Comunicacoes_moveis_02

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Comunicações Móveis
Profª. M.Sc. Paula Marães 
Mestre em Engenharia Elétrica (UFAM) 
Engenheira em Telecomunicações (FUCAPI)
 
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Evolução dos Sistemas Celulares
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Comunicações Móveis
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• Primeiros padrões utilizando o conceito celular surgem no 
final da década de 70, no Japão e EUA e no início da década 
de 80, na Europa. Todos analógicos, foram eles:
Ø NTT (Nippon Telegraph and Telephone) – Japão 
Ø AMPS (Advanced Mobile Phone Service) - Estados 
Unidos;
Ø NMT (Nordic Mobile Telephone System) - Europa 
(Suécia, Noruega, Finlândia e Dinamarca).
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Evolução do Sistema Móvel Celular
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• O NMT é importante por ser o primeiro padrão de telefonia 
celular internacional.
• Ou t ros s i s te m a s a n a l ó g i cos s u rg i ram em s e g u i d a , 
principalmente na Europa: Alemanha, França, Inglaterra e Itália 
criaram seus padrões de telefonia móvel celular.
• Estes padrões mais tarde viriam a se tornar um empecilho na 
difusão da tecnologia.
• Os usuários de um padrão, ao viajar para fora de seu país não 
podiam utilizar seu celular..
• O que não acontecia nos países nórdicos por terem investido 
no padrão NMT.
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Evolução do Sistema Móvel Celular
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Comunicações Móveis
Evolução do Sistema Móvel Celular
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• 12 de outubro de 1983 – a primeira rede AMPS (Advanced 
Mobile Phone System) comercial em Chicago, pela 
Ameritech. 
• No mesmo ano teve a concorrência do sistema analógico 
da Motorola, o Dyna-TAC (Dynamic Adaptive Total Area 
Coverage), conhecido também como TACS (Total Area 
Communications System), lançado em 16 de dezembro em 
Washington e Baltimore, mas não conseguiu se estabelecer 
comercialmente naquele país, sucumbindo ao AMPS.
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Evolução do Sistema Móvel Celular
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• Pelas relações comerciais dos Estados Unidos com países 
da América Latina, Ásia e África, o padrão americano de 
telefonia celular analógica se expandiu pelo mundo, 
inclusive no Brasil
• Primeiro sistema celular brasileiro (AMPS) começou a ser 
instalado em 1989 e entrou em operação em 1991 no Rio 
de Janeiro. 
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Evolução do Sistema Móvel Celular
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• O AMPS é analógico e foi concebido originalmente 
apenas para o serviço de transmissão de voz (telefonia). 
• Ex ist iam melhor ias no s i stema para contemplar 
transmissão de dados e outros serviços. 
• A importância histórica do AMPS é muito grande pois foi 
n e s t a t e c n o l o g i a q u e f o r a m d e s e n v o l v i d a s a s 
funcionalidades básicas de um sistema celular. 
• No AMPS surgiram idéias como Roaming, Handoff, Power 
Control, Mobility Management etc.
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Evolução do Sistema Móvel Celular
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• O AMPS foi utilizado pela primeira vez comercialmente 
em 1983, e operava nas bandas de 850 MHz determinadas 
pelo FCC (Federal Communications Commission) americano.
• A norma que especifica o AMPS é a EIA-553.
• Enquanto o Brasil instalava seus primeiros sistemas, nos 
EUA, a demanda por aparelhos celulares era alta.
• Não havia mais disponibilidade de freqüências para o 
aumento da capacidade dos sistemas instalados.
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Evolução do Sistema Móvel Celular
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• Foi necessário que em curto espaço de tempo houvesse a 
migração dos sistemas analógicos para sistemas com maior 
capacidade, os chamados sistemas digitais.
 
• Surgiram então nos Estados Unidos os padrões:
ØIS-54 (mais tarde unificado com o IS-136).
ØIS-136 (vulgarmente chamado de TDMA).
ØIS-95 (também conhecido como CDMA).
• TDMA e CDMA dizem respeito ao método de acesso ao 
meio assim como FDMA. Dizer que TDMA e CDMA são 
padrões de sistemas de telefonia móvel é equivocado.
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Evolução do Sistema Móvel Celular
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• Imaginemos os telefones móveis como duas pessoas tentando 
conversar.
• No sistema FDMA, a sala seria dividida em várias salas 
menores, cada uma com duas pessoas conversando durante 
todo o tempo. As duplas estariam isoladas umas das outras, não 
havendo, portanto, risco de que pudessem ouvir a conversa de 
outra dupla.
• Caso estivessem em um sistema TDMA, haveriam três duplas 
se revezando em cada sala, cada uma com um tempo pré-
determinado para conversar e então dar lugar a uma nova dupla. 
Após o fim do tempo da terceira dupla, a primeira volta à sala 
para continuar a conversação. 
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O Exemplo da Sala
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• No CDMA todos os pares estão na mesma sala, mas 
falando línguas diferentes. Cada um entende somente o 
seu parceiro, apesar de estar ouvindo as conversas 
paralelas na sala. Caso uma dupla comece a falar mais alto, 
todos terão que elevar o volume da sua voz, e assim 
sucessivamente até que todos estejam gritando e ninguém 
mais se entenda. 
• Por isto é tão importante o controle de potência dos 
móveis, uma vez que todos estão “espalhados” na mesma 
freqüência, numa banda de 1,23 MHz.
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O Exemplo da Sala
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• Para atender ao crescimento na demanda e aumentar a 
capacidade das células em áreas de alta densidade, a EIA 
( E l e t r o n i c I n d u s t r i e s A s s o c i a t i o n ) e a T I A 
(Telecommunications Industry Association) adotou o 
padrão IS-54 (2G) baseado no TDMA.
• O IS-54 mantém o espaçamento de canal de 30kHz do 
AMPS, para facilitar a evolução do sistema analógico para o 
digital.
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Evolução do Sistema Móvel Celular (IS-54)
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• Cada canal de freqüência fornece uma taxa binária de RF 
de 48.6kb/s, obtido utilizando π/4 DQPSK (Differential 
Quadrature Phase-Shift Keying) com um deslocamento de 
fase de π/4 radianos entre símbolos sucessivos para reduzir 
flutuações de amplitude no envelope do sinal. 
• A taxa do canal é de 24.3 kbaud. Esta capacidade é 
dividida em 6 slots de tempo, dois dos quais são atribuídos 
a cada usuário na implementação corrente.
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Evolução do Sistema Móvel Celular (IS-54)
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• Utiliza um codificador de voz VSELP (13kb/s com proteção 
de erro). Assim, cada par de freqüências de 30kHz pode 
servir 3 usuários simultaneamente, e com o mesmo padrão 
de reuti l ização. Assim, o IS-54 fornece o tr iplo da 
capacidade (canais de usuário por célula) do AMPS. 
• Quando são introduzidos codificadores de voz que geram 
metade da taxa binária, cada canal de freqüência de 30kHz 
poderá acomodar seis usuários por canal, dobrando a 
capacidade.
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Evolução do Sistema Móvel Celular (IS-54)
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• O padrão IS-54 estabelece um equalizador adaptativo 
para atenuar a interferência entre símbolos causada pelo 
g ra n d e a t ra s o d e e s p a l h a m e n t o , m a s d e v i d o a 
re lat ivamente baixa taxa do canal (24.3 kbaud) o 
equalizador será desnecessário em várias situações. 
• Visto que sistemas utilizando o padrão IS-54 devem 
operar na mesma faixa de freqüência utilizada pelos 
sistemas AMPS existentes, o padrão IS-54 opera em modo 
dual, o que significa que fornece operações para ambos 
analógico (AMPS) e digital.
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Evolução do Sistema Móvel Celular (IS-54)
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• Isto é necessário para acomodar as funcionalidades 
d e r o a m i n g , d a d a a g r a n d e b a s e e x i s t e n t e d e 
equipamentos AMPS. 
• Embora vários provedores de serviço tenham iniciado a 
implantação de equipamentos para sistema IS-54 na 
maioria das áreas metropolitanas dos países, a conversão 
para digital será mais lenta em regiões com menores 
densidades. 
• Conseqüentemente, haverá uma mistura de unidades e 
equipamentos de estações-base digitais e analógicas por 
um considerável período de tempo.
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Evolução do Sistema Móvel Celular (IS-54)
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• Enquanto a versão inicial do padrão IS-54 util iza a 
especificação do canal de controle do AMPS (FSK com 
codificação Manchester a 10 kb/s), o IS-136 (ou IS-54 rev.C) 
inclui um canal de controle digital (DCC) que utiliza 
modems de 48.6 kb/s.
• Além do acréscimo na taxa de sinalização, o DCC oferece 
algumas capacidades como transferência de mensagens 
curtas ponto-a -p onto, mensage n s d e br oad ca st , 
endereçamento de grupo, grupos de usuários privados, 
estruturas hierárquicas de células, e canais divididos 
em slots para suportar modo de espera (para economizar 
energia).
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Evolução do Sistema Móvel Celular (IS-54)
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• Uma das grandes vantagens do IS-54 era justamente a de 
manter o canal em freqüência da mesma largura que seu 
precursor o que facilitava e barateava a implementação de 
handsets duais.
• A norma IS-136 aparece como substituta do IS-54, já na 
década de 1990, trazendo grandes melhorias como canal 
de controle DCCH, codificação de voz ACELP e suporte para 
as bandas de 1900 MHz.
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Evolução do Sistema Móvel Celular (IS-54)
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• Os países europeus se organizavam para criar um padrão 
pan-europeu de comunicação celular que pudesse integrar 
todos os países daquele continente.
• Em 1982 a PTT (Nordic Post, Telephone and Telegraph) 
apresentou uma proposta à CEPT (Conférence Européene 
de Postes et Té lécommunicat ion s ) no se nt id o d e 
d e s e n v o l v e r u m s i s t e m a c o m u m e u r o p e u d e 
telecomunicações móveis na banda dos 900 MHz. Foi 
criado o Groupe Spécial Mobile (GSM).
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Evolução do Sistema Móvel Celular
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• Haviam discussões em torno da integração dos sistemas 
analógicos, mas o cenário de telefonia móvel no mundo era 
tão promissor que os onze países membros decidiram pela 
digitalização do sistema com utilização do FDMA/TDMA, no 
qual cada portadora é dividida em janelas temporais.
• A estação móvel recebe e envia na janela temporal 
designada para ele, o que significa que cada portadora 
suporta várias conversas simultaneamente.
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Evolução do Sistema Móvel Celular
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• Por pedido do Reino Unido foi feita uma adaptação das 
especificações definidas até então, permitindo uma 
interface rádio na banda dos 1800 MHz.
• Esta variante do GSM foi denominada de DCS 1800 – 
Digital Communication System at 1800 MHz.
• Em 1991 começaram a fabr icação dos primeiros 
equipamentos GSM.
• Os principais operadores europeus iniciaram a atividade 
comercial em 1992.
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Evolução do Sistema Móvel Celular
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• Hoje, a primeira geração de celulares está extinta.
• Um dos principais motivos para isto acontecer foi a falta 
de segurança e também a pouca lucratividade que os 
sistemas poderiam oferecer aos operadores que o adotam.
• No Brasil operadores de telefonia celular eram obrigadas 
a oferecer os serviços do AMPS enquanto houvessem 
clientes deste sistema.
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Evolução do Sistema Móvel Celular
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Comunicações Móveis
Evolução do Sistema Móvel Celular
Quem lembra deste?
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• 1G (primeira geração) - redes celulares analógicas. 
• 2G (segunda geração) - redes celulares digitais baseadas em 
comutadores de circuitos: redes CDMA, TDMA e GSM. 
• 2,5G – redes 2G com transmissão de pacotes de média/alta 
velocidade, voltados para tx de dados. GPRS e EDGE nas redes 
GSM, 1xRTT nas redes CDMA. 
• 3G - redes de altíssima velocidade, com possibilidades de 
streaming de vídeo, videoconferência, transmissões em tempo 
real, jogos online. 
• Em alguns países, já existe o 3G, com as licenças UMTS.
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Redes Celulares
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• A primeira geração de telefonia móvel, apelidada 1G, utilizava 
a modulação de sinais analógicos em uma portadora de RF e 
operava sobre redes com tecnologia de comutação de circuito.
• N e st e t i p o d e re d e , u m c i rc u i t o d e voz é a l o c a d o 
permanentemente enquanto dura a chamada. Trata-se de um 
serviço orientado a conexão. O acesso à canalização é obtido 
através do método FDMA (Frequency Division Multiple Access).
• Essa tecnologia é limitada quanto ao número possível de 
usuários, pois admite apenas uma “ligação” por canal, o que, 
rapidamente exaure a capacidade de cada ERB, obrigando a 
instalação de uma maior quantidade de células.
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1G - Redes Analógicas de Telefonia Móvel
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• O tamanho das células situa-se na faixa de 500 metros a 
10 qui lômetros, sen do permit ido o "handoff" ou 
"handover" (transferência automática de ligações de uma 
célula para outra).
• Possibil ita igualmente o "roaming" (transferência 
automática de ligações entre sistemas) entre os diferentes 
provedores de serviço, desde que adotem o mesmo 
sistema.
• Todos os sistemas iniciais eram bastante parecidos entre 
si, as principais diferenças concentravam-se no uso do 
espectro de freqüência e no espaçamento entre canais.
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1G - Redes Analógicas de Telefonia Móvel
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• O AMPS opera na faixa de 869-894 MHz para recepção e 824-
849 MHz para transmissão.
• O NMT-450 opera na faixa de 463-468 MHz para recepção e 
453-458 MHz para transmissão.
• O NMT-900 utiliza a faixa de 935-960 MHz para recepção e 
890-915 MHz para transmissão, etc.
• Com relação ao espaçamento entre os canais pode-se citar o 
AMPS que adota 30 kHz, o TACS e vários outros que adotam 25 
kHz.
• O AMPS (Advanced Mobile Phone Service) foi o primeiro 
sistema de telefonia móvel celular adotado no Brasil, no Rio de 
Janeiro, em 1991.
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1G - Redes Analógicas de Telefonia Móvel
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• Com a demanda de novos usuários, o sistema de telefonia 
analógico foi rapidamente exaurido. Novos sistemas com 
novas tecnologias seriam necessários. Assim surgiu a 
segunda geração de redes celulares ou 2G.
• Algumas vantagens imediatas do sistema 2G sobre o 1G 
foram: 
Ø acomodação de maior número de usuários numa 
mesma faixa de freqüência. 
Ø possibilidade de conferência entre usuários e sistema 
de mensagens de voz e texto.
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2G - Redes Digitais de Telefonia Móvel
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• Com o 2G, o FDMA é ainda usado para a divisão da faixa 
de freqüência em pequenos blocos, porém a utilização de 
tais blocos é feita com a adoção de duas novas tecnologias 
de acesso digital: TDMA e CDMA;
• Estas tecnologias são classificadas como “air interface”: 
uma forma de manipular os sinais de forma a maximizar o 
uso da faixa de freqüência disponível. Serviços 2G “puros” 
podem ofertar uma taxa de transmissão de dados de até 14 
Kbps.
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2G - Redes Digitais de Telefonia Móvel
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• Um novo degrau da evolução do padrão 2G foi sua integração 
com transmissão de pacotes de dados, devido a forte demanda 
de serviços de acesso à internet para ambiente wireless.
• Esta nova capacidade recebeu o nome de sistemas 2,5G. O 
maior incremento que o 2,5G trouxe foi uma técnica avançada 
de modulação (comparado ao 2G), permitindo a comutação de 
pacotes ao invés de circuitos, a mesma técnica de transmissão 
adotada pelo IP da arquitetura TCP/IP.
• Diferentemente da comutação por circuito que aloca um 
circuito fim-a-fim durante a transmissão, a comutação de 
pacotes só utiliza o caminho quando de fato há dados para 
transmitir.
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2,5 G
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• Assim, a tecnologia 2,5G trouxe um uso mais eficiente do 
espectro de freqüência e da banda disponível, promovendo o 
meio de transporte mais apropriado para a navegação de 
aplicações na internet a partir de dispositivos wireless, 
notadamente com o surgimento de aparelhos celulares com 
esta capacidade.
• Com 2,5G puro, pode-se atingir a taxa de transmissão de 
dados de até 144 Kbps.
• Na maioria dos casos, os sistemas 2,5G são implementados 
diretamente sobre as redes 2G existentes. Como resultado, um 
sistema 2,5G não é uma rede comutada a pacotes “pura”. Na 
verdade, pacotes de dados são transmitidos sobre redes de 
circuitos comutados.
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2,5 G
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• Redes wireless comutadas puras a pacote só foram mesmo 
disponibilizadas com o advento da geração 3G.
• Formalmente, as primeiras redes digitais em operação no 
Brasil (TDMA, CDMA e GSM) são da geração 2G. O 2,5G veio 
com a inclusão do protocolo GPRS (General Packet Radio 
Services), sobre redes GSM.
• Uma segunda evolução para redes 2G, após o GPRS, é atécnica de modulação denominada EDGE (Enhanced Data GSM 
Environment).
• Enquanto GPRS utiliza a modulação GMSK, EDGE utiliza a 8 
PSK que poss ibi l i ta um incremento na ve locidade de 
transmissão de três vezes sobre o GPRS.
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2,5 G