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Comunicações Móveis - I Conceitos, arquiteturas e tecnologias Thomás A. M. de Castro Universidade Estácio de Sá 2o semestre 2016 Sumário 1 Sumário 2 Bibliografia 3 Introdução Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos 4 Arquitetura do SMC Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff 5 AMPS e TDMA 6 GSM Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM 7 CDMA Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Bibliografia Comunicações sem fio: Princípios e práticas Rapparport, Theodore S. Pearson Prentice Hall - Segunda Edição GSM � Architecture, Protocols and Services Jörg Eberspächer, Hans-Jörg Vögel, Christian Bettstetter Third Edition - John Wiley Mobile Communication Systems Wesolowski, Krzysztof Third Edition - John Wiley Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos Introdução Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos Cronologia 1864: James Clerk Maxwell formulou a Teoria Eletromagnética da luz; 1887: Heinrich Hertz comprova a existência física das ondas de rádio; 1894: Oliver Lodge, demonstra as comunicações sem fio. Alcançou 150 metros; 1895 a 1901: Marconi desenvolveu um dispositivo para transmitir ondas de rádio a longas distâncias; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos Cronologia 1902: Primeiro enlace de rádio nos EUA (California e Catalina Island). Esse primeiro sistema de rádio era frequentemente denominado de telegrafia wireless, ou telegrafia sem fio; 1906: Fessenden realizou pela primeira vez uma transmissão em radiodifusão, transmitindo voz e música utilizando uma técnica da Modulação em Amplitude (AM); Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos Cronologia 1921: Em Detroit, o Dep. de Polícia de Detroit fez uso das comunicações sem fio; 1934: 194 forças policiais municipais e 58 estaduais utilizavam rádio AM para realizar comunicações móveis de voz; 1946: Surgem os primeiros sistemas públicos de telefonia móvel em cinco cidades americanas; 1947: Primeiros enlaces de micro-ondas conectando Boston e Nova York. Suportava 2400 conversações simultâneas entre as duas cidades; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos Cronologia 1958: Lançamento do satélite SCORE (Signal Communication by Orbital Relay Equipment); 1981: Inauguração na Escandinávia do primeiro sistema de telefonia celular (NMT- Nordic Mobile Telephone); 1983: Começa a operar o sistema americano (AMPS � Advanced Mobile Phone Service); 1988: Implementado na Europa o primeiro sistema de telefonia celular digital (GSM � Global System for Mobile Communications); Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos Década de 30 Equipamentos volumosos, pesados e grande consumo de energia; Uso de válvula Transmissores com alta potência para aumentar área de cobertura Utilização ineficiente do espectro de frequência; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos Década de 50 a 70 Primeiros equipamentos transportáveis; Limitados às aplicações militares; Redução de volume (surgimento dos transistores); Telefones sem fio e telefones celulares com a tecnologia de circuitos integrados em larga escala; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos Técnicas de Modulação - Analógica Iniciou com a Mod. em Amplitude com largura de canal de 6kHz, na banda HF e posteriormente VHF Passou para a Mod. em Frequência com largura de faixa do canal de 120kHz Atualmente utiliza FM com largura de faixa de frequência de 12kHz Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos Técnicas de Modulação - Digital Motivação: Explosão de serviços e necessidade de alívio da capacidade de tráfego; Solução: tecnologia mais eficiente no uso da largura de banda; Padrão PCM (64kbps) ocuparia 100kHz de banda no espectro em FM; Atualmente taxas chegam 16kbps (GSM) e 8kbps (TDMA) Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos Técnicas de Modulação - Digital Técnicas mais robustas contra interferências Maior flexibilidade para oferecer mais serviços Possibilidade de utilizar técnicas de múltiplo acesso tais como o TDMA e o CDMA Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos Métodos de acesso Simplex Half duplex Duplex Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos Métodos de acesso: SIMPLEX Sistema que utiliza apenas uma frequência; Somente a estação base era capaz de transmitir dados para as estações móveis; Estações móveis: Simples receptores; Exemplo de sistema em atividade: Radiodifusão; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos Métodos de acesso: Half Duplex Sistema que utiliza AINDA apenas uma frequência; Tanto a estação base quanto a estação móvel são capazes de transmitir e receber mensagens; Sistema Push to talk; Exemplo: Sistema radioamador; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos Métodos de acesso: Duplex Tanto a estação base quanto a unidade móvel operam com o sistema Full Duplex; Utilizado para transmitir sinais de forma independente; Envio do sinal em uma frequência e recepção em outra frequência diferente; Exemplo: Sistemas de telefonia celular; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos Evolução dos sistemas celulares Figura: Evolução dos sistemas celulares na Europa Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia IntroduçãoArquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos Evolução dos sistemas celulares Figura: Evolução dos sistemas celulares nas Américas Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos Evolução dos sistemas celulares Figura: Evolução dos sistemas celulares no Japão Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos Serviços de Comunic. Móvel Celular Serviço móvel especializado � Trunking; Sistema móvel celular � SMC; Serviço especial de radiochamada � Paging; Redes de dados sem fio � WLAN; Telefone sem fio � Cordless Telephone; Universal Mobile Telecommunications Services � UMTS; Future Public Land Mobile Telecommunications Systems � FPLMTS; Personal Communication Networks � PCN; Mobile Satellite Systems � MSS Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos ITU - International Telecommunications Union Fundado em 1932; Vinculado à ONU; Objetivos: Harmonizar a utilização do espectro de rádio frequência; Padronizar a oferta de serviços telefônicos no mundo; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos ITU - International Telecommunications Union Coordenado por um Conselho Administrativo e subdividido em três comitês: IRFB � International Frequency Registration Board; CCIR � International Radio Consultative Comittee; CCITT � International Telegraph and Telephone Consultative Comittee Regiões: Região 1: Europa, URSS, Ásia Menor e África; Região 2: Américas e Hawaii; Região 3: Oceania e restante da Ásia Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos Anatel � Agência Nacional de Telecomunicações Criação determinada pela Lei Geral das Telecomunicações Brasileiras Aprovada em 16/07/1977; Autarquia especial Administrativamente independente; Financeiramente autônoma; Não está subordinada a nenhum órgão do governo; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos Anatel � Agência Nacional de Telecomunicações Possui poderes de: Outorga; Regulamentação e; Fiscalização; O Fundo de Fiscalização das Telecomunicações (FISTEL) assegura a independência financeira; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos Anatel � Agência Nacional de Telecomunicações Deveres da Anatel (1/2): Implementar a política nacional de telecomunicações; Propor a instituição ou eliminação da prestação de modalidade de serviços no regime público; Propor o Plano Geral de Outorgas; Propor o Plano Geral de Metas para universalização dos serviços de telecomunicações; Administrar o espectro de radiofrequências e o uso das órbitas; Compor administrativamente conflitos de interesses entre prestadoras de serviços; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos Anatel � Agência Nacional de Telecomunicações Deveres da Anatel (2/2): Atuar na defesa e proteção dos direitos dos usuários; Atuar no controle, prevenção e repressão das infrações de ordem econômica; Estabelecer restrições, limitações ou condições a grupos empresariais para obtenção e transferência de concessões, permissões e autorizações a fim de garantir a competição e impedir a concentração econômica no mercado; Estabelecer a estrutura tarifária de cada modalidade de serviço; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Arquitetura do Sistema Móvel Celular Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Primeiros Sistemas Sistemas Rádio Móvel; Características: Uma única estação base; Antena em região elevada; Alta potência de transmissão; Grande área contendo todo o espectro de frequências; Tráfego oferecido limitado ao espectro de freq. disponível; Deveriam estar geograficamente separados: Evitar a interferência co-canal; Descontinuidade das chamadas em andamento Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Sistema de comunicação móvel celular Utiliza o reuso de um mesmo conjunto de canais para conseguir atender ao tráfego pelo uso de um grande número de Estações Rádio Base (ERB). Definições: Célula: a região iluminada por uma ERB e atendida por um grupo de canais Área celular: como aquela coberta pela potência mínima para comunicação adequada Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Sistema Rádio Móvel e Celular Figura: Modelo de um sistema de rádio móvel Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Sistema Rádio Móvel e Celular Figura: Modelo de um sistema celular Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Formato da célula O padrão escolhido para representação das células é o hexagonal: Devido as condições de relevo do ambiente de propagação temos áreas celulares disformes com contornos se sobrepondo; O formato Hexagonal é puramente teórico - Na prática as células não obedecem esse formato; A vantagem do padrão hexagonal: permitir o uso das propriedades de simetria deste polígono para estudo do padrão celular; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Formato de células Figura: Exemplo de um conjunto de células Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Reuso de frequência O reuso de frequênciaé feito dividindo-se todo o espectro disponível em grupos de frequências. Estes grupos são utilizados em células separadas entre si o suficiente para não haver interferência. As células que contêm o mesmo grupo de canais são denominadas cocélulas ou células co-canais. Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Reuso de frequência Padrão de Reuso de frequência: o número de células adjacentes que reagrupam todo o espectro original, ou seja, o número de grupos de frequência; Quanto menor o padrão de reuso: Maior o número de canais por grupo Mais canais por célula e Maior a quantidade de tráfego oferecido por cada célula. Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Reuso de frequência Para que seja a reutilização de uma freqüência em outra área é necessário garantir que o sinal transmitido por uma ERB não interfira na área celular coberta por outra; A área de serviço é dividida em Clusters contendo todo espectro disponível; Como o espectro de frequência é limitado é necessário a utilização otimizada deste recurso; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Reuso de frequência Figura: Exemplo de um conjunto de Clusters Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Vantagens do reuso de freqüência O sistema celular permite: Cobrir toda a área; Utilizar transmissores de baixa potência; Continuidade das chamadas em curso através da técnica de Handoff; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Vantagens do reuso de freqüência O maior número de canais na mesma área: Oferece alta eficiência de tráfego; Baixa Probabilidade de Bloqueio (GOS); Pode-se fazer uso da hierarquia celular com células de diferentes tamanhos atendendo o tráfego flutuante ao longo do dia; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Condições do Reuso O reuso de frequências em um padrão hexagonal segue a três regras básicas: Cada célula possui 6 co-células equidistantes; O uso de frequências deve ser isotrópico; Um Cluster deve ser formado por um conjunto contínuo de células. Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Padrão de reuso - N Diz respeito ao número de células por cluster; Também define o número de canais por célula; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Padrão de reuso - N considere um sistema celular com um total de S canais duplex disponíveis para o uso; A cada célula é alocado um grupo de k canais (k < S); Os S canais são divididos entre N células em: grupos de canais únicos e distintos com o mesmo número de canais, Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Padrão de reuso - N O número total de canais rádio disponíveis pode ser expressado por: S = k .N onde: S é o número total de canais; k é o número de canais por célula; As N células que coletivamente utilizam o conjunto completo de frequências disponíveis formam o que é denominado Cluster Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Padrão de reuso - N Como os clusters são replicados M vezes, então: C = M .k .N = M .S onde, C é a medida da capacidade do sistema. Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Reuso de frequência Um elevado tamanho do cluster: a relação entre a distância entre células co-canais e o raio da célula é grande; Um pequeno tamanho do cluster: células co-canais estão localizadas muito próximas; O valor para N é função da quantidade de interferência que um TM ou ERB pode tolerar e ainda manter um grau aceitável de qualidade na comunicação; Do ponto de vista de projeto, é desejável o menor valor possível para N: maximizar uma área de cobertura Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Fator de Reuso de Freqüências O Fator de Reuso de Freqüências de um sistema celular é dado por 1/N: a cada célula em um cluster é alocado apenas 1/N do número total de canais disponíveis no sistema. A utilização do padrão hexagonal para representar o formato da célula permite que o uso das propriedades de simetria deste polígono para estudo do padrão celular. Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Plano de coordenadas de células Figura: Sistema de coordenadas de células Raio unitário = Dist. Unitária = 2 √ 3R Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Reuso de Frequência Tomemos um sistema de coordenadas onde os eixos formam um ângulo de 60 o entre si; A unidade ao longo dos eixos igual a √ 3R , sendo R o raio maior de um hexágono; Seja a posição de uma célula é dada por um conjunto de coordenadas (un, vm). Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Reuso de Frequência A distância entre duas células nas posições (u 1 , v 1 ) e (u 2 , v 2 ), ou seja, a distância de reuso d é dada por: d2 = i2 + j2 + ij (1) onde: i = u 1 − u 2 j = v 1 − v 2 i e j ∈ N Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de FrequênciaAlocação de Canal Estratégias de Handoff Reuso de frequência Seja: A 6 a área de uma célula hexagonal; Ac a área de um cluster; Temos que: A 6 = 3. √ 3 2 .R2 Ac = √ 3 2 .D2 Onde: R = raio maior da célula D = Distância entre os centros dos clusters vizinhos e é igual à distância de reuso Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Reuso de Frequência Figura: Tamanho da célula e tamanho do cluster Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Reuso de frequência Como: A 6 = 3. √ 3 2 .R2 Ac = √ 3 2 .D2 O número de células que cabem dentro de um cluster é: N = Ac A 6 = ( 1√ 3 . D R ) 2 Como a distância unitária é √ 3.R Temos que: D Dist. Unitária = d = √ 1 2 + 1.j + j2 Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Reuso de frequência Sabendo que: D Dist. Unitária = d = √ 1 2 + 1.j + j2 Podemos dizer que: d = 12 + 1.j + j2 Sendo que i e j podem assumir valores inteiros. Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Reuso de Frequência Exemplo de tamanhos de cluster para valores variados de i e j Figura: Tamanhos possíveis de clusters Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Análise do tamanho do cluster Pela equação: C = M .K .N = M .S a capacidade de um sist. cel. é diretamente proporcional ao número M de vezes que um cluster é replicado em uma área de serviço fixa. O fator N é chamado tamanho do cluster e é tipicamente igual a 4, 7 ou 12. Se o tamanho N do cluster é reduzido, enquanto o tamanho da célula é mantido constante, mais clusters serão necessários para cobrir uma dada área, aumentando M e por consequência aumentando a capacidade de usuários do sistema; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Análise do tamanho do cluster Cluster maior indica que a razão entre a distância entre células co-canais e o raio da célula é grande; menor indica co-células são localizadas mais próximas; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Análise do tamanho do cluster N: é uma função de quanta interferência uma estação pode tolerar; O fator de reuso de um sist. cel. é dado por 1/N pois a cada célula dentro do cluster é atribuído somente 1/N dos canais disponíveis no sistema; É desejável o menor valor possível de N para maximizar a capacidade do sistema sobre uma dada área de cobertura; Menor N = Maior fator de reuso Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Fator de reuso co-canal - Q Definido pela relação D/R N = ( 1√ 3 . D R ) 2 = D2 3.R Q = D R = √ 3.R2.N R = √ 3.N Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Fator de reuso co-canal - Q Figura: Relação de D/R em função de N Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Padrão de Reuso Figura: N = 1 Figura: N = 3 Figura: N = 4 Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Padrão de Reuso Figura: N = 7 Figura: N = 12 Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Exercício Um total de 33MHz de largura de banda é alocado para um sistema de telefonia celular, que utiliza dois canais simplex de 25 kHz para prover o serviço de voz e controle full-duplex. Determine o número de canais disponível por célula se o sistema usa: Reuso de 4 células; Reuso de 7 células; Reuso de 12 células Se 1MHz do espectro for dedicado a canais de controle, determine uma distribuição de canais de controle e de voz em cada célula para cada um dos 3 sistemas Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Exercício - Solução Largura de banda total = 33MHz Largura de banda do canal = 2 x 25kHz = 50kHz Número total de canais: 33MHz/50kHz = 660 canais Para N = 4 O n o de canais por célula será: 660/4 = 165 canais Para N = 7 O n o de canais por célula será: 660/7 = 94,3 canais Como não existem 0,3 canais, temos 5 células com 94 canais e 2 células com 95 canais Para N = 12 O n o de canais por célula será: 660/12 = 55 canais Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Análise do tamanho do cluster Estratégias para alocação de canal: Eficiência do espectro Esquema eficiente para o reuso de freq. Estratégias: Fixas Dinâmicas Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Alocação Fixa de canais A cada célula é alocado um conjunto pré determinado de canais de voz; Qualquer tentativa de chamada dentro da célula pode somente ser atendida através de canais desocupados naquela célula; Se todos o canais da célula estiverem ocupados a chamada é bloqueada e o usuário não tem acesso ao serviço; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Alocação Fixa de canais Variações � por exemplo: Estratégia de empréstimo É permitido a uma célula emprestar canais de uma célula vizinha;A Central de Comutação e Controle (CCC) supervisiona o processo de empréstimo e assegura que ele não interfira em nenhuma das chamadas em andamento na célula fornecedora. Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Alocação Dinâmica de canais Canais de voz não são alocados a diferentes células permanentemente; A cada instante que uma chamada é efetuada, a estação rádio base servidora requisita um canal da CCC. A central então aloca um canal à célula requisitante seguindo um algoritmo que leva em conta: uma probabilidade de bloqueio futura dentro da célula; a frequência de utilização do canal candidato,; a distância de reuso do canal; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Alocação Dinâmica de canais Reduz a probabilidade de bloqueio; Aumenta a capacidade de tráfego do sistema � os canais disponíveis em uma área de serviço estão acessíveis a todas as células; Aumenta o processamento da CCC = Exige que a CCC monitore em tempo real: Dados de ocupação dos canais: Distribuição do tráfego; Indicações de intensidade do sinal de rádio em todos os canais; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Estratégias de Handoff Quando um terminal móvel se movimenta através de células diferentes enquanto uma conversação está sendo realizada, a CCC automaticamente transfere a chamada para um novo canal pertencente à nova estação rádio base; O processo de handoff envolve: A identificação da nova estação rádio base; Requer que os sinais de voz e controle sejam associados à nova estação rádio base; É uma tarefa importante em qualquer sistema celular; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Estratégias de Handoff Muitas estratégias priorizam as requisições de handoff sobre as requisições de inicialização de chamada; Handoffs devem ser executados: Com sucesso; Com a menor freqüência possível; Ser imperceptíveis aos usuários; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Estratégias de Handoff Para atender a estes requisitos, sistemas devem especificar um nível ótimo de sinal a partir do qual se inicia o processo de handoff; Uma vez especificado um nível de sinal suficiente a uma qualidade de voz aceitável na estação rádio base (normalmente entre �90dBm e �100dBm), o limiar no qual o handoff é executado é definido como um valor ligeiramente superior a esse nível; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Estratégias de Handoff A diferença não pode ser nem muito grande e nem muito pequena: Se for muito grande, handoffs desnecessários podem ocorrer; Se a diferença for muito pequena, pode não haver tempo suficiente para que o processo se complete antes que a chamada seja perdida por causa de uma baixa intensidade do sinal; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Estratégias de Handoff Figura: Modelos de Handoff Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Estratégias de Handoff O processo de Handoff não deve se inicializar por uma simples queda na intensidade do sinal por um desvanecimento momentâneo: Estação Rádio Base monitora o nível do sinal por um certo período antes que o handoff se inicie; Esse tipo de procedimento deve ser otimizado para que sejam evitados handoffs desnecessários e ainda para que aqueles necessários sejam completados antes que a chamada se perca devido a um nível de sinal inadequado; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Estratégias de Handoff O intervalo de tempo suficiente para que se decida se o processo de handoff é necessário depende da velocidade do móvel; A informação sobre a velocidade do móvel, pode ser estimada através de medidas estatísticas do sinal recebido pela estação rádio base no que se refere ao desvanecimento de curta duração causado pelos multipercursos; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Estratégias de Handoff - 1 a Geração Nos sistemas de primeira geração: As medidas de intensidade do sinal são feitas pelas ERB e supervisionadas pela CCC; Cada ERB monitora o sinal em todos os canais reversos de voz para determinar a posição do usuário móvel em relação à torre da Estação Rádio Base; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Estratégias de Handoff - 1 a Geração Além dessa medida, um receptor à parte em cada ERB, denominado receptor localizador, é utilizado para monitorar a intensidade do sinal dos usuários móveis que estiverem em células vizinhas; O receptor localizador é controlado pela CCC à qual a informação de intensidade do sinal é enviada com o objetivo de se decidir se um processo de handoff será ou não necessário; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Estratégias de Handoff - 2 a Geração Nos sistemas digitais de segunda geração com tecnologia TDMA: As decisões de handoff são assistidas pelos terminais móveis - Handoff Assistido pelo Móvel (HAM ou MAHO); Cada Term. Usuário mede a potência recebida pelas ERBs vizinhas e continuamente reporta essas medias à ERB servidora; O processo é iniciado quando a pot. recebida da ERB vizinha começa a exceder a pot. recebida pela ERB servidora de um certo valor e por um determinado intervalo de tempo; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Estratégias de Handoff - 2 a Geração Permite uma maior velocidade no processo de handoff, pois a intensidade do sinal é monitorada pelo terminalmóvel e a CCC não mais precisa monitorá-la constantemente. O MAHO é particularmente interessante em ambientes de pequenas células (microcélulas) onde os handoffs são mais freqüentes. Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Estratégias de Handoff - Considerações práticas Problemas surgem quando da tentativa de atender a várias velocidades dos terminais móveis: - Veículos em alta velocidade podem passar pela área de cobertura de uma célula em poucos segundos, enquanto usuários pedestres podem nunca necessitar de um handoff durante uma chamada Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Estratégias de Handoff - Considerações práticas Nos novos sistemas celulares: Habilidade de tomar decisões do handoff baseado em várias medidas e informações; Além da simples medida da intensidade do sinal; O nível de Interferência Co-canal e de Canal Adjacente; Estatísticas sobre a intensidade do sinal para que, com o uso de algoritmos adequados, se possa determinar o momento mais adequado para o handoff; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff Estratégias de Handoff - Handoff no CDMA � IS-95 � Spread Spetrum O CDMA não canaliza o espectro e nem aloca diferentes canais durante o processo de handoff (Hard Handoff); Ele compartilha um mesmo canal em todas as células; Assim, o termo handoff não mais significa a alocação física de um outro canal e sim que uma nova Estação Rádio Base passa a gerenciar o processo de comunicação; Através da avaliação simultânea do sinal recebido de um usuário em várias ERBs, a CCC pode decidir qual porção do sinal é a mais adequada; Esta habilidade de selecionar um dos sinais recebidos de diferentes Estações Rádio Base é chamada de Soft Handoff; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Celular AMPS e Sistema Celular TDMA Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Topologia do sistema AMPS Figura: Topologia básica do sistema AMPS Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Topologia do sistema AMPS UM: Unidades móveis Correspondem aos usuários propriamente ditos. Podem ser telefones móveis, veiculares, transportáveis ou portáteis; ERB: Estação Rádio Base Localizadas no centro de cada célula; Onde estão os equipamentos Tx/Rx e controle Comandada pela CCC; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Topologia do sistema AMPS CCC: Central de Comutação e controle Responsável pelo estabelecimento das interconexões das UMs com a rede pública e entre UMs; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA O sistema AMPS As Ums comunicam-se com a sua ERB através de canais próprios; Utilizam modulação FM convencional; Faixas adotadas no Brasil: 824 a 849MHz = sentido UM para ERB e 869 a 894MHz = sentido ERB para UM; Cada ERB opera um canal de controle para as UM. Através deste canal que estabelecem-se as ligações, pela atribuição de um par de freq. disponíveis naquele momento; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA O sistema AMPS Após a troca de sinalização, via canal de rádio controle com modulação BFSK a 10kbps, é atribuído um par de freq. entre a ERB e a UM através do qual será realizada a conversação; Dentro de cada célula este canal será utilizado por apenas uma UM de cada vez; Este par é dinâmico. Quando a UM se aproxima dos limites de uma célula o nível de sinal cai. É estabelecido o processo de Handoff e a chamada é transferida para outro par de freq. da outra célula; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA O sistema AMPS A capacidade do sistema pode ser aumentada por: Aumento da banda � Extremamente difícil; Subdivisão celular � Implica em rearranjar os clusters; Setorização � Oferece menor impacto Substituição de antenas omnidirecionais por antenas com diretividade; Divisão dos canais da célula entre os setores; Normalmente 3 ou 6 setores; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA O sistema TDMA IS-136 D-AMPS: Digital Advanced Mobile Phone System Figura: Estrutura de quadro do sistema TDMA Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA O sistema TDMA G: Guard Time � Intervalo de tempo em que não há transmissão; R: Ramp Up � Intervalo de tempo reservado para que o transmissor possa alcançar sua potência máxima; DATA: Dados de informação de voz; SY: Sincronismo e treinamento do equalizador; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA O sistema TDMA SACCH: Slow Associated Control Channel; DVCC: Digital Verification Color Code � função idêntica ao tom de áudio de supervisão; RSVD � Reserved � Reservado para uso futuro Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA O sistema TDMA A faixa de freq é a mesma do sistema AMPS; Canais separados em 30kHz; Cada frame TDMA tem uma duração de 40 ms e acomoda 6 slots para transmissão, em surtos de 6,67ms; Em cada slot são transmitidos 324x6bits / 40ms = 48,6kbps; A eficiência da modulação é dada por: 48,6kbps / 30kHz = 1,62 bits/Hz Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA O sistema TDMA A cada portadora associam-se 3 usuários, com uma taxa equivalente de 16,2 kbps/usuário; O codificador utilizado é o VSELP (Vector Sum Excited Linear Prediction), à taxa de transmissão bruta de 13,0kbps; No codificador a cada 20ms geram-se: 159bits = 88 + 43 + 28 A taxa é de 159bits / 20ms = 7,95kbps Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA O sistema TDMA Como os 159 bits são processados antes do envio a quantidade a ser enviada é: 82 bits (77 bits + 7 paridade + 5 tail) x 2 = 178 (código convolucional) Resultando que a cada 20ms tem-se 260bits A taxa de transmissão, com código corretor incorporado é de: 260 bits / 20ms = 13,0kbps Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA O sistema TDMA Modulação adotada é a PI/4 � DQPSK; A potência da UM é de 0,6 a 4W; O código DVCC: 12 bits efetivos, sendo 8 de informação;Existem então 256 códigos distintos; A cada ERB é dedicado um código para evitar que a UM possa se sincronizar com um sinal interferente de uma célula distante; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA O sistema TDMA Os 28 bits de sincronismo (SY): Contém um padrão conhecido; São utilizados para estabelecer o sincronismo e como treinamento do equalizador; Estão especificados seis padrões distintos, um para cada slot no frame de 40ms Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Considerações No sistema AMPS e TDMA cada célula contém canais de tráfego e canais de controle; Canais de tráfego: Utilizados para transporte das voz do usuário (analógica) no AMPS e (digital) no TDMA; Canais de controle: Utilizados para transporte das informações de necessárias para o funcionamento do sistema móvel e interação entre o móvel e a ERB/CCC; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Considerações O dimensionamento da quantidade de canais envolve a distribuição apropriada de canais de voz e controle pelas células e cluster; Na prática a relação entre a quantidade de canais é de 90 a 95 Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Sistema Celular GSM Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Introdução GSM surgiu na Europa com a proposta de substituição dos sistemas existentes; Altamente padronizado; Favorecer a interoperabilidade; Implantado inicialmente na faixa de 900MHz; Largura de banda de canal igual à dos sistemas existentes; Atualmente é considerado um padrão mundial; Disponibiliza para os usuários avançados recursos de rede; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Caracterísitcas Comunicação Comunicação móvel, sem fios. Suporte para serviços de voz e dados que são codificados digitalmente; Os dados e a voz são transportados pelos canais de tráfego; Mobilidade Total Acesso internacional, possibilidade de utilização de diferentes pontos de acesso devido à utilização do cartão inteligente; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Caracterísitcas Conectividade Global Um número. Redes sabem encaminhar chamada até destino. Alta Capacidade Melhor eficiência de frequências. Pequenas células. Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Caracterísitcas Alta qualidade de transmissão Grande qualidade áudio e confiabilidade da ligação sem fios. Sistema robusto. Funções de segurança Controle de acesso, autenticação e PIN Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Desvantagens Ausência de cifra end-to-end nos dados de utilizador; Não se consegue obter uma largura de banda de 64 kbps compatível com serviços ISDN. Não existe um canal B transparente; Radiação electromagnética; Possibilidade de utilização abusiva de alguns dados privados; Excesso de normalização; Algumas incompatibilidades entre normas sucessivas; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Serviços O GSM oferece Vários tipos de ligações: Ligações de voz; Ligações de dados; Serviço de mensagens curtas; Opções de multi-serviço (conbinação de serviços básicos); Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Serviços Três domínios de serviços: Serviços de Suporte; Serviços Telemáticos; Serviços Suplementares; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Serviços de suporte Serviços de telecomunicações que disponibilizam ao utilizador a capacidade de transferir dados entre pontos de acesso; Serviços especificados até à interface com o terminal (camadas 1 a 3 do modelo OSI); Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Serviços de suporte Diferentes ritmos de transmissão para voz e dados (norma original): Serviço de dados (comutação de serviços) síncrono: 2.4, 4.8 or 9.6 kbit/s assíncrono: 300 - 1200 bit/s Serviço de dados (comutação de pacotes) síncrono: 2.4, 4.8 or 9.6 kbit/s assíncrono: 300 - 9600 bit/s Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Tele-serviços Serviços de telecomunicações que disponibilizam as capacidades necessárias, incluindo funções no terminal, que permitam a comunicação entre utilizadores; Serviços oferecidos: Telefonia móvel: O principal objetivo do GSM; Número de emergência; Multinumeração: Vários números ISDN para o mesmo assinante; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Tele-serviços Serviços Adicionais Tele-serviços além da voz; Correio de voz (voice mail); Correio eletrônico; SMS; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Serviços Suplementares Serviços Adicionais Serviços adicionais, que não poderão ser oferecidos separadamente dos serviços básicos; Semelhantes aos serviços ISDN, tendo no entanto uma largura de banda reduzida; Poderão diferir entre operadores, países e versões de protocolos; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Serviços Suplementares Serviços mais importantes: Envio da Identificação do chamador; Supressão do envio de identificação; Conferência até 7 participantes; Chamada em espera; Reencaminhamento de chamadas; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Arquitetura do sistema GSM Figura: Arquiteturado sistema GSM Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Componentes da Arquitetura GSM MS (Mobile Station); BTS (Base Tranceiver Station); BSC (Base Station Controller); MSC (Mobile services Switching Center); HLR (Home Location Register); VLR (Visitor Location Register; EIR (Equipment Identity Register); AuC (Authentication Centre); OMC (Operation and Maintenance Centre); Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Componentes da Arquitetura GSM O sistema GSM é dividido em três sub-sistemas: BSS (Base station subsystem); SS (Switching Subsystem); OSS (Operation Subsystem); Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Sub-sistema BSS Figura: Desenho dos componentes do Sub-sistema BSS Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Sub-sistema BSS - MS Terminal para utilização dos serviços GSM Uma estação móvel integra vários módulos funcionais: MT (Mobile Terminal); TA (Terminal Adapter); TE (Terminal Equipment); SIM (Subscriber Identity Module); Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Sub-sistema BSS - MS Figura: Blocos funcionais do MS Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Sub-sistema BSS - MS MT (Mobile Terminal): Funções comuns utilizadas por todos os serviços que a MS disponibiliza; Corresponde ao NT (Network termination) de um acesso ISDN; Ponto terminal da interface rádio UM; TA (Terminal Adapter): Adaptação de terminal, oculta todos os aspectos relativos à ligação rádio; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Sub-sistema BSS - MS TE (Terminal Equipment): Dispositivo periférico ao MS, que disponibiliza serviços ao utilizador; Não contém funções específicas GSM; SIM (Subscriber Identity Module): Personalização do terminal, armazena parâmetros de rede e de utilizador. Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Sub-sistema BSS Componentes: Estações Base (BTS) Controlador de Estações Base (BSC) Interfaces: Um : interface rádio Abis : Normalizada, interface aberta com canais 16kbit/s A: normalizada, interface aberta com canais 64 kbps Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Sub-sistema BSS A funcionalidade do BSS está distribuída entre o BSC e as BTS's: Figura: Funcionalidades da BSC e BTS Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Sub-sistema BSS A configuração do sistema de estações base dependerá das características geográficas e de tráfego das áreas. Figura: Configurações das BTS/BSC Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Sub-sistema BSS - Funcionalidades BTS Funções de recursos comuns: Difusão de informação Paging Acesso aleatório Funções dedicadas Ativação/desativação de canal rádio Inicio de encriptação Detecção de handoff Funções de multiplexagem e codificação Multiplexação na ligação rádio Codificação de canal, interleaving e equalização Encriptação e desencriptação Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Sub-sistema BSS - Funcionalidades BTS Funções de controle de recursos rádio Medidas de qualidade Medidas de alinhamento temporal Controle de potência Transmissão e recepção Detecção de falha na ligação Funções de canal terrestre Codificação de voz Controle na banda de TRAU remotas Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Sub-sistema BSS - Funcionalidades BSC Gestão de Equipamento e configurações Administração dos dados descritivos e de configuração das células; Administração dos dados dos sistema de difusão de informação; Administração dos dados de localização; Medidas de Tráfego; Estabelecimento de chamadas Pagging; Estabelecimento de uma ligação para sinalização; Atribuição de canal de tráfego; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM Sub-sistema BSS - Funcionalidades BSC Controle e manutenção de chamadas Controlo de potência na MS e BTS; Localização; Handoff; Frequency Hopping; Mensagens Curtas; Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Arquitetura do SMC AMPS e TDMA GSM CDMA Sistema Celular CDMA Thomás A. M. de Castro Comunicações Móveis - I Sumário Bibliografia Introdução Cronologia Evolução dos sistemas Serviços e Organismos Arquitetura do SMC Sistema Móvel Celular Reuso de Frequência Alocação de Canal Estratégias de Handoff AMPS e TDMA GSM Introdução Serviços do GSM Arquitetura do sistema GSM CDMA
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