Telecomunicações e Redes Digitais - Redes Móveis e TV Digital - Und4

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TELECOMUNICAÇÕES E REDESTELECOMUNICAÇÕES E REDES
DIGITAISDIGITAIS
REDES MÓVEIS E TV DIGITALREDES MÓVEIS E TV DIGITAL
Au to r ( a ) : M e . M a rc e l o Ta k a s h i U e m u ra
R ev i s o r : J o s é Fre d e r i c o R e h m e
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Introdução
Olá, estudante!
Seja muito bem-vindo(a)! Neste material, falaremos sobre a rede de telefonia móvel celular,
explorando os seus principais conceitos, como a arquitetura baseada em estação rádio base e
central de controle de comutação, trazendo um enfoque maior para o sistema GSM e as principais
evoluções através das gerações 1G , 2G , 3G e 4G .
Também abordaremos a televisão digital , suas principais características e os diferentes padrões
utilizados mundialmente, como DVB, ATSC e ISDB, especificando em maiores detalhes a escolha
feita no Brasil. Por fim, falaremos sobre a característica de interatividade na televisão digital, que
proporciona uma nova experiência para seus usuários.
Bons estudos!
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Você com certeza já notou que a telefonia celular é a realidade de muitos no que tange à
comunicação . Permite a flexibilidade de realizar ligações de voz e acessar a internet em diferentes
locais, parado ou em movimento. Isso é possível graças ao sistema de telefonia celular, que cria
uma cobertura de atendimento de serviços para usuários móveis. Neste tópico, vamos conhecer os
principais conceitos e elementos de um sistema de telefonia celular, em especial, a arquitetura GSM
.
Conceitos de Telefonia
Celular
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Sistema de Telefonia Celular
O sistema de telefonia celular é um sistema de comunicação sem fio , com a transmissão da
informação feita através das ondas de rádio , em que cada usuário utiliza um canal de transmissão
e outro de recepção, tendo uma frequência alocada para cada canal dentro de uma largura de faixa
estabelecida.
Segundo Alencar (2011, p. 224), “este sistema consiste na divisão da área a ser coberta por um
sistema de telefonia móvel em áreas menores, permitindo a utilização de transmissores de baixa
potência”. As áreas definidas pelo sistema celular são divididas em sub-regiões denominadas
células .
Célula é a área geográfica atendida por uma estação rádio base (ERB), conforme você poderá ver na
figura a seguir, dentro da qual a recepção deve atender às especificações do sistema. As células
podem ser omnidirecionais , em que a estação rádio base utiliza uma antena omnidirecional que
transmite a mesma potência para todas as direções, ou setorizadas, em que se faz uso de um
conjunto de antenas diretivas (ALENCAR, 2011).
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Figura 4.1 - Células e estações rádio base
Fonte: Sverzut (2015, p. 26).
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Pode-se agrupar um conjunto de células em clusters e reutilizar frequências entre clusters distintos,
sendo a limitação por conta da interferência , em contraposição aos sistemas móveis
convencionais que apresentam limitação pelo ruído devido às altas potências utilizadas. Deve-se
evitar o reuso da frequência em células muito próximas. Entenda melhor isso na figura a seguir:
#PraCegoVer : esta imagem apresenta três células sendo representadas por elipses tracejadas, sendo que
duas estão à esquerda e uma à direita, havendo intersecções entre as três. Em cada elipse, há a
representação de uma casa com uma torre de antenas, representando uma estação rádio base.
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Para controlar as estações rádio base, que fazem a cobertura da comunicação com usuários
móveis, temos a central de comutação celular (CCC), que auxilia na construção de chamadas
telefônicas móveis dentro do sistema de telefonia celular e com outros sistemas, como o de
Figura 4.2 - Reutilização de frequências (F1, F2, F3, F4, F5)
Fonte: Soares Neto (2015, p. 143).
#PraCegoVer : nesta imagem, temos uma fileira de 7 circunferências alinhadas horizontalmente,
representando as frequências F1, F2, F3, F4, F5, F1 e F2. Abaixo, temos uma segunda sequência horizontal
de circunferências, começando entre as circunferências com frequência F1 e F2 da sequência acima,
representando as frequências F5, F1, F2, F3 e F4 e havendo uma lacuna entre F5 e F1.
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telefonia fixa. Na figura, a seguir, você vai poder ver uma representação de um sistema de telefonia
celular.
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Figura 4.3 - Sistema de telefonia celular
Fonte: Soares Neto (2015, p. 142).
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Na arquitetura GSM (Global System Mobile), a função da ERB é realizada no sistema de estação
base, ou BSS – Base Station System, enquanto a CCC está no sistema de comutação de rede, ou
NSS – Network Switching System.
Conheça agora algumas funcionalidades presentes na rede do sistema de telefonia celular:
Handoff: durante uma ligação, o usuário móvel pode realizar um deslocamento entre células
contíguas. Neste processo de transição de cobertura de uma célula para outra, ocorre a
operação de handoff , a qual deve ser imperceptível para o usuário (SOARES NETO, 2015).
Roaming: o roaming é realizado quando um usuário móvel se desloca da área de cobertura
de um terminal de controle para outra, sendo que uma nova posição é comunicada ao
terminal de controle original, que fará o encaminhamento da chamada (SOARES NETO,
2015).
#PraCegoVer : esta imagem apresenta, no centro superior, quatro torres representando estações rádio
base. Estas torres estão ligadas abaixo a uma Central de Comutação e Controle, representada por um
prédio que, por sua vez, está ligado a um prédio à direita e outro à esquerda, nos quais estão presentes
pessoas realizando ligações via celular.
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No próximo subtópico, falaremos sobre a estação móvel, ou MS – Mobile Station, dispositivo do
usuário para comunicação no sistema de telefonia celular, com a abordagem da arquitetura GSM.
Estação Móvel
A estação móvel é responsável pela conexão do assinante à rede GSM, sendo normalmente um
aparelho celular ou até mesmo um computador ou dispositivo de comunicação de dados . É
formado pelo dispositivo móvel (ME – Mobile Equipment) e pelo módulo de identidade do assinante
(SIM – Subscriber Identity Module).
Segundo Sverzut (2015), cada ME possui um número que o identifica conhecido como identidade
internacional do equipamento móvel, ou IMEI – International Mobile Equipment Identity, e também
apresenta diferentes classes de potência, que representam a potência máxima do sinal que a
estação móvel pode transmitir, utilizado nos procedimentos de controle de potência e handover .
No caso do GSM, as faixas de frequência utilizadas pela estação móvel para transmissão e
recepção de informações são: 850 MHz, 900 MHz, 1.800 MHz e 1.900 MHz. Alguns aparelhos
operam nas quatro faixas de frequências, no modo conhecido como quadri-mode ou quadri-band.O módulo de identidade do assinante (SIM) é conectado internamente ao ME, contendo diversas
informações da estação móvel, como:
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Identidade internacional do assinante móvel (IMSI – International Mobile Subscriber Identity):
número que identifica a estação móvel internamente na rede GSM, sendo formado pelo
código móvel do país (MCC), código da rede móvel (MNC) e número de identificação do
assinante móvel (MSIN);
Identidade temporária do assinante móvel (TMSI – Temporary Mobile Subscriber Identity):
usada para prover o serviço de confidencialidade aos assinantes móveis, sendo alocada
dinamicamente pelo VLR;
Identidade da área de localização (LAI – Local Area Identity): nome dado ao conjunto de
células da rede móvel, agrupadas em uma área geográfica e sendo composta por até 30
células;
Chave de autenticação do assinante (Ki – Subscriber Authentication Key): usada para
autenticar o SIM de um assinante na rede móvel;
Número internacional ISDN (MSISDN – Mobile Station Integrated Services Digital Network):
número de padrão internacional conforme especificação ITU-T E.164, adotado para
padronização do plano de numeração das redes públicas de telefonia fixa e móvel.
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Tanto o processamento de chamadas como a sua tarifação são realizadas a partir das informações
contidas no SIM , sendo este fornecido pela operadora de telefonia móvel e acoplado a qualquer
terminal móvel GSM.
Sistema de Estação Base
O sistema de estação base, conhecido como BSS – Base Station System, faz a função de uma
estação rádio base e realiza a conexão entre a estação móvel (MS) e o sistema de comutação de
rede (NSS). Este sistema é composto pelos elementos estação transceptora base (BTS – Base
Transceiver Station) e controlador de estação base (BSC – Base Station Controller), além do
transcodificador (Transcoder – XCDR), conforme apresentado na  figura a seguir:
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Figura 4.4 - Sistema estação base
Fonte: Sverzut (2015, p. 47).
#PraCegoVer : esta imagem apresenta três retângulos, cada um representando o XCDR, BSC e BTS. Estes
três retângulos estão dentro de um retângulo maior, chamado BSS. O retângulo BTS está ligado a uma
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O sistema de estação base (BSS) faz parte da rede de acesso de um sistema de telefonia celular na
arquitetura GSM. Vamos conhecer um pouco mais sobre estes elementos que a compõem?
1. BTS: a estação transceptora base (BTS) realiza as conexões na interface de RF com a
estação móvel.
2. BSC: a BSC é responsável pelo controle de um grupo de BTSs, sendo composta por
uma matriz de comutação digital utilizada para conectar os canais da interface de RF
com os circuitos terrestres da central de comutação celular.
3. XCDR: o transcodificador (XCDR) realiza a conversão dos sinais de voz da central de
comutação celular (64 kbps) no padrão especificado pelas normas GSM (16 kbps)
para a transmissão na interface RF.
No próximo tópico, você vai conhecer mais sobre o componente da arquitetura GSM que realiza a
função de uma central de comutação celular, o sistema de comutação de rede.
Sistema de Comutação de Rede
torre em um quadrado à direita.
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O sistema de comutação de rede (NSS) realiza as funções de comutação, controle e gerenciamento
da mobilidade e da base de dados dos assinantes em uma rede GSM (SVERZUT, 2015).
Os componentes que fazem parte deste sistema são: a) centro de comutação móvel ( MSC –
Mobile Switching Centre); b) registro de localização local ( HLR – Home Location Register); c) centro
de autenticação ( AuC – Authentication Centre); d) registro de localização do visitante ( VLR –
Visitor Location Register); e) registro de identidade do equipamento ( EIR – Equipment Identity
Register); f) função de interfuncionamento ( IWR – InterWorking Function) e g) supressor de eco (
EC – Echo Canceler). Vamos descomplicar e ver melhor como se organizam esses componentes de
um sistema? A figura, a seguir, vai te auxiliar apresentando esses componentes.
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Figura 4.5 - Sistema de comutação de rede
Fonte: Sverzut (2015, p. 49).
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Para que você possa ficar mais por dentro, vamos ver, em seguida, cada uma das principais
características destes componentes (SVERZUT, 2015):
MSC : a central de comutação celular MSC é o elemento principal do sistema de comutação
de rede, sendo responsável pelo processamento de chamadas, handover entre BSSs e entre
MSCs. Também realiza o interfuncionamento com interfaces de outras redes, como a Rede
Pública de Telefonia Comutada, além de ser responsável por tarefas como gerenciamento da
base de dados, medições de dados de tráfego e tarifação.
HLR : o registro de localização local HLR realiza a administração e o controle da base de
dados dos assinantes locais (perfil e características), sendo acessado remotamente pela
MSC e VLR. Os principais dados do perfil do assinante são: IMSI, localização corrente do
#PraCegoVer : esta imagem apresenta uma caixa com a descrição MSC. Acima, está ligada uma caixa
com a descrição EC. À direita está um cilindro com a descrição EIR. À esquerda está outro cilindro
conectado com a descrição VLR. Abaixo, estão conectados dois cilindros, AuC e HLR. No sentido sudeste
da MSC está conectada uma caixa denominada IWF. Todas estas estão dentro de um retângulo maior
representando NSS.
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assinante no VLR, serviços suplementares associados, estado do assinante e chave de
autenticação.
VLR : o registro de localização do visitante VLR atua na manutenção da cópia dos dados
principais dos assinantes presentes no perfil armazenado no HLR, durante um intervalo de
tempo, que pode ser de minutos ou horas e é controlado pelo operador da rede. Na VLR está
presente uma lista de números utilizados para alocação do MSRN (Mobile Subscriber
Roaming Number), que é utilizado para o estabelecimento do caminho de voz entre duas
redes móveis distintas no serviço de roaming automático.
AuC : o centro de autenticação AuC realiza as funções de autenticação e criptografia, que
são realizadas simultaneamente na estação móvel e no AuC, provendo maior segurança ao
sistema. Normalmente, o AuC é instalado no mesmo hardware do HLR.
EIR : o registro de identidade do equipamento EIR contém a base de dados centralizada dos
números de identidade internacional do equipamento móvel (IMEI), sendo únicos por EIR.
IWF : a função de interfuncionamento IWF realiza as funções de interface com outros tipos
de redes públicas e privadas, sendo usado normalmente para transmissão de dados
comutados por circuitos.
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EC : o supressor de eco EC é responsável pela retirada do eco presente nas conexões entre
MSC e a rede pública de telefonia fixa.
No próximo tópico, falaremos da evolução da tecnologia móvel, passando pelas gerações 1G, 2G,
3G e 4G, mostrando uma tendência para a convergência de dados. Mas, antes, que tal fixaro
conhecimento visto até aqui? Vamos lá!
Conhecimento
Teste seus Conhecimentos
(Atividade não pontuada)
Leia o trecho a seguir.
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“O módulo de identificação do assinante (SIM) fornece uma identificação ao equipamento móvel.
[...] O SIM é um cartão inteligente que tem um processador e um chip de memória
permanentemente instalados em um cartão de plástico do tamanho de um cartão de crédito. Ele
tem de ser inserido em um leitor de uma estação móvel antes de ser usado para os seus
propósitos de rotina”.
ALENCAR, M. S. de. Telefonia Digital . 5. ed. São Paulo: Érica, 2011. p. 237-238.
Alguns parâmetros de assinante ficam armazenados no cartão SIM. Assinale a alternativa correta
que corresponde ao parâmetro do número público de telefonia celular conforme o plano de
numeração utilizado na rede móvel.
a) IMSI.
b) TMSI.
c) Ki.
d) MSISDN.
e) LAI.
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Você não precisa ser um especialista para perceber que as redes móveis passaram por várias
evoluções , principalmente na busca de taxas mais elevadas de transmissão de dados e novos
serviços. Estas evoluções podem ser categorizadas como gerações , sendo a geração 1G a primeira
relacionada à tecnologia móvel analógica e, consequentemente, sendo as gerações 2G, 3G e 4G
como tecnologias móveis digitais . Neste tópico, explicaremos brevemente sobre cada uma destas
gerações.
Geração 1G
A primeira geração de tecnologia celular ficou conhecida como 1G , tendo sido introduzida nos anos
1980 com a tecnologia de transmissão analógica (SOARES NETO, 2018), utilizando os sistemas de
Gerações 1G, 2G, 3G e 4G
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modulação em frequência (FM – Frequency Modulation) sendo a voz transmitida na faixa de
frequências UHF (Ultra High Frequency).
No Brasil, o sistema adotado foi o AMPS (Advanced Mobile Phone System), mesmo padrão adotado
nos Estados Unidos. Segundo Sverzut (2015), outros padrões de tecnologia 1G foram adotadas na
Europa, como: TACS : Reino Unido, Áustria, Espanha, Irlanda e Itália; NMT450 : Suécia, Noruega,
Finlândia, Dinamarca; e Radiocom2000 : França.
O padrão AMPS opera na faixa de 800 MHz, ocupando uma banda de 50 MHz, podendo ser dividida
em duas operadoras (bandas A e B), sendo utilizada a tecnologia de acesso múltiplo por divisão de
frequências (FDMA – Frequency Division Multiple Access), com largura de 30 kHz por canal.
Conforme Jeszensky (2004, p. 446), foram adotadas no Brasil as faixas de frequências 824 MHz a
849 MHz no sentido Unidade Móvel para Estação Rádio Base e 869 MHz a 894 MHz no sentido
Estação Rádio Base para Unidade Móvel.
Os canais são FDD (Frequency Division Duplex), em que a transmissão e a recepção de informação
utilizam canais de RF separados e ocupam um espectro de 30 kHz, para tráfego entre estação
móvel e estação rádio base, e outros 30 kHz para o sentido inverso. Com a banda de 50 MHz, são
criados 832 canais de tráfego ou controle, divididos entre as bandas A e B (416 canais cada).
Geração 2G
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Soares Neto (2018) comenta que a segunda geração 2G veio com a transmissão digital nos
sistemas celulares, nos anos 1990, e permitiu a entrada de novas funcionalidades, como o SMS
(Short Message Service).
O foco principal da geração 2G foi a adaptação dos canais de voz para a transferência de bits de
dados, tendo taxas de transmissão pequenas, o que não permitiu a criação de novos serviços que
exigiam faixas mais largas (SVERZUT, 2015).
Várias tecnologias de geração 2G foram desenvolvidas, surgindo diferentes padrões, como: IS-136
(TDMA – Time Division Multiple Access), IS-95 (CDMA – Code Division Multiple Access), IS-54 (D-
AMPS – Digital Advanced Mobile Phone System) e GSM (Global System for Mobile
Communications). Vamos conhecer um pouco mais sobre a tecnologia 2G no Brasil? A seguir,
falaremos dos principais padrões adotados no Brasil na geração 2G.
IS-136
No Brasil, o primeiro sistema 2G adotado foi o TDMA, segundo o padrão IS-136, cuja principal
vantagem era a compatibilidade com a largura de faixa do canal AMPS (30 kHz) e o aumento da
capacidade e do desempenho do sistema (SVERZUT, 2015).
IS-95
O padrão IS-95 adota a tecnologia CDMA, tendo como base a técnica de espalhamento espectral
(SS – Spread Spectrum), utilizando o espalhamento espectral por sequência direta (DS/SS – Direct
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Sequence/Spread Spectrum) e salto em frequência (FH – Frequency Hopping). Na tecnologia
CDMA, os usuários estão separados em si no domínio do código , enquanto no TDMA estão
separados no domínio do tempo (SVERZUT, 2015).
GSM
O padrão GSM foi implantado no Brasil em 2002, tendo como largura de faixa de canal 200 kHz e
utilizando a faixa de operação de 1,8 GHz. Existem vários padrões existentes no GSM, vamos
conferir quais são eles no elemento a seguir.
Padrão P-GSM: é considerado o sistema GSM original, atuando na faixa de frequência
de 900 MHz e tendo, para uma largura de 25 MHz, um número máximo de canais 125
canais de RF, sendo um destes utilizado como banda de guarda.
Padrão E-GSM: ou GSM estendido, também atua na banda de 900 MHz e foi
desenvolvido para ampliar a quantidade de canais do P-GSM para 175 canais de RF,
adotando uma largura de 35 MHz.
Padrão R-GSM (Railway – GSM): foi desenvolvido um aumento na capacidade em
relação ao E-GSM, ampliando para 195 canais de RF, adotando-se uma largura de 39
MHz. Neste padrão, temos uma quantidade maior de canais, 375 canais de RF, com
uma largura de 75 MHz.
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Na linha GSM, ocorreu a implantação de serviços como telesserviços , serviços de dados e
transmissão de pacotes de forma síncrona e dedicada com taxas entre 2,4 e 14,4 kbps. Com a
evolução dos serviços de dados, foi introduzido o sistema GPRS (General Packet Radio Service),
que permite comunicação por pacotes a taxas mais elevadas de transmissão (de 32 kbps a 80
kbps), e que ficou conhecida como geração 2,5G . Na arquitetura GPRS, são adicionados dois novos
elementos à arquitetura GSM, o servidor do nó de suporte ( SGSN – Serving GPRS Support Node) e
Gateway do nó de suporte GPRS ( GGSN – Gateway GPRS Support Node), que irão atuar na
comutação de pacotes de dados.
A tecnologia EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) surgiu como uma evolução do GPRS,
sendo conhecida como geração 2,75G , com capacidade de banda até 384 kbps e agregando
funcionalidades como modulação 8-PSK (8-state Phase Shift Keying) e novos esquemas de
codificação de canal.
Padrão GSM 1800 (DCS 1800): é uma adaptação do sistema GSM 900. Neste padrão,
ocorre a passagem da faixa de frequências para 1,8 GHz, permitindo a formação das
redes de comunicação pessoais (PCS – Personal Communication Networks).
Padrão PCS 1900: é equivalente ao GSM 1800, porém operando na faixa de 1,9 GHz e
apresenta uma capacidade de 300 canais de RF para uma largura de 60 MHz.
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Tendo em vista a necessidade de taxas cada vez mais elevadas de transmissão, novas tecnologias
foram sendo propostas e desenvolvidas, implicando no surgimento da geração 3G.
Geração 3G
Com o crescimento da popularização da internet , as tecnologias móveis tiveram de evoluir na
direção de prover taxasde transmissão de dados mais elevadas, surgindo então a geração 3G. No
Brasil, estão disponíveis as tecnologias CDMA2000 e WCDMA ( UMTS – Universal Mobile
Telecommunication System ), tendo sido reservadas as faixas de frequência 2,1 GHz para o enlace
direto e 1,9 GHz para o enlace reverso (SVERZUT, 2015).
O padrão UMTS apresenta uma interface aérea denominada UTRA (Universal Terrestrial Radio
Access), tendo sido especificada em parceria com o 3GPP. A sua banda de operação básica é 5
MHz, com taxas de download e upload de 2 Mbps e taxa de transmissão de chip ( chip rate ) de 3,84
Mchips/s. Este padrão apresenta dois modos de operação do tipo duplex, sendo a divisão de
frequência duplex ( FDD , utilizando uma faixa de frequências para o enlace direto e outra faixa de
frequências para o enlace reverso) e divisão de tempo duplex ( TDD , com enlaces direto e reverso
na mesma faixa de frequências).
A arquitetura da rede UMTS é composta por:
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Equipamento de usuário (UE – User Equipment): dispositivo do usuário para conexão com a
rede 3G
Rede universal de acesso RF terrestre (UTRAN – Universal Terrestrial Radio Access
Network): composta por um controlador de rede RF (RNC – Radio Network Controller) e Nó B
(Node B), que controlam a interface área de comunicação com os equipamentos de usuário.
Rede de suporte (CN – Core Network): rede que faz o controle das chamadas, transmissões
de dados, tarifação, dentre outras funções. A rede de suporte é a mesma utilizada pela
arquitetura GPRS e EDGE, possibilitando uma migração simples entre as tecnologias 2G e
3G.
A tecnologia UMTS evoluiu para a tecnologia HSPA (High Speed Packet Access) a fim de obter
taxas cada vez maiores, sendo considerada a geração 3,5G. Duas especificações estão definidas
para o HSPA: HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) e HSUPA (High Speed Uplink Packet
Access). O HSPA teve uma melhoria com o HSPA+ , podendo alcançar taxas de até 6 Mbps.
Geração 4G
O ITU (International Telecommunications Unit) considera como tecnologia 4G quando são
obedecidos os padrões especificados para os sistemas IMT Avançado (International Mobile
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Telephony Advanced).
O 3GPP especificou o padrão LTE (Long Term Evolution) a fim de melhorar o desempenho das redes
WCDMA/HSPA+ aumentando as taxas de transferência dos sistemas 3G. As principais
características da LTE são:
largura do canal : 1,25 MHz, 2,5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz e 20 MHz
estrutura do canal de RF : OFDMA no enlace direto e SC-FDMA no enlace reverso
modo duplex : FDD ou TDD
taxa de dados de pico no enlace direto ( downlink ) : 300 Mbits/s
taxa de dados de pico no enlace reverso ( uplink ) : 75 Mbits/s
eficiência espectral de pico (bits/s/Hz – bps/Hz) no enlace direto : 15
eficiência espectral de pico (bits/s/Hz – bps/Hz) no enlace reverso : 3,75
comprimento do quadro : 10 ms
modulações : BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM
No Brasil, a ANATEL estabeleceu o uso da faixa de frequências de 2500 MHz a 2690 MHz para o
padrão LTE, ocorrendo em blocos de 5 MHz.
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A arquitetura da LTE é a EPS (Evolved Packet System) definida pelo 3GPP. A EPS é dividida em rede
de acesso sem fio , E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network) e rede de
suporte ou rede de núcleo , EPC (Evolved Packet Core).
A E-UTRAN é composta pelas eNodeB , gerenciando os recursos de RF, e estas são controladas pelo
elemento MME. Também faz parte da rede de acesso o S-GW, que possibilita o handover entre
elementos da rede eNodeB e realiza a função de tarifação .
A EPC realiza as funções de serviços para os usuários da rede LTE, como voz, dados e vídeos
através de redes de pacotes IP, tendo sido estabelecido o uso da arquitetura IMS (IP Multimedia
Subsystem).
Para acompanhar as gerações e saber mais sobre a última delas, a geração 5G, clique no link do box
a seguir:
S A I B A M A I S
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O fim da televisão analógica propiciou que uma nova banda de frequência (700 MHz) pudesse ser
licenciada para o 4G. No próximo tópico, iremos falar sobre a televisão digital, que possibilitou o fim
da TV analógica, e seus principais conceitos. Vamos colocar o conhecimento adquirido em prática?
Então vamos para a atividade.
Conhecimento
No artigo “O que é 5G? Tire suas dúvidas sobre a quinta geração da telefonia”, temos uma visão geral
sobre a geração 5G, que propõe altas velocidades de transmissão e vem gradativamente sendo adotada
pelo mundo. São colocados aspectos referentes à abrangência da tecnologia e dos custos, bem como as
premissas para adoção no Brasil.
https://www.uol.com.br/tilt/faq/o-que-e-5g-tire-suas-duvidas-sobre-a-quinta-geracao-da-telefonia.htm
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https://www.uol.com.br/tilt/faq/o-que-e-5g-tire-suas-duvidas-sobre-a-quinta-geracao-da-telefonia.htm
Teste seus Conhecimentos
(Atividade não pontuada)
A tecnologia da geração 4G trouxe um avanço no alcance de taxas elevadas para transmissão de
dados, permitindo uma internet móvel de melhor qualidade para chamadas de vídeo. Na Copa do
Mundo de futebol realizada no Brasil em 2014, operadoras de telecomunicações aplicaram o
investimento nesta tecnologia, tendo em vista o grande turismo estrangeiro previsto para a época.
Assinale a alternativa que corresponde ao elemento da arquitetura LTE que realiza o
gerenciamento dos recursos de RF.
a) BTS.
b) RNC.
c) MME.
d) eNodeB.
e) MSC.
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A televisão digital de transmissão aberta surgiu como uma evolução da televisão analógica. Todas
as etapas de produção de um programa, a transmissão do sinal e sua recepção eram feitas através
de tecnologia analógica. Posteriormente, ocorreu a digitalização do conteúdo gerado em estúdio;
porém, este era convertido para uma transmissão analógica, devido aos receptores analógicos de
televisão. Esta realidade foi mudada em função da adoção da televisão digital, em que todos os
processos passaram a ser digitais (ALENCAR, 2012). Neste tópico, falaremos sobre os principais
conceitos de televisão digital e o sistema adotado pelo Brasil.
Tecnologias e Padrões de
TV Digital
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Conceitos de TV Digital
Os sistemas de televisão analógica aberta terrestre utilizavam canais de 6 MHz de largura de banda
(SOARES NETO, 2015). Com a televisão digital, esta banda pode ser melhor empregada para
transmissão de sinais de vídeo e áudio, obtendo melhorias no som e na imagem.
Um sistema de TV digital é composto por um conjunto de padrões que representam seus
componentes básicos, sendo vídeo, áudio, interatividade e novos serviços. O vídeo e o áudio são
informações digitalizadas com uso de codificadores padronizados , sendo multiplexados para uma
transmissão de TV digital. Adicionalmente, a interatividade e os novos serviços são adicionados ao
sistema através de um middleware , oferecendo novos conceitos na transmissão de programas para
os usuários, ou enviar dados para aplicações que não estejam relacionadas com a programação
televisiva (ALENCAR, 2012).
Segundo Schlittler e Costa (2011), as principais características da TV digital são:
digitalização do sinal;
múltiplas resoluções de imagem;
múltiplos canaisde áudio;
interatividade.
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Em termos de resolução de imagem, a unidade principal utilizada é o pixel (picture element), sendo
a menor unidade que compõe uma imagem. A TV digital proporciona uma qualidade superior em
relação à TV analógica, principalmente com a conhecida HDTV (High Definition TV), que apresenta
uma resolução de até 1080 linhas e um aspecto de tela mais largo, com a proporção 16:9. Porém,
outras resoluções também podem estar presentes na TV digital:
LDTV (Low Definition Television): vídeo de baixa resolução, até 320X240 pixels, sendo
utilizado principalmente em dispositivos móveis.
SDTV (Standard Definition Television): apresenta uma resolução de vídeo padrão de 720X480
ou 720X576 pixels e aspecto 3X4, equivalente ao formato da TV analógica (NTSC e PAL).
HDTV (High Definition Television): possibilita a transmissão de vídeo em alta definição, com
resolução de 1280X720 ou 1920X1080 (Full HD), tendo em ambos os casos um aspecto de
tela 16X9.
Para que você tenha uma ideia melhor do que são essas resoluções, veja, na figura a seguir, uma
representação da proporção das telas utilizadas por estes padrões.
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Figura 4.6 - Comparação da resolução e aspecto da imagem da TV digital
Fonte: Schlittler e Costa (2011, p. 177).
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Pode ser considerada uma evolução da TV digital Full HD a resolução 4K , conhecida como UHD
(Ultra High Definition), apresentando imagens com 4 vezes mais resolução que a Full HD. Ela
apresenta uma resolução de 3840X2160 pixels , dentro de um formato de tela 16X9.
A TV digital possibilita que o áudio possa ser transmitido através de dois ou mais canais de áudio ,
como mono, estéreo ou multicanal (exemplo: esquema Surround 5.1, uma combinação de diversos
canais, trazendo um som especial). Os múltiplos canais de áudio permitem que recursos adicionais
possam ser adicionados, como a escolha de idiomas para um filme, instrumentos em um concerto,
várias locuções em jogos de futebol, dentre outros (SCHLITTLER; COSTA, 2011).
No próximo subtópico, trataremos dos principais padrões mundiais utilizados para TV digital.
#PraCegoVer : esta imagem apresenta um retângulo representando o LDTV e possui, na linha horizontal
superior, na extremidade esquerda, o valor 320. Na linha vertical à direita, extremidade inferior, temos o
valor 240. Este retângulo está dentro de um retângulo maior, denominado SDTV, que apresenta, na linha
horizontal superior, extremidade esquerda, o valor de 720. Na linha vertical à direita, temos duas
extremidades inferiores, 480 representando SDTV NTSC e 576 representando SDTV PAL. Este retângulo
está dentro de outro retângulo, representando HDTV 720, que possui, na linha horizontal superior, na
extremidade esquerda, o valor 1280. Na linha vertical à direita, extremidade inferior, temos o valor 720.
Este retângulo está ainda dentro de outro retângulo, representando HDTV 1080, que possui, na linha
horizontal superior, na extremidade esquerda, o valor 1920. Na linha vertical à direita, extremidade inferior,
temos o valor 1080.
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Padrões de TV Digital
Segundo Alencar (2012), existem três padrões de sistema de televisão digital adotados
mundialmente: o sistema americano ATSC , o sistema europeu DVB-T e o sistema japonês ISDB-T .
Todos apresentaram alguns objetivos comuns quando concebidos, como manter as mesmas faixas
de frequências utilizadas, aumentar as resoluções espaciais vertical e horizontal, melhorar a
representação de cores, apresentar uma razão de aspecto 16:9, som multicanal de alta fidelidade e
transmissão de dados. A seguir, apresentaremos algumas características sobre estes padrões
principais de TV digital.
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Fonte: Lukyanov Vladislav / 123RF.
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#PraCegoVer : o infográfico apresenta três tópicos em linha horizontal. Ao clicar no primeiro tópico, é
apresentado o título “ATSC” e, ao lado, há o texto: “o padrão ATSC (Advanced Television Systems
Committee) é um padrão americano de televisão digital que inclui a TV de alta definição (HDTV), a TV de
definição normal (SDTV), a transmissão de dados, o áudio com som multicanal e a transmissão direta
para residências via satélite. Opera com canais de 6, 7 ou 8 MHz e adota a modulação 8-VSB para
transmissão de sinais, a digitalização de vídeo por MPEG-2 e a digitalização de áudio por Dolby AC-3,
utilizando o middleware DASE (ALENCAR, 2012)”. Ao lado, há a imagem ilustrativa de dois espetinhos de
legumes, um ao lado do outro, que estão sob uma tábua em uma bancada. Ao clicar no segundo tópico, é
apresentado o título “DVB-T” e, ao lado, há o texto: “o padrão de radiodifusão terrestre ficou conhecido
como DVB-T (Digital Video Broadcasting-Terrestrial), sendo flexível em relação aos modos de
configuração, com transmissão operando em canais de 6, 7 ou 8 MHz. Utiliza multiplexação COFDM
(Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing), com 1.705 (sistema 2k) ou 6.817 portadoras
(sistema 8k) e taxa de transmissão variando entre 5 e 31,7 Mbps. Apresenta o padrão MPEG-2 para
codificação de vídeo; para áudio, o MPEG-2-BC; e, para multiplexação, o MPEG, utilizando o middleware
MHP (ALENCAR, 2012)”. Ao lado, há a imagem ilustrativa com fundo preto e as palavras DVB - T em caixa-
alta e na cor amarela. Por fim, ao clicar no terceiro tópico, é apresentado o título “ISBD-T” e, ao lado, há o
texto: “o padrão ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting for Terrestrial Television) foi concebido
no Japão para transmissão de vídeo, som e dados, com flexibilidade de configuração. O método de
transmissão utilizado é por meio de multiplexação COFDM, operando com canais de 6, 7 ou 8 MHz. Utiliza
o MPEG-2 para codificação de vídeo e, para codificação de áudio, o MPEG-2-AAC. Tem como opção de
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No próximo subtópico, abordaremos o padrão adotado no Brasil após vários estudos e testes
realizados nos padrões ATSC, DVB-T e ISDB-T, sendo conhecido como SBTVD.
Padrão SBTVD
O Sistema Brasileiro de TV Digital (SBTVD) utiliza o mesmo padrão adotado no Japão, o ISDB-T,
tendo como principal diferença a compressão de sinais , sendo adotado também no Brasil o
H.264/MPEG-4 para transmissão de vídeo (SOARES NETO, 2015).
A definição deste sistema no Brasil ocorreu em função de vários testes realizados pela Sociedade
Brasileira de Engenharia de Televisão, pela Associação Brasileira de Rádio e Televisão e pelo
Instituto Mackenzie com os três padrões de transmissão para televisão terrestre utilizados no
mundo, o ATSC, DVB-T e ISDB-T (ALENCAR, 2012).
Também conhecido como ISDB-TB (B de Brasil), o SBTVD optou por adotar a codificação do sinal de
vídeo SD (Standard Definition) em MPEG-2 e sinal de vídeo HD (High Definition) em H.264 (MPEG-4).
Por conta desta simultaneidade de codecs de vídeo, devem ser utilizados na cadeia de transmissão
transcodificadores que permitam a conversão entre estes dois padrões de compressão.
middleware o ARIB (ALENCAR, 2012)”. Ao lado, há a imagem ilustrativa de um monitor de computador com
o fundo azul e a bandeira da Nova Zelândia ao lado do mapa do país.
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No que tange à codificação de áudio, o SBTVD adota o codec MPEG-2-AAC (Advanced Audio
Coding), que sacrifica a compatibilidade com MPEG-1, porém obtendo som com qualidade de CD,
com taxas de 96 kbits/s.
Em relação à transmissão e recepção de sinais de TV, no SBTVD foi adotada a multiplexação
COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing), técnica em que múltiplos sinais são
enviados em diferentes frequências. O COFDM opera em sistemas de 6, 7 ou 8 MHz, através da
configuração do clock principal.
Em termos de middleware , no Brasil foi desenvolvido um conjunto de tecnologias brasileiras
eficientes e adequadas à realidade do país, tendo como resultado o Ginga , composto por um
ambiente declarativo , um ambiente procedural e um núcleo comum de controle. Este middleware
permite que novas aplicações possam ser criadas para a interatividade com a TV digital.
IPTV
Além da possibilidade de transmissão do sinal de TV digital pelas frequências de rádio, existem
também a transmissão via satélite , TV a cabo e internet. No caso da internet, este tipo de
transmissão ficou conhecida como IPTV (Internet Protocol Television). Neste caso, é aproveitada a
infraestrutura de rede de transmissão de dados para o tráfego de sinal de TV (SCHLITTLER; COSTA,
2011).
Segundo Schlittler e Costa (2011), algumas modalidades de IPTV são bem conhecidas, como:
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TV ao vivo: transmissão de sinal de TV em modo broadcast através do backbone de internet;
Vídeo sob demanda: possibilidade de baixar e assistir vídeos e programas de TV.
Programação destemporalizada, time shifted TV: em que a grade de programação de um
canal está disponível em horários diferentes.
Os serviços multimídia como YouTube e Netflix não são categorizados como IPTV, pois existe uma
regulamentação para normatização da distribuição de IPTV e sua implementação é feita
principalmente através do uso pelos assinantes de set-top boxes (caixas conversoras).
REFLITA
O uso de IPTV veio de encontro à crescente demanda de dados
pela internet, sendo um recurso adicional para a transmissão de
TV digital. Porém, é frequente a polemização do uso desta
tecnologia, sendo considerada em muitos casos como pirataria, o
que carece de cuidados, conforme citado no artigo “O que é IPTV?
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No próximo tópico, trataremos da característica de interatividade da televisão digital, que permite a
criação de aplicações que possam trazer uma interação maior com o usuário, fornecendo assim
novos serviços. Para que você possa aplicar o conteúdo que viu até aqui, veja nossa proposta de
atividade.
praticar
Vamos Praticar
[e por que tanta polêmica]”, de Ronaldo Gogoni, publicado no
Tecnoblog.
Como podemos assegurar o uso legal da IPTV, seja para fins
empresariais ou domésticos?
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A televisão digital tem evoluído para, cada vez mais, apresentar uma qualidade de imagem e som
maior, tendo como base uma resolução cada vez mais rica em quantidade de pixels . A tecnologia
8K está sendo proposta como sucessora à tecnologia 4K, apresentando uma qualidade superior às
tecnologias Full HD e 4K, mantendo o mesmo aspecto de tela.
Considerando que a televisão digital 8K trabalhe com 4320 linhas verticais, determine a sua
resolução para o aspecto de tela 16X9.
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A TV digital trouxe, além de uma melhor qualidade de som e vídeo para a transmissão de programas
televisivos, a oportunidade de o usuário poder interagir com os recursos proporcionados pela
tecnologia, trazendo uma experiência diferenciada. Neste tópico, iremos falar sobre a interatividade
e a plataforma que permite criar novos serviços interativos denominada middleware .
TV Digital Interativa
Interatividade da TV
Digital
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A TV digital interativa, TVDI , ou ITV (Interactive Television), possui um fluxo de dados transmitido
junto com o fluxo audiovisual , podendo ser aplicativos ou arquivos de textos, imagens, sons e
vídeos. O receptor de TV digital pode ter aplicativos residentes para utilizar estes dados, ou executá-
los junto com a programação, permitindo uma interatividade com o telespectador (SCHLITTLER;
COSTA, 2011).
Conforme Schlittler e Costa (2011), essa interatividade pode ser local , limitada à capacidade do
usuário de acessar e navegar por informações que estejam sendo transmitidas junto com o fluxo de
dados do programa, ou pode ser plena , sendo necessário um canal de retorno para a troca
bidirecional de informações do telespectador com a emissora ou operadora de TV.
A interatividade na TV digital pode ser utilizada através de receptores de TV ou set-top boxes, desde
que possuam de forma embarcada o middleware para atender às aplicações utilizadas nos serviços
interativos .
Serviços Interativos
Os serviços interativos descrevem uma gama de tipos de serviços que exigem um nível variável de
interação entre o usuário e o fornecedor de serviço ou operador de rede, proporcionando novas
funcionalidades para a TV (ALENCAR, 2012).
Conheça alguns exemplos de serviços interativos conhecidos:
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EPG: guia de programação eletrônica, permite acompanhar a programação de centenas de
canais, facilitando a escolha do programa desejado.
Enhanced TV: interação realizada pelo próprio receptor de TV pela emissora, em vez de pela
internet ou pelo telefone.
Individualized TV: interatividade similar ao uso de um aparelho de DVD/Blu-Ray, selecionando
opções de câmera, som e legenda.
Internet TV: permite o acesso à internet pela TV.
Vídeo on demand : aplicação interativa que fornece aos usuários uma seleção de filmes ou
programas de TV disponíveis naquele momento.
Anúncios comerciais: alguns anúncios podem ser apresentados na TV, possibilitando ao
usuário obter maiores detalhes ou entrar em contato direto com o vendedor para efetuar a
compra.
Uma gama de serviços interativos pode ser criada através de middlewares que podem estar
presentes nos receptores de TV ou através de set-top boxes , possibilitando novas experiências para
os telespectadores.
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Middleware
Segundo Alencar (2012), o middleware é a camada de software , ou plataforma de programação,
entre a rede e suas aplicações e permite serviços interativos de TV digital. No nível mais básico, o
middleware possui um software que tem acesso ao fluxo de vídeo, áudio e dados, encaminhando
para um dispositivo de saída ou guardando os dados em um dispositivo de armazenamento.
Os principais elementos que compõem a arquitetura de um middleware são (ALENCAR, 2012):
Recursos: representa os recursos de hardware e software para a plataforma, sendo vistos de
forma abstrata pelo middleware .
Aplicações: implementam serviços interativos na forma de software para serem executados
em uma ou mais entidades de hardware , fazendo uso de interfaces (API) do middleware .
Middleware : fornece uma visão abstrata dos recursos para as aplicações.
API: interface de programação de aplicações, é implementado pelo middleware para prover
serviços para as aplicações.
Em termos de linguagens adotadas, no middleware podem ser utilizadas as declarativas e/ou
procedurais . Os middlewares declarativosnão exigem que o programador especifique cada passo a
ser executado pelo programa, sendo suficiente que ele forneça o conjunto de tarefas a ser realizada.
Nos middlewares procedurais, o programador deve definir todo o fluxo de controle e execução do
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programa. Como exemplo de linguagem declarativa, temos a linguagem de marcação HTML e a
linguagem procedural, a linguagem de programação Java.
Veja, no elemento a seguir, quais são os principais exemplos de middleware utilizados nos padrões
de TV digital são:
No próximo subtópico, falaremos sobre as principais características do middleware Ginga, utilizado
no padrão de TV digital do Brasil.
Ginga
Quando especificado no Brasil a adoção do padrão ISDB-T para o Sistema Brasileiro de TV Digital,
foi escolhido o desenvolvimento de um middleware nacional, que ficou conhecido como Ginga ,
sendo uma camada intermediária de software que possibilita desenvolver aplicações interativas
DVB-MHP DASE ARIB GINGA
Multimedia Home Platform, é um middleware utilizado no padrão de TV digital DVB-T, tendo as
linguagens declarativas e procedurais.
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para TV digital. Este middleware foi desenvolvido através de pesquisas da Pontifícia Universidade
Católica do Rio de Janeiro e Universidade Federal da Paraíba (SCHLITTLER; COSTA, 2011).
O Ginga foi criado para utilizar dois ambientes de programação: o ambiente declarativo, conhecido
como Ginga-NCL , e o ambiente procedural, conhecido como Ginga-J , baseado em API do Java.
Ambos se comunicam através de um núcleo comum, o que permite a escolha do ambiente mais
apropriado (SCHLITTLER; COSTA, 2011).
Em 2020, foi publicada pelo governo brasileiro a Portaria Interministerial nº 40, determinando que, a
partir de 2021, os televisores com tela de cristal líquido deverão incorporar a capacidade de
executar aplicações com o middleware Ginga, tendo este sido instalado, pré-configurado e habilitado
de fábrica (BRASIL, 2020).
Com isto, os brasileiros poderão ter, nos receptores de TV fabricados a partir de 2021, o recurso de
interatividade com a TV digital, através de aplicativos criados para o padronizado perfil D do Ginga,
batizado como DTV Play . Para concretizar seu conhecimento, vamos colocá-lo em prática!
praticar
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praticar
Vamos Praticar
A TV digital interativa deve crescer no Brasil para os próximos anos, principalmente pela
publicação da Portaria Interministerial nº 40, que determina o embarque do middleware Ginga nos
receptores de TV. Isso possibilita que aplicações de interatividade possam enriquecer os aparelhos
de TV digital no país, permitindo o desenvolvimento de novas funcionalidades, fomentando
principalmente o entretenimento e o comércio eletrônico para os telespectadores.
Pesquise sobre aplicações de TV digital que podem ser utilizadas como serviços interativos para os
seus telespectadores e elabore uma proposta de aplicativo (descrevendo o escopo da
funcionalidade) que possa ser desenvolvida e embarcada em um receptor de TV, agregando valor
a este produto.
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Material
Complementar
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WEB
Recurso de interatividade promete revolucionar o
consumo na TV digital aberta
Ano: 2020
Comentário: A reportagem do Domingo Espetacular sobre o novo Ginga,
conhecido como DTV Play, retrata a inovação na TV digital para novos
recursos que possam, cada vez mais, aproximar os telespectadores na
interação com os canais de televisão, de forma gratuita.
Para conhecer mais sobre o filme, acesse o vídeo disponível a seguir.
ACESSAR
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https://www.youtube.com/watch?v=CSKVNJgm9BU
LIVRO
Comunicação Móvel Celular
Editora: Elsevier
Autor: F. Rodrigo P. Cavalcanti
ISBN: 978-85-352-8042-5
Comentário: Para um maior aprofundamento sobre as tecnologias do
sistema de telefonia celular, recomendo a leitura do capítulo 1 do livro
“Comunicação Móvel Celular”, que retrata as características das
padronizações das gerações de tecnologia celular, aspectos de negócios e
aspectos econômicos, bem como os principais desafios na evolução para o
5G.
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Conclusão
Prezado(a) estudante!
Neste material, pudemos analisar as redes de telefonia móvel através do contato com os principais
conceitos de sistemas de telefonia celular , dividida basicamente em redes de acesso (estações rádio
base) e redes de suporte (centrais de comutação e controle). Com um foco maior na arquitetura GSM,
observamos a evolução desta tecnologia em diferentes versões, como 1G , 2G , 3G e 4G .
Também tivemos a oportunidade de conhecer a tecnologia de televisão digital , suas principais
características e padrões, bem como o diferencial instituído com os serviços de interatividade ,
proporcionando uma nova experiência para seus usuários.
Espero que tenha aproveitado bem este conteúdo! Até breve!
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Referências
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