ERB em metros na faixa de 30 a 200m.; 
hm(m) - altura da antena da EM em metros na faixa de 1 a 10 m.; 
d(km) – distância em km na faixa de 1 a 20 km; 
A função a[f(MHz), hm(m)] traduz o efeito da altura da antena da estação móvel e possui 
valor unitário, independentemente das características da área de cobertura, quando hm=1,5m 
(valor usualmente empregado em cálculos de propagação). Para alturas diferentes de 1,5m, 
esta função é dada por, 
 a) Cidades pequenas ou médias 
 
[ ] [ ]{ }[ ] [ ]{ }8,0)(log56,1)(7,0)(log1,1)()( −−−= MHzfmhMHzfdBmmhf(MHz),a m (2.2) 
 
 b) Cidades grandes 
 
 [ ] [ ]{ } 1,1)(54,1log29,8)()( 2 −= mhdBmmhf(MHz),a m ; para f ≤ 300 MHz. (2.3) 
 
 [ ] [ ]{ } 97,4)(75,11log2,3)()( 2 −= mhdBmmhf(MHz),a m ; para f ≥ 300 MHz (2.4) 
 
 40
Em áreas suburbanas e rurais, a atenuação é obtida a partir da EQ. 2.1 na forma indicada 
a seguir, 
 4,5
28
)(
log2)()(
2
−










−=
MHzf
dBAdBA urbsub (2.5) 
 
 [ ]{ } [ ] 94,40)(log33,18)(log78,4)()( 2 −+−= MHzfMHzfdBAdBA urbrural (2.6) 
 
 Cumpre acrescentar que nos exercícios de planejamento do Capítulo 3, na determinação 
do raio de cobertura de uma célula é conveniente separar na EQ. 2.1 a parcela que depende da 
distância dos demais parâmetros. Considerando que a dependência da atenuação com a 
distância é do tipo dγ, pode-se escrever para EQ. 2.1, 
 
[ ]d(Km)logAdBurbA γ10][)( 0 += (2.7) 
onde, 
 [ ] [ ] [ ](m)mhf(MHz),a(m)h13,82logf(MHz)26,16log69,55(dB)A b0 −−+= (2.8) 
 
 [ ]( ) 10/(m)bh6,55log44,9 −=γ (2.9) 
sendo que γ é a constante de propagação. 
 
2.2.1.2 MODELO DE OKUMURA-HATA-COST231Trata-se de uma extensão do modelo Okumua-Hata para possibilitar o cálculo da 
atenuação de propagação na faixa de 1500 a 2000MHz. De acordo com este modelo, a 
atenuação mediana é dada por, 
 
[ ] [ ] [ ] [ ]{ } [ ] Mbmburb CkmdmhmhMHzfamhMHzfdBA +−+−−+= )(log)(log55,69,44)(),()(log82,13)(log9,333,46)( (2.10) 
onde CM é uma correção de valor igual a 3dB para centros metropolitanos e que assume o 
valor zero em outras áreas, sendo os demais parâmetros e funções definidos como nas EQ. 2.2 
a 2.6. 
 Neste caso, a separação da parcela que depende da distância na EQ. 2.7 implica em 
alterar a expressão de [A0] para, 
 
[ ] [ ] [ ])(),()(log82,13)(log9,333,46)(0 mhMHzfamhMHzfdBA mb −−+= (2.11) 
mantendo-se a definição de γ dada por EQ. 2.9. 
 41
2.2.1.3 MODELO DA TERRA PLANA MODIFICADO 
 
Este modelo é aplicável nas situações onde a antena da ERB localiza-se em uma altura 
abaixo do nível médio dos prédios e tem por base teórica a geometria idealizada da terra 
plana. De acordo com a teoria da propagação sobre uma terra plana perfeitamente lisa, na 
região de difração (ASSIS, 1966), a atenuação do sinal é dada por, 
 
 [ ] [ ](m)mh-(m)bh{d (m)}- A(dB) log20log20log40= (2.12) 
sendo d (m) a distância entre a ERB e a unidade móvel, hb(m) a altura da antena da ERB e 
hm(m) a altura da antena da unidade móvel, com todas estas variáveis em metros. 
Cumpre assinalar que para os valores usuais de hb e hm a zona de difração está 
aproximadamente situada a partir de 200 metros para as faixas de 800/900MHz e 450 metros 
para as faixas de 1800/1900 MHz. Para tornar este modelo adequado para aplicação em 
microcélulas recomenda-se (ODA, 2000): 
 
a) Utilizar um plano de referência elevado de uma altura h0 para levar em conta a 
possibilidade de reflexão nas viaturas em deslocamento nas vias de tráfego; 
b) Incluir um fator de visibilidade (ρ) para considerar a atenuação adicional causada por 
obstáculos típicos de uma área urbana (pedestres, viaturas, sinais de trânsito, postes e 
fiação, vegetação, etc. 
 
De acordo com estas considerações, a atenuação mediana é calculada por, 
 
 [ ] [ ] 



 +



= )(log10log20log20log40 mde(m)h-(m)h-d (m)A(dB) em
e
b
ρ (2.13) 
 
onde e
b
h = hb - h0 e emh = hm - h0 são, respectivamente, as alturas equivalentes em metros das 
antenas da ERB e da unidade móvel em relação ao plano de referência h0. Com base em dados 
experimentais (ODA, 2000), sugere-se tomar h0 igual a 1,0 metro e ρ entre 0,001 e 0,005 
dependendo das características da área em estudo. Para este modelo, a dependência com a 
distância não permite uma representação do tipo mostrado na EQ. 2.7. A determinação do raio 
da célula neste caso é feita numericamente a partir da EQ. 2.13. 
 
 42
2.2.1.4 DESVANECIMENTO 
 
Observa-se que a potência recebida varia aleatoriamente em função das características da 
área da célula onde o terminal está se deslocando. Tais variações, conhecidas pelo nome de 
“desvanecimento”, dependendo da distância ao longo da qual são analisadas, podem ser 
classificadas de grande ou de pequena escala (RAPPAPORT, 1996). Uma discussão mais 
detalhada deste problema foge ao escopo do presente trabalho. No entanto, cumpre informar 
que, para fins de planejamento, são consideradas apenas as variações de grande escala, cujo 
modelo estatístico mais empregado (validado por medidas), corresponde a uma distribuição 
log-normal. Para esta distribuição, a percentagem de cobertura da área da célula é dada por 
 
 























 +
−++=





 +
b
ab
erfeaerfPCA b
ab
1
1)(1
2
1 2
12
 (2.14) 
 
onde erf( ) corresponde à função de erro, 
 
∫
−
=
x
t
dtexerf
0
22
)(
π
 
 
e os parâmetros a e b são definidos por, 
 
 
2σ
M
a = (2.15) 
 
 
2
log10
σ
γ e
b = (2.16) 
onde, 
M - margem de desvanecimento definida pela diferença, em dB, entre o valor mediano da 
atenuação e o nível do sinal recebido na percentagem considerada; 
 σ - desvio padrão da distribuição log-normal na área em estudo; 
 
 A TAB. 2.4 apresenta valores da margem de desvanecimento em função do desvio 
padrão, da percentagem de cobertura da área e do parâmetro γ que define a variação com a 
distância. 
 43
TAB. 2.4 Margem de desvanecimento para diferentes valores de desvio padrão e percentagem 
de cobertura para γ=3,5. 
Cobertura 
(%) 
Desvio padrão (dB) 
6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 
90 3,3 3,9 4,4 4,9 5,5 6,0 6,6 7,1 7,7 8,2 8,8 9,4 
95 5,9 6,6 7,3 8,0 8,7 9,4 10,2 10,9 11,6 12,4 13,1 13,9 
98 9,3 10,2 11,2 12,1 13,1 14,0 15,0 16,0 16,9 17,9 18,9 19,9 
 
2.2.2 REUSO DE FREQÜÊNCIA 
 
O reuso de freqüências constitui uma das mais importantes caraterísticas dos sistemas 
celulares, uma vez que possibilita o emprego otimizado do espectro de freqüências. Através 
desta técnica, usuários separados por uma distância mínima, denominada distância de reuso, 
podem utilizar uma mesma freqüência. Considerando uma área de serviço constituída por um 
determinado número de conjuntos (clusters) de células, o reuso de freqüências consiste na 
distribuição integral do espectro disponível em cada um destes conjuntos. A separação entre 
células que utilizam as mesmas freqüências corresponde à distância de reuso. Por outro lado, 
o fator de reuso é definido pela quantidade N de células que formam o conjunto. A FIG. 2.8 
mostra uma configuração estruturada com conjuntos de 7 células, ou seja, com um fator de 
reuso N = 7. 
 
F
A
G
B
E
D
C
E
F
G
A
C
B
D
Reuso de
Frequencias
Conjunto
 
FIG. 2.8 Fator de reuso N=7 
 
Com base na geometria hexagonal usualmente empregada na representação gráfica de um 
sistema celular, os valores permitidos de N são definidos pela equação, 
 44
 
22 jijiN ++= (2.17) 
onde i e j são inteiros positivos (incluindo o zero). 
A partir da EQ. 2.17 tem-se, então, fatores de reuso iguais a 3 (i = 1 ; j = 1), 4 (i = 2 ; j = 
0), 7 (i = 2 ; j = 1), 9 (i = 3 ; j = 0), 12 (i =2 ; j = 2) e assim sucessivamente. Ainda de acordo 
com a configuração hexagonal, verifica-se a existência da seguinte relação entre distância de 
reuso ( D ), raio da célula ( RC ) e fator de reuso ( N ), 
 
N
R
D
C
3= (2.18) 
 
O reuso é aplicável aos sistemas que empregam técnica de acesso FDMA e 
FDMA/TDMA. Nos sistemas com acesso FDMA/CDMA opera-se com reuso total (fator de 
reuso 1), correspondente a i = 1 e j = 0. Nos sistemas FDMA/TDMA o fator de reuso 1 
constitui um caso limite, inviável de ser atingido em termos práticos. 
 
2.2.3 INTERFERÊNCIA 
 
O fator de reuso adequado para cada padrão é determinado em função da relação 
portadora-interferência mínima aceitável. Por exemplo, o padrão GSM opera com um valor 
mínimo2 [C/I] de 12 dB (WIGARD, 1998), enquanto os padrões AMPS e D-AMPS (IS-136) 
necessitam de um [C/I] mínimo de 17 dB. No caso de células omnidirecionais e considerando 
apenas o primeiro anel interferente, a relação C/I é dada por 
 














=



γ
R
D
I
C
6
1
log10 (2.19) 
onde γ é o fator de variação da atenuação de propagação com a distância. 
Supondo γ = 4 (terra plana), é fácil verificar através das EQ. 2.18 e EQ. 2.19 que os 
fatores de reuso adequados para os padrões GSM e IS-136 são, respectivamente, 4 e 7. No 
caso de células com 3 setores, a expressão equivalente a EQ. 2.19 é dada por, 
 
 
2 O uso de colchetes indica que a relação está sendo definida em dB. A ausência de colchetes significa uma 
relação entre unidades absolutas. 
 45
 














=



γ
R
D
I
C
2
1
log10 (2.20)