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Comunicações Móveis – Parte 1 Prof. Paulo Portela LEMOM-ENE-FT/UnB Sumário Objetivos e evolução do sistema. Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. Objetivos e evolução do sistema Objetivos: Primeiro Telefone Móvel – 1924 Objetivos: que mundo procuramos UMTS, WLAN, DAB, DVB, GSM, cdma2000, TETRA, ... PDA, Laptop, GSM, UMTS, WLAN, Bluetooth, ... Tecnologias de acesso wireless Comunicações Móveis - Mercado Mercado em rápida expansão em todo o mundo Comunicações Móveis - Mercado Mercado em rápida expansão em todo o mundo 0 - 92 - 93 - 94 - 95 - 96 - 97 - 98 - 99 - 00 - 02- 01 - 03 - 04 - 05e - 10e 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 Penetração Global ~33 % 3 bilhões em 2010 2 bilhões no final de 2005 M ilh õe s de U su ár io s Fonte: GSM forum Evolução de alguns sistemas de comunicações Objetivos e evolução do sistema Evolução do SMP no Brasil BA 71 143,46 1º Salvador/BA DF 61 138,84 2º Brasília/DF SP 11 125,62 3º São Paulo/SP SP 12 122,02 4º São José dos Campos/SP GO 62 118,91 5º Goiânia/GO MG 31 117,99 6º Belo Horizonte/MG RS 51 116,47 7º Porto Alegre/RS SC 48 116,46 8º Florianópolis/SC PR 41 115,75 9º Curitiba/PR RJ 22 114,38 10º Campos dos Goytacazes/RJ Ranking de Densidade por Código Nacional (AR) UF ÁREA DE REGISTRO Acessos p/ 100 Hab. RANKING CIDADE PRINCIPAL Estado - U.F. / Região % Mercado Nacional Pré-Pago Pós-Pago Total REGIAO NORTE 11.466.909 1.238.030 12.704.939 6,71 AC 541.158 60.574 601.732 0,32 AM 2.589.781 325.783 2.915.564 1,54 AP 542.991 52.964 595.955 0,31 PA 5.002.581 494.144 5.496.725 2,9 RO 1.392.315 139.735 1.532.050 0,81 RR 308.109 37.997 346.106 0,18 TO 1.089.974 126.833 1.216.807 0,64 Acessos Participação do Mercado por U.F. (%) - AGOSTO/2010 Estado - U.F. / Região % Mercado Nacional REGIAO NORDESTE 39.084.387 4.552.761 43.637.148 23,04 AL 2.347.147 245.066 2.592.213 1,37 BA 10.117.566 1.294.411 11.411.977 6,02 CE 6.414.903 714.692 7.129.595 3,76 MA 3.220.026 277.120 3.497.146 1,85 PB 2.845.275 297.759 3.143.034 1,66 PE 7.654.267 935.518 8.589.785 4,53 PI 2.104.479 184.579 2.289.058 1,21 RN 2.675.808 352.067 3.027.875 1,6 SE 1.704.916 251.549 1.956.465 1,03 Acessos Participação do Mercado por U.F. (%) - AGOSTO/2010 Estado - U.F. / Região % Mercado Nacional REGIAO SUDESTE 68.902.647 19.121.375 88.024.022 46,47 ES 2.795.645 799.031 3.594.676 1,9 MG 15.117.568 4.135.970 19.253.538 10,16 RJ 13.155.044 4.251.340 17.406.384 9,19 SP 37.834.390 9.935.034 47.769.424 25,22 REGIAO SUL 22.244.293 6.251.458 28.495.751 15,04 PR 8.566.556 2.003.514 10.570.070 5,58 RS 8.646.240 2.954.376 11.600.616 6,12 SC 5.031.497 1.293.568 6.325.065 3,34 REGIAO CENTRO-OESTE 14.005.624 2.560.911 16.566.535 8,75 DF 3.517.228 844.660 4.361.888 2,3 GO 5.510.773 761.850 6.272.623 3,31 MS 2.208.745 494.707 2.703.452 1,43 MT 2.768.878 459.694 3.228.572 1,7 TOTAL - BRASIL 155.703.860 33.724.535 189.428.395 100 Acessos Participação do Mercado por U.F. (%) - AGOSTO/2010 Objetivos e evolução do sistema Evolução do SMP no Brasil Objetivos e evolução do sistema Evolução do SMP no Brasil 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2003 2004 2005 M ilh õe s de a ss in an te s GSM CDMA TDMA AMPS Comunicações Móveis – Mercado Brasileiro Objetivos e evolução do sistema Evolução do SMP no Brasil Objetivos e evolução do sistema Evolução do SMP no Brasil Objetivos e evolução do sistema Evolução do SMP no Brasil Competição – Participação de Mercado (%) Competição – Participação de Mercado (%) 48,70 34,54 30,77 15,40 23,42 24,57 22,40 21,64 22,87 4,20 11,99 13,19 8,30 5,30 5,02 0,00 2,57 3,07 0,900,45 0,42 0,20 0,09 0,09 -5,00 5,00 15,00 25,00 35,00 45,00 55,00 VIVO TIM CLARO OI TMG/AMAZ BRASIL TELECOM ALGAR SERCOMTEL 2002 2005 2006 Serviços MóveisServiços Móveis 80,53 % Pós-Pago Pré-Pago 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Pré-pago Pós-pago Relação Pós-Pago X Pré-PagoRelação Pós-Pago X Pré-Pago ano us uá rio s [m ilh õe s] 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 aprox. 1.7 bilhão GSM total TDMA total CDMA total PDC total Analogue total W-CDMA Total wireless Prediction (1998) Proporção de assinantes por tecnologia no mundoProporção de assinantes por tecnologia no mundo 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Analógico Outras digitais TD-SCDMA CDMA (3G) CDMA (2G/2.5G) WCDMA GSM/GPRS Comunicações Móveis – Mercado GSM Fonte: GSM forum Comunicações Móveis – Mercado GSM 201,6 120,0 94,7 93,0 79,2 76,0 71,5 61,0 48,0 47,4 46,9 43,6 41,3 38,3 32,8 Ch ina EU A Rú ss ia Ja pã o Br as i l ( *) Al em an ha Índ ia Itá lia Ing lat er ra Fr an ça Mé xic o Ind on és ia Tu rq uia Es pa nh a Co réi a Fil ipi na s POSIÇÃO INTERNACIONALPOSIÇÃO INTERNACIONAL (em milhões) Fonte: UIT – Anuário 2005 (*) Até Julho/2006 Evolução: telefonia celular satélites wireless LANTelefone sem fio 1992: GSM 1994: DCS 1800 2001: IMT-2000 1987: CT1+ 1982: Inmarsat-A 1992: Inmarsat-B Inmarsat-M 1998: Iridium 1989: CT 2 1991: DECT 199x: proprietary 1997: IEEE 802.11 1999: 802.11b, Bluetooth 1988: Inmarsat-C analógico digital 1991: D-AMPS 1991: CDMA 1981: NMT 450 1986: NMT 900 1980: CT0 1984: CT1 1983: AMPS 1993: PDC 4G – quando e como? 2000: GPRS 2000: IEEE 802.11a 200?: Quarta Geração (baseada na Internet) Objetivos e evolução do sistema Evolução: Broadcasting para celular Analógico para digital Comutação por circuitos para por pacotes Melhor uso da banda de freqüências. Capacidade depende menos dessa banda. Incremento da qualidade. Aumento da capacidade. Novos serviços. Novos serviços. Uso eficiente da banda. Convergência de sistemas. Evolução: Evolução: Serviços de 3G Teleserviços Taxa ideal Telefonia 8 a 32 kbps Teleconferência 32 kbps Voice mail 32 kbps Música 128 kbps Videofone 64 kbps Videoconferência 384 a 768 kbps Navegação 2,4 a 64 kbps Localização 2,4 a 64 kbps Evolução de sistemas Evolução de sistemas IMTS 0 G •Primeiros serviços de telefonia móvel •Comunicação analógica •Baixa capacidade 1 G •Início da operação da telefonia celular •Comunicação analógica de voz •paging AMPS TACS NMT C450 JTACS NTT Américas Europa Japão 1950 1980 2000 20101990 2 G •Transmissão digital •Serviços de dados •~10kbps IS54/IS136 (TDMA) IS95 (CDMA) GSM PDC Américas Europa Japão 2,5 G •Dados ~100kbps 1X RTT GPRS/ EDGE 3,5 G • ~10 Mbps HSPA 3 G •Melhor suporte para •Transmissão de dados •~1 Mbps EVDO UMTS (WCDMA) TD- SCDMA China WiMAX móvel 3,9 G • ~100 Mbps •< Latência LTE 3GPP Release Release date Summary 3GPP Release 99 1999 First release of the UMTS standard 3GPP Release 4 2001 This release added features including an all-IP core network. It was originally referred to as Release 2000 3GPP Release 5 2002 This 3GPP release introduced the IP Multimedia Subsystem, IMS and High Speed Packet Downlink Access, HSDPA 3GPP Release 6 2004 This release of the standard integrated the operation of UMTS with wireless LAN networks and added enhancements to IMS (including Push to talk over Cellular), Generic Access Network, GAN, and it added High Speed Packet Uplink Access, HSUPA. 3GPP Release 7 2007 This Release of the 3GPP standard detailed improvements to QoS for applications such as VoIP. The release also detailed upgrades for High Speed Packet Access Evolution, HSPA+, as well as changes for EDGE Evolution and it also provided interfaces to enable operation with Near Field Communication, NFC technology. 3GPP Release 8 2008 3GPP Release 8 provided the details for the LTE System Architecture Evolution, SAE, an all-IP network architecture providingthe capacity and low latency required for LTE and future evolutions. 3GPP Release 9 End 2009 This added further enhancements to the SAE as well as allowing for WiMax and LTE/UMTS interoperability. 3GPP Release 10 Estimated 2010 This release of the 3GPP standard detailed the 4G LTE Advanced technology. Algumas referências adicionais GSM, GPRS and EDGE Performance – evolution towards 3G/UMTS, 2.a ed. 2003, Wiley. T. Halonen, J. Romero, J. Melero Radio Network Planning and Optimisation for UMTS, 2.a ed. 2006, Wiley. J. Laiho, A. Wacker, T. Novosad WCDMA for UMTS – HSPA evolution and LTE, 4.a ed. 2007, Wiley. H. Holma, A. Toskala Radio Access Networks for UMTS – principles and practice, 2008, Wiley. C. Johnson. Definição: Espectro eletromagnético: Faixa de freqüências em que se pode esperar transmissão eletromagnética. Muitas vezes denominado meio de comunicação. O espaço livre. Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. VLF = Very Low Frequency UHF = Ultra High Frequency LF = Low Frequency SHF = Super High Frequency MF = Medium Frequency EHF = Extra High Frequency HF = High Frequency UV = Ultraviolet Light VHF = Very High Frequency Frequency and wave length: = c/f wave length , speed of light c 3x108m/s, frequency f 1 Mm 300 Hz 10 km 30 kHz 100 m 3 MHz 1 m 300 MHz 10 mm 30 GHz 100 m 3 THz 1 m 300 THz visible lightVLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF infrared UV Transmissão ópticaCabo coaxialPar trançado Definição: Banda de freqüências: Faixa do espectro eletromagnético alocado para o sistema. Quanto maior essa faixa, maior a capacidade do sistema. Depende de regulamentação e de desenvolvimento tecnológico (ANATEL, FCC, ITU) Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. ITU-R (WRC, World Radio Conferences) Europa USA Japão Telefonia celular GSM 450-457, 479- 486/460-467,489- 496, 890-915/935- 960, 1710-1785/1805- 1880 UMTS (FDD) 1920- 1980, 2110-2190 UMTS (TDD) 1900- 1920, 2020-2025 AMPS, TDMA, CDMA 824-849, 869-894 TDMA, CDMA, GSM 1850-1910, 1930-1990 PDC 810-826, 940-956, 1429-1465, 1477-1513 Telefonia sem fio CT1+ 885-887, 930- 932 CT2 864-868 DECT 1880-1900 PACS 1850-1910, 1930- 1990 PACS-UB 1910-1930 PHS 1895-1918 JCT 254-380 Wireless LANs IEEE 802.11 2400-2483 HIPERLAN 2 5150-5350, 5470- 5725 IEEE 802.11 2400-2483 5150-5350, 5725-5825 IEEE 802.11 2471-2497 5150-5250 Outros RF-Control 27, 128, 418, 433, 868 RF-Control 315, 915 RF-Control 426, 868 Faixas de Freqüências no Brasil para o SMP Faixas de Freqüências no Brasil para o SMP Faixas de Freqüências no Brasil para o SMP Bandas de Frequências para o Celular no Brasil • Estão disponíveis para o celular no Brasil (SMP) frequências nas bandas de: • 850 MHz, antigas bandas A e B • 900 MHz, bandas de extensão utilizadas pelo GSM • 1.700 e 1.800 MHz, bandas D, E e subfaixas de extensão utilizadas pelo GSM •1.900 e 2.100 MHZ destinadas na sua maior parte para sistemas 3G Faixas de Freqüências no Brasil para o SMP Frequências em 850 MHz e 900 MHz Faixas de Freqüências no Brasil para o SMP Frequências em 1700 e 1800 MHz Faixas de Freqüências no Brasil para o SMP Estação Móvel ERB 824-835 869-880 845-846,5 890-891,5 835-845 880-890 846,5-849 891,5-894 910-912,5 955-957,5 1710-1725 1805-1820 912,5-915 957,5-960 1740-1755 1835-1850 898,5-901* 943,5-946* 907,5-910* 952,5-955* 1725-1740 1820-1835 1775-1785 1870-1880 Subfaixas de Extensão *Não serão autorizadas para prestadoras do SMP operando nas Bandas D e E. Todas as operadoras de Banda D e E adquiriram também as faixas ** Admite o emprego de sistemas analógicos (AMPS) nas Bandas A e B até 30/06/2008. de frequências de 900 MHz alocadas para a sua Banda. Transmissão da Freqüências (MHz) Subfaixa A** Subfaixa B** Subfaixa D Subfaixa E Faixas de Freqüências no Brasil para o SMP Frequências em 1900 e 2100 MHz Faixas de Freqüências no Brasil para o SMP Estação Móvel ERB F* 1920-1935 2.110-2.125 G* 1.935-1.945 2.125-2.135 H* 1.945-1.955 2.135-2.145 I* 1.955-1.965 2.145-2.155 J* 1.965-1.975 2.155-2.165 L 1.895-1.900 1.975-1.980 M 1.755-1.765 1.850-1.860 1.765-1.770 1.860-1.865 1.770-1.775 1.865-1.870 1.885-1.890** 1.890-1.895** Transmissão da Subfaixa de Extensão Frequência (MHz) * Faixas reservadas para sistemas 3G ** Sistemas TDD (Time Division Duplex) que utilizam a mesma subfaixa de frequências para transmissão nas duas direções. Faixas de Freqüências no Brasil para o SMP Limites de Banda por prestadora de SMP • O limite máximo total por prestadora de SMP em uma mesma área geográfica era de 50 MHz e passou a ser de 80 MHz quando foram licitadas as subfaixas de 1.900 e 2.100 MHz (F, G, H, I e J). Ele será de 85 MHz quando forem licitadas a subfaixa de extensão para TDD. Faixas de Freqüências no Brasil para o SMP Limites de Banda por prestadora de SMP • Além do limite total devem ser respeitados também os seguintes limites por faixas de frequências: Subfaixas de Limite (MHz) 800 MHz 12,5 + 12,5 900 MHz 2,5 + 2,5 1.800 MHz 25 + 25 1.900 e 2.100 MHz 15 + 15 Extensão TDD de 1.900 MHz 5 Definição: Canal: Possibilidade de acesso ao sistema. Quanto maior a quantidade de canais, maior a capacidade de um sistema. Parâmetros de um canal: Banda de freqüência. Quadro de tempo; Codificação; Potência; Espaço. Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. Definição: Canal: A capacidade do sistema depende também da tecnologia de múltiplo acesso: SDMA FDMA (freqüência), TDMA (tempo), CDMA (código), OFDMA. Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. FDMA (Frequency Domain Multiple Acess) Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. k2 k3 k4 k5 k6k1 f t c AMPS Freqüência Banda Passante B f1 fi fn Capacidade Total FDMA – Divisão por Frequência Uso ineficiente do espectro Usuário utiliza apenas 25% do tempo que lhe é reservado A Banda do AMPS era dividida em canais de 30 kHz Cada canal consistia em um par de frequências (Transmissão e Recepção) com 30 kHz de banda Os canais utilizavam modulação FM Um canal de voz era alocado e permanecia dedicado a uma chamada durante toda a sua duração. 12.500 kHz / 30 kHz = 416 30 kHz 30 kHz Cada Banda (A ou B) ocupa(va) 12,5 MHz TDMA (Time Domain Multiple Acess) Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. f t c k2 k3 k4 k5 k6k1 Transmissão no TDMA Comunicação da ERB para o móvel Transmissão no TDMA Comunicação do móvel para a ERB: mesma freqüência TDMA Sistemas híbridos FDMA/TDMA Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. f t c k2 k3 k4 k5 k6k1 Exemplo: GSM - Combinando FDMA e TDMA em um esquema FDD Exemplo: GSM - Combinando FDMA e TDMA em um esquema FDD CDMA (Code Domain Multiple Acess) Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. k2 k3 k4 k5 k6k1 f t c Característica: A banda ocupada por um sinal CDMA é muito maior que a banda original ocupada pelo sinal (Spread Spectrum) A grande atração da tecnologia CDMA o CDMA permite aumentar enormemente a qualidade dos sistemas de comunicações sem fio mais imunidade à interferência e ao ruído aumento extraordinário da capacidade do sistema quando comparado com o acesso múltiplo em banda- estreita de tecnologias sem fios: TDMA e FDMA. CDMA A capacidade do sistema é determinada por: equilíbrio entre a razão sinal/interferência exigida para cada usuário ganho do processo de espalhamento. CDMA Outras características: baixo consumo (baixa potência), uso de freqüências disponíveis de forma eficiente, simplificação do planejamento todos transmitem e recebem em uma única freqüência. É difícil interferir, rastrear e ouvir, clandestinamente,essa transmissão. CDMA espalhamento de espectro: Código 1 CDMA Sinal Modulador fo espalhamento de espectro: Código 2 CDMA Sinal Modulador fo espalhamento de espectro: Código 3 CDMA Sinal Modulador fo Sinal Modulado(fo) fo Sinal Modulado(fo) fo Sinal Modulado(fo) fo fo fo Sinal CDMASinal 0 Código 1 CDMADemodulador Sinal CDMA Modulado (fo) fo Sinal CDMA Sinal 0 A grande atração da tecnologia CDMA mais imunidade à interferência e ao ruído aumento extraordinário da capacidade do sistema 151010 256 2560 3 R O sinal OFDM é capaz de apresentar bom desempenho em canais NLOS com múltiplos caminhos, com alta eficiência espectral. Utiliza equalizadores mais simples, otimizando recursos dos dispositivos. Utiliza o conceito de extensão cíclica para prover maior imunidade a múltiplos caminhos e maior tolerância a erros de sincronização. Permite utilizar a banda de maneira escalonável, provendo flexibilidade e reduzindo custos. OFDMA •Transmissão em portadora única exige equalizadores para compensar distorção do canal •Complexidade dos equalizadores aumenta com o número de multipercursos OFDMA é um esquema de modulação com múltiplas sub-portadoras ortogonais. FDMA utiliza uma única portadora, que transporta todos os dados de forma serial. OFDMA quebra a informação a ser enviada em pequenas partes, que são distribuídas entre as sub- portadoras ortogonais. A informação é enviada de forma paralela. OFDMA Sobreposição Espectral do OFDM Conventional Frequency Division Multiplex (FDM) Multi-carrier Modulation Technique Ganho na banda ocupada Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM) Multi-carrier Modulation Technique As sub-portadoras OFDM têm resposta em freqüência do tipo Sa((- k)TS/2), o que resulta em sobreposição espectral, que, porém, não causa interferência devido à ortogonalidade das sub-portadoras. O receptor OFDM usa FFT no tempo e na freqüência para extrair os valores de pico do espectro, nas freqüências fk. Nessas freqüências, todas as sub-portadoras interferentes assumem valor nulo, eliminando interferência. G1() G2() Valor Máximo (y) Zero kj kk eas Transceptor OFDM Serial To Parallel Sub-carrier Modulation IFFT Cyclic Prefix Insertion Frame Sync Insertion RF Modulator Amplifier Carrier Phase Carrier Amplitude 01000111010101 Parallel To Serial Sub-carrier Demodulation FFT Cyclic Prefix Removal Frame Detection RF Amplifier Demodulator Carrier Phase Carrier Amplitude 01000111010101 I Q I Q I Q I Q I Q Serial Tx Data Serial Rx Data Time Synchronization Frequency Correction Transmissor OFDM Receptor OFDM Múltiplos percursos e OFDM 1 0 )()( K k kk tath ],[ 00 a ],[ 11 a LOS ],[ nna OFDM tem excelente desempenho em ambientes com desvanecimento seletivo em freqüência Resposta do canal Apenas algumas sub-portadoras sofrem degradação devido ao desvanecimento, que pode ser minimizada com codificação de canal apropriada. Múltiplos percursos e OFDM 0a symbolT 1a k ka 0 1 Delay Spread 0a 1a k ka 0 1 Delay Spread < Tsymbol: Desvanecimento Plano Delay Spread > Tsymbol : Desvanecimento Seletivo em Freqüência Múltiplos percursos e OFDM Outra técnica de mitigação de desvanecimento: Prefixo Cíclico Delay spread excede a duração de um símbolo Adiciona-se um tempo de guarda para evitar interferência devido ao delay spread Tem-se melhor desempenho quando o tempo de guarda é preenchido com uma extensão do próprio sinal MHzB MbpsR R T 36,151015024.1 86 105,0 símbolos 7símbolopor bits 6024.1 rassubportado 1.024 e QAM-64 :Exemplo 3 3 msTT B T kHzB Sslot SC S SC 5,07 1 15 SDMA Usados em redes celulares(células são áreas irregulares em torno de uma antena). Atribuir faixas de freqüência diferentes a células adjacentes, de forma a evitar a interferência co- canal. Para células distantes, pode-se reutilizar a mesma faixa de frequência. Para isto, o alcance da antena deve ser bem ajustado. SDMA Vantagens: É possível isolar, através do padrão de radiação das antenas interferentes, usuários desejados. Desvantagens: Complexidade devido ao processamento de sinais necessário. Custo de implantação das múltiplas antenas. Antenas adaptativas Interferer • mede-se o canal, • ajusta-se o feixe, • aumenta-se o ganho, •diminui-se a interferência SNR SNRRPL L erro SNR log ,loglim de Diversidade Ganho Definição:Tráfego: tempo cursado por tempo disponível (Erlang), dada uma probabilidade de bloqueio. Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. Tráfego Telefônico Considerações iniciais: Características do tráfego em ambientes móveis são bem diferentes daquelas do tráfego telefônico de sistemas fixos: Mas utiliza-se em planejamento e otimização de sistemas móveis; Para as novas redes, há necessidade de mudanças. Dado o tráfego em cada célula e a taxa de bloqueio desejada, podem-se estimar (Erlang-B) os recursos de rádio do sistema para aquela célula. Cada célula pode ter tráfego distinto das outras células, mesmo que elas tenham áreas de cobertura semelhantes, e vice-versa. O objetivo é garantir determinada taxa de bloqueio, também denominada grade of service do sistema, a partir de cada célula. Tráfego Telefônico Considerações iniciais: O tráfego e a sua distribuição probabilística variam com o tempo e no espaço, mas há modelos bem dominados que permitem sua boa caracterização. O tráfego em uma cidade pode variar de região para região, de hora para hora, de período do dia para período do dia e de dia para dia. Os mecanismos de handover introduzem novos elementos a serem avaliados, pois alteram as características do tempo de retenção entre outras. Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. IS136 GSM CDMA Subfaixa ANATEL Faixa de freqüências [MHz] 30,00 200,00 1.250,00 Banda do canal [kHz] A 25,00 417 63 10 B 25,00 417 63 10 D 35,00 583 88 14 E 35,00 583 88 14 Subfaixa de extensão 50,00 833 125 20 Sistema Número de portadoras por subfaixa Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. IS136 GSM CDMA Número de canais por portadora 3 8 64 Faixa de freqüências [MHz] Subfaixa ANATEL 1.250 500 640 25,00 A 1.250 500 640 25,00 B 1.750 700 896 35,00 D 1.750 700 896 35,00 E 2.500 1.000 1.280 50,00 Subfaixa de extensão Sistema Número de canais por subfaixa Tráfego Telefônico Desafio: precisamos entender: Processo de chegada – probabilidade de se ter k chamadas em determinado intervalo de tempo Tempo entre chegadas Tempo de retenção de uma chamada Cadeia de Markov Referência: M. D. Yacoub. Foundations of Mobile Radio Engineering. USA: CRC, 1993. Tráfego Telefônico Fundamentos da teoria de tráfego e de filas: Na teoria de tráfego telefônico, aceita-se que: A chegada ou demanda por serviço ou canal obedece à distribuição de Poisson; Os tempos de retenção de um recurso (canal) seguem uma distribuição exponencial; Bloqueios causam perdas. Tráfego Telefônico Lembrando: Se a ocorrência de um fenômeno está vinculada a outros eventos estatísticos não-correlacionados entre si, de probabilidade P1, P2, ..., Pn, a probabilidade de ocorrência desse fenômeno será: se o vínculo é alternativo, ou seja, se é suficiente que ocorra apenas o evento 1, ou apenas o evento 2, ..., ou apenas o evento n; ou se todos os eventos 1 e 2 e ... n devem ocorrer simultaneamente. nPPPP ...21 nPPPP ...21 Tráfego Telefônico Processo de chegada de chamadas: Considera-se a chegada de chamadas como um processo aleatório. Considere-se que o intervalo de tempo de 0 a t, ou simplesmente t, possa ser dividido em n subintervalos de mesma duração t / n. Pode-se escolher n bem grande para que: Apenas uma chegada possaocorrer em um subintervalo de duração t / n. Considera-se que as chegadas de chamadas são independentes umas das outras. Considera-se que a probabilidade p1(1) de que uma chamada ocorra em qualquer um dos subintervalos é proporcional ao comprimento do subintervalo: A probabilidade de que não ocorra chamada em um subintervalo qualquer é: 0;)1(1 n tp n tp 1)1(1 1 Tráfego Telefônico Processo de chegada de chamadas : Dados n subintervalos, a probabilidade de ocorrer chegada de chamada em apenas k intervalos dos n subintervalos existentes é dada por: knk n t n t 1 Tráfego Telefônico Normalmente, não importa em quais k dos n subintervalos ocorrerá chegada de chamada, mas sim que ocorram chamadas em k subintervalos. Como existem alternativas de se escolherem k subintervalos dos n, a probabilidade pk(n) de se ter chegada de chamadas em quaisquer k dos n subintervalos será: k n knk k n t n t k n np 1)( Tráfego Telefônico Se , mantendo-se t constante:n tk k knk nk knk nk e k tp n t n t knk np n t n t k n p ! 1 !! !lim 1lim knk k n t n t k n np 1)( tpkEkkEkE tkpkE k k k k 0 22 0 é a taxa média de chegada de chamadas pk é a probabilidade de se ter k chamadas no intervalo t Tráfego Telefônico Tempo médio entre chegadas: Seja a variável aleatória que representa o tempo entre chegadas adjacentes. Seja: A(t) é a função de distribuição acumulativa que define a probabilidade de que o tempo entre chegadas seja menor ou igual a t. Tem-se ainda que: Mas, a prob( > t) é a probabilidade de que nenhuma chegada tenha ocorrido no intervalo de 0 a t, ou seja: dt tdAtatprobtA )()()( tprobtprobtA 1)( tetA ptprobtA 1)( 11)( 0 Tráfego Telefônico Tempo médio entre chegadas: Tem-se então que: Trata-se de um processo sem memória: Característico de processos com distribuição exponencial negativa. Essa propriedade refere-se ao fato de que o passado não influencia na predição do futuro. Para provar isso, considere-se que uma chamada tenha chegado em determinado instante t0. tetA ptprobtA 1)( 11)( 0 1)( )( 0 dtttatE eta t Tráfego Telefônico Trata-se de um processo sem memória: Qual a probabilidade de que uma nova chamada ocorra em um intervalo t a partir de t0? Deve-se então calcular: )(1 111 )( )( 00 00 0 00 00 0 00 00 0 0 0 00 tAetttprob e ee e eetttprob tprob tprobttprobtttprob tprob tttprobtttprob t t tt t ttt Tráfego Telefônico Tempo de retenção do canal Seja t um intervalo de tempo dividido em n subintervalos iguais de comprimento t / n. Escolha n suficientemente grande para que: A probabilidade de que uma chamada em serviço termine em um subintervalo seja proporcional ao comprimento do subintervalo O término de uma chamada ocorre independentemente de qual subintervalo seja considerado. Considere uma variável aleatória que designa o tempo de retenção do canal com função de distribuição acumulativa H(t) e função de densidade de probabilidade h(t). 0, n t Tráfego Telefônico Tempo de retenção do canal Tem-se então que: Tem-se que prob( > t) é a probabilidade de que uma chamada originada em determinado instante não seja terminada antes de passar o intervalo de tempo t, que é igual à probabilidade de que essa chamada não seja terminada em nenhum dos n subintervalos de comprimento t / n, quando n tende a infinito, ou seja: tprobtprobtH tprobtH 1)(1 )( 1)(1)( :então e 1lim)(1 tEethetH e n ttprobtH tt t n n H é o tempo de retenção médio de uma chamada 1 H é a taxa de término de retenção de um canal Tráfego Telefônico Processo de Markov: Um processo de Markov com um espaço de estado discreto é denominado cadeia de Markov. Um conjunto de variáveis aleatórias {Xn} forma uma cadeia de Markov se a probabilidade de que um novo estado seja xn+1 depende apenas do atual estado xn e não dos estados prévios. Isso quer dizer que: nnnn nnnn xtXxtXprob xtXxtXxtXprob 11 1111 ,..., Tráfego Telefônico Processo de nascimento e morte: Um processo de nascimento e morte constitui um caso especial dos processos de Markov: As transições ocorrem apenas entre estados vizinhos. Seja Sk o estado de um sistema em determinado instante quando o número de canais ocupados é k. A transição de Sk para Sk+1 implica o nascimento/ocupação de canal, que ocorre com taxa k. A transição de Sk para Sk-1 implica a morte/término de retenção de canal, que ocorre com taxa k. Tráfego Telefônico Processo de nascimento e morte: dteth dtthp dtt t )( 0 chamada de término )( Tráfego Telefônico Processo de nascimento e morte: Seja a probabilidade de que o sistema esteja no estado Sj no instante t. A probabilidade de que o estado Sk seja atingido é dada por: A probabilidade de que se parta do estado Sk é dada por: )(tp jS dttptp tdtptdtp kk kk SkSk SkSk )()( )()( 11 11 11 11 dttp tdtptdtp k kk Skk SkSk )( )()( Tráfego Telefônico Processo de nascimento e morte: A diferença entre essas duas probabilidades permite escrever uma espécie de variação de estado entorno do estado Sk: Quando t tende ao infinito: O sistema tende ao equilíbrio, após um transitório. A derivada acima tende a zero no estado estacionário. Logo (não há mais razão em se notar t): )()()()( 11 11 tptptp dt tdp kkk k SkkSkSk S 0,0,0:sendo 0, 10 11 1 11 S SkkSkSk p kppp kkk Tráfego Telefônico Processo de nascimento e morte: Ou seja: No equilíbrio, a taxa de chegada no estado Sk é igual à taxa de partida desse estado. É possível escrever: 0,0,0:sendo 0, 10 11 1 11 S SkkSkSk p kppp kkk 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 00 k k i i i S k i i i SS k S ppp p k k 1 1 1 0 1 2 1 1 0 1 0 21 01 1 0 0 2 0 1 0 11 1 0 0 2 011 1 0 0 0 1120 01 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 :2 para Fazendo 1 1 0 00 0 0 0 0 0 010 0 210 120 01 00 k k i i i S SS S k S S S S S k S SSS S k S SSS k S SSS SS k k i i i S k i i i SS k S p pp pp p p p pp ppp pp pppp ppp pp ppp p k k k k k k Tráfego Telefônico Bloqueio de chamadas sem espera Considerando-se um sistema com N canais apenas e terminado no estado Sk, tem-se que: liberadoser a canais desses umcada por provocadoser pode morte evento o ocupados, canaisk se-tendo 1 Nkk Nk k k Tráfego Telefônico Bloqueio de chamadas sem espera Considerando-se um sistema com N canais apenas e terminado no estado Sk, tem-se que: tempo cursado por tempo disponível(Erlang). Nkk Nk k k 1 sistema ao oferecida cargaou tráfego retenção de tempo chegada de taxa ! ! 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 00 erlA i A k A p ppp p N i i k S N k k i i i S k i i i SS N k S k k k tpkEkkEkE tkpkE k k k k 0 22 0 Tráfego Telefônico Bloqueio de chamadas sem espera Bloqueio vai ocorrer quando todos os canais estiverem ocupados, considerando-se que o tempo médio de retenção de um canal seja suficiente para que a probabilidade de uma nova chamada ocorra nesse ínterim seja igual a 1: Quando N tende ao infinito: Uma distribuição com média e variância A N i i N S i A N A p N 0 ! ! A N S eN Ap N ! Exemplo Quantos usuários Nu com tráfego individual de Au = 100 merl podem ser suportados com GOS de 1% e 10%, quando se tem N = 10 canais e N = 100 canais? Exemplo Quantos usuários Nu com tráfego individual de Au = 100 merl podem ser suportados com GOS de 1% e 10%, quando se tem N = 10 canais e N = 100 canais? ANGOSA A ANANHA u uuu , N GOS A Nu 10,00 1,00 4,46 44,60 10,00 10,00 7,51 75,10 100,00 1,00 84,10 841,00 100,00 10,00 104,10 1.041,00 E para o caso abaixo? IS136 GSM CDMA Número de canais por portadora 3 8 64 Faixa de freqüências [MHz] Subfaixa ANATEL 1.250 500 640 25,00 A 1.250 500 640 25,00 B 1.750 700 896 35,00 D 1.750 700 896 35,00 E 2.500 1.000 1.280 50,00 Subfaixa de extensão Sistema Número de canais por subfaixa Exemplo Determinada cidade brasileira tem uma população de 2 milhões de habitantes. Duas operadoras competem nessa cidade no SMP e desejam cada uma delas uma penetração de mercado de 35% para usuários da telefonia móvel. A primeira dessas operadoras atua na banda D e a outra, na banda E, sendo que ambas utilizam a tecnologia GSM, destinando 65% dos canais disponíveis para o serviço de telefonia móvel. Estima-se que cada usuário do SMP nessa cidade acesse o respectivo sistema, na média, 2 vezes por hora, retendo o canal por 2,5 minutos, em média. Uma das operadoras optou pelo fator de reúso igual a 3 e a outra, igual a 7. Determine o número de células que cada operadora deve ter implantado para obter o que se desejava como especificação, sabendo que o GOS estabelecido em norma pela ANATEL é de 2%. Tiago Line Exemplo Determinada região de uma cidade com 50 km2 de área é servida no SMP por uma operadora da banda A que utiliza fator de reúso igual a 3, com células de mesmo raio (supostamente circular) de 1 km. A tecnologia utilizada é o GSM. O GOS é de 2% e o tráfego médio oferecido ao sistema por cada usuário é de 30 merl. Determine o número de usuários que podem ser atendidos simultaneamente nesse sistema e o número de clientes da referida operadora. Tiago Line Inicialmente, sistemas móveis eram projetados para cobrir uma área bem grande: Transmissores potentes. Antenas apropriadas e bem localizadas. Boa cobertura, mas sem reúso de freqüências por causa da interferência. Baixa capacidade. Baixa penetração. Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. ANTENA - Tx / Rx EMEM Estação Móvel (EM) Estação Rádio Base (ERB) Limite de Cobertura Sistema Móvel Convencional Tráfego restrito aos canais disponíveis Única estação rádio-base (ERB) Utiliza todo o espectro Antena elevada Sistemas diferentes a cada 200 km Alta potência Sem possibilidades de alocação de novos canais, uma nova estrutura sistêmica se fez urgente, em busca de maior eficiência no uso dos recursos. O conceito celular tenta resolver o problema de congestionamento espectral e de capacidade de canais. Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. Sistema Móvel Celular Divisão da área de cobertura (Células) Cada célula utiliza parte do espectro Várias estações rádio-base Antenas mais baixas Vários sistemas em uma mesma região Baixa potência ANTENA - Tx / Rx EMEM Estação Móvel (EM) Estação Rádio Base (ERB) Limite de Cobertura ANTENA - Tx / Rx EMEM Estação Móvel (EM) Estação Rádio Base (ERB) Limite de Cobertura ANTENA - Tx / Rx EM Estação Móvel (EM) Estação Rádio Base (ERB) Limite de ANTENA - Tx / Rx EMEM Estação Móvel (EM) Estação Rádio Base (ERB) Limite de Cobertura ANTENA - Tx / Rx EMEM Estação Móvel (EM) Estação Rádio Base (ERB) Limite de Cobertura ANTENA - Tx / Rx EM Estação Móvel (EM) Estação Rádio Base (ERB) Limite de Conceito simples: Substituir um transmissor potente cobrindo uma grande área de cobertura por vários transmissores menos potentes em áreas de cobertura menores, porém cobrindo o mesmo espaço anterior Cada região de menor tamanho (chamada de célula) é servida por uma estação base dispondo de uma parte dos canais disponíveis. Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Conceito simples (cont.): As regiões (células) vizinhas dispõem de um outro grupo de canais diferentes entre cada célula, minimizando a interferência entre os usuários e as estações base. O número de células que processam os canais é arbitrário, mas a região total coberta não deve ser muito grande (principalmente em meios urbanos) Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. Conceito simples (cont.): Os grupos de células (cluster) são então espalhados nas regiões a serem servidas pelo sistema A distância entre co-células (fator de reúso) deve ser escolhida de forma que a interferência co-canal seja aceitável Se a demanda crescer, o número de estações base pode ser aumentado, com diminuição dos níveis de potência, melhorando a capacidade sem novas alocações de espectro Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. Ganho de Tráfego Sistema Convencional: exemplo de 50 canais Sistema Celular 50 CANAIS 50 conversações simultâneas através do sistema GRUPO A GRUPO B GRUPO A GRUPO B GRUPOS DE 25 CANAIS 100 conversações simultâneas através do sistema Os Tipos de Células Reúso de Freqüências . 1 2 34 5 6 7 1 2 34 5 6 7 1 2 34 5 6 71 2 34 5 6 7 1 25 6 7 1 2 34 5 1 2 34 5 6 7 1 Divisão do Espectro Cada célula recebe um grupo de canais Um Grupo é reutilizado a uma distância segura para que não ocorra Interferência co-canal Sistema Móvel Celular Célula região iluminada por uma estação e atendida por um grupo de canais Cluster conjunto de células contendo todo espectro disponível A7 A6 A1 A3 A4 A5 A2 Exemplo Determinada cidade brasileira tem uma população de 2 milhões de habitantes. Duas operadoras competem nessa cidade no SMP e desejam cada uma delas uma penetração de mercado de 35% para usuários da telefonia móvel. A primeira dessas operadoras atua na banda D e a outra, na banda E, sendo que ambas utilizam a tecnologia GSM, destinando 65% dos canais disponíveis para o serviço de telefonia móvel. Estima-se que cada usuário do SMP nessa cidade acesse o respectivo sistema, na média, 2 vezes por hora, retendo o canal por 2,5 minutos, em média. Uma das operadoras optou pelo fator de reúso igual a 3 e a outra, igual a 7. Determine o número de células que cada operadora deve ter implantado para obter o que se desejava como especificação, sabendo que o GOS estabelecido em norma pela ANATEL é de 2%. Exemplo Determinada região de uma cidade com 50 km2 de área é servida no SMP por uma operadora da banda A que utiliza fator de reúso igual a 3, com células de mesmo raio (supostamente circular) de 1 km. A tecnologia utilizada é o GSM.O GOS é de 2% e o tráfego médio oferecido ao sistema por cada usuário é de 30 merl. Determine o número de usuários que podem ser atendidos simultaneamente nesse sistema e o número de clientes da referida operadora. Representação das Células TIPO Quanto ao D Triângulo RhD R Rh == == = 2 2 60cos 120 3 360 Quadrado RhD RRh 22 2 2 45cos 90 4 360 == == = Hexágono RhD RRh 32 2 3 30cos 60 6 360 == == = TIPO Área de Cobertura Triângulo 22 299,13 4 3 2 2 3 3 2 3 2 3260sin2 2 3 RR RR A Rh RRRb bhA Quadrado 22 2 2 22 4 2 2 2 2 2245sin2 2 4 R RR A Rh RRRb bhA Hexágono 22 598,23 2 3 2 2 3 6 2 3 2 1230sin2 2 6 RR RR A Rh RRRb bhA TIPO Área de Sobreposição Triângulo 2 222 682,3)(2 841,1 4 33 RAAO RRRAA TCL TC Quadrado 2 22 28,2)(2 2 RAAO RRAA TCL TC Hexágono 2 22 084,1)(2 2 33 RAAO RRAA TCL TC TIPO Largura de Sobreposição Triângulo R RRL hRL O O ) 2 (2 )(2 Quadrado R RRL hRL O O 586,0) 2 2(2 )(2 Hexágono R RRL hRL O O 2679,0) 2 3(2 )(2 TIPO Área de Cobertura Triângulo Quadrado Hexágono Área Coberta por 3 H = 4 Q = 6 T Logo, se Nc é o número de canais, então: Capacidade do H = 4/3 da Capacidade do Q = 6/3 da Capacidade do T Representação das Células Escolha do Hexágono: Tipo Distância Centro a Centro Cobertura de cada Célula Área de sobre- posição Largura De sobre- posição Proporção Entre Células Triângulo r 23,1 r 27,3 r r 6 Quadrado 2r 22r 23,2 r r59,0 4 Hexágono 3r 26,2 r 21,1 r r27,0 3 Geometria de uma Célula Hexagonal Geometria de uma Célula Hexagonal 30sin)( )( 30cos)( 12 12 12 uuc vvb uua 2 121212 2 12 2 2 121212 222 12 2 2 1212 22 12 2 ][]][[][ ][30sin]][[2}]30[sin]30{[cos][ }30sin][]{[]30[cos][ vvuuvvuuD vvuuvvuuD uuvvuuD então 2 121212 2 12 2 ][]][[][ vvuuvvuuD adjacentes centros dois entre distância a é α e inteiros são j e i onde :colocando 12 12 jvv iuu 222222 jijiD }{3 }{ Logo 3 2 32}30cos{2 vérticeum e centro o entre distância :então 2222 2222 jjiiRD jjiiD RRR R Cluster e Co-Célula Se o reúso é isotrópico, existem 6 hexágonos equidistantes a um hexágono de referência: (i,j) (i+j,-i) (-j,i+j) (-i,-j) (-i-j,i) (j,-i-j) 2222 .3 jjiiRDistância Número de Células por Cluster Definindo: a=área da célula hexagonal A=área do cluster Número de Células por Cluster 2 2 33 2 30cos6 Ra RRa 22 2 3 32 3 2 32 2 3 2 26 30cos 2/ DDDD bD A Db N R D jjiiN R jjiiR R D R D a AN 3 3 }{3 32/33 2/3 22 2 222 2 2 2 2 Número de Células por Cluster 2 2 33 Ra 2 2 3 DA Path Loss rkPP r k LP P Path Loss dBmTdBmR TT R log10log10 11 conhecido ambiente - Torre alta para cobrir, mas sem interferir muito Path Loss r r LL r r LLrL r r k P rP L L r k r k P rP L Path Loss ref dBrefdB ref refref ref T R ref ref refT refR ref log10 11111 11 conhecido ambiente - Torre alta para cobrir, mas sem interferir muito Interferência Canal Adjacente: Aparece devido às imperfeições dos filtros É uma interferência entre canais vizinhos de freqüências diferentes Interferência Tiago Arrow Tiago Typewriter na frequencia Interferência A interferência é um fator decisivo nos sistemas de telefonia celular Dois tipos de interferência: Interferência Co-Canal: Aparece devido ao reuso de freqüências É uma interferência entre canais de mesma freqüência Interferência Q QN I C QN R D R D D R D kP R kP I C T T 6 1 6 13 6 1 3 6 1 6 1 2 6 1 Tiago Rectangle Interferência QQQI C DRDRD R I C 2)1(2)1(2 1 2)(2)(2 Tiago Typewriter numero de canais por celula Interferência o Análise das diversas camadas: o Primeira camada: o 6 células a uma distância D o Segunda camada: o 12 células a uma distância 2D o Terceira camada: o 18 células a uma distância 3D o .... o n-ésima camada: o n*6 células a uma distância n*D Interferência Interferência ...... 6* 1 18 1 3 12 1 2 6 1 1 n n kkkk aaaa IIII C I C )()()( Dn rL PIR rL PC refref Tn k refref T a Interferência ...6...3182126 nD dL PnD dL PD dL PD dL P R dL P I C refref T refref T refref T refref T refref T ......33221*6 1 nn R DI C Interferência 1 16 1 k R DI C ......33221*6 1 nn R DI C Interferência )21( 1 )21(*6 1 1 camada 1a. camadas 2a. e 1a. 1camadas 2a. e 1a. I C I C R DI C Supondo apenas as duas primeiras camadas Interferência Supondo apenas as duas primeiras camadas )21( 1 )21(*6 1 1 camada 1a. camadas 2a. e 1a. 1camadas 2a. e 1a. I C I C R DI C Número de Células por Cluster – Fator de reúso Definindo: a=área da célula hexagonal A=área do cluster N R D jjiiN R jjiiR R DN R D a AN 3 . 3 }.{3 3 2/33 2/3 22 2 222 2 2 2 2 Fator de Reúso A relação D/R (cochannel reuse ratio) é um parâmetro importante pois pondera tráfego e nível de interferência (qualidade de serviço). Os diferentes clusters possuem diferentes D/R. Comportamento típico: Número de canais por célula Ncc, tráfego por célula Acc e interferência versus Fator de Reuso 0 200 400 600 800 1.000 1.200 1 2 3 4 5 6 7 K Nc c e A cc 0 5 10 15 20 25 30 C/ I Número de canais Tráfego C/I Número de células Ncel de um sistema para diferentes capacidades em número de canais Nc versus Fator de reúso 0 100 200 300 400 500 600 1 2 3 4 5 6 7 K N ce l Nc = 1.000 Nc = 1.500 Nc = 2.500 Setorização: A interferência pode ser reduzida sem aumentar o fator de reúso, utilizando-se antenas diretivas. A técnica é conhecida como setorização e consiste em dividir cada célula em setores iluminados utilizando-se antenas diretivas, e designar a cada setor um sub-conjunto de freqüências. Na prática são utilizadas em 3 ou 6 setores. Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. Interferência em Células setorizadas - 3 setores RDD R I C 1 1 QQI C Interferência em Células Setorizadas - 3 setores dB Q Q Q QQg 78,4)3log(103 )(6 1 2 1 )(6 1 1 1 setores 3 GANHO DE SETORIZAÇÃO Interferência em Células Setorizadas - 6 setores )1( )( Q RD R I S Interferência em Células Setorizadas - 6 setores dB Q Q Q Qg 78,7)6log(1066 6 1 )1( setores 6 GANHO DE SETORIZAÇÃO Número de células Ncel de um sistema para diferentes capacidades em número de canais Nc versus Fator de reúso IS136 GSM CDMA Número de canais por portadora 3 8 64 Faixa de freqüênci as [MHz] Subfaixa ANATEL 60 42 213 25,00 A 60 42 213 25,00 B 83 58 299 35,00 D 83 58 299 35,00 E 119 83 427 50,00 Subfaixa de extensão Fator de reúso típico 7 4 1 Número de setores típico 3 3 3 Sistema Número de canais por subfaixa por célula e por setor IS136 GSM CDMA Número de canais por portadora 3 8 64 Faixa de freqüênci as [MHz] Subfaixa ANATEL 476 542 3.072 25,00 A 476 542 3.072 25,00 B 667 758 4.301 35,00 D 667 758 4.301 35,00 E 952 1.083 6.144 50,00 Subfaixade extensão Fator de reúso típico 7 4 1 Número de setores típico 3 3 3 Taxa líquida por canal [kbps] 8,00 13,00 14,40 Sistema Taxa máxima por célula e por setor [kbps] Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. UTRAN Core Network Core Network Gateway MSC VLR HLR MSO Mobile Switching Center Gateway MSC VLR HLR MSO Mobile Switching Center Gateway GPRS Support node Serving GPRS Support node Core Network Gateway MSC VLR HLR MSO Mobile Switching Center Gateway GPRS Support node Serving GPRS Support node BSC Base Station Controller BSC Base Station ControllerPCU BTS Base Transceiver Stations BTS Base Transceiver Stations SIM Mobile Equipment UMTS SIM Mobile Equipment RNC Radio Network Controller RNC Radio Network Controller Node B Node B Node B Node B Internet ISDN PLMN PSTN Internet ISDN PLMN PSTN Internet ISDN PLMN PSTN User Equipment Mobile Station SIM Mobile Equipment Mobile Station 3G: UMTS, UTRA 2.5G: GSM + GPRS GSM TODAY Tiago Arrow Tiago Typewriter MSC Introdução ao GSM Arquitetura Básica: Estação Móvel (Mobile Station) Subsistema de Estação Base (BSS-Base Station Subsystem) Subsistema de Rede e Comutação (NSS- Network and Switching Subsystem) Subsistema de Suporte de Operação (OSS- Operation Suport Subsystem) Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Introdução ao GSM Uma rede GSM é chamada de PLMN (Public Land Mobile Network) Introdução ao GSM MS – Estação móvel: Combinação de equipamento terminal e banco de dados de usuário. Equipamento terminal é chamado de equipamento móvel (ME – Mobile Equipment) Banco de dados de usuário é armazenado em um módulo separado chamado de SIM (Subscriber Identity Module). Introdução ao GSM MS – Estação móvel: Cada equipamento móvel tem um número de identificação: identidade internacional do equipamento móvel (International Mobile Equipment Identity - IMEI). Esses números são armazenados no registro de identidade do equipamento (Equipment Identity Register - EIR). Introdução ao GSM MS – Estação móvel: O SIM carrega as seguintes informações: Identidade internacional do assinante (International Mobile Subscriber Identity – IMSI); Identidade temporária do assinante (Temporary Mobile Subscriber Identity – TMSI); Identidade da área de localização (Location Área Identity – LAI); Chave de autenticação do assinante (Subscriber Authentication Key – Ki); Número internacional ISDN (Integrated Service Digital Network) da estação móvel (Mobile Station Integrated Servicer Digital Network – MSISDN). Introdução ao GSM BSS - Subsistema de Rádio: Provê e gerencia a transmissão rádio entre estação móvel (MS-Mobile Station) e Central de Comutação Móvel (MSC-Mobile Switching Center) É controlado por uma MSC (Mobile Switching Center) Uma MSC contém muitos BSS: Um BSS cobre uma área geográfica específica, contendo diversas células Tiago Highlight Tiago Highlight Introdução ao GSM BSS - Subsistema de Rádio: Consiste em: BSC: Base station controller BTS: Base Transceiver Station TRAU: Transcoder and Rate Adaptation Unit (também chamado de TC – Transcoder) Introdução ao GSM BSS - Subsistema de Rádio: Consiste em: BSC: Base station controller BTS: Base Transceiver Station TRAU: Transcoder and Rate Adaptation Unit (também chamado de TC – Transcoder) Introdução ao GSM BSS - Subsistema de Rádio: É a parte do sistema que se ocupa dos recursos de rádio: Alocação de canal de rádio Qualidade da conexão de rádio Está localizado entre duas interfaces: Interface aérea Interface A (A-Interface) Necessárias para se estabelecer uma chamada Usa a sinalização SS#7 Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Interface Abis: outro protocolo LAPD: Permite controlar os equipamentos e a alocação de recursos na BTS Introdução ao GSM BSC – Base Station Controller: É um elemento central do BSS Controla a rede de rádios Todas as chamadas para e de uma MS são conectadas por meio de funcionalidades de comutação de uma BSC Controla a maioria dos handovers, utilizando- se de medidas feitas pelo MS Permite a conexão de sinalização transparente entre a MSC/VLR e a MS. Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Introdução ao GSM BSC – Base Station Controller: Utilizando-se de uma matriz de comutação digital, cada BSC conecta os canais de RF com os circuitos terrestres provenientes da central de comutação celular (MSC). É capaz de realizar handovers entre os canais de RF independentemente da MSC: otimizando o tráfego na interface aérea e reduzindo o processamento da MSC. Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Introdução ao GSM BTS – Base Transceiver Station: Responsável por manter a interface aérea e minimizar os problemas de transmissão Utiliza mais de 120 parâmetros para tais funções Exemplo: tipo de handover, organização de paging, controle de nível de potência dos rádios, identificação de BTS etc. A BTS e a MS devem ser capazes de cifrar e decifrar as informações transmitidas na interface aérea. Efetua processamento de sinais para minimizar erros na transmissão: codificação de fonte, codificação de canal, interleaving, formatação de burst. Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Introdução ao GSM Introdução ao GSM BTS – Base Transceiver Station: A BTS pode conter diversos transceptores, que suportam um par de freqüências para transmitir e receber informações. A BTS pode ter diversas antenas: omnidirecionais ou setorizadas A BTS dispõe de funções de controle para O&M, de sincronismos e alarmes Tiago Highlight Tiago Highlight Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. Definições relacionadas a sistemas de comunicação móvel. Ainda visíveis – muitas discussões… Introdução ao GSM TRAU – Transcoder and Rate Adaptation Unit (ou TC): Permite converter os formatos de transmissão na interface aérea e na RTPC Na interface aérea, o sinal de voz é comprimido pela MS e pela BTS a taxas da ordem de 13 kbps, 12,2 kbps, 5,6 kbps Na RTPC, o sinal de voz é transmitido à taxa de 64 kbps, no modo PCM Tiago Highlight Introdução ao GSM Introdução ao GSM As interfaces do GSM O GSM define diversas interfaces abertas Diferentes partes do sistema podem ser de diferentes fabricantes De fato, apenas duas interfaces abertas: interface aérea (chamada de Um): diversos fabricantes de dispositivos móveis Interface A (A-Interface) As outras não são tão abertas assim..... Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Interfaces no GSM Interfaces no GSM Interface aérea (Um) : Interliga a MS e a BTS. É responsável por disponibilizar os canais físicos e lógicos aos assinantes móveis, para viabilizar o processamento de chamadas Interface Abis : Conecta a BTS ao BSC. Permite controlar os equipamentos e a alocação de recursos na BTS. Interface A : Conecta a BSC e a MSC. Transporta os seguintes dados: Gerenciamento do BSS; Tratamento de chamadas; Alocação de circuitos terrestres (canais de voz entre os elementos conectados); Gerenciamento de mobilidade. Interface B : Conecta MSC e VLR. Gerencia a base de dados dos assinantesque estão usando a área controlada pelo MSC associado ao VLR. É responsável pela localização dentro da área do MSC, por atualizar o registro quando a MS visita outra área e por atualizar dados sobre os serviços suplementares (como ativação ou desativação de chamada em espera, número escolhido para transferência temporária de chamadas etc) Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Interface C : Conecta MSC e HLR. É usada quando a MSC precisa de informações necessárias ao roteamento de chamadas ou ao envio de mensagens curtas (SMS). Interface D : Conecta HLR e VLR. É usada na troca de dados sobre a localização da MS. Provê a capacidade de um assinante realizar chamadas dentro de uma determinada área de serviço. Interface E : Interliga duas MSCs. Quando uma MS move-se da área de uma MSC para outra de outra MSC, durante uma chamada, um processo chamado handover permite que chamada não seja interrompida. A interface E executa esse procedimento. Interface F : Conecta MSC e EIR. Verifica se a MS está ou não habilitada para usar os serviços da rede GSM, através do estado do IMEI da MS (guardado no EIR). Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Interface G : Interliga duas VLRs. É usado quando uma MS move-se de um VLR para outro, recuperando o IMEI e os parâmetros de autenticação guardados no VLR de origem. Interface R : Conecta a MS ao equipamento terminal de dados (Data Terminal Equipment – DTE), usada para conectar o computador pessoal à MS, com o objetivo de transmitir dados por pacotes. Assim pode-se integrar o sistema GSM a uma comunicação que use o protocolo TCP/IP, da Internet, por exemplo. Redes Celulares Estrutura Básica de uma rede 2G – Sistema GSM BSS — Base Station System BTS — Base Transceiver Station BSC — Base Station Controller MS — Mobile Station NSS — Network Sub-System MSC — Mobile-service Switching Controller VLR — Visitor Location Register HLR — Home Location Register AuC — Authentication Server GMSC — Gateway MSC SS7 BTS BSC MSC VLR HLR AuC GMSC BSS PSTN NSS A E C D PSTNAbis B H MS Introdução ao GSM NSS-Network and Switching Subsystem: Gerencia funções de comutação do sistema Permite a comunicação das centrais de comutação (MSC) com outros sistemas (fixos e móveis) Composto por: MSC, GMSC, VLR, HLR, AC e EIR Tiago Highlight Introdução ao GSM Ambiente do NSS: interno e externo Introdução ao GSM NSS-Network and Switching Subsystem: Funções principais: Controle da chamada: identifica o usuário, estabelece a chamada e desfaz a conexão após o término da chamada Bilhetagem: coleta dados de bilhetagem e transfere ao centro de bilhetagem Localização: mantém informação acerca da localização dos usuários Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Introdução ao GSM NSS-Network and Switching Subsystem: Funções principais: Sinalização: usa interfaces entre BSS e entre RTPC Mantém informações de assinantes: dados permanentes (HLR) e temporários (VLR) Tiago Highlight Introdução ao GSM Mobile services Switching Centre (MSC) Responsável pelo controle das chamadas Identifica a origem e o destino de uma chamada e o tipo da chamada Dá início ao processo de paging Processo de localização de uma estação móvel para o caso de uma chamada ser destinada a esta estação Geração e coleta de dados Gera CDRs (charging data records): uso da rede pelos assinantes Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Typewriter Controla Handoffs - Rappaport Introdução ao GSM Gateway Mobile services Switching Centre (GMSC) Mesmo papel do MSC, exceto pelo paging Necessário para o caso de uma chamada entre usuários da rede fixa/móvel e da rede móvel O GMSC interage com a HLR, que tem informações acerca da MSC que atualmente serve o usuário móvel de destino Normalmente, GMSC e MSC estão em um mesmo equipamento Tiago Highlight Tiago Highlight Introdução ao GSM Visitor Location Register (VLR) Banco de dados que contém informações acerca de usuários correntemente na área de serviço da MSC/VLR: Número de identificação de usuários Informação de segurança para autenticação do SIM card e encriptação Serviços que o usuário pode utilizar Tiago Highlight Introdução ao GSM Visitor Location Register (VLR) Registra e atualiza dados de localização de usuários Cada usuário deve estar registrado em um VLR para usar recursos da rede, mesmo se a rede for a sua de origem É uma base temporária, registrando informações da HLR de cada usuário Tiago Highlight Introdução ao GSM Visitor Location Register (VLR) O VLR guarda uma cópia dos principais dados do assinante, contidos no seu HLR de origem: Estado da estação móvel (livre / ocupado/ não responde); Identidade de área de localização (Location Area Identity - LAI); Identidade temporária do assinante móvel (Temporary Mobile Subscriber Identity – TMSI); Número da estação móvel visitante (Mobile Station Roaming Number – MSRN). Introdução ao GSM Home Location Register (HLR) Contém informações permanentes de assinantes Números de identificação e serviços permitidos Informação da localização de assinantes Authentication Centre (AC) Provê informações de segurança para a rede nos casos de autenticação entre MS e VLR, e dados para encriptação para a MS e a BTS Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Introdução ao GSM Equipment Identity Register (EIR) Providencia a verificação da validade do equipamento móvel, checando o IMEI (International Mobile Equipment Identity) Contém três listas White list: equipamentos que podem operar normalmente Grey list: equipamentos sob suspeita de fraude que deve ser monitorado Black list: equipamentos roubados ou não-autorizados a usarem os serviços da rede. Tiago Highlight Introdução ao GSM Operation Support Subsystem (OOS) ou Network Management Subsystem (NMS): Suporte a operação e manutenção do GSM Monitoração do sistema(MS,BS,BSC,MSC...) Gerencia procedimentos de bilhetagem Funções: Gerência de falhas Gerência de configuração Gerência de desempenho Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Canais de tráfego no GSM Canais de tráfego no GSM Canais usados para o transporte de voz: Canal de voz com taxa plena (Full Rate Speech Chanel – TCH/FS): taxa de 13 kbits/s. Com a codificação de canal a taxa se eleva a 22,8 kbps. Canal de voz com taxa plena melhorada (Enhanced Full Rate Speech Channel – TCH/EFR): taxa de 12,2 kbits/s. Com a codificação de canal a taxa se eleva a 22,8 kbps. Canal de voz com meia taxa (Half Rate Speech Channel – TCH/HS): taxa de 5,6 kbits/s. Com a codificação de canal a taxa se eleva a 11,4 kbps. Canais de tráfego no GSM Canais usados para o transporte de dados no modo de comutação de circuitos: Canal de dados com taxa plena (Data Channel Full Rate – TCH/F9.6): taxa de 9,6 kbits/s. Com a codificação de canal a taxa se eleva a 22,8 kbps. Canal de dados com taxa plena (TCH-F4.8): taxa de 4,8 kbits/s. Com a codificação de canal a taxa se eleva a 22,8 kbps. Canal de dados com taxa plena (TCH/F2.4) : taxa de até 2,4 kbits/s. Com a codificação de canal a taxa se eleva a 22,8 kbps. Canal de dados com meia taxa (Data Channel Half Rate – TCH/H4.8): taxa de 4,8 kbits/s. Com a codificação de canal a taxa se eleva a 11,4 kbps. Canal de dados com meia taxa (TCH/H2.4): taxa de 2,4 kbits/s. Com a codificação de canal a taxa se eleva a 11,4 kbps. Canais de Controle Há três tipos de canais de controle no GSM: BCH (Broadcast Channel); CCCH (Commom Control Channel); DCCH (Dedicated Control Channel). Canais de Controle BCH-Broadcast Channels Em um canal direto em cada célula em TS 0 BCH usa apenas o canal direto Serve de beacon para móveis que estão nas redondezas de uma célula (camp on function) Sincronização na célula Monitoramento de potência (MAHO) BCH-Broadcast Channels Tipos: BCCH-Broadcast Control Channel Canal de controle direto Informação do sistema: identidade da célula e do sistema, estrutura dos canais de controle, disponibilidade de canais e congestionamento, lista de canais em uso e freqüências usadas nas células vizinhas Ocupa os frames de 2 a 5 em um multiframe de controle BCH-Broadcast Channels Tipos: FCCH-Frequency Correction Channel Repetido a cada dez frames Ocupa o frame 0 na estrutura multiframe de 51 frames Objetivo: sincronizar freqüência de cada usuário O móvel procura por este sinal quando liga SCH-Synchronization Channel Ocupa o frame imediatamente após o frame ocupado pelo FCCH Usado para identificar a BTS que serve determinado usuário BSIC (base station identity code): único no sistema GSM FN (frame number) Informação de timing advancement Control channel multiframe (foward link para TS 0) Control channel multiframe (reverse link para TS 0) CCCH-Common Control Channels Ocupa os frames não-ocupados por canais BCH Uso: Paging, alocação de canais de sinalização e recepção de requisição de usuários Tipos: PCH - Paging Channel Canal direto Transmite o IMSI de usuário alvo, que deve retornar pelo RACH um Acknowledgment Pode enviar também short message em broadacast RACH-Random Access Channel Slotted ALOHA Canal reverso Ack por um paging ou requisitar serviço A BTS deve responder a uma solicitação alocando um canal SDCCH (stand- alone dedicated control channel) para sinalização durante uma chamada AGCH-Access Grant Channel Indicador de canal de tráfego Canal direto Última mensagem CCCH enviada antes de o móvel ser movido do canal de controle DCCH - Dedicated Control Channels Bidirecional com as mesmas funções nas duas direções, como no TCH Em qualquer Time Slot e em qualquer freqüência (com exceção do TS 0) Tipos: SDCCH-Stand-alone Dedicated Control Channels Provê serviços de sinalização requeridos por usuários Canal temporário antes de enviar o usuário a um TCH Serve para que sejam enviadas mensagens de autenticação e alerta Excepcionalmente pode ocupar o TS 0 DCCH - Dedicated Control Channels Tipos: SACCH-Slow Associated Control Channel Associado a TCH ou SACCH, no mesmo canal físico Envio de dados de supervisão durante uma chamada Informação de nível de potência, qualidade, etc Controle de potência, tempo de transmissão No canal reverso, retorna nível de sinal recebido e qualidade, bem como medidas de canais BCH vizinhos FACCH-Fast Associated Control Channels Mensagens urgentes, essencialmente as mesmas do SACCH Entra no canal de Tráfego, identificando-se por meio de stealing bit. Constituição do Time Slot Estrutura do Frame Processamento do Sinal GSM Processamento do Sinal GSM UTRAN Core Network Core Network Gateway MSC VLR HLR MSO Mobile Switching Center Gateway MSC VLR HLR MSO Mobile Switching Center Gateway GPRS Support node Serving GPRS Support node Core Network Gateway MSC VLR HLR MSO Mobile Switching Center Gateway GPRS Support node Serving GPRS Support node BSC Base Station Controller BSC Base Station ControllerPCU BTS Base Transceiver Stations BTS Base Transceiver Stations SIM Mobile Equipment UMTS SIM Mobile Equipment RNC Radio Network Controller RNC Radio Network Controller Node B Node B Node B Node B Internet ISDN PLMN PSTN Internet ISDN PLMN PSTN Internet ISDN PLMN PSTN User Equipment Mobile Station SIM Mobile Equipment Mobile Station 3G: UMTS, UTRA 2.5G: GSM + GPRS GSM TODAY SGSN (Serving GPRS Support Node): • Autenticação, autorização e tarifação. • Transferência e roteamento de pacotes. Redes Celulares Evolução 2G para 2,5 G – Sistema GSM GPRS e EDGE (otimizados para a transmissão de dados até 473,6kbps) Introdução de novos esquemas de modulação /codificação. GGSN (Gateway GPRS Support Node): • Provê interface com as redes de pacotes e outras redes móveis. • Contém informações de roteamento para os usuários GPRS. • Solicita informações de localização do HLR (usa a interface Gc). MMS WAP Intranet Internet SMS PoC PCU PCU A-bis Accesso Um Gb SGSN Gb Gi Gi GGSNGn GGSN IP Backbone Gn Gn SGSN Gn Gp GGSN Outras operadora s NSS Gr HLR Gs MSC Gf EIR Gc GPRS core PCU (Packet Control Unit) - Pode estar localizada na BTS, BSC ou próximo ao SGSN - Realiza roteamento dos pacotes para as células - Responsável pela configuração da interface aérea – Realiza a gestão do recurso rádio SGSN (Serving GPRS Support Node) - Roteamento de pacotes de e para PCUs - Autenticação e encriptação - Controle de accesso - Gerência de localização e mobilidade - Tarifação GGSN (Gateway GPRS Support Node) - Roteamento de pacotes para redes IP/X25 externas - Tarifação - Gestão da sessão GPRS HLR (Home Location Register) - Armazena informação de assinante Topologia – rede GPRS Exemplo de roteamento de pacotes em uma rede GPRS Exemplo de conexão à Internet em uma rede GPRS GPRS x GSM GSM é baseado em comutação por circuitos Canal é reservado durante toda a duração da chamada GPRS: General Packet Radio Service Permite comutação por pacotes usando os recursos GSM Melhor gestão de recursos para serviços de dados e Pacotes são transmitidos quando necessário Assinantes podem ser cobrados por tráfego e não tempo Channel 1 Channel 2 Channel 1 Channel 2 Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Tiago Highlight Esquemas de Codificação Taxas de transmissão distintas podem ser obtidas usando taxas de codificação diferentes Coding Scheme data bits per block parity bits coding rate data rate (kbps) maximum rate (8 TS) required C/I (dB) CS-1 181 40 1/2 9,05 72,4 6 CS-2 268 16 ~2/3 13,4 107,2 9 CS-3 312 16 ~3/4 15,6 124,8 12 CS-4 428 16 1 21,4 171,2 17 Canais GPRS O canal físico dedicado ao serviço GPRS, (destinado ao transporte de dados por pacotes) é o canal de dados por pacotes (Packet Data CHannel – PDCH). Os canais lógicos são divididos em três grupos : Canais de controle comum de pacote (Packet Common Control CHannel – PCCCH); Canais de tráfego de pacote (Packet Traffic CHannel –PTCH); Canais dedicados de controle de pacote (Packet Dedicated Control CHannels – PDCCH). Canais GPRS Canais GPRS Grupo de canais de controle comum de pacote (Packet Common Control CHannel – PCCCH): formado por canais lógicos de sinalização, usados por todos os usuários, e não de forma dedicada. Os canais são: Canal de acesso randômico de pacote (Packet Random Access CHannel – PRACH): atua no enlace reverso para que a MS sinalize o início do envio da informação; Canal de busca de pacote (Packet Paging CHannel – PPCH): atua no enlace direto, para buscar uma MS e pedir dela um pacote; Canal de permissão de acesso de pacote (Packet Access Grant CHannel – PAGCH): atua no enlace direto, para estabelecer a transferência de um pacote para a MS; Canais GPRS Grupo de canais de controle comum de pacote (Packet Common Control CHannel – PCCCH): formado por canais lógicos de sinalização, usados por todos os usuários, e não de forma dedicada. Os canais são: Canal de notificação do pacote (Packet Notification CHannel – PNCH): atua no enlace direto, para enviar uma informação em multicast para um conjunto de MSs; Canal de controle broadcast de pacote (Packet Broadcast Control CHannel – PBCCH): atua no enlace direto, para enviar em broadcast de informações específicas sobre o sistema. Canais GPRS Grupo de canais de tráfego de pacotes (Packet Traffic CHannel – PTCH): formado por canais de tráfego.O canal de tráfego é chamado canal de tráfego de dados por pacote (Packet Data Traffic CHannel – PDTCH): dividido em dois canais unidirecionais, o PDTCH/U (Uplink), que envia pacotes no enlace reverso, e o PDTCH/D (Downlink), que envia pacotes no enlace direto. Canais GPRS Grupo de canais dedicados de controle de pacotes (Packet Dedicated Control CHannels – PDCCH): formado por canais lógicos que transportam informação de sinalização para uma MS específica. Os canais são: Canal associado de controle de pacote (Packet Associated Control CHannel – PACCH): leva informação de sinalização relacionada a determinada MS, como controle de potência, por exemplo; Canal de controle de avanço de tempo de pacote do enlace reverso (Packet Timing advance Control CHannel/Uplink – PTCCH/U) : canal do enlace reverso, usado para estimar o avanço de tempo de uma MS específica, para transferência de pacotes. Esse avanço varia com a distância da MS à BTS; Canais GPRS Grupo de canais dedicados de controle de pacotes (Packet Dedicated Control CHannels – PDCCH): formado por canais lógicos que transportam informação de sinalização para uma MS específica. Os canais são: Canal de controle de avanço de tempo de pacote do enlace direto (Packet Timing advance Control CHannel/Downlink – PTCCH/D): leva informações sobre avanço de tempo, da BTS para várias MSs. Cada PTCCHD/D está relacionado a vários PTCCH/Us. Canais GPRS Alguns canais lógicos GPRS possuem as mesmas funções de canais da rede GSM, mas adaptados para a transferência de dados por pacotes. A seguir, alguns canais GPRS e os GSM correspondentes: PRACH e RACH, PPCH e PCH, PAGCH e AGCH, PNCH e NCH, PBCCH e BCCH. Dependendo da configuração da rede, os canais de controle GPRS podem ser substituídos pelo seu equivalente GSM. GSM – EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution Permite transmissão de pacotes em taxa mais alta do que o GPRS (em teoria até 473,6kbps) Nova modulação (8PSK) usando mesma banda e taxa de símbolo Melhorias nas camadas MAC/RLC Adaptação de enlace Redundância incremental GMSK (GSM-GPRS) / 8 PSK (GSM-EDGE) GMSK I Q 0 1 Baixa eficiência espectral (1 bit/símbolo) Alta robustez Envoltória constante Boa para amplificadores não- lineares 8 PSK (com constelação rotacionada) I Q Símbolos Pares Símbolos Ímpares Alta eficiência espectral (teoricamente -3 bits/símbolo) Menor robustez Envoltória constante Ruim para amplificadores não- lineares MCS (Esquemas de Modulação e Codificação) MCS Modulation data bits per block coding rate data rate/TS (kbps) required C/I (dB) Family MCS-1 GMSK 176 0,53 8,8 9,5 C MCS-2 GMSK 224 0,66 11,2 12 B MCS-3 GMSK 296 0,85 14,8 16,5 A MCS-4 GMSK 352 1 17,6 21,5 C MCS-5 8PSK 448 0,37 22,4 14,5 B MCS-6 8PSK 592 0,49 29,6 17 A MCS-7 8PSK 2 x 448 0,76 44,8 23,5 B MCS-8 8PSK 2 x 544 0,92 54,4 29 A MCS-9 8PSK 2 x 592 1 59,2 32 A Exercício: qual fator de reúso utilizar para obter as taxas desejadas? Evolução do GSM – Terceira Geração Evolução do GSM – Terceira Geração Evolução do GSM – Terceira Geração Evolução do GSM – Terceira Geração UMTS Universal Mobile Telecommunication Services Criado pelo 3rd Generation Partnership Project (3GPP) Objetivo - melhorar as taxas de transmissão, para usuários mais exigentes que necessitam de maior banda para utilizações multimídia e a interconexão entre os sistemas. Principais Requisitos: •Taxas de 144kbps para usuários com alta mobilidade •Taxas de até 2Mpbs para usuários com baixa mobilidade •Alta eficiência espectral •Flexibilidade para a introdução de novos serviços Mudanças com relação aos padrões anteriores: Baseado em CDMA com banda larga de 5 MHz (WCDMA) Taxa de chip de 3,84 Mcps Diversas taxas de codificação (mais robustez) Modulação adaptativa (maiores taxas de transmissão) Melhoramentos nas técnicas de diversidade (explorar melhor o canal de rádio móvel) Compatível com antenas inteligentes Evolução do GSM – Terceira Geração O RNC (Radio Network Controller) é o elemento de rede responsável por controlar os recursos de rádio da UTRAN. Interage com o “core” da rede e controla os elementos Node-B. Um Node-B serve vários setores de uma estação. Converte os dados recebidos do RNC de forma adequada para a camada física (WCDMA) WCDMA está aqui UMTS – Arquitetura de Sistema Tiago Highlight Tiago Highlight Evolução do GSM – Terceira Geração Evolução do GSM – Terceira Geração UMTS e GSM integradas sobre o mesmo Core Network (CN) UMTS e GSM integradas sobre o mesmo Core Network (CN) No CN do 3G, os dispositivos de hardware foram preservados, alguns recursos de software alterados para implementar releases. Diferenças significativas no que tange a Radio Access Network (RAN). No GSM: TDMA/FDMA, dispositivos específicos para acesso à rede de dados (Packet Control Unit – PCU). UMTS: WCDMA, não há elemento especifico para o acesso à rede de dados. Mudanças na nomenclatura das interfaces e de alguns elementos. Arquitetura UMTS A arquitetura da rede pode ser divida em subsistemas baseados na natureza do tráfego, na estrutura dos protocolos e nos elementos físicos. Quanto à natureza do tráfego, a rede 3G consiste em dois domínios principais: Domínio da comutação de pacote (packet-switched - PS); Domínio da comutação de circuitos (circuit-switched - CS). Arquitetura UMTS A partir da estrutura de protocolo e do ponto de vista de suas responsabilidades, a rede 3G pode ser divida em dois estratos: Estrato de acesso: protocolos que estão envolvidos entre o móvel e os demais equipamentos da rede de acesso; Estrato de não acesso: protocolos envolvidos entre o móvel e o core network. Espalhamento: aumenta a largura de banda do canal. Em mais detalhes, inclui duas operações: •Canalização usando códigos ortogonais •Embaralhamento (também usa códigos, mas não aumenta a largura de banda) Camada Física WCDMA - Parâmetros Dados TX Código de Canalização (SF) x x Código de embaralhamento Downlink Dedicated Downlink Dedicated Channel StructureChannel Structure Canais de controle e dados são multiplexados no tempo. Modulação QPSK Quadro de dez milissegundos, com 15 Time Slots Suporte para entrelaçamento de dados e codificação turbo (proteção contra erros) Uplink Dedicated Uplink Dedicated Channel StructureChannel Structure Canais de controle e dados são multiplexados em I/Q BPSK em cada ramo de modulação Camada Física WCDMA - Parâmetros CANAIS UMTS CANAIS UMTS Canais de controle Esses canais fazem o controle do sistema, alguns deles são: BCCH – Broadcast Control Channel: informa ao UE acerca dos níveis de potência e dos códigos utilizados na célula e nas células vizinhas. PCCH – Paging Control Channel: é neste canal que se dá a comunicação a respeito do posicionamento do UE, ou seja, quando for necessário, a rede envia um sinal ao UE para conhecer a sua localização. CANAIS UMTS Canais de controle Esses canais fazem o controle do sistema, alguns deles são: CCCH – Common Control Channel: nele são realizadas tarefas específicas e gerais para todos UE que se encontram na célula. DCCH – Dedicated Control Channel: necessário se houver uma conexão ativa e dedicada entre a rede e o usuário. CANAIS UMTS Canais de tráfego São canais de tráfego de informações. São eles: DCCH – Dedicated Control Channel: canal ponto a ponto, dedicado a uma estação móvel para transferência de informações sobre o usuário. Pode ser usado tanto na descida como na subida. CTCH – Common Traffic Channel: unidirecional, ou seja, presente apenas na descida, para transmitir informações para uma parcela dos usuários de uma célula, ou para todos eles. DTCH – Dedicated Traffic Channel: canal ponto a ponto, dedicado a uma estação móvel para transferência de informações do usuário. CANAIS UMTS
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