3G FINAL

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UNIVERSIDADE CIDADE DE SÃO PAULO
UNICID
GRADUAÇÃO EM REDES DE TELECOUNICAÇÕES
COMUNICAÇÕES MÓVEIS
Rede Móvel- 3G
Carlos Eduardo - 13039644
Fernando França Mendes – 15096751
Ricardo Custódio – 18357199
Introdução:
3G, abreviação de terceira geração, como seu nome diz, é a terceira geração da tecnologia de telecomunicação móvel sem fio [wireless]. É baseada em uma série de padrões usados por dispositivos de telecomunicação móvel. Usa serviços e redes compatíveis com a International Mobile Telecommunications-2000 (IMT-2000) e especificações regidas pela International Telecommunication Union. 3G aplica-se em telefonia, internet de acesso móvel, internet fixa sem fio, chamadas de vídeo, voz e TV móvel.
A rede de telecomunicação 3G dá suporte a serviços que precisam de taxas de transferência de pelo menos 200 kbit/s. Após o lançamento da 3G, também conhecidos como 3.5G e 3.75G, também permitiram o acesso de banda larga móvel de muitos Mbit/s para smartphones e modens móveis em computadores, notebooks e etc. Isso também garante que pode aplicar-se em internet móvel, chamadas de vídeo e áudio, internet fixa sem fio além da tecnologia de TV móvel.
Um novo padrão de geração de celulares apareceu aproximadamente dez anos depois que a tecnologia 1G foi apresentada em 1981/1982. Cada geração é caracterizada por novas frequências de bandas, altas taxas de transferência de dados e tecnologia de transmissão não compatível com versões anteriores. A primeira rede 3G foi apresentada em 1998 e a quarta geração [4G] em 2008
Conceito
Geração atual e ainda a mais utilizada no mundo, o 3G marcou uma maneira mais eficiente de se navegar na internet em redes sociais e utilizar o smartphone em tarefas do dia-a-dia como comunicação VoIP, em vídeo, mensagens de e-mail e mensagens instantâneas. O 3G passou a ser oferecido em 2001 em regiões como Japão, China e Europa através do sistema UMTS (Universal Mobile Telecommunications System, ou Sistema Móvel de Telecomunicações Universal), oferecendo velocidades que pela primeira vez atingiam a casa dos megabits por segundo.
Como a rede não utilizava a mesma frequência de rádio da geração anterior, a adoção do padrão foi mais lenta, já que as operadoras precisaram investir nas novas redes e bandas. Uma das desvantagens do 3G ainda é que, apesar de ter se tornado o novo padrão para smartphones, áreas com baixas coberturas ainda são comuns, principalmente em países como o Brasil, que tem uma cobertura 19% pior do que a média global, segundo a empresa britânica de medição de redes de telefonia Open Signal.
"Hoje, a infraestrutura de telecomunicação que nós temos no Brasil ainda é insuficiente para que possamos explorar tudo que a tecnologia 3G ainda tem a oferecer", afirma Luís. Além da inconveniência das sombras na rede e baixa velocidade média, isso acaba gerando problemas de utilidade para o usuário, como a redução da vida útil de baterias por causa da constante busca por sinal de 3G que os dispositivos precisam realizar.
Mas afinal, como é que o 3G consegue transmitir dados e também voz de quem utiliza o celular? A resposta é simples, já que isso ocorre através das ondas de rádio, essas ondas não precisam necessariamente apenas transmitir músicas, sendo capazes também de transmitir a voz e dados das redes de telefonia móvel. É bom mencionar que a rede 3G também passou por algumas evoluções, pois existem duas variações dessa tecnologia CDMA2000, UMTS e HSPA.
Vemos agora uma ilustração da evolução da telefonia celular:
CDMA2000 1x RTT (Radio Transmission Technology)
1XRTT (Radio Transmission Technology) ou CDMA 2000 é um sistema que surgiu para fornecer aos usuários um acesso pelo terminal móvel com uma taxa de 144 kbps visto que os sistemas anteriores como o IS95 A e B atinge taxas na ordem de 14,4 kbps à 64 Kbps, o que acaba limitando-os a prover determinados serviços relacionados a rede.
Utilizando a tecnologia CDMA, o sistema 1XRTT também é conhecido como 2,5G.
O CDMA 2000 vem de uma família de padrões de telefonia móvel 3G que usa CDMA, um esquema de acesso múltiplo para redes digitais, para enviar voz, dados e sinalização (como um número telefónico marcado) entre telefones celulares e estações base. Esta é a segunda geração da telefonia celular digital IS-95.
O CDMA 2000 tem, relativamente, um histórico técnico grande, é compatível com os antigos padrões que usam CDMA (como cdmaone), desenvolvidos pela Qualcomm, empresa proprietária de várias patentes internacionais sobre tecnologia.
Os padrões CDMA2000 são 1x, 3x, EV-DO e EV-DV, padrões estes que são interfaces aprovadas pelo ITU ITM-2000 e um sucessor direto da 2G CDMA, IS-95(cdmaOne). CDMA2000 é padronizado por 3GPP2.
CDMA2000 é uma marca registada da Telecommunications Industry Association (TIA-USA) nos Estados Unidos, no do termo genérico CDMA. (Similarmente Qualcomm batizou e registou o padrão 2G baseado em CDMA, IS-95, como cdmaOne).
Seus principais concorrentes são os outros padrões 3G, como W-CDMA (UMTS).
Existe o questionamento sobre a possibilidade de se considerar o sistema 1XRTT como 3G, devido algumas semelhanças que este possui em relação ao sistema WCDMA. Na realidade o sistema 1XRTT tem certas restrições e não atende a todas as especificações de um sistema de terceira geração, porém com as futuras gerações EVDO e EV-DV será possível agregar grande parte das especificações do sistema 3G.
O sistema 1XRTT é voltado para a transmissão de dados na interface aérea pois tudo que trafega entre o terminal móvel e a estação rádio base em uma chamada de dados é encaminhado para os elementos de redes que darão o tratamento específico para aquela chamada de dados.
CDMA2000 3x RTT (Radio Transmission Technology)
O 3x usa um par de canais de 3,75MHz (3 vezes o 1x e por isso 3x), tudo isso para alcançar maior velocidade de dados. A versão 3x do CDMA é algumas vezes referida como Multi-Portadora ou "MC (multi-carrier)". Essa versão ainda não foi implementada e não está em desenvolvimento atualmente.
CDMA 2000 - 1xEV-DO
Basicamente, 1xEV-DO é um sistema de dados sem fio com alta velocidade e alta capacidade que combina a conveniência da mobilidade com o desempenho de uma rede de dados fixa. É verdadeiramente uma tecnologia 3G uma vez que permite transmissão de dados com taxas acima de 2.4Mbps e ao mesmo tempo permite serviço de dados multimídia bastante avançados. Mais do que isso, 1xEV-DO é uma solução com custo muito competitivo já que apenas uma ERB é capaz de entregar mais que 4Mbps de capacidade usando um canal de 1.25MHz. Essa eficiência no uso do espectro significa para as operadoras CDMA poder transmitir muito mais dados para seus usuários com um upgrade mínimo em sua rede. A combinação de variados serviços de valor agregado com conteúdo multimídia e baixo custo por MByte é a chave para aumentar a demanda e o sucesso dos serviços de dados sem fio. Com sua alta velocidade e o baixo atraso para se conectar à Internet, 1xEV-DO suporta uma grande variedade de serviços de dados sem fio e sua aplicação atinge diferentes segmentos como corporativo, consumidor e acesso fixo de banda larga. Empresas podem usar o acesso 1xEV-DO para prover conexão VPN para seus funcionários a qualquer hora e em qualquer lugar com quase o mesmo nível de performance encontrado na sua LAN do escritório. As aplicações como vídeo/áudio streaming e download a uma velocidade bastante satisfatória, vídeo sob demanda, jogos multiplayer on-line, são de fato bastante apelativas para mercado consumidor. Outro segmento que pode se beneficiar com 1xEV-DO é o mercado de banda larga residencial e de pequenas empresas já que uma rede 1xEV-DO pode ser facilmente instalada, se comparada a uma rede com fio, e pode prover uma performance similar a um serviço cabo/DSL de 128 a 256kpbs. 4 1xEVDO: Benefícios da TecnologiaPortadora de 1,25MHz 1xEV-DO foi desenvolvido para operar em uma portadora de 1,25MHz, ocupando a mesma quantidade de espectro utilizado nos sistemas CDMA anteriores (cdmaOne, cdma2000 1x). Devido às características similares de RF, é bastante natural a integração do 1xEV-DO com as redes CDMA existentes reutilizando infraestrutura das ERBs, antenas e equipamentos de transmissão e recepção. Essas similaridades também permitem aos fabricantes de terminais 1xEV-DO aproveitar o significativo mercado CDMA (174 milhões de usuários), produzindo a custos reduzidos, aparelhos 1xEV-DO. Esta vantagem do 1xEV-DO não deve ser subestimada, considerando que outras tecnologias 3G não serão capazes de aproveitar-se de nenhuma economia de escala durante os primeiros anos de implantação. Canal dedicado a pacotes IP Outra vantagem do 1xEV-DO é que alocando um canal de freqüência para transportar apenas pacotes IP, resulta em um uso muito mais eficiente dos recursos da rede permitindo a transmissão de dados de até 2.4Mbps no downlink, além de ser o primeiro passo em direção à uma estrutura All-IP. Frequências de 450MHz, 850MHz e 1,9GHz 1xEV-DO está preparado para operar nas faixas de freqüência de 450MHz, 850MHz e 1,9GHz facilitando a implementação por operadoras que já tenham licença para essas bandas. Em comparação, o WCDMA (padrão europeu de 3G, também chamado de UMTS) inicialmente vai permitir downloads de no máximo 384kbps (rel.99), e posteriormente até 2Mbps (rel.4) usando inteiramente uma banda de 5MHz (onde seriam possíveis implementar 3 portadoras 1xEV-DO) com a desvantagem adicional de requerer novas licenças do governo no espectro de 2.1GHz. Alocação de portadoras em um sistema cdma2000 e 1xEV-DO Custo-benefício O custo de implementar e operar uma rede sem fio de dados é também um fator muito importante já que irá refletir diretamente nas taxas de serviços pagas pelos usuários de ponta. 1xEV-DO, sendo a mais eficiente tecnologia Wireless -WAN hoje, se torna também a tecnologia com melhor custo-benefício para serviços de dados sem fio, permitindo um retorno muito maior do investimento num recente estudo organizado pela QUALCOMM* onde diferentes tecnologias foram comparadas em bases iguais, 1xEV-DO mostrou ser 20 vezes mais barato na análise de custo por Mbyte; Entretanto como em outros sistemas celulares, enquanto o usuário se move na área de cobertura de uma ERB, ele experimentará boas e más condições de sinal, reduzindo a taxa média efetiva para cerca de 700 kbps. No upload (terminal para ERB), o usuário tem taxas de dados de até 153kpbs, enquanto que a média de capacidade do setor da ERB fica em torno de 350 kbps. O sistema suporta a transmissão de dados por pacote, a estrutura de circuito utilizada pelas redes de voz não se faz necessária (MSC, HLR, VLR, etc.). A arquitetura da rede é simples e facilmente se integra às redes legadas, incluindo os sistemas não-CDMA (por ex. TDMA e GSM). Os elementos de rede são: estações-rádio-base (BTS), controladoras de estação-rádio-base (BSC), Packet Control Function (PCF) que normalmente se integram com a BSC e Packet Data Serving Node (PDSN), que é o elemento que faz a interface da rede de acesso wireless com a Internet, além de estabelecer as sessões de usuário (normalmente implementado em roteadores). Ao se locomover de uma área coberta por uma BTS para outra, a BSC gerencia os handoffs mantendo as sessões de dados além de controlar a conexão de cada terminal mantendo a taxa de erros sob um limiar aceitável. Ao estabelecer uma sessão de dados para um terminal, o PDSN solicita ao servidor DHCP um novo o endereço IP para aquele terminal. O terminal 1xEV-DO pode receber endereço IP privado ou público, esta definição fica a cargo do endereçamento da operadora. 
CDMA 2000 - 1xEV-DV:
O nome vem de Evolution-Data/Voice, suporta uma velocidade de dados no enlace de Download de até 3.1Mbps e 1,8Mbps no link de Upload. Também pode suportar uma operação conjunta de usuários de voz 1x, usuários de dados 1x e usuários de alta velocidade 1xEV-DV no mesmo canal de rádio. Em 2005 a Qualcomm deteve o desenvolvimento da EV-DV até um novo aviso, devido à falta de interesse por parte das operadoras, sobre tudo porque Verizon e Sprint estão usando EV-DO.
Embora o CDMA2000 opere na faixa de 800Mhz; esta tecnologia pode operar em todos os espectros estabelecidos para telecomunicações de tecnologia sem fio, maximizando, portanto, a flexibilidade para os operadores. Ademais, o CDMA2000 fornece serviços 3G enquanto ocupa uma pequena faixa do espectro (1,25 MHz por portadora).
Bandas operáveis:
450 MHz
700 MHz
800 MHz
900 MHz
1700 MHz
1800 MHz
1900 MHz
2100 MHz
Do ponto de vista da velocidade, as versões 1xEV-DO e 1xEV-DV é que podem ser consideradas mais próximas do 3G, uma vez que conseguem oferecer taxas de transferência de dados de até 3,1 Mb/s (megabits por segundo) e taxas de upload de até 1,8 Mb/s.
Há também uma variação chamada CDMA-2000 3x (ou CDMA 3xRTT) que, tal como o nome indica, utiliza três portadoras de 1,25 MHz. Neste caso, a velocidade de transferência pode chegar a 2 Mb/s.
No Brasil as tecnologias CDMA-2000 podem trabalhar com várias faixas de frequência, como 450 MHz, 850 MHz, 1,9 GHz e 2,1 GHz
O que é UMTS?
Sigla para Universal Mobile Telecommunications Service (algo como "Sistema de Telecomunicações Móveis Universal"), o UMTS é tido como uma evolução do padrão GSM, com a sua implementação podendo inclusive aproveitar a estrutura deste. O UMTS é considerado, de fato, uma tecnologia da terceira geração em si.
O UMTS surgiu principalmente como resultado de um trabalho envolvendo empresas e entidades ligadas ao consórcio 3GPP (Third Generation Partnership Project), que lidera os esforços para o desenvolvido da tecnologia. Até então, os trabalhos relacionados ao padrão GSM eram comandados pela ETSI (European Telecommunications Standards Institute).
A tecnologia UMTS tem entre as suas principais características a implementação com base no padrão W-CDMA, abordado a seguir. Posteriormente, surgiu uma variação baseada no padrão HSPA.
O que é W-CDMA?
Sigla para Wideband Code Division Multiple Access (algo como "Acesso Múltiplo por Divisão de Código em Banda Larga"), o W-CDMA é um padrão para uso de radiofrequência baseado nos mesmos conceitos de comunicação do CDMA que possibilita ao UMTS atingir taxas de até 2 Mb/s para download e para upload, embora não costume ultrapassar 384 Kb/s. Estas velocidades são possíveis, entre outros motivos, graças ao uso de uma portadora de 5 MHz (contra 1,25 MHz do CDMA-2000, valendo relembrar).
O W-CDMA possui, essencialmente, dois modos de funcionamento: o TDD (Time Division Duplex - algo como "Duplexação por Divisão de Tempo"), onde as atividades de download (downlink) e upload (uplink) compartilham a mesma portadora, mas em intervalos (slots) distintos; e o FDD (Frequency Division Duplex - algo como "Duplexação por Divisão de Frequência"), que utiliza portadoras diferentes para cada um destas atividades, sendo que há uma faixa de frequência de 190 MHz entre elas.
O uso de TDD e FDD faz com que a transmissão seja mais eficiente, uma vez que cada modo é mais adequado a determinadas situações. Por exemplo, o TDD se mostra mais vantajoso em aplicações "assimétricas", como serviços Web, onde o número de dados enviados normalmente é diferente da quantidade recebida.
O que é HSPA (HSDPA / HSUPA)
Se o W-CDMA consegue fornece taxas razoáveis de transferência de dados, as especificações HSPA, sigla para High Speed Packet Access (algo como "Acesso a Pacotes em Alta Velocidade"), também empregadas no UMTS, podem ir muito mais além: oferecem velocidades maiores e podem suportar uma quantidade superior de usuários.
Tido como uma evolução do W-CDMA, o HSPA tem como base dois protocolos: o HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) e o HSUPA (High Speed Uplink Packet Access). Ambos trabalham utilizando portadoras de 5 MHz, mas o HSDPA se direciona ao download, enquanto que o HSUPA,além deste aspecto, se foca também no upload.
O HSDPA pode oferecer taxas de transferência de dados de até 14,4 Mb/s (as demais velocidades são de 1,8 Mb/s, 3,6 Mb/s e 7,2 Mb/s), enquanto que o HSUPA (também conhecido como Enhanced Uplink - EUL) oferece velocidade máxima de 5,76 Mb/s. Níveis tão altos se devem, em outros motivos, à redução do TTI (Transmission Time Interval - "Intervalo de Tempo de Transmissão"), que varia entre 1 e 3 milissegundos, enquanto que em outros padrões esta medida gira em torno dos 10 milissegundos.
Por serem mais recentes, as especificações HSPA são também chamadas de "3,5G".
O que é HSPA+
Também chamado de Evolved HSPA ("HSPA Evoluído") e de tecnologia "3,75G", o HSPA+ é uma das atualizações mais impressionantes para a comunicação móvel: teoricamente, é capaz de trabalhar com taxas de até 168 Mb/s para download e 22 Mb/s para upload. Uma revisão futura pode fazer com que o recebimento de dados chegue à incrível velocidade de 672 Mb/s.
É claro que níveis tão altos dificilmente são oferecidos em sua totalidade (assim como acontece com o HSPA "original"): no Brasil, por exemplo, a operadora Vivo começou a oferecer planos com HSPA+ em 2012 com limite máximo de 6 Mb/s.
Além de taxas maiores de transferência de dados, o HSPA+ também oferece outras vantagens, como menor tempo para o estabelecimento de chamadas, capacidade para uso de voz ampliada consideravelmente graças ao uso de VoIP, melhor suporte a aplicações que exigem grandes quantidades de informações e, por se tratar de uma evolução do HSPA, aproveitamento da estrutura de redes deste último tipo.
Entre os fatores que colaboram para as velocidades do HSPA+ está o uso do MIMO (Multiple Input Multiple Output - algo como "Múltiplas Entradas e Múltiplas Saídas"), uma técnica que utiliza mais de uma antena para transmissão no mesmo canal, mantendo o uso de portadoras de 5 MHz.
Outra característica que influencia no aspecto da velocidade é o uso de modulação (grossamente falando, processo que transforma dados e voz em sinais para tráfego em ondas de radiofrequência) 64-QAM (Quadrature Amplified Modulation - "Modulação Amplificada em Quadratura") para download e 16-QAM para upload, que favorecem taxas de transferência maiores, especialmente nos dispositivos móveis que estão mais próximos da base.
Modulações
Para explorar todo o potencial da operação de 5 MHz do WCDMA, o desempenho das redes de rádio baseadas em HSPA foi melhorado ainda mais quanto a eficiência de espectro, taxa de dados de pico e latência. O HSPA+, conforme especificado no 3GPP versão 7, inclui operação MIMO de downlink, modulação de ordem superior (downlink 64QAM, uplink 16QAM) e melhorias de protocolo que permitem especificamente que um elevado número de usuários "permanentemente conectados" seja suportado na rede. As taxas de dados de pico chegam a 28 Mbit/s no downlink e a 11,5 Mbit/s no uplink com tempos de retorno inferiores a 50 ms.
O 3GPP versão 8 especifica mais melhorias para o HSPA+, como operação de portadora dupla no downlink e a combinação da modulação MIMO e 64QAM. Ambos recursos permitem uma taxa máxima de dados de 42,2 Mbit/s no downlink. Além disso, a voz comutada por circuito no HSPA fornece suporte otimizado de serviços de voz em uma rede de acesso via rádio comutada por pacotes HSPA. Além disso, a latência é melhorada ainda mais alocando recursos E-DCH comuns no estado CELL_FACH e aplicando melhorias de camada 2 no uplink.
O 3GPP versão 9 continua aprimorando principalmente as capacidades de taxas de dados. O recurso HSUPA de célula dupla oferece suporte a duas frequências de portadora no sentido uplink, permitindo taxas de dados de uplink de 23 Mbit/s. Além disso, a operação de portadora dupla no sentido do downlink pode ser combinada com o recurso MIMO, atingindo taxas de dados de até 84,4 Mbit/s. A flexibilidade de espectro também foi aumentada, pois o recurso HSDPA de célula e banda duplas permite alocar recursos em duas frequências de portadora em diferentes bandas de frequência. As últimas especificações do 3GPP versão 10 incluem o HSDPA de quatro portadoras, permitindo agrupar quatro frequências de portadora para um único dispositivo de usuário final e, portanto, uma largura de banda de 20 MHz.
O UMTS WCDMA/HSPA/HSPA+ está sendo especificado no Projeto de Parceria de 3ª Geração (3GPP). O 3GPP versão 99 contém as primeiras especificações do WCDMA. O HSDPA e o HSUPA foram introduzidos no 3GPP versão 5 e 3GPP versão 6, respectivamente. O HSPA+ compõe parte das versões 7, 8, 9 e 10 do 3GPP.