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Fundamentos de Redes de Computadores
Professor: Rodrigo da Rosa Righi
Contato: rrrighi@unisinos.br
Aula: 16 - 11 de Junho de 2015
Dia/Horário: Quinta-Feira, 19:30 - 22:23
Agenda
Telefonia Celular
Definição e História
O Começo das Tecnologias: Sistema IMTS 
(Improved Mobile Telephone System)
Tecnologias e Gerações
AMPS, D-AMPS, GSM, CDMA, WCDMA, 
HSPA+, LTE
Estatísticas em nível Brasil
História e Definição
A telefonia celular móvel é uma sofisticação e uma evolução dos 
antigos sistemas de comunicação via rádio, utilizados pelos 
departamentos de polícia, bombeiros, segurança pública, frotas de 
taxi, etc. A diferença é que, nestes sistemas, uma única estação 
rádio base, com um transmissor de grande potência e um número 
limitado de canais (aproximadamente 10 canais), é instalado no 
ponto mais alto da área que se pretende cobrir, formando uma 
grande célula. 
O alcance só é limitado devido aos obstáculos naturais 
(montanhas) e artificiais (prédios). Neste sistema pode-se obter 
transmissões mais potentes. Entretanto, esta única célula é limitada 
num raio próximo a 30 km.
História e Definição
Na telefonia celular, várias Estações Rádio Base (células com 
transmissores e receptores) são estrategicamente distribuídas na 
área que se pretende cobrir, formando células semelhantes a uma 
colmeia (daí o nome "celular"), de modo a diminuir as áreas de 
sombra provocadas pelos obstáculos. 
A potência dos transmissores em cada célula pode ser agora 
reduzida, os telefones móveis não necessitam ter potência elevada, 
não são mais instalados em veículos, suas dimensões foram 
reduzidas, apareceram os telefones miniatura (handheld).
Em função do grande número de canais disponíveis (400 canais) as 
células podem ser continuamente adicionadas ao Sistema até o 
limite físico da Central de Comutação e Controle, aumentando 
desta forma, a área de cobertura celular.
Telefonia celular compreende um aparelho de comunicação por ondas 
eletromagnéticas que permite a transmissão bidirecional de voz e dados em 
uma área geográfica que se encontra dividida em células.
História e Definição
Mas o que é telefonia celular mesmo?
Celular foi inventado em 1947 no laboratório Bell, nos 
Estados Unidos.
Cada uma das células é servida por um transmissor/
receptor
Telefonia Móvel aparece em 4 gerações distintas: (i) voz analógica; 
(ii) voz digital; (iii) voz digital e dados e; (iv) voz digital e dados com 
maior confiabilidade e largura de banda.
Decisões políticas e de marketing possuem 
um grande impacto nesse segmento.
História e Definição
O primeiro sistema mobile comercial foi projetado nos EUA pela 
AT&T e era analógico. O telefone celular funcionava em 
diferentes cidades dos EUA. Por outro lado, quando o sistema 
móvel chegou na Europa, cada país desenvolveu o seu próprio 
padrão, o que resultou num tremendo fiasco.
Os EUA decidiram que o governo não 
iria interferir nas decisões de 
padronização e deixaram a transição de 
analógico para digital para o próprio 
mercado.
Isso resultou em diferentes 
equipamentos e dois grandes padrões 
incompatíveis entre si.
A Europa aprendeu após esse fiasco e 
quando a era digital tomou conta, os 
governos apoiaram a formulação de um 
único sistema denominado GSM.
 Assim, sinal de telefone móvel GSM era 
percebido em toda a Europa.
História e Definição
Diferenças entre Estados Unidos e a Europa na adoção da telefonia celular
Nos EUA, telefones móveis eram agregados a telefones fixos. Não 
há uma maneira de perceber simplesmente verificando o número, 
para qual equipamento está se discando. Além disso, donos de 
telefones móveis também pagavam ao receber ligações.
Isso repeliu o uso 
de telefones 
móveis nos EUA.
Na europa, os telefones móveis tinham um código de área 
diferente e eram instantaneamente reconhecidos.
Grande adoção de 
telefones pré-
pagos na Europa 
(75%). Facilidade 
de compra por 
adolescentes.
História e Definição
Começando com a Ideia de Comunicação sem Fio
O Começo das Tecnologias
Rádio-telefones móveis eram usados na comunicação militar e marítima 
nas primeiras décadas do século 20. Em 1946, o primeiro sistema de 
telefone móvel foi construído em St. Louis. Consistia de um largo 
transmissor no topo de prédios e tinha um único canal, usado para enviar 
e receber. Para falar, o usuário tinha que apertar um botão que habilitava 
o transmissor e desabilitava o receptor. Eram chamados de sistemas 
push-to-talk e eram instalados em várias cidades dos EUA.
Push-to-talk: Uso em taxis, 
polícia, programas de televisão.
Sistema IMTS (Improved Mobile Telephone System)
Em 1960, IMTS (Improved Mobile Telephone System) foi instalado. A 
diferença é que o IMTS possuia 2 freqüências, de maneira a possibilitar 
envio e recepção. O botão do sistema push-to-talk não era mais 
requerido. Entretanto, usuários poderiam não ouvir uns aos outros.
IMTS suportava 23 canais. Devido a esse número pequeno, usuários 
tinham que esperar por um longo período de tempo para conseguir um 
sinal de discagem.
Interferência do transmissor em 
sistemas adjacentes próximos (na 
casa de dezenas de quilômetros). 
Isso tornou o sistema impraticável.
Problema
O Começo das Tecnologias
Tecnologias e Gerações
Primeira 
Geração
Segunda 
Geração
1 G AMPS
Segunda 
Geração e 
Meia
Analógica, desenvolvida no 
início dos anos 80.
Digital, desenvolvida no final dos 
anos 80 e início dos anos 90.
Uma evolução do 2 G, com melhorias significativas 
na transmissão de dados e na adoção da tecnologia 
de pacotes e não mais comutação de circuitos
GPRS
EDGE
HSCSD
2,5 G
GSM
CDMA
TDMA
2 G
Terceira 
Geração
Quarta 
Geração
Terceira 
Geração 
e Meia
Digital com mais Recursos. Está em 
desenvolvimento desde o final da década de 90.
Maior alcance e maior largura de banda para 
suportar streamming e tráfego intenso de upload 
e download
Melhorias na largura de banda para a transmissão 
de dados
UMTS
EVDO
3 G
HSDPA
HSPA
3,5 G
LTE
WiMax
4 G
Tecnologias e Gerações
Tecnologias e Gerações
Não há um acordo entre as gerações na literatura. Entretanto, os 
autores concordam que o futuro é a tecnologia LTE e 
potencialmente, a tecnologia WiMax para redes metropolitanas.
Tecnologias e Gerações
Operadoras brasileiras estão nos estágios avançados do 3G
Tecnologias e Gerações
A implantação do EDGE e do GPRS em sistemas GSM é 
feita com pequenas modificações nas redes existentes. Já a 
migração para WCDMA/HSDPA exigiu a utilização de 
uma nova banda de frequências (1900/2100 MHZ) e a 
liberação de espectro nas faixas atuais (850 e 900 MHz).
Tecnologias e Gerações
A implantação do HSPA e do HSPA+ em sistemas 
WCDMA/HSDPA é feita com pequenas modificações nas 
redes existentes. Já a migração para LTE exige a utilização 
de uma nova banda de frequências (1800/2600 MHZ) e a 
liberação de espectro nas faixas atuais ( 700MHz ou 800 
MHz, faixas de frequências liberadas com o término da 
transição da radio difusão de TV analógica para a TV 
Digital, como já aconteceu nos Estados Unidos).
AMPS - Advanced Mobile Phone System
Inventado pela Bell Labs e instalado nos EUA em 1982. Também usado na Inglaterra 
e Japão.
Em todos os sistemas de telefone móvel, uma região geográfica é dividida em células 
(daí vem o nome de telefone celular). No AMPS, as células possuem um espaçamento 
de 10 a 20 quilômetros. Cada célula opera numa freqüência diferente de sua vizinha, 
de modo que a mesma freqüência pode ser reusada em células próximas (não 
adjacentes).
Células possuem o 
mesmo tamanho e são 
agrupadas em sete 
unidades. Cada célula 
possui a sua própria 
freqüência, que é 
diferente da do vizinho.
AMPS pode ter de 10 a 25 
chamadas na mesmafreqüência entre células 
largamente espalhadas.
AMPS
AMPS - (a) Freqüências não são reusadas em células adjacentes; (b) Para adicionar 
mais usuários, basta dividir uma célula em várias outras menores formando 
(Microcélulas)
Células AMPS: (a) Freqüência não é reusada em células 
adjacentes; (b) formação de microcélulas
AMPS - Criação de Células
AMPS
Numa área onde o número de usuários cresce ao ponto que o sistema fique sobrecarregado, é 
possível dividir uma célular em microcélulas que permitirão mais freqüências a serem usadas.
Muitas vezes, microcélulas são temporariamente criadas para eventos especiais que 
congregam várias pessoas
No centro de cada célula existe uma estação base no qual todos os telefones usam para 
transmitir. Ela consiste de um computador e um transmissor/receptor conectado a uma antena. 
Em sistemas pequenos, as estações bases são conectadas a um único dispositivo chamado 
MTSO (Mobile Telephone Switching Office) ou MTC. Em sistemas maiores, vários MTSOs 
são necessários e todos são conectados por um MTSO de segundo nível. Idéia de hierarquia
MTSO são essencialmente 
departamentos de chaveamento 
(end offices) do sistema 
telefônico. MTSO são 
conectados a pelo menos um 
sistema de telefonia fixa.
MTSOs fazem a comunicação 
entre estações base e PSTN 
(telefonia fixa pública) através 
de uma rede com chaveamento 
por pacotes. 
AMPS - Entendendo a Transmissão de Dados
AMPS
Entendendo a 
operação
Um telefone celular x está operando em uma determinada célula y e 
quando sai de sua atuação, a estação base dessa célula notifica o sinal do 
celular através de uma pergunta para todas as estações base vizinhas: 
“Qual é a potência de sinal que vocês capturam do celular x?”. A estação 
base no qual o celular x passou a operar recebe o sinal de maneira mais 
forte. Assim, a nova célula para esse celular foi encontrada. 
Esse processo é chamado de handoff e 
leva aproximadamente 300 msec.
O telefone é então informado de seu novo chefe para a arrumar a chamada 
em duração, pois existe a necessidade de trocar de freqüência. Isso é um 
evento automático. Lembre que duas células adjacentes não operam na 
mesma freqüência.
AMPS
Desvendando o Handoff
Canais:AMPS usa 832 canais 
full-duplex e usa FDM para 
separar os canais.
O sinal pode “bater” em 
árvores e prédios de 
maneira que distorções 
sejam perceptíveis. Muitas 
vezes, é possível escutar 
uma conversa distante. Os 
832 canais são divididos 
em 4 categorias:
Controle (base para telefone) para gerenciamento
AMPS
Características e Canais de Comunicação
Paging (base para telefone) para alertar sobre 
chamadas
Acesso (bidirecional) para setup de chamadas a 
serem feitas
Data (bidirecional) para troca de voz, fax e dados. 
Gerencia-
mento da 
Chamada
O número de telefone é representado por 3 digitos de código de área e 7 digitos 
para o número do telefone. Além disso, possui um serial number de 32 bits. 
Para fazer uma chamada, o telefone chamador transmite o número chamado pelo 
canal de acesso. A estação base informa o MTSO desse evento. Caso o destino 
for da mesma operadora de MTSO, ele escolhe um canal livre e o telefone espera 
até que a outra parte atenda.
AMPS
Etendendo como Funciona uma Chamada
Quando o telefone é ligado, ele procura uma lista pré-programada de 21 canais de 
controle para encontrar aquele que possui melhor sinal. Na seqüência, o fone 
então faz um brodacast de seu serial number e do número do telefone. Este 
pacote é enviado de forma digital, múltiplas vezes e com correção de erros, ainda 
embora os canais de voz sejam analógicos. 
A estação base escuta o anúncio, informa a MTSO, que armazena os dados do 
novo telefone. Em operação normal, essa operação de registro é refeita a cada 15 
minutos.
Gerenciamento 
de 
Recebimento 
de Chamada
Primeiramente, telefones ociosos continuamente escutam o canal de paging para 
detectar chamadas. Quando uma é feita, um pacote é mandado para a estação 
base da célula do telefone chamado. A estação base faz um broadcast no canal 
de paging na forma: “O telefone 42 está por ai?”. O telefone responde e a base 
envia: “Telefone 42, chamada para você no canal 3”. Nesse ponto, o telefone 
chamado passa para o canal 3 e começa-se os sons de recepção de chamada. 
AMPS
Etendendo o Funcionamento de Chamadas Recebidas
D-AMPS (The Digital Advanced Phone System) 
DAMPS
Foi cuidadosamente projetado 
para trabalhar também em redes 
AMPS. A MTSO designa quais 
canais de voz são analógicos e 
quais são digitais.
No D-AMPS, o sinal de voz é capturado pelo microfone e 
digitalizado e comprimido. Compressão usa um codificador 56 
Kbps PCM. A compressão é feita já no telefone para reduzir o 
número de bits enviados na linha. Isso leva ao fato que até 6 
usuários podem compartilhar um par de freqüências usando 
TDM. Normalmente um frame TDM é dividido por 3 usuários. 
Cada par de freqüências suporta 25 frames/s de 40 ms cada. D-AMPS utiliza FDM 
para formar um canal, 
também denominado 
aqui de frame TDM. 
Nesse frame TDM é 
feita a multiplexação 
TDM para suportar o 
uso do frame por até 6 
usuários
(a) Compartilhamento 
do frame TDM por 3 
usuários; (b) 
compartilhamento do 
frame TDM por 6 
usuários 
Seis canais de controle são 
usados: configuração do sistema, 
controle real-time e não real-
time, paging, resposta de acesso 
e mensagens pequenas.
A diferença principal entre AMPS e D-AMPS 
é como o handoff é tratado. No AMPS, a 
MTSO o gerencia completamente sem a ajuda 
dos dispositivos móveis.
No D-AMPS, como visto na 
figura anterior, 2/3 do tempo um 
aparelho não está nem enviando 
nem recebendo (dividindo o 
frame TDM por 3 usuários). 
Assim, ele usa esses slots ociosos 
para medir a QUALIDADE da 
linha. Caso ele detectar uma má 
qualidade no sinal, o dispositivo 
avisa o MTSO que quebra a 
conexão.
O dispositivo pode tentar sintonizar um sinal 
mais forte de uma outra base. 
Assim como o AMPS, o handoff leva 300 ms 
e sua técnica é chamada de MAHO - Mobile 
Assisted HandOff. 
D-AMPS era o mais usado nos EUA e no 
Japão.
Características
DAMPS
GSM (The Global System for 
Mobile Communication)
Tirando EUA e Japão, praticamente todo o resto 
adotou o GSM. EUA também usou em pequena escala. 
GSM é similar ao D-AMPS, por serem baseados em 
sistema celulares. Em ambos, a multiplexação FDM é 
usada, onde cada telefone transmite em um freqüência 
e recebe noutra. Em adição, uma simples freqüência 
pode ser dividida usando TDM e assim compartilhada 
por vários dispositivos móveis.
Entretanto, GSM tem canais mais 
largos que D-AMPS (200 KHz 
versus 30 KHz) e suporta poucos 
usuários (8 versus 3 
normalmente em D-AMPS), 
dando a GSM uma taxa de 
transmissão muito maior que D-
AMPS.
Freqüência de banda é 200 KHz. O sistema GSM 
possui 124 pares de canais simplex. Cada canal 
simples tem a largura de 200 KHz e suporta 8 
conexões separadas usando TDM. Cada estação ativa 
usa um tempo de slot em cada par de canais. Na 
próxima figura, 8 slots em cinza pertencem a mesma 
conexão, 4 em cada direção.
Recepção e transmissão nunca 
ocorrem no mesmo slot de 
tempo, uma vez que rádios GSM 
não transmitem e recebem ao 
mesmo tempo.
GSM
Uso de 124 canais multiplexados com FDM. Cada canal desses é multiplexado 
usando TDM, o que possibilita o uso do Frame TDM por até 8 usuários
Canais e Multiplexação
GSM
FDMA e TDMA 
representam o 
acesso via 
multiplexação 
por divisão de 
freqüência e 
tempo, 
respectivamente.
Cada canal GSM 
possui 200 KHz, 
dividido em 8 
segmentos 
através de 
multiplexação 
TDM.
GSM (Canais e Multiplexação)
GSM
CDMA (Code Division Multiple Access)
CDMA
D-AMPS e GSM são sistemas 
convencionais.Ambos usam 
FDM e TDM para dividir o 
spectrum em canais e os canais 
em slots de tempo.
CDMA foi largamente usado nos EUA, 
competindo com D-AMPS. Ao invés de dividir a 
freqüência permitida em canais, CDMA permite a 
cada estação transmitir sobre toda a freqüência 
todo o tempo. Múltiplas transmissões simultâneas 
são separadas usando teoria de codificação.
Analogia: Considere um saguão de aeroporto. TDM é comparável com pessoas 
conversando no centro do saguão, mas cada qual conversa no seu slot. FDM é 
comparável com pessoas largamente dispersas, cada qual ditando as suas conversas no 
mesmo tempo, mas ainda indenpendente uma das outras. 
Entendendo a Tecnologia
CDMA
CDMA é comparável como todo mundo no meio do saguão 
falando de uma única vez, mas cada par em uma língua diferente. 
Falantes em francês rejeitam tudo que não é francês. Idéia chave 
de CDMA é a extração dos sinais desejados enquanto rejeita-se 
todo o resto como um ruído aleatório.
No CDMA, cada tempo de bit é 
dividido em m intervalos 
pequenos chamados chips. 
Tipicamente, usa-se de 64 a 128 
chips. Para cada estação é 
mapeado um único m-bit code 
chamado chip sequence.
Para transmitir o bit 1, a estação envia o seu chip 
sequence. Para transmitir o bit 0, ela envia o 
complemento de 1 de seu chip sequence. 
Assim, para m=8, se a estação A tem o chip 
sequence 00011011 ela envia bit 1 através de 
00011011 e o bit 0 através de 11100100.
Com CDMA, cada estação usa 
todo o spectrum de 1 MHz, de 
forma que a taxa de chip seja 1 
megachip por segundo. Com 
pouco menos que 100 chips por 
bit, a largura de banda efetiva por 
estação é maior para o CDMA 
em comparação ao FDM e o 
problema de alocação de canal 
está resolvido.
Para fins pedagógicos, é 
pertinente usar a notação bipolar, 
com o binário 0 sendo -1 e o 
binário 1 sendo +1.
CDMA (Code Division Multiple Access)
CDMA
(a) Exemplo de chip 
sequence usando 8 chips. A 
estação A manda 00011011 
para transmitir o bit 1, e 
11100100 para o bit 0; 
(b) Notação bipolar para as 
seqüências criadas: -1 
significa o binário 0, 
enquanto +1 o binário 1; 
(c) Exemplos de 
transmissão. Simplesmente 
soma-se as seqüência que 
se deseja transmitir; 
(d) Mostra como é feita a 
operação para extrair a 
conversação da estação C 
dos exemplos de tráfego 
previamente gerados. Para 
um tráfefo S, faz-se a 
operação S.C chamada de: 
normalized inner product 
CDMA
Para recuperar um stream de bits 
de uma estação individual, o 
receptor deve conhecer de 
antemão o chip sequence da 
estação. A recuperação é feita 
pela computação do normalized 
inner product do chip sequence 
recebido (soma linear de todas as 
estações que transmitiram) e o 
chip sequence da estação que 
esteja desejando recuperar os 
dados.
Se o chip sequence recebido é S e o receptor está 
tentando ouvir a estação que possui o chip sequence 
C, então ele simplesmente computa S o C.
Estamos assumindo que o receptor conhece quem é o 
transmissor. Assim, o receptor teve que ouvir todos os 
possíveis transmissores de uma única vez rodando o 
algoritmo de decodificação em paralelo. Na vida real, 
isso é um limitante para o uso de CDMA.
CDMA = comumente usado em sistema wireless para 
um número fixo de estações base.
CDMA (Tranmissão de Dados)
CDMA
WCDMA (Code Division Multiple Access)
WCDMA
(Wideband CDMA) foi proposta pela 
Ericsson. Ela executa em 5 MHz de 
largura de banda e é projetado para 
trabalhar com redes GSM. Então, é 
possível deixar uma célula W-CDMA e 
entrar noutra GSM sem perder a ligação. 
Esse sistema foi propagado pela União 
européia com o nome de UMTS 
(Universal Mobile Telecommunications 
System).
O outro concorrente é o CDMA2000, 
proposto pela Qualcomm. Uso 5 MHz de 
largura de banda mas não trabalha com 
GSM e, assim, não pode tratar células 
GSM.
WCDMA
HSDPA (High Speed Downlink Packet Access)
HSDPA
É um serviço de pacotes de dados, baseado no WCDMA, que otimiza a transmissão de 
dados na direção do telefone celular (enlace de descida). Está em desenvovimento o 
High-Speed Uplink Packet Access (HSUPA), que fará o mesmo para o enlace de subida.
HSPA (High Speed Packet Access Plus)
HSPA+
LTE (Long Term Evolution)
LTE
Evolução do 
HSPA+
Utilizam na sua maioria um par de canais separados para 
transmissão e recepção (FDD), embora existam também redes em 
que a transmissão e recepção compartilham o mesmo canal (TDD).
Aumenta a Capacidade de Dados 
em Densas Áreas Urbanas.
Oferece ainda uma redução da latência e deve 
ser utilizado inicialmente para dados 
desafogando o tráfego das redes atuais. A voz no 
LTE é VoIP.
 O LTE está evoluindo paralelamente ao HSPA+ para a melhora no desempenho das 
redes.
Estatísticas
Evolução das Tecnologias e Taxas 
Teóricas de Transmissão
Estatísticas
Pós-Pago ganhando Espaço perante o 
plano Pré-Pago
Estatísticas
GSM e WCDMA dominam como tecnologias 
dos telefones celulares brasileiros
Estatísticas
Ranking de operadoras perante o número 
de linhas habilitadas
Estatísticas
Tecnologias Oferecidas. HSPA e 
WCDMA são as mais Avançadas
Mais Informações
Procurando Mais Informações, Acima há 
Instituições que podem Ajudá-lo.

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