EN2620_commov_aula06_padroes_1.0p3_simple_2T2013

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EN2620 
Comunicações Móveis 
Prof. Ivan R. S. Casella 
ivan.casella@ufabc.edu.br 
2T2013 
Padrões de 
Comunicação Móvel 
Sistemas Celulares 
Evolução 
dos 
Padrões 
 Em 1990, o Rio de Janeiro foi a primeira cidade brasileira 
a contar com telefonia móvel celular (AMPS) 
– Posteriormente, o sistema foi também implantado em Brasília, 
Campo Grande, Belo Horizonte, Goiânia e São Paulo (1993...) 
 Em 1993, a Telesp Celular lançou o primeiro sistema 
digital de telefonia celular (IS-54) 
 Em 1998, a Telebahia lançou o primeiro sistema CDMA 
(IS-95) 
 Em 2002, surgiu o primeiro sistema GSM (Oi e TIM) 
 Em 1997, foi inaugurada em Brasília a primeira operadora 
da banda B (concorrentes privadas ao monopólio estatal 
que existia até então): a Americel 
– A entrada de operadoras na banda B foi o pontapé inicial na 
abertura do mercado de telefonia móvel 
Evolução – Sistemas Celulares 
 Os primeiros sistemas celulares, chamados de 1G, 
empregavam modulação analógica nos canais de voz (FM) 
– Em 1979, foi apresentado no Japão o primeiro sistema celular 
denominado NTT (Nippon Telephone Telegraph) 
 
– Em 1981, foi desenvolvido o padrão NMT (Nordic Mobile 
Telephone) na Escandinávia (Ericsson) 
 
– Em 1983, foi desenvolvido o padrão AMPS (Advanced Mobile 
Phone System) nos USA (AT&T) 
 
– O padrão AMPS foi posteriormente implantando no Brasil 
 
Evolução – Sistemas Celulares 
 Em seguida vieram os sistemas digitais, denominados de 
2G, que utilizavam modulações digitais nos canais de voz 
– Em 1990 foi desenvolvido na Europa o padrão GSM (Global 
System for Mobility) e implantado em 1991 (Finlândia) 
 
– Em 1990, foi desenvolvido o padrão IS-54 nos USA 
 
– Em 1991, foi desenvolvido no Japão o padrão PDC (Personal 
Digital Cellular) 
 
– Em 1992, surgiu o padrão IS-95 nos USA que foi o primeiro padrão 
celular a adotar a técnica CDMA baseada em Spread Spectrum 
 
– Em 1994, foi apresentado o padrão IS-136 nos USA que é uma 
evolução do IS-54 
Evolução – Sistemas Celulares 
Padrões IS-54, IS-95, IS-136 e GSM 
implantados posteriormente no Brasil 
 Sistemas de 1a Geração 
– Motivação 
• Resultado do crescendo interesse pela comunicação móvel 
 
– Principais Características 
• Implantação do Conceito Celular (padrão de reuso de freqüência) 
• Sistemas Analógicos 
• Tráfego de Voz 
• Capacidade para “Hand-Off” 
 
– Exemplos 
• AMPS, NMT, TACS, etc 
 
Evolução – Sistemas Celulares 
 Transição para Sistemas de 2a Geração 
– Motivação 
• Aumento de Tráfego, necessidade de sigilo, maior robustez do canal 
 
– Principais Características 
• Sistemas Digitais 
• Basicamente Tráfego de Voz 
• Codificação de Voz de Baixa Taxa, Codificação de Correção de Erro, 
Equalização, Criptografia, Diversidade etc 
 
– Exemplos 
• IS-95, IS-136, GSM, etc 
Evolução – Sistemas Celulares 
 Transição para Sistemas de 2.5a Geração 
– Motivação 
• Crescimento da demanda por serviços de dados (e.g. SMS, Internet) 
 
– Principais Características 
• Sistemas Digitais 
• Tráfego de Voz, SMS, Dados de Baixa e Média Taxa e Internet 
• Modulações de Alta Ordem, HARQ, Alocação de Recursos etc 
 
– Exemplos 
• 1XEVDO, GPRS, EDGE etc 
 
Evolução – Sistemas Celulares 
 Transição para Sistemas de 3a Geração 
– Motivação 
• Necessidade crescente de serviços tais como transmissão de dados 
de alta taxa, imagens e vídeo 
• Busca por um sistema de comunicação universal com cobertura 
global. Necessidade de uma padronização internacional (IMT -2000) 
– Diferentes cenários - Vários padrões de 2G 
• USA: 1 padrão de 1G (AMPS) para vários padrões de 2G 
• Europa: vários padrões de 1G para um padrão de 2G (GSM) 
 
– Principais Características 
• CDMA de Banda Larga (Padrão de Facto) 
• Modulações de Alta Ordem, HARQ, Alocação de Recursos etc 
• Tráfego de Voz, SMS, Dados de Alta Taxa e Internet 
• Integração entre Telecom e Redes (Redes IP) 
 
– Exemplos 
• WCDMA, UTRA, CDMA2000, UWC-136, etc 
Evolução – Sistemas Celulares 
 Transição para Sistemas de 4a Geração 
– Motivação 
• Vídeo HD, Alta capacidade, Transmissão de dados de alta taxa com 
alta mobilidade 
 
– Principais Características 
• Taxas de 100 Mbit/s e mobilidade de 100 km/h 
• Técnica de Múltiplo Acesso baseada em OFDMA 
• MIMO, HARQ, Alocação de Recursos etc 
 
– Exemplos 
• LTE (Long Term Evolution) 
Evolução – Sistemas Celulares 
 Exemplos de Sistemas Celulares 
 
Evolução – Sistemas Celulares 
 
Evolução – Sistemas Celulares 
Evolução – Sistemas Celulares 
 Evolução GSM 
Geração 2G 3G* 
Tecnologia GSM GPRS EDGE 
WCDMA 
(UMTS) 
HSPA 
(WCDMA) 
HSPA+ LTE 
Taxa de dados 
máx. teórica 
14,4 
Kbps 
171,2 
Kbps 
473.6 
Kbps 
2,0 
 Mbps 
14,4 
Mbps 
21/28/42 
Mbps 
 
Taxa de dados 
média 
- 
30-40 
Kbps 
100-130 
Kbps 
200-300 
Kbps 
- - - 
Canalização 0,2 MHz 0,2 MHz 0,2 MHz 5 MHz 5 MHz 5 MHz 5 MHz 
Evolução – Sistemas Celulares 
 Evolução CDMA 
Espectro Atual: 800 MHz e 1900 MHz 
Geração 2 G 2,5 G 3 G 
Tecnologia 
cdmaOne 
(IS-95-A) 
CDMA 
1X RTT 
CDMA 
1xEV-DO 
CDMA 
1xEV-DO Rev. A 
Taxa de dados 
máx. teórica 
14,4 Kbps 153,6 Kbps 2.4 Mbps 3.1 Mbps 
Taxa de dados 
média 
- 40-70 Kbps 400-700 Kbps - 
Canalização 1,25 MHz 1,25 MHz 1,25 MHz 1,25 MHz 
A Vivo estava em operação no Brasil com sistemas CDMA 1X RTT e implantou o 1xEV-DO em algumas cidades 
Hoje a tendência mostra a convergência para o 3GPP (IMT-DS ou WCDMA) 
Evolução – Sistemas Celulares 
 Data Rate 
Comparação de Técnicas 
de Múltiplo Acesso 
 
Técnicas de Multi-acesso 
Acesso múltiplo por 
divisão de freqüência 
Acesso múltiplo por 
divisão de tempo 
Acesso múltiplo por 
divisão de código 
Em um sistema de comunicação pessoal, a tecnologia de acesso torna 
possível ao receptor separar o sinal desejado dos sinais interferentes 
Freqüência 
Tempo 
Freqüência 
Tempo 
Freqüência 
Tempo 
FDMA FDMA/TDMA 
CDMA 
 FDMA 
Técnicas de Multi-acesso 
canal
guardatotal
W
WW
N


2
 
s
canal
T
W


1
 TDMA 
Técnicas de Multi-acesso 
canaiscanal
guardatotal
NW
WW
N


2  
s
canal
T
W


1
 TDMA 
Técnicas de Multi-acesso 
 CDMA 
Técnicas de Multi-acesso 
setores
ob
btotal N
NE
RW
N 













1
/
1







ob
btotal
NE
RW
N
/
1
 CDMA 
Técnicas de Multi-acesso 
 
 
1
1
U
:que modo De
1
:que se-Tem
1
 :potência mesma com chegam usuários os todosque doConsideran








ob
o
b
I
s
I
s
nI
s
o
b
NER
W
UP
P
R
W
N
E
UP
P
P
P
P
P
R
W
PP
P
R
W
N
E
Técnicas de Multi-acesso 
 Capacidade de Sistemas CDMA 
Onde, 
W / R : Ganho de processamento 
Eb/No : Relação entre energia de bit e DEP do ruído 
 : Fator de atividade da voz 
G : Ganho de antena 
reuso : Fração de reuso de freqüência (Fator de Carga) 
 Freuso = (1 +reuso) 
 Ereuso = 1/(1 +reuso) 
CDMA 
W: 1,2288MHz (W/R: 128) 
R: 9,6Kbps 
Eb/No: 7 dB (5,01X) 
 : 0,50 
G: 2,6 
reuso : 0,5 (0,33 - 0,42) 
N  88 canais / célula 
N  29 canais / setor 
AMPS 
W: 1,23MHz 
Reuso: 7 
N = (1,23M/30K)/7 = 41/7 
N  6 canais / célulaN  2 canais / setor 
Hand-Off (h= 0,75) 
N  66 canais / célula 
N  22 canais / setor 
Power Control (pc = 0,80) 
N  53 canais / célula 
N  17 canais / setor 
cph 
 reusoob
G
NER
W
U   1
11
/
1
 OFDMA 
– Nos sistemas OFDMA (não-coerente), os subcanais 
adjacentes podem se sobrepor de 1/Ts em 1/Ts 
– Nos sistemas FDMA, os canais adjacentes não podem 
se sobrepor e devem estar separados de pelo menos 
2/Ts em 2/Ts 
Técnicas de Multi-acesso 
 iX
sT
1
sT
1

f 
sT
1
 iX
sT
1
sT
1

f 
sT
2
OFDMA FDMA 
 OFDMA 
– A capacidade de sistemas OFDMA é um pouco mais 
complexa para ser estimada, pois existem diversas 
formas de implementação possíveis 
• Sistemas OFDMA apresentam sobreposição espectral 
• Sistemas OFDMA podem alocar canais no tempo e frequencia 
• Sistemas FDMA necessitam de formatação de pulso (  0) 
• Sistemas FDMA podem usar técnicas de alocação de recursos 
 
– No caso geral, pode-se considerar que a capacidade 
do sistema OFDMA (não-coerente) é dada por: 
Técnicas de Multi-acesso 











N
N
W
WW
N
canal
guardatotal
2
1
2
s
canal
T
W
1
 







2
2
canal
guardatotal
W
WW
N
N   
Principais Padrões 
Celulares 
Padrão 
AMPS 
 Padrão Advanced Mobile Phone System (AMPS) 
– O AMPS foi um dos primeiros sistemas celulares analógicos de 
primeira geração, voltados para a transmissão de voz 
 
– Foi desenvolvido pelo Bell Labs nos Estados Unidos (1979) e 
entrou em operação naquele país em 1983 tornando-se o sistema 
analógico dominante em escala mundial 
 
– Foi padronizado pela EIA-553 e serviu como base para os demais 
sistemas analógicos como o TACS no Reino Unido 
 
– Apresentava algumas estruturas e funcionalidades básicas como 
Handoff e Roaming 
 
AMPS 
 Principais Características do Padrão AMPS 
AMPS 
 Frequency Division Multiple Access (FDMA) 
AMPS 
Controle 
Controle Analógico 
Analógico 
Analógico 
Analógico 
Analógico Voz 
Voz 
Voz 
Banda 25MHz 
 Alocação do Espectro – Banda A e B (AMPS 30KHz 
Canal de Comunicação 
 Alocação do Espectro – Banda A e B (AMPS 30KHz) 
Canal de Comunicação 
 Alocação do Espectro – Banda A 
 
Canal de Comunicação 
Amarelo – Canais de Controle 
 Alocação do Espectro – Banda B 
 
Canal de Comunicação 
Amarelo – Canais de Controle 
Padrão 
GSM 
 Padrão Global System Mobile (GSM) 
GSM 
 Padrão Global System Mobile (GSM) 
– Foi desenvolvido pelo Group Speciale Mobile (GSM) tornando-se 
rapidamente o sistema digital de 2a Geração dominante no mundo 
 
– Posteriormente, a designação GSM se tornou abreviatura de 
Global Mobile System 
 
– O GSM é um sistema FDD que utiliza acesso múltiplo por divisão 
de frequência (FDMA) e de tempo (TDMA) 
GSM 
Acesso múltiplo por 
divisão de tempo 
Freqüência 
Tempo 
FDMA/TDMA 
http://www.teleco.com.br/tutoriais 
– A banda do Sistema é dividida em canais físicos fazendo: 
• Uso da técnica FDMA para obter N canais de RF com uma largura de 
200 kHz com banda de guarda de 200kHz 
 
• Uso da técnica TDMA para dividir cada canal de RF de 200MHz em 8 
intervalos de tempo (timeslots) 
 
• Cada um dos 8 intervalos é associado a um usuário do sistema 
GSM 
– Para a banda de 900MHz, os 25 MHz disponíveis são divididos 
em canais físicos fazendo: 
• Uso da técnica FDMA para obter 125 canais de RF com uma largura 
de 200 kHz 
– Para evitar interferência com outros sistemas, 1 desses canais é 
usado como banda de guarda (125 – 1 = 124) 
 
• Uso da técnica TDMA para dividir cada canal de RF de 200 kHz em 8 
intervalos de tempo (timeslots) 
 
– Cada um dos 8 intervalos de tempo é associado a um usuário do 
sistema 
GSM 
– A capacidade de transmissão no canal de RF de 200 kHz é de 
270.833 kbps (1.6MHz/6kbps) empregando a modulação 0.3 GMSK 
 
– Assim, cada usuário pode atingir uma taxa máxima de 33.8 kbps 
(considerando os overheads, 24.8 kbps) 
 
– Empregando um vocoder RPE-LTP (Regular Pulse Excitation - 
Long Term Prediction), cada usuário transmite voz digitalizada a 
uma taxa de 13 kbps (porém também está especificada um vocoder 
para taxa de 9,6 kbps) 
 
– Com o uso conjunto de codificação convolucional de 1/2 taxa com o 
vocoder de 13 kbps, o sinal de voz digitalizado se torna robusto a 
erros de transmissão (para o vocoder de 9.6 kbps é padronizado 
um codificador de 1/3 de taxa) 
GSM 
– A informação é transmitida em frames de 4.615 ms e dividida em 8 
intervalos de tempo (time slots) 
 
 
 
 
 
 
– Os canais de tráfego tem duas taxas de transmissão possíveis: 
• Full-Rate: permite 8 canais (Full-rate) para cada canal RF 
• Half-Rate: permite 16 canais (Half-rate) para cada canal RF 
 
 
GSM 
Período Composição 
Sinal GMSK (270.83 kbps) 4,615 ms 8 slots de tempo 
Slot de Tempo 576,9 us 156.25 bits 
Bit 3,692 us 
Full-rate Half-rate 
Voz 13 kbps (22,8 kbps bruta) 9,6 kbps (11,4 kbps) 
Dados 9,6 kbps, 4,8 kbps e 3,6 kbps (576,9 us) 4,8 kbps e 2,4 kbps 
Entretanto, a qualidade da conversação para Half-Rate é proibitiva 
 A cada 20 ms, o vocoder entrega 260 bits 
– 260 bits/20ms = 13 kbps 
 
 Esses 260 bits são divididos em 3 classes: 
– Classe Ia com 50 bits: bastante sensíveis a erros 
• 3-bit CRC para detecção de erros, protegidos por um código 
Convolutional (2,1,5) 
 
– Classe Ib com 132 bits: sensibilidade razoável a erros 
• protegidos por um código Convolutional (2,1,5) 
 
– Classe II com 78 bits: pouco afetados por erros 
• Sem proteção 
 
 Após a codificação de canal 
– 260 bits  456 bits 
GSM 
 Paridade e Codificação Convolucional 
– Voz Full-Rate 
 
 
 
 
 
 
 
 
– Dados a 9.6 kbps 
GSM 
456 bits / 20ms = 22,8 kbps 
 Estrutura de frame (Full Rate e Half Rate) 
– Trail (6 bits): sincronização TX/RX (absorção do transiente on-off) 
– Data (114 bits): dados ou informação de sinalização criptografados 
– Stealing Flag (2 bits): Informa se campo Data tem dados ou 
sinalização (controle) 
– Training Sequence (26 bits): sequência de treinamento (8 
sequências distintas). Cada célula usa uma única sequência para: 
– Sincronizar transmissão e recepção 
– Combater sinais cocanais indesejados 
– Em conjunto com equalizador, combater efeitos de multipercurso 
– Guard Time: evitar sobreposição das transmissões (8,25 bits!) 
 
GSM 
 Faixas de Operação – GSM 
GSM 
1800MHz 
1900MHz 
900MHz Single Band 
Dual Band 
Triple Band 
850MHz Quad Band 
 Faixa de Operação no Mundo – GSM 
GSM 
 Alocação do Espectro – GSM 
GSM 
Tipo Uplink (MHz) Downlink (MHz) Canais 
GSM 850 
(Americas) 
824-849 869-894 128-251 
GSM 900 
Classical 
Extended 
876-915 
890-915 
880-915 
921-960 
935-960 
925-960 
0-124, 955-1023 
124 channels 
+49 channels 
GSM 1800 1710-1785 1805-1880 512-885 
GSM 1900 
(Americas) 
1850-1910 1930-1990 512-810 
GSM-R (Rail) 
Exclusive 
876-915 
876-880 
921-960 
921-925 
955-1024, 0-124 
69 channels 
 Faixas de Operação do GSM 
 
 
 
 
 
 
 
– O sistema GSM 900 tem 124 canais de RF 
• Faixa Estendida 880-915 (UL) e 925-960 (DL) + 49 ch 
– 
– O sistema DCS 1800 tem 373 canais de RF 
GSM 
GSM 900 DCS 1800 PCS 1900 
Estação Móvel  ERB 890-915 1710-1785 1850-1910 
ERB  Estação Móvel 935-9601805-1880 1930-1990 
Espaçamento entre Freqüências 
de Transmissão e Recepção 
45 95 80 
 Alocação FDD do GSM 900 
GSM 
Não Usado Não Usado 
 Resumo das Principais Características 
GSM 
Transmissão e Recepção 
Padrão GSM 
 Estrutura de Quadro na Transmissão – GSM 
GSM 
Número Máximo de 
Chamadas Simultâneas 
(124 × 8) / N = 330 para N=3 
 Transmissão e Recepção – GSM 
GSM 
 Transmissão e Recepção – GSM 
– No GSM se utiliza a modulação GMSK 
 
– MSK (Minimum Shift Keying) 
• É um tipo especial de modulação FSK onde os bits são 
representados por deslocamentos na freqüência da portadora de RF 
 
• A taxa de bits do sinal modulante é quatro vezes o deslocamento da 
freqüência da portadora, permitindo minimizar o espectro modulado 
 
• No caso do GSM, a taxa de dados de 270.833 kbit/s foi escolhida 
para ser exatamente quatro vezes o deslocamento da freqüência de 
RF (+/- 67.708 KHz) 
 
GSM 
– GMSK 
• No GMSK, os pulsos retangulares são primeiramente formatados por 
um filtro Gaussiano com relação BT = 0.3 
 
• Este filtro é especificado pela banda B de 3 dB e pelo período de bit T 
do sinal de entrada 
 
• Como a taxa de dados é 270.833 kbps e T = 3.692 ms, a banda de 3 dB 
é B = 81.26 kHz 
 
• Assim, é possível garantir que 95% da energia do sinal modulado fica 
dentro da banda de 200 kHz 
 
• O sinal filtrado é, então, alimentado num modulador MSK para gerar o 
sinal GMSK 
GSM 
– Modulador GMSK 
GSM 
 Frequency Hopping 
– Sob condições normais, cada transmissão de dados pertencente 
a um dado canal lógico é transmitida num mesma canal físico de 
200 kHz 
 
– Entretanto, se a transmissão em uma dada célula sofre muita 
interferência ou as condições de propagação são muito ruins, a 
MSC pode definir essa célula como uma Hopping Cell 
• É utilizada a técnica de espalhamento espectral lento (SFH) para melhorar a 
qualidade das transmissões na célula 
GSM 
 Características da Unidade Móvel 
– Transmissão de voz e dados 
 
– Controle de potência 
 
– Monitoramento da potência e qualidade do sinal de células e 
setores vizinhos para auxiliar no Hand-off 
 
– Equalização de Canal (Viterbi Equalizer) 
 
– Sincronismo 
 
– SMS 
GSM 
 Controle de Potência 
– O objetivo é manter a mínima potência transmitida 
• Minimizar a interferência cocanal 
• Aumentar a economia de energia 
 
– A medida é feita pela BST 
– O controle é feito pela BSC 
GSM 
BSC MS 
 SIM (Subscriber Identity Module) 
– Cartão inteligente que identifica o assinante 
• Ao inserir o cartão SIM no terminal, o usuário pode ter 
acesso a todos os serviços subscritos 
• Sem o cartão, o terminal não é operacional 
 
 Personal Identification Number (PIN) 
– Número de identificação pessoal de quatro 
algarismos para proteger o acesso ao cartão de 
SIM 
GSM 
GSM 
 International Mobile Subscriber Identity (IMSI) 
– Identificação única do assinante na rede GSM 
• Armazenada no SIM card 
• Assim, o usuário pode ter acesso a seus serviços subscritos em 
qualquer terminal usando seu cartão de SIM 
 
– É composto pelas informações de país de origem, a rede móvel 
associada e o assinante 
 
 
 
 
MCC = 05 – Austrália 
MNC = 01 – Telecom Australia 
GSM 
 Mobile Service ISDN Number (MSISDN) 
– Representa o número de discagem associado ao assinante 
– É gravado no SIM card 
– Associação IMSI e MSISDN conhecida apenas pela operadora 
• Podem existir vários MSISDN associados a um SIM 
• Assinante pode ter vários MSISDN, um para cada serviço distinto 
– O MSISDN tem o seguinte formato: 
 
 
• Onde, CC = Country Code (código do país) 
 NDC = National Destination Code (código nacional) 
 SN = Subscriber Number (número de assinante) 
 
– Exemplo: 
MSISDN = CC + NDC + SN 
MSISDN = 55 + 11 + 9900 1122 
 International Mobile Equipment Identity (IMEI) 
– É o número de série associado ao hardware da MS 
– É registrado pela operadora e opcionalmente gravado na AUC 
(Central de Autenticação da rede) para validação 
– Composto por 14 dígitos mais check bit 
• TAC (Type Approval Code) 6 dígitos atribuídos pelo operador 
• FAC (Final Assembly Code) 6 dígitos atribuídos pelo fabricante 
• SNR( Serial Number) 6 dígitos atribuídos pelo fabricante 
• SP (Spare) 1 digito 
 
 
 
 
 
– Necessidade de concordância entre IMEI e IMSI válidos para 
efetuar uma chamada 
 
GSM 
 Equipment Identity Register (EIR) 
– Banco de dados que armazena todos os números IMEI 
registrados 
• O IMEI é o numero de série da MS gerado pelo fabricante 
• O IMEI é enviado à operadora assim que o aparelho é adquirido 
na loja 
• O IMEI é usado basicamente para a segurança contra furto 
– Assim, nenhum outro SIM card que não seja o original 
será aceito na operadora, fazendo com que o aparelho 
seja bloqueado 
 
GSM 
– Os ME são classificados pelo IMEI e agrupados em: 
• White List: contém os IMEI dos equipamentos genuínos 
• Black List: contém os IMEI dos equipamentos roubados 
• Gray List: contém os IMEI dos equipamentos com problemas 
 
 
GSM 
GSM 
 Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI) 
– Evita o envio do IMSI na interface aérea, a cada chamada é 
atribuído um TMSI para garantir o sigilo da troca de informações 
– Cada assinante possui um IMSI 
• Código do país da MS (MCC) 
• Código de rede (MNC) 
• Mobilie Subscriber Identification Number (MSIN) 
• Número único de PLMN de identificação do assinante 
 Modelo da Rede GSM 
GSM 
BSC usado para controlar hand-off e potência sem a necessidade 
da interferência da MSC (reduz carga de trabalho da MSC) 
 A rede GSM é composta por: 
– Estação Móvel (MS) 
– Sistema de Estações Base (BSS) 
– Estações Rádio Base (BST) 
– Controlador de Estações Base (BSC) 
– Central de Comutação e Controle (MSC) 
– Registro de Assinantes Locais (HLR) 
– Registro de Assinantes Visitantes (VLR) 
– Centro de Autenticação (AUC) 
– Registro de Identidade do Equipamento (EIR) 
– Centro de Operação e Manutenção (OMC) 
GSM 
GSM 
 Interfaces – GSM 
Aérea (Um) : MS – BTS 
- Canais de radiofreqüência 
Abis :BTS – BSC 
- Controla as BTSs 
A : BSC – MSC 
- Controla o BSS 
B : MSC – VLR 
- Informações sobre localização 
C : MSC – HLR 
- Roteamento de chamadas 
GSM 
 Interfaces – GSM 
– Foram padronizadas para permitir a interoperabilidade 
com outras redes, inclusive roaming internacional, e 
entre diferentes fabricantes 
 
– Aérea (Um) : MS – BTS 
• Canais de radiofreqüência 
– Abis :BTS – BSC 
• Controla as BTSs 
– A : BSC – MSC 
• Controla o BSS 
– B : MSC – VLR 
• Informações sobre localização 
GSM 
– C : MSC – HLR 
• Usado no roteamento de chamadas 
– D: HLR – VLR 
• Informações sobre localização 
– E: MSC – MSC 
• Roteamento de chamadas e handover 
– F: EIR – MSC 
• Habilitação das MS 
– G: VLR – VLR 
• Usado quando uma Ms sai da área do VLR 
– R: MS – DTE 
• Liga a MS a um terminal de dados, como PC 
GSM 
 Interface Abis 
– A interconexão entre BTS e BSC se dá através da 
interface padronizada Abis (a maioria das interfaces 
Abis são específicas do fabricante) 
– Esta interface suporta dois tipos de links: 
• Canais de tráfego a 64 kbps levando voz ou dados do usuário 
• Canais de sinalização BSC-BTS a 16 kbps 
– A camada física é baseada na G.703 
GSM 
 Interface A 
– Especifica a interface entre BSC e MSC 
– Padronizadas no GSM 
– A camada física opera em 2 Mbps (padrão CCITT) 
 
 Interfaces C,D, E, F, G 
– Foram padronizadas pelo protocolo MAP que utiliza os 
serviços de transação e transferência de mensagens do 
Sistema de Sinalização Número 7 (SS#7) 
 Canais Lógicos 
– No GSM os canais físicos podem desempenhar 
diferentes funções: 
• Transmissão de informação (voz ou dados) 
• Transmissão de sinais de controle 
– Dependendo do tipo de informação, são definidos 2 
canais lógicos básicos: 
• Canal de tráfego (TCH) 
• Canal de controle (CCH) 
 
GSM 
Padrão 
GPRS 
 General Packet Radio Service (GPRS) 
GPRS 
 General Packet Radio Service (GPRS) 
– Mais de 1 slot por usuário 
– Adiciona 2 novos elementos: SGSN e GGSN 
GPRS 
Service GPES Support Node (SGSN): Segurança, Mobilidade e Controle de Acesso 
Gateway GPRS Support Node (GGSN): Conexão a redes de pacotes externas 
Padrão 
EDGE 
 Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE) 
EDGE 
Melhorias na tecnologia 
GPRS 
Facilidades na interface 
Um 
Novas técnicas de 
codificação de canal 
Modulação 8-PSK 
 Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE) 
EDGE 
 Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE) 
EDGE 
Coding scheme Coding efficiency Modulation Data rate [kbps] 
MCS-9 1.0 8PSK 59.2 
MCS-8 0.92 8PSK 54.4 
MCS-7 0.76 8PSK 44.8 
MCS-6 0.49 8PSK 29.6 27.2 
MCS-5 0.37 8PSK 22.4 
MCS-4 1.0 GMSK 17.6 
MCS-3 0.85 GMSK 14.8 13.6 
MCS-2 0.66 GMSK 11.2 
MCS-1 0.53 GMSK 8.8 
Padrão 
IS-95 
 Padrão IS-95 
– Foi padronizado pela TIA (Telecommunications Industry 
Associations) dos USA como Interim Standard 95 (IS-95) 
 
– Utiliza a técnica DS/SS 
• DS/SS usado para combater Jamming é bastante adequado 
para comunicação através de canais dispersivos em aplicações 
celulares 
 
– Emprega acesso múltiplo por divisão de código (CDMA) 
IS-95 
 Padrão que emprega DS-SS 
IS-95 
Freq (MHz) 
S(dB) 
Bworiginal 
Data 
Source 
Canal 
C(t) Acos(wct) Acos(wct) 
() dt 
C(t) 
t = kT 
Bwspread 
 Padrão que usa DS/CDMA para Múltiplo Acesso 
IS-95 
 Descrição do Padrão IS-95 
– Ocupa uma banda de 1.25 MHz, tanto no link 
“Forward” como no link “Reverse” 
• Link “Forward” utiliza piloto para possibilitar o uso de 
detecção coerente na MS 
– Na verdade, emprega CDMA/FDMA (normalmente 9 a 
10 portadoras na banda de serviço) 
– Utiliza duplexação FDD (45MHz) 
– Projetado inicialmente para ser dual-band 
(800/1900MHz) e dual-mode (CDMA/AMPS) 
IS-95 
Apresentava Compatibilidade 
com o Padrão Analógico AMPS 
– Utiliza 3 tipos de Códigos de Espalhamento: 
IS-95 
Walsh 
Conjunto de 64 códigos ortogonais W0 a W63 
 
PN longo 
Conjunto de 4,398 x 1012 códigos diferentes ( 242 – 1), 
gerados por um registrador de deslocamento de 42 bits 
PN curto 
Conjunto de 32.767 códigos diferentes (215 – 1), 
gerados por um registrador de deslocamento de 15 bits 
– No Link Forward, tem-se que: 
• Os códigos de Walsh são usados para espalhamento espectral 
com uma taxa de transmissão de 1.2288 Mcps e para manter a 
ortogonalidade entre os canais lógicos 
 
• O código PN Curto (215 - 1 chips) é usado para espalhamento 
em quadratura com uma taxa de transmissão de 1.2288 Mcps e 
para identificar uma célula ominidirecional ou cada setor de 
uma célula setorizada através da fase do código 
 
• O código PN Longo (242 - 1 chips) é usado para 
embaralhamento dos dados dos usuários e apresenta uma taxa 
de 19.2 Kbps (não é usado para espalhamento) 
IS-95 
– No Link Reverse, tem-se que: 
• Os códigos de Walsh são usados para modulação ortogonal 
com detecção não coerente 
 
• O código PN Curto (215 - 1 chips) é usado para espalhamento 
em quadratura com uma taxa de transmissão de 1.2288 Mcps e 
para identificar uma célula ominidirecional ou cada setor de 
uma célula setorizada através da fase do código 
 
• O código PN Longo (242 - 1 chips) é usado para espalhamento 
espectral com uma taxa de transmissão de 1.2288 Mcps e é 
associada às unidades móveis para prover a separação entre 
elas no canal físico 
– 41 dias para repetir 
IS-95 
 Link Forward e Reverse 
IS-95 
 Canais Lógicos do IS-95 
IS-95 
Enlace Direto 
Pilot 
Channel 
Sync 
Channel Traffic 
Channel 
Enlace reverso 
Traffic 
Channel 
Paging 
Channel 
Access 
Channel 
Usados pela MS para 
iniciar o estabelecimento 
de uma chamada ou 
responder a solicitação 
de busca (Paging) 
Transporta as 
informações de 
voz e dados dos 
usuários 
Sincronismo entre BS e 
MS.Transporta SID, NID, 
Short PN Code, System 
time, Long PN Code State 
e Paging Channel Data 
Rate 
Estabelece 
comunicação com a 
BS para alocação de 
um canal 
Transporta msg com 
parâmetros do sistema 
e gerenciamento 
Transporta informações 
de voz e dados dos 
usuários 
Canais lógicos IS-95 
Link 
Direto 
 Link Direto (Forward) 
– A taxa de dados máxima de 9.6 Kbps 
 
– A taxa do sinal espalhado (chip rate) é de 1.2288 Mcps 
• Deste modo, Gpmin é de 1.2288/9.6 =128 
 
– Antes da transmissão, os dados são agrupados em 
quadros de 20ms, codificados por um código 
convolucional de taxa 1/2, entrelaçados temporalmente 
e espalhados utilizando a técnica de seqüência direta 
 
IS-95 
– Cada portadora de RF possui 64 canais lógicos 
correspondentes aos 64 códigos de Walsh 
• Os dados de cada usuário são primeiramente embaralhados 
pela SMC de comprimento 242 
 
• Em seguida, são espalhados por uma sequência de Walsh com 
taxa de chip é 1.2288 Mcps e ocupa uma banda de 1.25 MHz 
(banda de guarda) 
 
• Por fim, são espalhados por uma SMC de comprimento 215 que 
apresenta um deslocamento inicial de acordo com a BS 
– Cada BS apresenta um deslocamento único da SMC de 215 , por 
isso é necessário o emprego de GPS 
IS-95 
– O controle de Potência e o fator de ativação da voz são 
usados para minimizar a MAI 
– A informação de controle de potência é multiplexada, a 
uma taxa de 800 Hz, com a informação do usuário 
transmitida 
– O nível de potência depende da taxa de dados 
– A MS processa o canal de piloto para encontrar as 
componentes de multipercurso do sinal recebido com 
maior potência (Rake), permitindo estimar de forma 
precisa as amplitudes, atrasos e fases dos sinais 
IS-95 
Canal Forward 
 
Forward Channel 
Canal de 1,23MHz 
Pilot 
Ch. 
(W0) 
Sync 
Ch. 
(W32) 
Paging 
Ch.1 
(W1) 
Paging 
Ch.7 
(W7) 
Traffic 
Ch.1 
(W8) 
Traffic 
Ch.24 
(W31) 
Traffic 
Ch.55 
(W63) 
Traffic 
Ch.25 
(W33) 
Dados 
Sub-canal 
Power Ctl Selecionados 
pelo Walsh Code 
 
Introdução à Comunicação 
IS-95 
9,6 kbps 
4,8 kbps 
2,4 kbps 
1,2 kbps 
Q 
I 
19,2 
kbps 
Cod. Convol. 
(R=1/2 - K=9) 
Block 
Interleaver 
Long Code Decim. 
Power
Ctl Bit 
M
u
x
 
Filtro 
Banda-Base 
Filtro 
Banda-Base Symbol 
Repetition 
Decim. 
19,2 
kcps 
800Hz 
1,2288 
Mcps 
Wash
Code 
I-PN 
Code 
Q-PN 
Code 
1,2288 
Mcps 
Scrambling 
Symbol 
Cover 
Spread 
 Link Direto 
•Matriz 24 X 16 
•384 símbolos 
•Atraso de 20ms (384/19,2Kb/s) 
•Escreve coluna à coluna 
•lê linha à linha de maneira não convencional de 
acordo com as especificações da IS-95 
•Polinômio Gerador Go  753 (octal) 
•Polinômio Gerador G1  561 (octal) 
Wash
Code 
Wash
Code 
4,8 kbps 
Cod. Convol. 
(R=1/2 - K=9) 
Block 
Interleaver 
Symbol 
Repetition 
2,4 kbps 
1,2 kbps 
19,2 kbps 
Cod. Convol.(R=1/2 - K=9) 
Block 
Interleaver 
Long Code Decim. 
Symbol 
Repetition 
19,2 kcps 
1,2288 Mcps 
Wash
Code 
9,6 kbps 
4,8 kbps 
Pilot Channel 
Sync Channel 
Paging Channel 
 Link Direto 
– Canal Piloto (Pilot) 
• 1 canal empregando código 0 sem sinal apenas com 
espalhamento para referência de todas as MSs 
 
– Canal de Sincronização (Sync) 
• 1 canal empregando código 32 para fornecer informações do 
sistema e sinais de controle 
• Opera a taxa fixa de 1.2 Kbps com codificação convolucional 
de 1/2 taxa (2.4 Kbps), repetição (4.8 Kbps) e entrelaçamento 
 
– Canais de Paging 
• Canais de Paging para alocação de canais de tráfego (até 7), 
empregando códigos de 1 a 7 
IS-95 
– Canais de Tráfego 
• Todos os canais de tráfego no link direto suportam Rate Set 1 e 
podem ter opção para o Rate Set 2 
• Rate Set 1: 9.6, 4.8, 2.4, 1.2 Kbps 
• Rate Set 2: 14.4, 7.2, 3.6, 1.8 Kbps 
• Duração do quadro de 20 ms 
IS-95 
Link 
Reverso 
 Link Reverso (Reverse) 
– Os dados de cada usuário são espalhados 
espectralmente pelos códigos longo e curto (1.25 MHz) 
 
– A taxa do sinal espalhado (chip rate) é de 1.2288 Mcps 
 
– A taxa de dados é de 9.6 Kbps, de forma que Gp = 128 
 
– Antes da transmissão, os dados no canal reverso são 
agrupados em quadros de 20ms, codificados por um 
código convolucional de taxa 1/3, entrelaçados 
temporalmente, modulados por uma modulação 64-ária 
ortogonal e espalhados utilizando a técnica de 
seqüência direta 
 
IS-95 
Canal Reverse 
 
Reverse Channel 
Canal de 1,23MHz 
Access 
Ch.1 
Traffic 
Ch.1 
Traffic 
Ch.M 
Access 
Ch.N 
Selecionados 
pelo Long Code 
 
Introdução à Comunicação 
•Matriz 32 X 18 
•576 símbolos 
•Atraso de 20ms (576/28,8Kb/s) 
•Escreve coluna à coluna 
•lê linha à linha de maneira convencional de 
acordo com as especificações da IS-95 
 Reverse Traffic Channel 
•Polinômio Gerador Go  557 (octal) 
•Polinômio Gerador G1  663 (octal) 
•Polinômio Gerador G2  711 (octal) 
Delay=406,9ns 
1/2 PN Chip 
9,6 kbps 
4,8 kbps 
2,4 kbps 
1,2 kbps 
28,8 
kbps 
Cod. Convol. 
(R=1/3 - K=9) 
Block 
Interleaver 
Long Code 
Filtro 
Banda-Base 
Filtro 
Banda-Base Symb. 
Repet. 
307,2 
kcps 
1,2288 Mcps 
I-PN 
Code 
Q-PN 
Code 
Spread 
Data 
Rand. 
64-ary 
Mod. 
D Code 
Symb. 
Wash 
Chip 
4,8 kbps 
28,8 kbps 
Cod. Convol. 
(R=1/3 - K=9) 
Block 
Interleaver 
Long Code 
Symb. 
Repet. 
307,2 
kcps 
1,2288 Mcps 
64-ary 
Mod. 
Code 
Symb. 
Wash 
Chip 
Access Channel 
Q 
I 
 Canal Reverso de Acesso 
– Utilizado pela MS para iniciar a comunicação com a estação base 
e para responder a mensagens de paging 
– Identificados por seqüências de código longo com deslocamentos 
distintos 
– Utiliza acesso aleatório e “janelado” temporalmente (slotted) 
 
– Principais Caracterísiticas 
• Até 32 canais de acesso 
• Permitem a MS se comunicar com a BS 
• A taxa de dados é fixa em 4.8 Kbps 
IS-95 
 Canal Reversos de Tráfego 
– Utilizado para transporte de informação e sinalização de usuário 
para a BS durante uma chamada 
– Formado por um Canal de Código Fundamental e 0 a 7 Canais de 
Código Suplementares, identificados por seqüências código longas 
distintas 
 
– Principais Características 
• 62 canais (embora seja possível até 64) 
• Cada MS usa um deslocamento diferente da SMC de 
comprimento 242, permitindo ao sistema decodificar 
corretamente a informação de cada MS 
• Duração do quadro de 20 ms 
• Taxa de dados de 9.6, 4.8, 2.4 e 1.2 Kbps 
IS-95 
Principais Técnicas e 
Características dos Sistemas 
IS-95 
 Atividade de Voz 
– Aumentar a capacidade sistêmica 
– 50% - 65% do tempo a transmissão está em silêncio 
 
IS-95 
S(t) 
time 
t1 ts t2 
Silêncio 
Silêncio 
 Codec de Voz 
– Algoritmo QCELP (variante do CELP) 
– Taxa de codificação variável (1.2, 2.4, 4.8 e 9.6 Kb/s) 
– Para manter Eb constante, a Ptx é proporcional a Rb 
• Rb = 1/8  Ptx = Po - 9dB 
• Reduz MAI 
 
 
 
IS-95 
Source: Wireless Comm. - Rappaport 
FER % IS-95A
(RS1)
CDG 13Kbps
(RS2)
EVRC
(RS1)
0 3,29 4,00 3,95
1 3,17 3,95 3,83
2 2,77 3,88 3,66
3 2,55 3,67 3,50
Source: Smart Antennas. - Rappaport 
 Controle de Potência 
– Sucesso do DS/CDMA se deve a precisão do sistema 
de controle de potência 
– Sinal das MS devem chegar a ERB com potências = s 
– Efeito Near - Far 
– Minimiza a potência (m/m com “Fading”) 
• Sistemas analógicos necessitam de uma margem de potência 
(>20dB) para amenizar degradação devido a “Fading” 
• Reduz MAI 
• Aumenta capacidade sistêmica 
• Reduz consumo da bateria 
IS-95 
– Controle de potência no link Direto 
• ERB reduz potência e aguarda relatório 
da MS 
• Ajustes normalmente pequenos (~ 0.5dB) 
 
– Controle de potência no link Reverso 
• Malha Aberta 
– Supõem perda de potência igual ao link 
direto 
– Potência de Tx + Rx = -73 dBm 
• Malha Fechada 
– Monitorado pela ERB a cada 1,25 ms 
(800 vezes/s) 
– Passos de 1 dB 
IS-95 
 Reuso de Frequência 
– Simplifica planejamento celular 
– Eficiência de Reuso (EReuso) 
• Redução na SNR devido aos 
usuários das células vizinhas 
• IS-95: 
– EReuso= 2/3 
• Outros sistemas de banda-
estreita: 
– EReuso= 1/7 (G1 = 4,67X) 
• Outros sistemas de banda-
estreita com setorização: 
– EReuso= 1/21 (G2 = 14X) 
 
IS-95 
Source: CDG 
 Setorização 
– CDMA é “Interference Limited” 
– Reduz interferência (ganho de capacidade) 
IS-95 
Interferência 
de outras 
Células 
 Diversidade Espacial 
– Múltiplas antenas na estação rádio base 
– Soft Hand-off (Múltiplas ERBs) 
 
 Diversidade de Freqüência 
– Inerente da técnica Spread Spectrum 
• Eficiente para atrasos de “Multipath” maiores que 1us 
 
 Diversidade Temporal 
– Interleaving 
– Rake Receiver 
– Códigos Corretores de Erro 
IS-95 
 Diversidade Espacial - Múltiplas Antenas 
IS-95 
Rx 
Tx 
 Diversidade Espacial – Soft Hand-off 
IS-95 
ERB 
 
Verde 
ERB 
 
Azul 
Eb/No 
Time 
ERB Azul 
candidata 
ERB Azul 
ativada 
Drop 
Start 
ERB Verde 
drop 
Add 
Thresh. 
Drop 
 
Thresh. 
 Diversidade de Frequência – Spread Spectrum 
– Robustez ao desvanecimento 
IS-95 
Freq (MHz) 
S(dB) 200KHz 
5 MHz 
~7x30KHz 
 Diversidade Temporal – Codificação de Canal 
– Sinais trafegando em canais de comunicação móvel 
são suscetíveis à “Fading” 
– IS-95 utiliza codificação convolucional p/ reduzir Eb/No 
– Códigos Corretores apresentam melhor eficiência na 
presença de erros aleatórios (i.e. cod. convolucionais) 
– Durante o período de “Fading” profundo são gerados 
erros em “Burst” (longas seqüências de erros) 
– “Interleaving” é a técnica de converter os erros em 
“Burst” em erros aleatórios que podem ser corrigidos 
facilmente com códigos corretores convencionais 
 
IS-95 
 Codificação Convolucional (e.g. R = 1/3 , K = 2) 
IS-95 
1 0 1 101 011 110 
Z-1 Z-1 
 Diversidade Temporal – Interleaving 
IS-95 
CDMA• A•Tec nolog ia•Ce lular •do•F uturo 
Interleaving 
Deinterleaving 
DMA A•ec nlo ia•e llar doF utro 
Ctgu• DeilF Mcaau An•rt •oC•u Aledr •oloo 


























oolo
rdelA
uCo
trnA
uaacM
FlieD
ugTC

























oolo
rdelA
trnA
uaacM
FlieD
CDMA• A•Tec nolog ia•Ce lular •do•F uturo 
Código Corretor de Erro 
 Diversidade Temporal – Receptor Rake 
– Códigos de Espalhamento com baixa “Cross-Correlation”  
“Multipath” com atrasos > Tc são considerados não-
correlacionados e aparecem como “Resolvable Path” 
– Para evitar ISI, Rb < Bwcoerente. Assim “Delay Spread” deve ser < Tb 
– Rake precisa identificar os “Path” mais fortes. “Search” monitora 
entrada e se aparecer um “Path” mais forte substitui o mais fraco 
 
IS-95 
R(t) 
Correlator 1 
Ck(t-1) 
Search 
Correlator 2 
Ck(t-2) 
Correlator N 
Ck(t-N) 
1 
2 
N 
Diversity 
Combiner 
Y(t) 
Spread 
MRC 
 
EGC 
Padrão 
1X-EVDO 
 1X-EVDO (1X Evolution Data Only) 
– Padrão desenvolvido pelo 3GPP2 para evolução do 1X 
 
– Otimizado para a transmissão de dados 
 
– Na banda de 1.25 MHz oferece: 
• Taxas de pico de 2.4 Mbps (Rev 0) / 3.1 Mbps (Rev A) no DL 
• Taxas de pico de 153.6 kbps (Rev 0) / 1.8 Mbps (Rev A) no UL 
 
• EVDO-Rev B oferce um aumento de capacidade no DL para taxas de 
pico de 4.9 Mbps 
1X-EVDO 
 Principais Características 
– Mudança de CDM para TDM 
• Permitir transmissões de um dado usuário com potência máxima 
 
– Controle de Potência é substituído por um Esquema Adaptativo de 
Taxa de Malha Fechada no Downlink 
 
– Adaptive Modulation & Coding (AMC) 
 
– Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ) 
 
– Fast Scheduling no Downlink 
 
– Soft Handoff substituído por um Virtual Soft Handoff 
 
 
 
1X-EVDO 
 Comparação IS95 e 1X-EVDO 
 
1X-EVDO 
 Canal Direto – Taxas 
1X-EVDO 
PER = 1% 
 Canal Reverso – Taxas 
1X-EVDO 
PER = 1% 
Resumo dos 
Principais Padrões 
1G e 2G 
 Principais Características de Padrões Celulares 1G e 2G 
Evolução – Sistemas Celulares 
AMPS 
1983 (US) 
cdmaOne (IS-95) 
1993 (US) 
GSM, DCS-1900 
1990 (Europa) 
IS-54/IS-136, PDC 
1990 e 1991 (US) 1993 (Japão) 
Uplink 
Frequencies 
824-849 MHz (US) 
1850-1910 MHz (US PCS) 
824-849 MHz (US) 
1850-1910 MHz (US PCS) 
890-915 MHz (Europa) 
1850-1910 MHz (US PCS) 
800 MHz, 1500 MHz (Japão) 
1850-1910 MHz (US PCS) 
Downlink 
Frequencies 
869-894 MHz (US) 
1930-1990 MHz (US PCS) 
869-894 MHz (US) 
1930-1990 MHz (US PCS) 
935-960 MHz (Europa) 
1930-1990 MHz (US PCS) 
869-894 MHz (US) 
1930-1990 MHz (US PCS) 
800 MHz, 1500 MHz (Japão) 
Duplexing FDD FDD FDD FDD 
Multiple Access FDMA CDMA FDMA/TDMA FDMA/TDMA 
Modulation FM 
BPSK com Quadrature 
Spreading 
GMSK with BT=0.3 /4 DQPSK 
Channel 
Bandwith 
30 KHz 1.25 MHz 200 KHz 
30 KHz (IS-136) 
25 KHz (PDC) 
Channel Data 
Rate 
– 1.2288 Mchips/sec 270.833 Kbps 
48.6 Kbps (IS-136) 
42 Kbps (PDC) 
Voice Channels 
per carrier 
1 64 8 
3 (IS-54, PDC e IS-136) 
6 (IS-136) 
Speech Coding – 
CELP at 13Kbps 
EVRC at 8Kbps 
RPE-LTP at 13 Kbps VSELP at 7.95 Kbps 
Padrões 
3G 
 Os requisitos primários da 3G são: 
– Cobertura Global (Anyone, Anywhere, Anytime) 
– Compatibilidade com as redes pré-existentes e flexibilidade de 
implantação de novos serviços e tecnologias 
– Qualidade de Voz comparável com PSTN 
– Suportar dados de alta taxa 
– Uso eficiente do espectro disponível 
– Suportar serviços de comutação de pacotes e de circuito 
Grau de Mobilidade Taxa Mínima
Alta Mobilidade (veicular) 144Kbps
Média Mobilidade (pedestre) 384Kbps
Baixa Mobilidade (indoor) 2Mbps
Introdução 
 Sistemas de 3a Geração são na 
verdade uma evolução dos sistemas 
de 2a Geração, desenvolvidos para 
suportar, além da voz, uma série de 
novos serviços de banda-larga, como: 
– Acesso à Internet de Alta Velocidade 
– Vídeo e Imagem de Alta Qualidade 
– Vídeo Conferência 
– Transferência de Dados de Altas 
Taxas 
– Tráfego Multimídia, etc 
Serviço BER Delay
Dados:
File Transfer
10-9 10 – 100 s
Áudio:
PCM voice
10-3 – 10-6 < 100/400 ms
Vídeo:
Video Confering
10-9 150 – 350 ms
Novos Serviços 
Source: Korea Telecom 
ISDN, FR and ATM... William Stallings 
 IMT-2000 
– “International Mobile Telecomunication in the year 2000” 
– Padrão desenvolvido pela ITU para especificar os serviços 
“Wireless” de 3a Geração para tráfego multimídia 
– Tentativa de obter uma padronização global 
 FPMTS 
– “Future Public Land Mobile Telecommunication System” 
– Inicialmente o IMT-2000 era designado FPMTS 
 Inicio das atividades do FPMTS 
– Fim dos Anos 80 -> ITU-R TG (Task Group) 8/1 definiu os 
requisitos desejados para os sistemas 3G 
IMT-2000 
 Maioria das Propostas RTT (terrestres) submetidas ao ITU 
são baseadas na tecnologia CDMA de banda-larga: 
Proposta Descrição Tecnologia Origem
DECT Digital Enhaced Cordless Telecommunications Multicarrier TDMA (TDD) ETSI DECT
UWC-136 Universal Wireless Communications TDMA (FDD/TDD) USA TIA TR45.3
TD-SCDMA Time Division Synchronous CDMA Hybrid with
TDMA/CDMA/SDMA
(TDD)
China CATT
WIMS-WCDMA Wireless Multimedia and Messaging Services
Wideband CDMA
Wideband CDMA (FDD) USA TIA TR46.1
WCDMA Wideband CDMA Wideband DS-CDMA
(FDD/TDD)
Japan ARIB
CDMA I Synchronous CDMA Multiband CDMA S. Korea TTA
CDMA II Asynchronous CDMA DS-CDMA (FDD) S. Korea TTA
CDMA-2000 Asynchronous Multicarrier CDMA DS-CDMA (FDD/TDD) USA TIA TR45.5
NA-WCDMA North American Wideband CDMA Wideband DS-CDMA
(FDD/TDD)
USA T1P1 ATIS
UTRA UMTS Terrestrial Tadio Access Wideband DS-CDMA
(FDD/TDD)
ETSI SMG2
Propostas RTT 
Decorrente 
da necessidade 
de evolução dos 
sistemas 2G 
(preservação de 
investimentos) 
Principais Propostas - IMT2000 
Source: ITU 
 3GPP 
– Grupo de Harmonização 
para WCDMA / UTRA 
– Core GSM-MAP 
Harmonização - IMT2000 
 3GPP2 
– Grupo de Harmonização 
para CDMA-2000 
– Core IS-41 
 G3G 
– Obtenção de um padrão 
único (global) 
– OHG:Operator 
Harmonization Group 
GSM 
MAP 
IS-41 
FDD 
MC 
TDD 
NNI 
RTT – NET 
Connection 
FDD 
DS 
UTRA 
WCDMA CDMA2000 
UTRA 
SCDMA 
RTT 
CDMA 
RTT – NET 
NET 
3G CDMA 
NET 
Inter-Roaming 
 Vantagens da tecnologia CDMA para os novos 
sistemas de 3a Geração 
– Vantagens Discutidas nas Seções Anteriores, como: 
• Aumento de Capacidade 
• Simplificação do planejamento celular 
• Diversidade temporal, espectral e espacial 
• Robustez do canal (resistência a “Fading”), etc 
 
– Possibilidade de Utilização de Técnicas Modernas como: 
• CDMA de Banda Larga 
• Detecção Multiusuário 
• Multi-rate 
• Antenas Adaptativas 
• Complex Spread 
• Turbo Codes, etc 
Sistemas de 3a Geração - CDMA 
 3G – Brasil 
– Frequências em 1900 e 2100 MHz 
 
 
 
 
 
Espectro de Freqüência no Mundo 
Subfaixa (MHz) Largura de Banda (MHz) 
Transmissão da 
Estação Móvel ERB 
F 15+15 1920-1935 2.110-2.125 
G 10+10 1.935-1.945 2.125-2.135 
H 10+10 1.945-1.955 2.135-2.145 
I 10+10 1.955-1.965 2.145-2.155 
J 10=10 1.965-1.975 2.155-2.165 
Subfaixa de Extensão 
5 
5 
1.885-1.890* 
1.890-1.895* 
* Sistemas TDD que utilizam a mesma subfaixa de frequências para transmissão nas duas direções 
Principais Técnicas e 
Características dos Sistemas 
CDMA - 3G 
 CDMA de Banda Larga 
– Banda de freqüência da ordem de 5MHz 
– Taxas de dados de 144Mbps e 384Mbps são possíveis de serem 
atingidas oferecendo razoável capacidade 
– Taxas de dados de 2Mbps também são possíveis com algumasrestrições 
– Compatibilidade com sistemas 2,5G (i.e. PCS 5MHz) 
– Mais resistentes à “Fading” devido a “Multipaths” do que sistemas 
de banda estreita (2G) 
 
– Bandas de 10MHz, 15MHz e 20MHz permitem atingir taxas ainda 
mais altas 
CDMA Banda-Larga 
 Detectores convencionais (Matched Filter, Rake, etc) 
– Ineficientes, consideram MAI como AWGN 
– Sensíveis ao efeito “Near-Far” 
 
 Detectores Multiusuários 
– Verdú demonstrou que são ótimos (MLSE) para canal AWGN 
considerando MAI 
– Explora a info “A Priori” do código de espalhamento e estima as 
características do canal para reduzir a MAI 
– Melhora de desempenho e resistência ao efeito “Near-Far” 
– Devido a complexidade do detetor ótimo (exponencial com no de 
usuários), surgiram várias propostas de detetores sub-ótimos 
• Decorrelator, MMSE, SIC, PIC, etc 
Multiuser Detection 
 Antenas Adaptativas 
– Reduzir Interferência co-canal 
– Reduzir carga da rede 
– Reduzir “Hand-off” 
– Aumentar capacidade 
 
– Principais Algoritmos 
• com referência Espacial: Music 
• com referência Temporal: LMS, RLS 
• com referência Espaço-Temporal 
Antenas Adaptativas 
1 
R.F. 
R.F. 
R.F. 
2 
M 
 
g1 
g2 
gM 
Estrutura Espacial 
R.F. Z-1 Z-1 Z-1 
g1 g2 gk-1 gk 
Estrutura Temporal 1 
R.F. Z-1 Z-1 Z-1 
R.F. Z-1 Z-1 Z-1 
R.F. Z-1 Z-1 Z-1 
2 
M 
 
g1,1 g1,2 g1,k-1 g1,k 
g2,1 g2,2 g2,k-1 g2,k 
gM,1 gM,2 
gM,k-
1 
gM,k 
Estrutura Espaço - Temporal Antenas Adaptativas 
 Multi-rate 
– Serviços s com QoS s, multiplexados juntos oferecendo 
flexibilidade e eficiência espectral 
 
 Principais Técnicas 
– Multi Modulation (MM) 
• cada serviço utiliza um tipo  de modulação 
 
– Multi Processing Gain (MPG) 
• cada serviço utiliza um Gp  (Tc fixa) 
 
– Multi Chip Rate (MCR) 
• cada serviço utiliza um Tc  (Gp fixa) 
 
– Multi Code (MC) 
• cada serviço utiliza códigos de espalhamento múltiplos 
• Códigos paralelos são alocados à medida que a taxa aumenta 
Multi-Rate 
 Complex Spread 
– Reduz relação “Peak-Average” do sinal 
– Melhora a eficiência dos amplificadores 
Complex Spread 
Yj  
 
+ 
- 
+ 
+ 
X 
PnBj PnBj 
PnA 
PnA 
(X+Yj)•(PnA+PnBj) = 
(X•PnA-Y•PnB)+ 
(Y•PnB+X•PnA)j 
 DS/CDMA necessita de muita banda para altas taxas 
– Gp = 15 e Rb = 144Mbps  Bw  2,16GHz 
 Espalha o sinal através de um código no domínio da Freq. 
 Geralmente usa técnica OFDM 
– Divide o trem de dados em vários trens de bits (taxas <) 
– Cada trem de bit modula uma portadora  
– Minimiza a banda de guarda entre sub-portadoras adjacentes 
Espectro IMT2000 
ocupado pelo PCS (USA) 
MC permite sobrepor 
CDMA one (PCS) 
Multi-Carrier 
Source: Ericsson 
 Turbo Code 
– Desempenho muito próximo ao limite apresentado pelo Teorema de 
Shannon para canais AWGN 
– Desempenho melhor que códigos convolucionais para altas taxas 
Turbo Code 
Interleave 
Z-1 Z-1 Z-1 
Z-1 Z-1 Z-1 
CDMA2000 
X 
Y1 
Y0 
X’ 
Y’1 
Y’0 
>14,4Kbps 
Interleave 
Z-1 Z-1 Z-1 
Z-1 Z-1 Z-1 
UTRA 
WCDMA 
X 
Y 
Y’ 
X’ 
>32Kbps 
Hierarquia de Células 
Source: IEEE Comm. Magazine / ITU 
HCS Hot-Spot 
 Macro Micro Macro 
f1 
f2 
f1 f1 
f2 
f1 f1 
Hot spot 
Hand-Off 
f1  f2 
para 
transições 
entre 
camadas 
Hand-Off 
f1  f2 
em 
situações 
de 
Hot Spot 
 HCS (Macro  Micro Cell) 
– Inter-frequence 
– Micro 
• Alta Capacidade 
– Macro 
• Alta Mobilidade 
• Melhor Cobertura 
 Modo de Operação 
– FDD 
 
 
 
 
 
– TDD 
Uplink 
Dowlink 
E
R
B
 
time 
Freq. 
E
R
B
 
M
S
 
time 
Freq. 
UL UL UL DL DL DL 
Modos de Operação 
Segmentação do espectro para modos de operação 
FDD/TDD não é muito eficiente (pode-se, por exemplo, 
sobrepor TDD na banda FDD quando disponível) 
 Estações Rádio Base 
– Síncronas 
• Simplicidade de implementação 
• Tempos de Aquisição e “Hand-Off” menores 
• Detecção coerente 
• Canais comuns em “Hand-Off” necessitam ERBs síncronas 
• Erb’s identificadas pelas s fases do código de espalhamento 
• GPS entre outros mecanismos 
 
– Assíncronas 
• Complexidade no processo de sincronismo 
– WCDMA utiliza um esquema de aquisição de 3 etapas 
• Necessita ajuste de “Timing” para cada MS em “Soft Hand-Off” 
• Erb’s identificadas por códigos de espalhamento s 
• Não precisa de GPS ou outro mecanismo de sincronismo 
Estações Rádio Base 
Principais Padrões CDMA - 3G 
 CDMA2000 
 WCDMA/UTRA 
IMT-2000 MC 
(3GPP2) 
IMT-2000 DS 
(3GPP) 
Padrão 
3GPP2 
 CDMA2000: Wide-Band CDMA 
 TIA comitê TR45.5 apresentou o CDMA2000 como proposta de 
tecnologia de rádio acesso terrestre para o IMT-2000 
 
 Desenvolvido levando em consideração a ocupação da banda 3G 
pelo PCS (USA) 
 
 Para ser compatível com as redes IS-95, a interface aérea do 
CDMA2000 mantém muitos dos atributos da interface aérea do IS-95, 
porém apresenta muitos avanços tecnológicos para atender os 
requisitos 3G 
 
 IS-95 B utiliza agregação de códigos para atingir altas taxas 
 
 CDMA2000 utiliza redução do espalhamento e/ou canais de códigos 
múltiplos para atingir altas taxas 
CDMA2000 
 Principais Técnicas e Características 
– Bandas de RF na forma N x 1.2288 MHz, N = 1, 3, 5, 9, 12 
– Chip rates: 3.6864 Mcps (vs 4.096 Mcps  3.84 Mcps) 
– Vários Grupos de Tx 
• Grupo - Spreading Rate: SR1, SR3, etc 
• Grupo - Data Rate: UL:RC1,2-4/DL:RC1,2-5, UL:RC5-6/DL:RC6-9, etc 
– Rádio Acesso suporta modos de operação FDD e TDD 
– Operação Intra-celular síncrona (vs assíncrona) 
– Medium Access Control (MAC) avançado 
• Suporta as diferentes taxas e QoS 
– Suporta serviços e sinalização IS-41 e GSM-MAP 
– Capacidade de usar Multi-Carrier  sobrepor redes CDMA One 
Principais Características - CDMA2000 
– Forward Link Transmited Diversity 
• Multicarrier  Permite que as s sub-portadoras possam ser 
transmitidas por antenas separadas espacialmente, aumentando a 
diversidade de freqüência e oferecendo melhora de desempenho no 
canal Forward sem aumentar a complexidade da MS 
 
– Detecção Coerente 
• Piloto no canal Forward (como IS-95) e Reverse 
• No canal Reverse oferece melhora de desempenho e reduz atraso no 
controle de potência de malha fechada 
 
– Common Code Multiplexed Forward Link Pilot 
• (vs TDM dedicated pilot) 
 
– Auxiliar Pilot Channel 
• Utilizado por 1 usuário ou grupo de usuários que estão no mm. feixe 
• Possibilita a utilização de antenas adaptativas na ERB 
Principais Características - CDMA2000 
– Suplemental Channel 
• Cada SCC é associado a 1 único serviço 
• múltiplos SCC podem ser usados para suportar múltiplos serviços 
com taxas s e QoS s (IS95-B  7SCC cada 1 com 9,6K ou 14,4K) 
 
– Fast Forward Power Control (também Reverse) 
• Melhora de desempenho em ambientes de baixa mobilidade, onde a 
maioria das aplicações de alta velocidade serão utilizadas 
• Utiliza 800Hz (IS95 utiliza só no canal “Reverse”) 
 
– Turbo Codes 
• Utilizado para altas taxas ( baixas taxas  código convolucional) 
• Reduz Eb/No necessário, resultando num aumento de capacidade 
 
– Utilização de OVSF (MPG) e Multi-Code 
• Suportar serviços com taxas diferentes e com QoS diferentes 
 
– Variable rate vocoder (vs. fixed rate vocoder) 
Principais Características - CDMA2000 
3GPP2 
 Smart Antennas 
– CDMA 2000 tem canais auxiliares 
 
F-APCH 
Canal Auxiliares 
Canais auxiliaresusados para 
identificar usuários 
Forward Channel 
(SR1 e SR3) 
Common 
Assign. 
Chs. 
Common 
Power Ctl 
Chs. 
Pilot 
Chs. 
Common 
Control 
Chs. 
Sync. 
Chs. 
Forw.T
raffic 
Chs. 
Broad. 
Control 
Chs. 
Paging 
Chs. 
(SR1) 
Quick 
Paging 
Chs. 
0-1 Fund. 
Ch. 
Power Ctl 
Sub-Ch. 
0-1 Dedic. 
Control Ch. 
0-7 Suppl. Code 
Chs. (RC1 e 2) 
0-2 Suppl. Chs. 
(RC3 a 9) 
Forward 
Pilot Ch. 
Tx Diversity 
Pilot Ch. 
Auxiliar 
Pilot Chs. 
Auxiliar Tx 
Diversity Pilot Chs. 
Canal Forward 
Forward Channel (Dowlink) - SR3 
FIR 
Wash
QOF 
FIR 
Complex 
PN Seq. 
Scrambl. 
PNI & PNQ 
S/P 
FIR 
Wash
QOF 
FIR 
Complex 
PN Seq. 
Scrambl. 
PNI & PNQ 
S/P 
FIR 
Wash
QOF 
FIR 
Complex 
PN Seq. 
Scrambl. 
 PNI & PNQ 
S/P 
D
e
m
u
x
 
Long 
Code 
Power
Ctl Bit 
Decim. 
800Hz 
Scrambling 
Channel 
Coding 
Block 
Interl. 
Symbol 
Punct. 
&Repet. 
Extract 
Repet. 
Power 
Ctl 
Symbol 
 Punct. 
Conv. Code 
Turbo Code 
PN-I 
 
 
+ 
- 
+ 
+ 
PN-Q Washrot 
 
Rotate 
90º 
 
-Qin+jIin 
F1 
F2 
F3 
F1 
F2 
F3 
Long: 242-1 
Short: 215 
Rev. Fund. Ch. 
0-7 Rev.Suppl. 
Code Chs. 
Reverse Channel 
(SR1 e SR3) 
Access 
Ch. 
Rev. Traffic 
Ch. (RC1 
ou 2) 
Rev. Traffic Ch. 
Operation (RC3 
a 6) 
Enhaced 
Access Ch. 
Operation 
Rev. Common 
Control Ch. 
Operation 
Rev. Pilot Ch. 
Enhaced Access 
Ch. 
Rev. Pilot Ch. 
Rev. Common 
Control Ch. 
Rev. Pilot Ch. 
0/1 Rev. Dedic. 
Control Ch. 
Rev. Power Ctl Sub-
Ch. 
0/1 Rev. Fund. Ch. 
0/2 Rev. Suppl. Ch. 
Reverse Link 
Reverse Channel (Uplink) - SR3 
Channel 
Coding 
Block 
Interl. 
Symbol 
Punct. 
&Repet. FCH, 
SCH, 
etc Conv. Code 
Turbo Code 
 
 
Decim. 
Fator2 
I-Chip 
Delay 
PNI PNQ 
Long 
Code 
 
G 
G 
G 
G 
(+ -) ou (++ - -) p/SCH-1 
(++ - - ++ - -) p/ CCCH 
ou p/ EACH 
Wash Cover 
Wash Cover 
Wash Cover 
Wash Cover 
(+ -) 
Wash Cover 
 
(++ - -) ou (++ - - - - ++) 
(++++ - - - - ++++ - - - -) 
(++++++++ - - - - - - - -) 
SCH-2 
DCCH 
FCH 
SCH-1,CCCH ou EACH 
PICH FIR 
FIR 
+ 
- 
+ 
+ 
Long: 242-1 
Short: 220-1 (3.215) 
Multicarrier - CDMA 2000 
1,25 MHz 1,25 MHz 
5 MHz 
Banda 
Guarda 
Banda 
Guarda 
Wideband Carrier 
1,25 MHz 1,25 MHz 
5 MHz 
Banda 
Guarda 
Banda 
Guarda 
Forward Reverse 
Padrão 
3GPP 
 WCDMA: Wide-Band CDMA 
 
 UTRA: UMTS Terrestrial Radio Access 
– UMTS: Universal Mobile Telecommunications System 
 
 ARIB em Janeiro de 1997 adotou o WCDMA como a 
proposta de tecnologia de rádio acesso terrestre para o 
IMT-2000 
 
 ETSI em Janeiro de 1998 também adotou o WCDMA 
 
 Desde então ARIB e ETSI  harmonizando seus padrões 
3GPP 
 Principais Técnicas e Características 
– Chip rates: 3.84 Mcps 
 
– Rádio Acesso suporta modos de operação FDD e TDD 
 
– Operação Intra-celular Assíncrona (Síncrona) para Operação FDD 
• Suportar desenvolvimento flexível do sistema em ambientes “Indoor” e 
“Outdoor” (“Uplink”: 1920 - 1980 MHz / “Downlink”: 2110 - 2170 MHz) 
• Desnecessário a utilização de uma fonte externa de “Timing” 
 
– Operação Intra-celular Síncrona para Operação TDD 
• Eficiência da utilização da banda na transmissão de tráfegos 
assimétricos ou Simplex (1900 - 1920 / 2010 - 2025 MHz) 
• Necessário para situações de “Hand-Off” (acesso ao “Time-Slot”) 
3GPP 
– “Dedicated Pilot Symbol” 
• Símbolos anexados aos dados dos usuários 
• Possibilita detecção coerente 
• Possibilita a utilização de antenas adaptativas na ERB 
– “Short Spreading Codes” 
• Permite o emprego de MUD 
– “Fast Forward Power Control” (também Reverse) 
• Utiliza 1500Hz 
– “Turbo Codes” 
• Reduz Eb/No necessário, resultando num aumento de capacidade 
– Utilização de OVSF (MPG) e “Multi-Code” 
• Suportar serviços com taxas diferentes e com QoS diferentes 
3GPP 
3GPP 
 3GPP 
 
– Baseado em SS-DS (LTE baseado em OFDMA) 
 
– Alta robustez em canais móveis com multipercursos 
 
– Freqüência de 2 GHz (LTE em 2.6 GHz) 
 
– Largura de banda flexível 
• Inicialmente 5 MHz (chip rate 3.84Mcps) 
• 1.25 a 20 MHz (LTE) 
• Adaptável a várias alocações de espectro 
 
– Suporte para seamless hand-off 
3GPP 
– Células ~ 10 km de raio (LTE: 5-30 km baixa degradação) 
 
– Mobilidade > 200 km/h 
 
– Ideal para usuários com demanda de HDR 
 
– Core IP (suporte para VOIP) 
 
– Taxas esperadas: 
• Inicialmente 2 Mbps (Downlink) e 768 Kbps (Uplink) 
• HSPA no Downlink: 14.4 Mbps (R8 HSPA+ 2X2 DL 64QAM 42.2) 
• HSPA no Uplink: 5.7 Mbps (R8 HSPA+ 2X2 UL 16QAM 11.5) 
• LTE no Downlink: 144 Mbps (2X2 16QAM - OFDMA) 
• LTE no Uplink: 50 Mbps (2X2 16QAM - SC-FDMA) 
 
– > 200 usuários por célula (5 MHz) 
– > 400 usuários por célula (20 MHz) 
3GPP 
– Segurança 
• Autenticação de usuário e de aparelho 
• Criptografia de dados de tráfego 
 
– Diversas técnicas avançadas para obter alta eficiência espectral 
(bits/Hz/s) 
• Modulação de alta ordem (e.g. LTE: 16-QAM, 64-QAM) 
• Modulação adaptativa 
• Códigos turbo 
• OFDM 
• Técnicas de múltiplas antenas (STBC, MIMO etc) 
3GPP 
 Smart Antennas 
– WCDMA utiliza símbolos de piloto no canal físico 
 
PCPICH, SCPICH 
Canal físico com símbolos de piloto 
símbolos de piloto são usados 
 para reconhecer o canal 
Forward Channel 
 
Dedicated 
Phys. Ch. 
DPCH 
Sec. Comm. 
Control Ch. 
S-CCCH 
Forward Link (ETSI TS 125 211 - 01/00) 
Common 
Pilot Ch. 
CPICH 
Sync. 
Ch. 
SCH 
Dedicated 
Physical 
Control Ch. 
DPCCH 
Dedicated 
Physical Data 
Ch. DPDCH 
Secondary 
Sync. Ch. 
S-SCH 
Primary 
Sync. Ch. 
P-SCH 
Primary 
Common Pilot 
Ch. PCPICH 
Secondary 
Common Pilot 
Ch. SCPICH 
Forward 
Access Ch. 
FACH 
Paging Ch. 
PCH 
Acquis. 
Ind. Ch. 
AICH 
Page 
Ind. Ch. 
PICH 
Broadcast 
Control Ch. 
BCCH 
Dowlink 
Shared Ch. 
DSCH 
Pri. Comm. 
Control Ch. 
P-CCCH 
Phys. Dowl. 
Shared Ch. 
PDSCH 
Time Mux 
Forward Channel (Dowlink) 
DL - PCH 
CPICH 
CCPCH 
PDSCH 
PICH 
AICH 
DPCH 
Split 
Re & Im 
Parts Pulse 
Shaping 
Pulse 
Shaping 
 
 
Gs 
Gp 
P-SCH 
S-SCH 
Sdl,n 
S/P Cch,SF,m 
j 
G1 
Sdl,n 
S/P Cch,SF,m 
j 
G2 
DL- PCH 
DL- PCH 
10 ms 
Output mapped 
to one or several 
DL-PCH 
Intra-frame 
interleaver Turbo 
coder 
Inter-frame 
interleaver 
Convol. 
coder 
Inter-frame 
interleaver 
M
U
X
 
CchSF : OVSF (256/512) 
Slong : Gold (2
18 - 1) 
Time-Mux 
DPDCH 
DPCCH 
Dedicated Physical 
Data Ch. DPDCH 
Dedicated Physical 
Control Ch. DPCCH 
Reverse Channel 
 
Dedicated 
Physical Ch. 
DPCH 
Physical Random 
Access Ch. 
PRACH 
Random Access. Ch. 
RACH 
Reverse Link (ETSI TS 125 211 - 01/00) 
Physical 
Common Packet 
Ch. PCPCH 
Common Packet Ch. 
CPCH 
Reverse Channel (Uplink) 
Cd,1 d Cd : OVSF (256) 
Slong : Gold (2
25-1) 
Sshort : S(2) (255) 
10 ms 
Output mapped 
to one or several 
DPDCH(s) 
Intra-frame 
interleaver Turbo 
coder 
Inter-frame 
interleaver 
Convol. 
coder 
Inter-frame 
interleaver 
M
UX
 
Split 
Re & Im 
Parts Pulse 
Shaping 
Pulse 
Shaping 
Slong,n 
ou 
Sshort,n 
DPDCH1 
Cc c 
 
Cd,3 d 
Cd,5 d 
 
DPDCH3 
DPDCH5 
Cd,2 d 
Cd,4 d 
Cd,6 d 
DPDCH2 
DPDCH4 
DPDCH6 
DPCCH1 
j 
UTRA-WCDMA x CDMA2000 
PARÂMETROS UTRA - WCDMA CDMA2000
DUPLEX SCHEME FDD (TDD) FDD (TDD)
MULTIPLE ACCESS DS (UL / DL) DS (UL) – MC/DS(DL)
CARRIER SPACING 5MHz N*1,25MHz, N=1,3 (expandible to 6,9,12)
CHIP RATE 3,84Mcps N*1,2288Mcps, N=1,3 (expandible to 6,9,12)
FRAME LENGTH 10ms 5, 10, 20, 40, 80ms
CHANNEL CODING OVSF: 256-4 (UL) – 256/512-4 (DL) Walsh (UL) – Walsh / QOF Code (DL)
SCRAMBLING CODE 18-bit Gold Code (UL)
S(2) Short Code / 25-bit Gold Code (DL)
2^42 – 1 Long & 2^15 Short PN Code (N=1)
PILOT STRUCTURE Dedicated Pilots (UL) – Time Mux.
Common and/or Dedicated Pilots (DL)
Dedicated Pilots (UL) – Code Mux. Continous
Common and/or Dedicated Pilots (DL)
VARIABLE TRAFFIC
RATE SUPPORT
Variable Spread + Multiple Code Variable Spread + Multiple Code
MODULATION
METHOD
Data: BPSK (UL) – QPSK(DL)
Spread: complex QPSK (UL) – QPSK(DL)
Data: BPSK (UL) – QPSK(DL)
Spread: complex QPSK (UL) – QPSK(DL)
BASE BAND FILTER Square Root Raise Cosine
Alfa= 0,22
As IS-95
FEC CODING Convolutional Code (K=9; R=1/2,1/3)
Turbo Code (K=4; R=1/3)
Convolutional Code (K=9; R=1/2,1/3,1/4,1/6)
Turbo Code (K=4; R=1/2,1/3,1/4)
POWER CONTROL Fast Inner Loop, Open Loop, Out Loop
Rate: 1500Hz PC: 0,25-4dB
Open Loop, Close Loop
Rate: 800Hz or 50Hz PC: 1dB / 0,5dB / 0,25dB
INTER BASE-
STATION
OPERATION
Async / Sync (opt) Sync
VOICE CODING Adaptative Multi-Rated Variable Rate
3GPP 
HSPA 
 High Speed Packet Access (HSPA) 
– Evolução do padrão WCDMA 
– Composto pelos protocolos: 
• High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) 
• High Speed Uplink Packet Access (HSUPA) 
 
– HSPA apresenta a maioria dos features oferecidos pelo padrão 
1XEVDO, como por exemplo: 
• Adaptive Modulation and Coding 
• HARQ 
• Fast Scheduling 
• Compatibility com 3G 
• Interface Aérea Melhorada 
• Altas Taxas 
 
HSPA 
 High Speed Packet Access (HSPA) 
HSPA 
 
HSPA 
3GPP 
LTE 
 3GPP Long Term Evolution (LTE) 
– ITU defines 4G as 100 Mbps mobile, 1 Gbps stationary 
 
 Principais Técnicas 
– OFDMA no DL com 64QAM 
• ~100 subcarriers por MHz (128, 256, 512, 1024, 1536 or 2048) 
• Subcarriers de 15 kHz 
– Single-Carrier FDMA (SC-FDMA) no UL (64QAM optional) 
– Rede All IP e2e 
– Banda de canal de até 20 MHz (1.4, 3, 5, 10, 15 e 20 MHz) 
– Modo de operação TDD and FDD 
– MIMO e Antenas Inteligentes 
 
 
 
LTE 
LTE usa tecnologias e features 
disponíveis no Mobile WiMAX 
 Principais Características 
– Altas Taxas 
• DL target: 100 Mbps / UL target: 50 Mbps 
• Cell-edge data rates 2-3 times that of Rel-6 HSPA 
 
– Baixo Atraso/Latência 
• User plane RTT: < 10 ms 
• Channel set-up: < 100 ms 
 
– Alta Eficiência Espectral 
• 3 x Rel-6 HSPA 
 
 
– Flexibilidade Espectral 
• Amplo range de alocação espectral 
• Modos FDD, Half-duplex FDD e TDD 
 
– Cost-effective migration from current/future 3G systems 
LTE 
 Principais Aplicações 
LTE 
 3GPP Long Term Evolution (LTE) 
 
LTE 
 3GPP Long Term Evolution (LTE) 
 
LTE 
OFDM 
 OFDM 
– Orthogonal Frequency Division Multiplexing 
– É um caso especial de MC onde há sobreposição em 
frequência dos subcanais sem ocorrer interferência 
mútua (ortogonalidade em frequência) 
• Divide o espectro em várias subportadoras, cada uma 
modulada por uma taxa de dados mais baixa 
– Assim, oferece um aumento da eficiência espectral 
– Possibilita múltiplo acesso através da alocação 
adequada das subportadoras 
– Explora a tecnologia de DSP para obter uma 
implementação com custo razoável 
OFDM 
 OFDM 
– N subportadoras ou subcanais, ortogonais no domínio 
da frequência, transmitem N símbolos de dados em 
paralelo ao mesmo tempo 
 
– Assim, 1 símbolo OFDM é formado por N símbolos de 
dados em paralelo 
• Um símbolo de dados pode carregar diferentes quantidades de 
bits 
• 1 bit (BPSK), 2 bits (4-PSK), 4 bits (16-QAM) ou 6 bits de dados 
(64-QAM) 
 
OFDM 
 Esquemas Não-Lineares Não-Coerentes 
– OFDM utiliza comumente esquemas não-lineares não-
coerentes. Considerando pulsos retangulares, o 
espaçamento entre os tons de freqüência é de 1/Ts Hz, 
de modo que: 
OFDM 
 iX
sT
1
sT
1

f 
(M + 1) / Ts 
sT
1
   
M
RM
W b
2log
11 


 Comparação FDM x OFDM 
 
OFDM 
Análise Matemática 
do OFDM 
 
 Análise Matemática do OFDM 
– Considere a transmissão de uma sequência de 
símbolos xn por um canal com banda W 
– Seja a a taxa de símbolo dada por: 
 
 
 
– Dividida em N subcanais separados. Isto reduz a taxa 
em cada subcanal para: 
OFDM 
s
s
T
N
R 
s
ch
s
T
R
1

Aumenta a duração de símbolo em cada 
subcanal, possibilitando reduzir a distorção! 
– Pode-se considerar que os dados transmitidos em cada 
um dos subcanais são modulados por uma portadora 
com frequência diferente: 
 
 
 
– Deste modo, a separação entre as frequências das 
portadoras é: 
 
 
 
– E as portadoras são ortogonais entre si 
OFDM 
Ni
T
ff
s
i 1,
1
0 
sT
f
1

– Considerando que seja empregada uma modulação 
M-ária linear em quadratura, pode-se representar o 
sinal transmitido por: 
 
 
 
– Onde, as componentes em fase A[k] e em quadratura 
B[k] do símbolo de dado X[k] são dadas por: 
 
 
– O circuito correspondente para gerar o sinal x(t) pode 
ser bastante complexo, inviabilizando sua 
implementação 
OFDM 
          


N
k
kk tfkBtfkAtx
1
2sin2cos 
     kBjkAkX 
– Entretanto, com o uso da DFT (Discrete Fourier 
Transform), torna-se possível implementar tanto 
transmissor como receptor de uma forma simples 
– Reescrevendo x(t) através da notação complexa: 
 
 
 
– E substituindo t por m · t, onde t = Ts / N , pode-se 
obter a seguinte representação em tempo-discreto: 
OFDM 
   








 

 tf
N
k
kekXtx
2
1
Re
   
  
  
kXIDFT
kn
N
jN
k
ekXnx




2
1
– Com os recentes avanços das técnicas de DFT, torna-
se possível implementar ainda transmissor e receptor 
através da FFT (Fast Fourier Transform) 
– Assim, na prática, a transmissão OFDM pode ser 
implementada através da operação de IFFT 
normalizada: 
 
 
 
– E a recepção pela operação de FFT: 
OFDM 
      
kn
N
jN
k
ekX
N
nXkXIFFT



 
2
1
1
      
kn
N
jN
n
enx
N
kXnxFFT




 
2
1
1
 OFDM – Sinal Transmitido 
 
 
 
 
 
 
 OFDM – Sinal Recebido 
 
OFDM 
 OFDM 
OFDM 
IFFT
Add 
guard
Channel
Channel 
Estimation
Channel 
Equalization
FFT
Remove 
guard
Modulation 
Symbols
Xk
Modulation 
Symbols
Xk
OFDMA 
 
 OFDM 
– Todas subportadoras transmitidas em paralelo a cada instante 
– Apenas 1 usuário transmitindo num dado instante 
 
 OFDMA 
– Subportadoras divididas entre os usuários a cada instante 
– Vários usuários transmitindo num dado instante 
OFDM 
 OFDMA 
– Combina FDMA e TDMA 
OFDM 
TX#4TX#3
TX#2
TX#6
TX#5
TX#1
Time
Fre
que
ncy
 bin
2
4
68
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
 OFDMA 
– Seleciona melhor SINR para cada usuário 
– Algoritmo otimizado de alocação de recursos 
OFDM 
User #1
Total Frequency band
User #69
Contention pilots
Guard Band Guard Band
 OFDMA x SC-FDMA 
OFDM 
Projeto de 
Sistemas OFDM 
 Para o caso da modulação multiportadora sem 
sobreposição entre os subcanais, a largura de 
banda total do sistema é dada por: 
 
 
– Onde,  é o fator de roll-off do filtro Raised Cosine 
  é a excesses bandwith 
 
 
OFDM 
 
NT
N
W
 

1
NT
 1
 No caso do OFDM, há uma sobreposição entre 
os subcanais, permitindo uma economia na 
largura de banda total do sistema, de modo que: 
 
OFDM 
NN T
N
T
N
W 



NT
 1
NT
1
 O número de sub-portadoras é escolhido para 
que cada subcanal seja aproximadamente plano 
em frequência (Ws<<Wcoe) 
 
 Tomar cuidado para não aumentar muito a 
duração de cada símbolo de forma que o 
sistema se torne muito sensível as variações 
temporais do canal (Ts>>Tm) 
OFDM 
 Relações Tempo x Frequência 
 
 
 
 
 
– Onde, 
• W é a banda do canal 
• WN é a banda do subcanal 
• Wcoe é a banda de coerência do canal 
• TN é a duração de símbolo do subcanal 
• N é o número de subcanais 
•  é o Delay Spread do canal 
OFDM 
N
W
WN 
Selective) (FrequencyWWcoe 
coeN WW 
N
N
W
T
1
 
coe
N
W
T
1 Neste tipo de modulação há 
uma sobreposição entre os 
canais, permitindo uma 
economia na largura de 
banda total do sistema 
– Exemplo: Considere um sistema multiportadora com 
banda total de 1 MHz. Suponha que o sistema opera 
em uma cidade cujo espalhamento de atraso é de 
20μs. Quantas subportadoras são necessárias para 
que cada subcanal seja praticamente plano? 
OFDM 
kHzWcoe 0.50
0002.0
11


coeN WW  1.0
coeN W
N
W
W 
k
M
W
W
N
coe 501.0
1
1.0 



200N
– Exemplo: Considere um sistema multiportadora onde a 
duração do símbolo de cada subcanal é de 0,2ms para 
que os subcanais fiquem praticamente livres de ISI. 
Assuma que o sistema possui 128 subportadoras e 
que o sistema utiliza um pulso cosseno levantado com 
fator de roll-off =1 e requer uma banda adicional de 0.1 
devido a limitação do pulso no tempo. 
 
– Compare a largura de banda de um sistema 
multiportadora com sobreposição e sem sobreposição 
OFDM 
Sem sobreposição 
 
 
 
 
Com sobreposição 
 
OFDM 
kHz
T
N
W
N
5.645
0002.0
1.01128






kHzkHz
T
N
W
N
5.645640
0002.0
128

   
MHz
T
N
W
N
34.1
0002.0
1.111281






– Exemplo: Considere um sistema de portadora única 
com uma banda total W = 1 MHz assumindo alfa = 0 
• Deste modo, tem-se que Ts=1/W = 1 us 
• O canal tem um Delay Spread Máximo  = 5 us 
• Portanto, há ISI!  >> Ts 
 
• Se usarmos um sistema OFDM com 128 subportadoras para 
eliminar os efeitos das ISI, de modo que: 
– TN = N·Ts = 128 us 
 
• Cada subportadora emprega modulação 16QAM 
 
• Deste modo, pode-se ajustar o CP para: 
–  = 8 >  / Ts 
OFDM 
– Determine a banda de cada subcanal, o tempo total de 
transmissão associado a cada símbolo OFDM, o overhead 
associado ao CP e a taxa de dados 
• A banda de cada subcanal 
 
 
 
• O tempo de cada símbolo OFDM 
 
 
• O overhead associado ao CP 
 
 
• A taxa de bits para M = 16 (n = 4) 
 
OFDM 
kHz
uT
W
N
N 815.7
128
11
 kHz
u
Wcoe 200
5
11


usTTT sN 1368128  
136/8
Mbps
u
R 78.3
136
4
128 
<< 
– Exemplo: Padrão IEEE802.11A 
 
• Opera em 5GHz com banda de 300MHz total 
– IEEE802.11g é muito parecido, mas opera em 2.4GHz 
 
• A banda de 300MHz é dividida em canais de 20MHz 
– Portanto, a largura de banda W = 20MHz 
 
• Número de subportadoras é 64 
– N = 64 
– 48 para dados 
– 12 são zeradas para reduzir a interferência de canais 
adjacentes 
– 4 para piloto 
OFDM 
• Prefixo cíclico consiste de 16 amostras 
 
• O número total de amostras de um símbolo OFDM é de 80 
– Considerando o CP (64+16=80) 
 
• A taxa do código pode variar de 
– r = 1/2, 2/3 ou 3/4 
 
• As modulações são: 
– BPSK, QPSK, 16-QAM ou 64-QAM 
OFDM 
– Resposta 
• A banda de cada subcanal 
 
 
 
• Como  = 16, e 1 / Ts = 20MHz, tem-se: 
 
 
 
 
• Como um símbolo OFDM com CP possui 80 amostras 
(60+16), o período de símbolo em cada subcanal é dado por: 
 
OFDM 
kHz
M
N
W
WN 5.312
64
20

us
M
Ts 8.0
20
16
 
us
M
TT sN 4
20
80
80 
• A taxa de bit em cada subcanal é dada por: 
 
 
 
• Assim, a taxa mínima do sistema corresponde a uma 
modulação BPSK com taxa de código de ½: 
 
 
 
 
• A taxa máxima corresponde a uma modulação 64-QAM com 
taxa de código de ¾: 
 
OFDM 
 
NT
M
R 2
log

 
code
N
útil R
T
M
NR  2min
log
 
 
 
 
 
 
MbpsR 6
bit coded1
bit5.0
symbol sub.1
bits coded1
 timesub.4
symbol sub.1
48min  
 
 
 
 
 
 
MbpsR 54
bit coded1
bit4/3
symbol sub.1
bits coded6
 timesub.4
symbol sub.1
48min  
– Resumindo 
OFDM 
 
 Symbol duration = 4 s 
 Data subcarriers = 48 
 Bits / subchannel = 6 (64-QAM) 
 Bits / OFDM symbol = 6 x 48 = 288 
 Channel coding: número reducido para 3/4 x 288 
 = 216 bits/symbol 
 Bit rate = 216 bits / 4 s = 54 Mbit/s 
 
FIM 
Perguntas?