AulasCSF

Prévia do material em texto

1 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
 
Universidade Eduardo Mondlane 
Faculdade de Engenharia 
Departamento de Engenharia Electrotécnica 
 
DISCIPLINA: Comunicações Sem Fio 
 
FICHA 1 
INTRODUÇÃO ÀS COMUNICAÇÕES SEM FIO 
(Aspectos Gerais) 
 
4º Ano – 2018 
2 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
1. Introdução às Comunicações 
O privilégio extraordinário das comunicações que nos dias de hoje convivemos com ele de 
forma normal, só se tornou possível há muito pouco tempo, à escala da evolução do Homem. 
Durante séculos as trocas de informação à distância faziam-se por intermédio de mensageiros 
que viajavam entre o emissor e o destinatário. 
Hoje o conceito das comunicações ganhou uma nova abordagem, as vezes até complexa. Apesar 
da complexidade que possa ter, na sua forma mais elementar, um circuito de comunicações é 
constituído por 3 partes: emissor (ou transmissor), receptor e canal de comunicação. 
 
Figura 1.1 – Circuito elementar de comunicação. 
O canal de comunicação pode ser um cabo (caso do telefone) ou ser ar (telefones celulares). A 
figura 1.1 mostra um sistema em que o canal de comunicação é misto (cabo e ar) tal como 
acontece por exemplo numa comunicação via rádio. 
Devemos recordar que as comunicações só são possíveis porque os sinais que pretendemos 
transmitir são transformados em sinais eléctricos e transmitidos sob a forma de ondas 
electromagnéticas que se propagam em cabos e no espaço. 
Quanto às comunicações sem fios, podemos dizer que a aventura começou por volta de 1873, 
quando James Clerk Maxwell escreveu as equações que previam a existência de ondas 
electromagnéticas (OEM), capazes de propagar com uma velocidade finita e igual à da luz. 
A comprovação experimental da existência de OEM só veio a ser feita por Hertz, em 1887. 
Hertz encarou o desafio como um mero trabalho académico, sem suspeitar que seria o precursor 
de uma nova era e que as ondas de rádio iriam ter um impacto extraordinário para o avanço da 
civilização. 
Alguns cientistas como Oliver Lodge, Chandra Bose, e Alexander Popov, reproduziram a 
experiência de Hertz, aperfeiçoaram a tecnologia e demonstraram-na para sinalização sem fios. 
Mas foi Guglielmo Marconi quem anteviu a possibilidade de explorar comercialmente as OEM 
para telegrafia sem fios. Patenteou o seu sistema de transmissão e estabeleceu um serviço 
comercial de telegrafia sem fios em 1902 que se generalizou rapidamente por todo o mundo 
Comunicações sem fio. 
3 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
 
Figura 1.2 – James Maxwell (1831-1879); Heinrich Hertz (1857-1894); Guglielmo Marconi (1874-1937). 
 
1.1. A experiência de Hertz 
Hertz, enquanto estudante de doutoramento na Universidade de Berlim, começou por declinar 
um desafio lançado por Helmoltz em 1879 para investigar a relação entre os campos 
electromagnéticos e a polarização dieléctrica de materiais isolantes. Hertz analisou o problema e 
considerou não ser tecnicamente viável na altura, por requerer o uso de frequências muito 
elevadas. 
No entanto manteve o interesse e voltou ao assunto quando se tornou professor em 1886 na 
Technische Hochschule Karlsruhe na Alemanha. Apercebeu-se de como poderia gerar e detectar 
ondas electromagnéticas ao descarregar uma garrafa de Leyden através de uma bobina. Observou 
por acaso o aparecimento de uma faísca na fenda de uma espira que estava próxima da bobina. 
Esse circuito que desenvolveu e que pode agora ser visto como um sistema de rádio completo, 
está representado esquematicamente na Figura 1.3. 
 
Figura 1.3 – Esquema da montagem apresentada por Hertz em 1886. 
O emissor é constituído por uma bobina de indução (A) ligada a um par de varões metálicos 
colocados topo a topo com uma pequena fenda entre si (B) e terminados por esferas (C) e (C’). 
4 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
Estes varões e esferas com cerca de meio comprimento de onda formam o elemento radiador, a 
que hoje chamamos o dipolo de Hertz – a antena. O receptor é uma simples espira com uma 
pequena fenda (M) cujo espaçamento pode ser ajustado para facilitar a faísca. 
Quando se alimenta a bobina de indução e se produzem faíscas na fenda (B) do dipolo, 
aparecem em simultâneo, faíscas na fenda (M) da espira colocada a uma certa distância. O 
perímetro da espira usada na montagem da Figura 1.3 indica que estava sintonizada para um 
comprimento de onda da ordem da ordem de 8 m, ou seja para uma frequência de 37.5 MHz. 
Posteriormente Hertz incluiu uma capacidade (garrafa de Leyden) no circuito da bobina de 
indução para formar um circuito ressonante e assim controlar a frequência da onda radiada. A 
utilização de circuitos ressonantes permitiu melhorar significativamente a sensibilidade da 
detecção. (Analisar o vídeo da experiência). 
 
1.2. Comparação entre Comunicações com e sem fio 
Durante o processo de instação de um enlace para o estabelecimento de uma comunicação, 
deve-se decidir que será com ou sem fio para a troca de informações. Por isso, faz se necessário 
o conhecimento sobre as suas diferenças. 
Para os locais de difícil acesso ou em locais onde as redes com fio não podem chegar, ou 
representar um gasto desmedido, ou ainda serem instaladas como salas de reuniões, auditórios, 
halls, etc., wireless torna-se a solução para empresas, meios acadêmicos e até residenciais, pois 
tem flexibilidade de facilidade de instalação, configuração e o próprio uso. Segue lista de algumas 
vantagens: 
 
 Flexibilidade de instalação - Podem ser instaladas em locais impossíveis para cabos e 
facilitam configurações temporárias e remanejamentos; 
 
 Mobilidade - Sistemas de redes locais sem fio podem prover aos usuários acesso à 
informação em tempo real em qualquer lugar; 
 
 Maior produtividade - Proporciona acesso "liberado" à rede em todo o campus e à 
Internet. Wireless oferece a liberdade de deslocamento mantendo-se a conexão”; 
 
 Redução do custo de propriedade - Wireless reduzem os custos de instalação porque 
dispensam cabeamento; por isso, a economia é ainda maior em ambientes sujeitos às 
mudanças frequentes; 
 
 Escalabilidade - Acessos sem fio podem ser configurados segundo diversas topologias 
de acordo com as necessidades da empresa. As configurações podem ser facilmente 
alteradas e as distâncias entre as estações adaptadas desde poucos usuários até centenas; 
 
 Crescimento progressivo - A expansão e a reconfiguração não apresenta complicações 
e, para incluir usuários, basta instalar o adaptador de wireless no dispositivo cliente; 
5 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
 
 Interoperabilidade - Os clientes e usuários podem ficar tranqüilos com a garantia de 
que outras marcas de produtos compatíveis de rede e cliente funcionarão com as 
soluções proposta; 
 
 Alta imunidade a ruídos - Os rádios utilizados operam na freqüência 2,4 GHz. Eles 
trabalham num sistema de espalhamento de freqüência ou frequence hope, o que reduz 
drasticamente a possibilidade de interferências, garantindo a qualidade do sinal e a 
integridade das informações; 
 
 Segurança - Suporta encriptação Wired Equivalente Privacy (WEP) com chave de até 128 
bits. Todo o tráfego de rede passa por uma VPN (Virtual Private Network) utilizando o 
protocolo IPSec (IP Secure) com chave de 1024 bits, garantindo proteção à rede contra 
ataques externos; 
 
Como algumas desvantagens a serem consideradas de um modo geral, temos: 
 Soluções proprietárias - Devido ao lento procedimento de padronização, muitas 
empresas precisam apresentar soluções proprietárias, oferecendo funções padronizadas 
mais características adicionais (tipicamente uma taxa de transmissão mais rápida 
utilizando uma tecnologia de codificação patenteada). Porém, estas características 
adicionais funcionam apenas em um ambiente homogêneo, isto é,quando adaptadores 
do mesmo fabricante são utilizados em todos os nós da rede. Deve-se seguir sempre uma 
mesma padronização, sendo que a utilizada é a 802.11b; 
 
 Restrições - Todos os produtos sem fio precisam respeitar os regulamentos locais. 
Várias instituições governamentais e não-governamentais regulam e restringem a 
operação das faixas de frequência para que a interferência seja minimizada. Um grande 
empecilho para o uso deste equipamento é necessidade de visada direta entre os pontos; 
 
 Segurança e privacidade - A interface de rádio aberta é muito mais fácil de ser burlada 
do que sistemas físicos tradicionais. Para solucionar deve-se sempre utilizar a criptografia 
dos dados através de protocolos tais como WEP ou IPsec”. 
 
 Taxas de Transmissão - As redes sem fio oferecerem taxas mais baixas que as redes 
cabeadas alcançam, também tem problemas durante a propagação (como a energia é 
transportada ao longo do meio) principalmente devido ao comportamento aleatório do 
meio sujeito Por fim, existem os obstáculos e propagação por multi-percursos; 
 
 Custos - O alcance do sinal pode ser insuficiente dependendo da distância que se quer 
cobrir. Quanto maior a distância, maior será o número de repetidores ou pontos de 
acesso que deverão ser utilizados. 
 
6 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
2. Comunicação sem Fio 
Em telecomunicações, as comunicações sem fio (do inglês: wireless) consistem na transferência 
de dados e informações sem a utilização de cabos. As distâncias envolvidas podem ser curtas 
(poucos metros, como a que há entre uma televisão e seu controle remoto) ou longas (milhares 
ou mesmo milhões de quilômetros, como ocorre nas transmissões de ondas de rádio). 
Poderíamos dizer, como exemplo lúdico, que durante uma conversa entre duas pessoas, temos 
uma conexão wireless, partindo do princípio que sua voz não utiliza cabos para chegar até o 
receptor da mensagem. Na realidade, a rede sem fio nada mais é do que o compartilhamento de 
informações entre dois ou mais dispositivos feita através de ondas de rádio. 
Nos dias que correm, as redes sem fio vêm sendo muito estudadas e utilizadas. Muitos produtos 
vêm sendo lançados no mercado, mostrando sua facilidade tanto para leigo como para o 
profissional, devido sua mobilidade e facilidade nas instalações, suas configurações. O que 
diferencia das redes cabeadas é o fácil acesso a banco de dados e também à internet, onde exista 
um ponto de cobertura de uma rede sem fio fornecendo esse acesso. 
 
2.1. Ondas Electromagnécticas 
As ondas de rádio ou hertzianas são perturbações físicas causadas pela interação de dois campos 
(o eléctrico – E e o magnético - H). Essas ondas são capazes de se propagar no espaço, 
irradiadas por uma antena. Podem ser geradas em qualquer frequência, mas, em 
telecomunicações, são utilizadas ondas de frequência superior a 100 kHz, passando por um 
processo denominado modulação. 
Assim, ao se ligar uma antena de tamanho apropriado a um circuito eléctrico, ondas 
eletromagnéticas podem ser difundidas (broadcast) e recebidas por um receptor a alguma 
distância, conforme sugere a figura 2.1. 
 
Figura 2.1 – Propagação da ondas electromagnéticas. 
7 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
Vale dizer que, toda comunicação sem fio é baseada neste princípio. No vácuo, todas as ondas 
electromagnéticas viajam em uma mesma velocidade, não importando qual é sua frequência. 
Essa velocidade, geralmente chamada velocidade da luz ( c ), é aproximadamente 3.108 m/seg., e 
a velocidade da luz é o último limite de velocidade. 
O conjunto infinito de frequências que podem existir no espaço é delimitado e ordenado, para 
conter as frequências que podem ser utilizadas em telecomunicações. A este espaço é chamado 
de Espectro Eletromagnético. A tabela abaixo apresenta o conjunto dessas frequências, bem 
como a nomenclatura de cada grupo delas. Nela torna-se oportuno fazer uma referência 
exclusiva as bandas paras as comunicações sem fio: 
 
 
2.2. Propagação das Ondas Electromagnéticas 
Os sinais de rádio que se propagam no ar podem percorrer caminhos diferentes e com 
características diferentes. A energia radiada por uma antena de emissão viaja no espaço em 
muitas direcções e à medida que a distância vai aumentado, essa energia espalha-se por uma área 
cada vez maior e consequentemente, a intensidade de campo diminui. 
Normalmente existem vários caminhos pelos quais o sinal emitido por uma antenna emissora 
pode atingir uma antena receptora. O melhor desses caminhos é sempre aquele que tem uma 
menor atenuação do sinal e consequentemente o que produz uma maior intensidade de campo 
na antena receptora. 
 
8 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
2.2.1. Quanto ao meio onde se propagam as ondas podem ser: 
a) Propagação por onda terrestre – As ondas de rádio se propagam próximo à superfície 
da Terra, acompanhando a sua curvatura. Possibilitando comunicações além do 
horizonte, para transmissões nas faixas de LF e MF. 
 
Figura 2.2 - Onda terrestre. 
 
b) Propagação por visibilidade – As antenas transmissora e receptora estão visíveis entre 
si, com alta directividade, ou seja, o feixe se propaga praticamente em linha recta. Os 
obstáculos entre as antenas de transmissão e recepção podem interromper a 
comunicação. As transmissões de rádio nas faixas de VHF e UHF (FM, TV VHF e TV 
UHF) propagam-se por visibilidade (ou linha de visada). 
 
 Figura 2.3 - Onda espacial. 
c) Propagação por onda celeste – Conhecida também como propagação ionosférica. As 
ondas de rádio sofrem refrações na ionosfera e retornam à Terra, favorecendo as 
comunicações a longa distância. As transmissões em HF (ondas curtas) propagam-se 
desse modo. 
9 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
 
Figura 2.4 - Onda celeste. 
 
2.2.2. Quanto à forma como se propagam as ondas podem ser: 
a) Onda de solo - A onda transmitida acompanha a curvatura da terra. 
 
b) Onda directa - Na propagação directa a onda emitida pela antena emissora atinge a 
antenna receptora em linha recta sem sofrer nenhum desvio. 
 
c) Onda Reflectida - Na propagação por reflexão a onda é reflectida por um 
obstáculo. Este tipo de propagação pode ser indesejável, visto que podem chegar à 
antena receptora dois ou mais sinais desfasados (pois as suas trajectórias são de 
diferentes comprimentos, que, no caso da recepção de imagens de TV, produzem as 
conhecidas e incómodas imagens com fantasma. 
Para evitar este efeito, deve-se utilizar antenas de grande directividade e correctamente orientadas 
em relação ao emissor. 
d) Onda difractada - Na propagação por difracção a onda segue as encostas dos 
montes ou a linha do horizonte ( última figura de 2.3). 
 
e) Onda Refractada - Na propagação por refracção a onda é refractada nas camadas 
da ionosfera. Este fenómeno é devido ao estado de ionização dessa zona da 
atmosfera. 
Convém dizer aqui que, com este tipo de propagação, desde que existam as devidas condições, se 
pode captar emissões muito longínquas e impossíveis de receber em propagação directa. 
 
2.2.3. Características da Atmosfera e Superfície Terrestre 
Para ampliar o entendimento da radiopropagação, é necessário conhecer a composição das 
camadas da atmosfera terrestre e os fatores que a afectam, além das características de relevo e 
conductividade da região na qual se deseja implantar um enlace. 
10 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
A atmosfera terrestre é dividida em cinco camadas, de acordo com a altitude, densidade, 
concentração de gases e ionização: troposfera, estratosfera, mesosfera, ionosfera e exosfera. Aqui 
nos interessa as quatro primeiras (figura 2.5). 
 
Figura 2.5 - Quatro camadas da atmosfera terrestre. 
 
2.2.3.1. Troposfera 
É uma camada mais baixa, estendendo-se do solo até cerca de 15km de altitude. Com alta 
concentração de gases, nela ocorrem praticamente todos os fenômenos climáticos (chuva, neve 
etc.) do planeta. Por causa desses fenômenos, a propagação de ondas se dá por meio de 
atenuações. Na troposfera observam-se turbulências decorrentes do aquecimento desigual da 
superfície, o que influencia a eficiência em sistemas de comunicação que utilizam essa camada. 
Um bom exemplo são as inversões térmicas, que criam dutos troposféricos, prejudicando a 
propagação a longas distâncias. 
 
2.2.3.2. Estratosfera 
É uma região isotérmica, ou seja, apresenta temperatura praticamente constante; portanto, não 
está sujeita a inversões térmicas e, por consequência, não há refrações significativas. Na 
propagação das ondas de rádio, é considerada uma camada inerte. 
 
2.2.3.3. Ionosfera 
É uma região de constituição não homogênea e de grande ionização, devido à baixa 
concentração de gases e da intensa radiação. O grau de ionização varia no decorrer do dia, sendo 
11 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
menos intenso no período noturno, por causa da ausência de radiação solar, o que permite maior 
recombinação de partículas. 
Portanto, a comunicação de rádio a longas distâncias é, em grande parte, viável graças a ionosfera 
(entre aproximadamente 90Km e 320Km de altitude). A ionosfera não é uniforme, por isso é 
subdividida, para efeito de análise, em camadas - algumas delas instáveis. Assim, do solo para 
cima a ionosfera se divide em camadas de ionização. Estas variam conforme a hora do dia, 
estações do ano e condições solares. As camadas iónicas da ionosfera são: D, E, F1 e F2, 
conforme a figura 2.6. 
 
Figura 2.6 - As camadas Ionosféricas. 
Analisando separadamente cada camada, podemos compreender melhor a ionosfera e também a 
grande variação de qualidade e alcance na recepção por ondas de rádio. 
 
Camada E 
Localizada a cerca de 100 Km acima da superfície da Terra, é considerada a camada útil mais 
baixa da ionosfera. Nesta camada os íons recombinam-se rapidamente, dando origem a um 
grande número de partículas neutras, que não refletem as ondas de rádio. Por esse motivo, a 
camada E só tem utilidade durante o dia, sendo mais ativa ao meio dia, normalmente; após o 
pôr-do-sol, ela praticamente desaparece. 
A comunicação pela camada E costuma ocorrer num único "salto" do sinal, cobrindo distâncias 
entre 650Km e 2000Km. 
 
Camada F 
Localizada a 280 Km de altitude, é a principal responsável pelas comunicações a longas 
distâncias. Durante o dia divide-se em duas áreas distintas, batizadas F1 e F2. Ficam a 225 Km e 
320 Km de altura, respectivamente, nos dias em que o nível de ionização está elevado; após o 
cair do sol voltam a se recombinar em uma só camada. 
12 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
A máxima distância permitida pela camada F, num único "salto", é de 4000 Km, 
aproximadamente. A grande altitude da região F faz com que a recombinação de íons e elétrons 
em partículas neutras ocorra muito lentamente. O nível de ionização começa a diminuir no fim 
da tarde, tornando-se progressivamente mais fraco, até atingir seu nível mais baixo pouco antes 
do nascer do sol. 
 
Camada D 
Fica logo abaixo da camada E e, ao invés de auxiliar as comunicações, acaba por "absorver" 
transmissões com frequências inferiores a aproximadamente 8 MHz. No entanto, a maior 
frequência absorvível e o próprio nível de absorção vão depender da ionização, que por sua vez é 
função da distância em relação ao sol. Essa camada costuma ser bastante ativa em torno do meio 
dia, no alto verão, sendo muito menos intensa no inverno. 
 
Na realidade, existem muitos factores que influenciam a ionosfera e sua capacidade de refletir 
sinais de rádio. Os principais são citados a seguir: Machas solares, Radiação Solar, Saltos 
Múltiplos, Ângulo de Radiação. 
 
2.3. Padrões 
Nos pontos anteriores, nos referimos às vantagens das redes sem fio, contudo, uma nota 
importante deve ser considerada, é que mesmo com essas facilidades e flexibilidades existem 
preocupações no que diz respeito à segurança. Como toda novidade tecnológica traz curiosidade, 
o interessado acaba adquirindo o produto mais por impulso do que em usufruir das reais 
vantagens com segurança. Uma outra questão não menos importante, é que como em uma rede 
sem fio o usuário tem mobilidade no espaço de alcance do sinal, temos que ter em mente que à 
medida que estamos distante do ponto de propagação do sinal maior será a perda de dados. 
Assim, para tornar possível a comunicação, na comunicação entre dispositivos de rede sem fio, 
foi criado um padrão para garantir que equipamentos de fabricantes distintos comuniquem entre 
eles. O IEEE criou um grupo para reunir uma série de especificações que definem como deve 
ser a comunicação entre os dispositivos. A este conjunto de especificações que comunica 
dispositivos de rede sem fio é conhecido como padrão IEEE11 802.11. A cada novas 
características operacionais e técnicas são criadas novas extensões do padrão 802.11. 
A rede sem fio IEEE 802.11 foi uma das grandes novidades tecnológicas dos últimos anos. 
Actuando na camada física, o 802.11 define uma série de padrões de transmissão e codificação 
para comunicações sem fio. Como prova desse sucesso pode-se citar o crescente número de 
hotspots e o fato de a maioria dos computadores portáteis novos já saírem de fábrica equipados 
com interfaces com o padrão. 
Para as diversas tecnologias das comunicações sem fio, o principal componente para 
comunicação é um equipamento chamado ponto de acesso (AP - Access Point). Alguns 
13 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
equipamentos incluem também as funções de roteador (Router), o que permite compartilhar o 
acesso à internet. 
 
Figura 2.17 - Exemplos de aparelhos de Ponto de Acesso 
Além do ponto de acesso, cada máquina ou estação irá precisar de uma placa wireless, que pode 
ser interna ou externa. No caso dos notebooks e dos handhelds, existem modelos que já têm a 
tecnologia embutida no próprio processador dispensando o uso do adaptador adicional. 
O padrão 802.11 em termos de velocidade de transmissão exerce no máximo 2Mbps, 
trabalhando com a banda de 2,4GHz. Contudo, dentro de cada padrão temos diversos sub-
padrões que definem as características particulares de cada um. Essas características são definidas 
por velocidade, alcance, frequência e até mesmo protocolos de segurança. 
 
2.3.1. Padrão 802.11a 
Foi definido após os padrões 802.11 e 802.11b. Chega a alcançar velocidades de 54 Mbps dentro 
dos padrões da IEEE e de 72 a 108 Mbps por fabricantes não padronizados. Esta rede opera na 
frequência de 5,8GHz e inicialmente suporta 64 utilizadores por Ponto de Acesso (PA). As suas 
principais vantagens são a velocidade, a gratuidade da frequência que é usada e a ausência de 
interferências. A maior desvantagem é a incompatibilidade com os padrões no que diz respeito a 
Access Points 802.11 b e g, quanto a clientes, o padrão 802.11a é compatível tanto com 802.11b 
e 802.11g na maioria dos casos, já se tornando padrão na fabricação. 
 
2.3.2. Padrão 802.11b 
Ele alcança uma taxa de transmissão de 11 Mbps padronizada pelo IEEE e uma velocidade de 
22 Mbps, oferecida por alguns fabricantes. Opera na frequência de 2.4GHz. Inicialmente suporta 
32 utilizadores por ponto de acesso. Um ponto negativo neste padrão é a alta interferência tanto 
na transmissão como na recepção de sinais, porque funcionam a 2,4GHz equivalentes aos 
telefones móveis, fornos micro ondas e dispositivos Bluetooth. O aspecto positivo é o baixo 
preço dos seus dispositivos, a largura de banda gratuita bem como a disponibilidade gratuita em 
todo mundo. O 802.11b é amplamente utilizado por provedores de internet sem fio. Na tabela 2 
apresentada abaixo é demonstrada a associação entre canal e a respectiva frequência: 
14 Equipede Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
Canal Frequências 
 
Canal Frequências 
1 2,412 
 
8 2,447 
2 2,417 
 
9 2,452 
3 2,422 
 
10 2,457 
4 2,427 
 
11 2,462 
5 2,432 
 
12 2,467 
6 2,437 
 
13 2,472 
7 2,442 
 
14 2,484 
 
2.3.3. Padrão 802.11d 
Habilita o hardware de 802.11 a operar em vários países onde ele não pode operar hoje por 
problemas de compatibilidade, por exemplo, o IEEE 802.11a não opera na Europa. 
 
2.3.4. Padrão 802.11e 
O 802.11e agrega qualidade de serviço (QoS) às redes IEEE 802.11. Neste mesmo ano - 2005 - 
foram lançados comercialmente os primeiros pontos de acesso trazendo pré-implementações da 
especificação IEEE 802.11e. Em suma, 802.11e permite a transmissão de diferentes classes de 
tráfego, além de trazer o recurso de Transmission Oportunity (TXOP), que permite a 
transmissão em rajadas, otimizando a utilização da rede. 
 
2.3.5. Padrão 802.11f 
Recomenda prática de equipamentos de WLAN para os fabricantes de tal forma que o Access 
Points (APs) possa interoperar. Define o protocolo IAPP (Inter-Access-Point Protocole) 
 
2.3.6. Padrão 802.11g 
Baseado na compatibilidade com os dispositivos 802.11b e oferece uma velocidade de até 54 
Mbps. Funciona dentro da frequência de 2,4GHz. Tem os mesmos inconvenientes do padrão 
802.11b (incompatibilidades com dispositivos de diferentes fabricantes). As vantagens também 
são as velocidades. Usa autenticação WEP estática já aceitando outros tipos de autenticação 
como WPA (Wireless Protect Access) com criptografia (método de criptografia TKIP e AES). 
Torna-se por vezes difícil de configurar, como Home Gateway devido à sua frequência de rádio 
e outros sinais que podem interferir na transmissão da rede sem fio. 
2.3.7. Padrão 802.11h 
Suporta medidas e gerenciamento em sinais de 5 GHz nas redes sem fio como o padrão 802.11a. 
Esse padrão conta com dois mecanismos que ajudam a transmissão via rádio: Um é a tecnologia 
TPC, que permite que o rádio ajuste a potência do sinal de acordo com a distância do receptor e 
o outro mecanismo é a tecnologia DFS, que permite a escolha automática de canal, diminuindo a 
interferência em outros sistemas que opera na mesma banda. 
15 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
2.3.7.1.1. Padrão 802.11i 
Padrão que tem por vantagem um protocolo de segurança chamado RSN (Robust Security 
Network), permitindo que os meios de comunicação sejam mais seguros que os difundidos 
atualmente. Criado em junho de 2004, esse padrão destaca pelos mecanismos de autenticação e 
privacidade. Esse padrão também possui o protocolo WPA (Wi-fi Protected Access), que foi 
desenhado para prover soluções mais robustas, em relação ao padrão WEP (Wired Equivalent 
Privacy) – mais detalhes no capítulo 3.1.1.4.2. 
 
2.3.7.1.2. Padrão 802.11k 
Esse padrão “possibilita um meio de acesso para o PA transmitir dados de gerenciamento”. 
 
2.3.7.1.3. Padrão 802.11n 
Já em final de homologação, esse padrão também é conhecido como WWiSE (World Wide 
Spectrum Efficiency) onde tem por finalidade o aumento da velocidade que varia de 100 Mbps até 
500 Mbps, permitindo a distribuição de mídias e a compatibilidade retroativa com os padrões já 
existentes. 
Opera na faixa de 2,4 GHz e 5 GHz, podendo trabalhar com canais de 40 MHz e, também, 
manter compatibilidade com os 20 MHz atuais, mas neste caso as velocidades máximas oscilam 
em torno de 135 Mbps. 
 
Com pouca diferença dos padrões atuais, destaca-se por uma modificação de OFDM 
conhecida como MIMO-OFDM (Multiple Input, Multiple Out-OFDM) que traz maior eficiência na 
propagação do sinal e ampla compatibilidade reversa com demais protocolos. Esse padrão 
(MIMO), “libera multiplos sinais de entrada/saída usando antenas distintas, dividindo um único 
sinal rápido em vários, com velocidade menor ao mesmo tempo. Os sinais mais lentos são 
enviados por uma antena diferente utilizando um mesmo canal de frequência. O receptor 
reorganiza os sinais formando uma única informação. Isso proporciona uma capacidade maior 
de velocidade e um alcance nominal de quatro vezes mais área do que o alcançado atualmente, 
aproximadamente 400m nominais.” (Mobile Life, Agosto/2004). Veja na figura 2.8, aparelho 
com três antenas criado pela empresa Belkin, onde torna o padrão turbinado. 
 
Figura 2.8 - aparelho que permite turbinar o padrão 802.11n. 
16 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
2.3.7.1.4. Padrão 802.11r 
Padroniza o hand-off (troca de sinais) rápido permitindo um cliente com rede sem fio se reassociar 
quando houver a locomoção de um PA para outro na rede. 
 
2.3.7.1.5. Padrão 802.11s 
Criada recentemente pela empresa Intel, fazem com que permite que os pontos de acessos se 
comuniquem entre si, permitindo um sistema de auto-configuração, onde tem por principal 
funcionalidade a cobertura de grandes áreas com vários usuários utilizando a tecnologia de forma 
simultânea. 
 
2.3.7.1.6. Padrão 802.11x 
Esse padrão tem a mesma mecânica dos demais diferenciando apenas no controle de acesso, pois 
permite autenticação baseada em métodos já consolidados como o RADIUS (Remote 
Authentication Dial-in User Service), de forma escalável e expansível, que permite desenvolver vários 
métodos de autenticação independentemente da tecnologia. Permite também manter a base de 
usuários em um único repositório, tanto em banco de dados convencional, LDAP como em 
qualquer outro reconhecido pelo servidor de autenticação. 
Como destaque nesse padrão, é permitida a utilização de diversos métodos de autenticação no 
modelo EAP (Extensible Authentication Protocol), onde é definido formas de autenticação baseadas 
em usuário e senha, senhas descartáveis (OneTime Password), algoritmos unidirecionais (hash) e 
outros que envolvam algoritmos criptográficos como a chave WEP. 
 
2.3.7.1.7. Padrão 802.11 Multimídia 
Uma versão também recente da família 802.11, é considerara um padrão destinado à aplicação 
residenciais e/ou entretenimentos, pois a transmissão é de conteúdo rico, ou seja, vídeo, áudio, 
etc. Esse padrão também tem por destaque de antecipar alguns recursos e avanços de outro 
protocolo. 
2.3.7.1.8. Padrão 802.16 
Podendo considerar o futuro das redes sem fio, o padrão 802.16 (Air Interface for Fixed Broadband 
Wireless Access Systems), conhecido como Wi-Max (Worldwide Interoperability for Microwave Access), 
promete cobrir uma área bem maior comparado a todos os padrões já apresentado. Esse padrão 
cobre uma área metropolitana por cerca de até 50 Km (na teoria) e com velocidade de 75 Mpbs. 
Esse padrão também divide-se em sub-padrõe, conforme a tabela: 
17 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
SUB-PADRÕES REFERENTE AO PADRÃO 802.16 
Standart Characteristics Status 
802.16 
"Air interface for fixed broadband wireless access systems" Completed 
2002 Operates in the 10/66 GHz frequency band and requires Line of Sight (LoS) 
802.16a 
Na amendment to the base 802.16 standart that addresses the low frequency 
2/11 GHz spectrum 
Completed 
2003 Licensed and unlicensed spectrum 
Allows for Non Line of Sight (NLoS) 
802.16b 
Na amendment for adding quality of service (QoS) specification to the 
802.16 standart 
Completed 
2003 
802.16c 
An amendment for defining test suite structures and test purposes to ensure 
interoperability 
Completed 
2003 
802.16d Focuses on fixing the errata and other protocols not covered by 802.16c 
Rolled 
into 
Revision 
D 
802.16a 
(Revision 
D) 
Sucessor to 802.16d that revises 802.16ato incorporate 802.16b and 802.16c 
into the base standart 
To be 
published 
July 2004 
In addition, revises power amplifier specifications - allowing them to be 
smaller and cheaper 
Provides key hooks for using antenna diversity, MIMO, etc. 
Allows for some nomadic portability 
802.16e Adds support for mobility to the vase 802.16 standard 
To becompleted 
December 
2004 
 
2.3.7.1.9. Padrão 802.20 
Apelidado de Mobile-Fi foi estabelecido em fevereiro de 2003 antes do lançamento da ratificação 
da extensão a do 802.16, proporcionando taxas de transmissão de 1 Mbps a 4 Mbps em 
espectros licenciados abaixo de 3,5 GHZ em distâncias de 15 km aproximadamente, fazendo 
com que tenha menos potência que o Wi-Max porém inteiramente móvel (mobile) permitindo 
uma latência de 10ms (podendo utilizá-lo com um veículo em alta velocidade). 
18 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
3. Tipos de Comunicação sem fio 
 
3.1. Rádio Broadcast 
A primeira comunicação sem fio criada foi a transmissão de ondas de rádio abertas para qualquer 
um interceptar e escutar, tecnologia ainda utilizada hoje nas estações de rádio. Rádio com 
multicanais permitem que cidades e pilotos ou marinheiros possam se comunicar entre si quando 
necessário. T 
 
Figura 3.1 - Torres de rádio broadcast localizadas na Inglaterra. 
Também é possível transmitir informações digitais através do espectro de rádio frequência. 
Normalmente funciona através de ondas de rádio transmitidas pelo ar partindo de uma torre de 
transmissão para todas as antenas receptoras que estejam sintonizadas na mesma frequência que 
a torre de transmissão naquele momento. 
 
3.2. Comunicações telefônicas 
O avanço das redes de telefonia vêm avançando por várias gerações até os dias de hoje e é um 
dos melhores exemplos de tecnologia de comunicação sem fio. 
 
Figura 3.2 - Telefone celular comumente utilizado em comunicações telefônicas. 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Samsung_D800.JPG
19 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
O sistema de telefonia utiliza ondas de rádio para estabelecer a comunicação entre as torres de 
transmissão e os celulares e transmitir os dados. É possível que um usuário desse serviço seja 
capaz de realizar ligações e enviar mensagens através do mundo todo, desde que o provedor do 
serviço tenha algumas antenas ou torres de transmissão próximas do local onde o usuário se 
encontra. Alguns tipos de celular e telefones móveis se utilizam de comunicações via satélite, o 
que faz com que a área de cobertura do sinal seja muito maior do que os celulares que só se 
utilizam de transmissões rádio broadcast. 
 
3.3. Infravermelho 
Comunicação infravermelha transmite informações em um dispositivo ou sistema através de 
radiação infravermelho. Esse tipo de comunicação é chamada assim pois é composta por 
energia eletromagnética com um comprimento de onda que é maior do que uma simples luz 
vermelha. 
 
Figura 3.3 - Sinal infravermelho de coloração azulada. 
É utilizada para controles de segurança, controles remotos de televisão e comunicações de curto 
alcance. No espectro eletromagnético, a luz infravermelha se localiza entre microondas e luz 
visível. Para que esta comunicação seja utilizada, é necessário um transmissor de sinais, que irá 
transmitir o infravermelho na forma de luz não visível, e um receptor que vai capturar e 
interpretar os sinais transmitidos. 
 
3.4. Bluetooth 
A principal função da tecnologia Bluetooth é conectar vários dispositivos eletrônicos sem fio a 
um sistema para transmitir dados entre si. 
 
Figura 3.4 - Caixa de som que utiliza tecnologia Bluetooth. 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Blue_infrared_light.jpg
20 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
Celulares são conectados a fones de ouvido sem fios, teclados sem fios, entre outros acessórios. 
A tecnologia Bluetooth utiliza ondas de rádio para se comunicar entre dispositivos e tem um 
alcance entre 4,5 metros e 15 metros. Antes do início da transmissão de dados, é necessário que 
os dispositivos que irão se conectar passem por um processo de reconhecimento e pareamento. 
Esse processo existe com o intuito de reduzir a interferência de dispositivo não pareados durante 
a transmissão de dados para os dispositivos pareados. 
 
3.5. Comunicação via Micro-ondas 
Comunicação via microondas é um método efetivo de comunicação, normalmente esse tipo de 
transmissão utiliza ondas de rádio e o comprimento de onda dos sinais é medido em 
centímetros. Nessa comunicação os dados ou informação podem ser transmitidos usando dois 
métodos: via satélite ou terrestre. Quando transmitidos via satélite, os dados são enviados através 
de um satélite para estações que vão receber e enviar os dados na terra. Esse tipo de transmissão 
normalmente utiliza frequência entre 11GHz e 14GHz e tem velocidade entre 1Mbps e 10Mbps. 
No método terrestre, é necessário que as duas torres de microondas tenham uma linha clara de 
visão entre elas garantindo que não há obstáculos entre os dois para atrapalhar a transmissão. 
Este método normalmente é utilizado com o objetivo de obter uma maior privacidade. No 
sistema terrestre, normalmente a frequência utilizada fica entre 4GHz e 6GHz e a velocidade de 
transmissão é similar ao modo via satélite ficando entre 1Mbps e 10Mbps. 
A maior desvantagem da comunicação via microondas é que a transmissão é afectada por climas 
ruins, como por exemplo chuvas, aumentando o índice de ruídos e interferências. 
 
3.6. Comunicação via satélite 
Comunicação via satélite é um tipo de comunicação sem fio que é amplamente difundida pelo 
mundo e permite que usuários estejam conectados em praticamente qualquer lugar do planeta a 
qualquer momento. 
 
Figura 3.5 - Exemplo de antena no segmento da terra para comunicações via satélite. 
Esse tipo de comunicação transmite informações através de raios modulados de micro-ondas. 
Quando o sinal é enviado para o satélite, ele amplifica o sinal e o manda de volta para a 
superfície da terra onde se encontra a antena receptora. 
 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Microonda
https://pt.wikipedia.org/wiki/Sat%C3%A9lite
21 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
3.7. Wi-Fi 
Wi-Fi é uma comunicação sem fio de baixa potência que é utilizada por vários dispositivos 
electrônicos como Smart Phones, laptops, entre outros. No Wi-Fi um roteador funciona como 
uma central de comunicação conectada a uma rede cabeada. 
 
Figura 3.6 - Exemplo de roteador utilizado em redes Wi-Fi. 
Os dispositivos móveis podem se conectar e comunicar via ondas de rádio com o roteador 
trocando dados e informações. Em redes Wi-Fi normalmente são utilizadas senhas que fazem 
com que o acesso a essas redes não seja público e, ao mesmo tempo, essas senhas são utilizadas 
no processo de cifragem dos dados que estão sendo transmitidos entre os clientes e roteador. 
O tipo de transmissão sem fio Wi-Fi segue os padrões estabelecidos pelo IEEE 802.11. Em 
redes Wi-Fi é possível utilizar pontos de acesso e repetidores para expandir o alcance do 
roteador e oferecer uma maior área de cobertura para o sinal. 
 
Vale aqui dizer que de entre todas as tecnologias de comunicação e informação sem fio que nos 
envolvem no dia-a-dia, os telemóveis são os dispositivos que usamos quase como uma extensão 
inseparável do nosso corpo. Conferem-nos o poder de comunicar à distância instantaneamente, 
em movimento e sem fios, praticamente sem restringir o local onde nos encontramos, onde se 
encontra o destinatário ou a fonte de informação. Proporcionam a possibilidade de conversação, 
a partilha de imagem e de dados em tempo real e até a possibilidade de controlar outros 
dispositivos. Portanto, serão um dos maiores focos para a disciplina em causa, deixando para a 
componente investigativa (Trabalhos de investigação em Grupo) outros temas não menos 
relevantes. 
 
 
 
FIM. 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Belkin_Wireless_G_Router_F5D7231-4_Version_1000de-1121.jpg
1 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
 
Universidade Eduardo Mondlane 
Faculdade de Engenharia 
Departamento de Engenharia Electrotécnica 
 
DISCIPLINA: Comunicações Sem Fio 
 
FICHA 2 
 
CONCEITOS BÁSICOSEM SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO MÓVEL 
 
 
4º Ano – 2019 
 
2 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
1. Introdução 
O crescimento dos sistemas de comunicações móveis é um dos maiores fenómenos registados 
nas aplicações de telecomunicações nestes últimos anos. A possibilidade de se efectuar e receber 
chamadas a partir de um terminal móvel sem fios, qualquer que seja a localização, é uma das 
grandes atrações oferecidas aos consumidores. 
A oportunidade de negócio está longe de estar esgotada, pois basta imaginarmos que cada 
cidadão, e não cada casa, pode ser um potencial assinante móvel, incluindo as camadas etárias 
mais jovens. Não admira pois que o crescimento do mercado das comunicações móveis tende a 
superar qualquer um dos outros mercados das telecomunicações. As comunicações móveis 
introduziram diversos conceitos nas telecomunicações, por exemplo, um número de telefone 
deixou de estar associado a um local, como acontece com a rede fixa, para estar associado a uma 
pessoa, qualquer que seja o local onde esta se encontre. 
Não sendo o único, o sistema GSM (sistema utilizado em Moçambique) é pois um exemplo de 
sucesso, onde a explosão da oferta e da procura originaram taxas de penetração que não têm 
equivalência na história das telecomunicações. Para isso contribuíram diversos factores, dos quais 
não está alheio ao facto deste sistema ser resultado de uma concertação de esforços entre várias 
entidades. 
 
1.1. Evolução 
A tecnologia das Telecomunicações Móveis não é de alguma forma recente, é um conceito com 
cerca de 50 anos. Aparelhos montados em veículos já existem à 40 ou 50 anos, na altura sistema 
extremamente dispendiosos e portanto em muito baixo número. Foi a partir dos anos 80 que as 
telecomunicações móveis começaram a crescer, com a entrada em funcionamento de diversos 
sistemas baseados em tecnologias analógicas. Nos anos 90 entraram em funcionamento as 
tecnologias digitais, acontecendo então a explosão nesta área que todos conhecemos. 
A capacidade de integração em larga escala alcançada nos anos 70 e o desenvolvimento dos 
microprocessadores foi a porta aberta para o crescimento da oferta na área dos móveis. 
Apareceram então os sistemas de 1ª Geração, sendo sistemas desenvolvidos dentro de limites 
nacionais, ou de fabricantes, estando bastante limitados em termos de crescimento. 
O motivo, é que sem critérios de estandardização surgiram muitos sistemas em que os países 
tecnologicamente mais desenvolvidos tentaram fazer singrar os seus próprios sistemas como se 
evidencia na tabela 1.1. 
A multiplicidade de sistemas levou a que houvesse a tentativa de uniformização universal mas tal 
não veio a ser conseguido pois Europa, EUA e Japão quiseram fazer prevalecer os seus 
interesses económicos e proteccionistas acima dos interesses universais. A Europa adoptou o 
sistema GSM (Sistema Global para Comunicações Móveis) que viria a ser aceite na maioria dos 
países; os EUA adoptaram o AMPS (Advanced Mobile Phone System) e o Japão adoptou o 
sistema PDC (Personal Digital Cellular). 
3 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
 
Tabela 1.1 - Cronologia dos sistemas de comunicação móvel. 
 
Dado o fracasso da uniformização em relação às redes móveis iniciais, e porque um sistema só 
será realmente móvel se poder ser utilizado em qualquer parte do mundo, tentou estandardizar-
se a geração seguinte, adoptando-se o sistema IMT2000/UMTS. Este processo de convergência 
de sistemas móveis é ilustrado na Figura 1.1 e oportunamente se fará a sua descrição técnica. 
 
Figura 1.1 – Evolução das redes móveis. 
4 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
1.2. Conceito de comunicação rádio 
O telemóvel é na sua essência um equipamento emissor/receptor porque recebe e emite sinais de 
rádio. Conforme deve recordar, as comunicações de rádio entre um emissor e um receptor 
podem ser do tipo simplex, half-duplex ou duplex. 
 
Figura 1.2 – a) Comunicação Simplex; b) Half-duplex; c) Duplex. 
 Em simplex, a comunicação é feita numa única direcção ou seja, somente do emissor 
para o receptor, como mostra a Figura 1.2 a). Um exemplo simplex é o de uma emissora 
de rádio FM. Ela emite mas os rádios que captam a estação, não têm qualquer 
possibilidade de comunicar com ela; 
 
 Em half-duplex a comunicação pode ser feita em ambos os sentidos, mas de modo 
alternado, ou seja, num determinado instante a informação só vai ou só vem, tal como 
indicado na figura Figura 1.2 b). Um exemplo half-duplex é a comunicação utilizando 
walkie-talkies, mais formalmente conhecido como transceptor de mão (transceptor de 
rádio de dois pontos). Quando uma pessoa fala a outra deve escutar. Quando a primeira 
pessoa termina de falar, diz "terminado" e liberta o canal para a outra pessoa poder então 
comunicar.
A impossibilidade de falarem ao mesmo tempo é derivada de se utilizar a mesma frequência para 
emitir e receber. Não há actualmente tecnologia que permita ao mesmo equipamento estar a 
emitir e a receber sinais na mesma frequência porque os sinais emitidos são muito fortes e se 
sobrepõem aos sinais recebidos que são sempre muito mas mesmo muito mais fracos. 
Para que uma comunicação rádio possa ser feita em ambos os sentidos é necessário utilizar duas 
frequências diferentes, uma para emissão, outra para recepção (Figura 1.2 c ). E note-se que 
estas frequências têm que ser suficientemente afastadas entre si para que não façam 
interferência uma na outra durante a emissão/recepção. 
5 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
Assim, um canal simplex ou half-duplex necessita apenas de um conjunto de frequências que 
será comum à emissão e à recepção. 
Um canal duplex obriga a dois conjuntos de frequências, um para emissão, outro para recepção. 
O canal duplex é portanto formado por dois canais simplex. 
À comunicação emissor - receptor chama-se downlink ou ligação descendente e à comunicação 
receptor - emissor chama-se uplink ou ligação ascendente (Figura 1.3). 
 
Figura 1.3 – Downlink-Uplink. 
Sempre que ligamos um telemóvel para receber ou para fazer uma chamada telefónica, ele 
comunica com uma estação base próxima e é a partir dessa estação que o sinal será 
reencaminhado para outros telemóveis ou para a rede fixa. Nunca se faz comunicação entre 
telemóveis directamente. 
 
2. Célula em Redes Móveis 
Os primeiros sistemas de comunicação por rádio móvel possuíam uma única estação base, com 
uma antena num ponto elevado e dominante e alta potência de transmissão, cobrindo uma 
grande área e utilizando todo o espectro de frequências. 
 
Figura 2.1 – Comunicação 1ª geração. 
6 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
 A comunicação ficava assim restrita à área coberta por essa antena e o volume de tráfego 
era limitado pelo número de canais disponíveis; 
 Os sistemas deveriam estar geograficamente separados para evitar a interferência co-
canal, mas isto gerava descontinuidade das chamadas em andamento sempre que o 
utilizador necessitava de percorrer duas áreas de serviço distintas servidas por antenas e 
frequências diferentes. 
O conceito de célula patenteado em 1972 pelos laboratórios Bell (EUA), foi a chave que veio 
revolucionar as comunicações móveis. Em vez de utilizar um emissor de alta potência para 
cobrir uma área, utilizam-se vários emissores de baixa potência para cobrir a mesma área de 
modo a que não interfiram entre si. 
Assim, o conceito de células aparece como sendo o de áreas separadas, servidas pelo mesmo 
canal rádio. Surge da necessidade de: 
 Utilização de diversos canais de rádio; e 
 Necessidade de mobilidade do móvel sem perder nunca o sinal rádio, tirando partido da 
limitada distância de propagação de ondas de alta frequência. 
 
Figura 2.2 – Alcance limitado do transreceptor. 
Tendo essas limitações de alcance, que tecnicamentepoder-se-ia exigir maior potência, no novo 
conceito, ao em vez de aumentar a potência de transmissão os sistemas celulares são baseados no 
conceito de reutilização: a mesma frequência pode ser reutilizada em diferentes locais, desde 
que estes estejam a uma distância mínima entre si (as antenas não são instaladas tão altas). 
 
Figura 2.3 – Maior cobertura com a reutilização de frequências. 
 
7 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
Assim, quanto menor for o tamanho das células, maior será o número de canais que podem ser 
utilizados simultaneamente na área constituída por diversas células. 
A Figura 2.4 dá um exemplo da diferença entre o conceito tradicional e o conceito célula. A área 
da figura pode ser coberta por uma só estação rádio de alta potência com por exemplo 100 
canais. 
 
Figura 2.4 – Conceito celular. 
Se utilizarmos estações de menor potência poderemos então atribuir 25 canais para cada uma 
dessas antenas e repetir os canais atribuídos desde que a distância entre estações seja suficiente 
para eles não interferirem. 
Assim as estações [1 e 7], [2 e 4], [3 e 5] e [6], ao transmitirem 25 canais cada uma totalizarão 
175 canais em vez de 100 canais da estação de antena de alta potência. Este conceito celular 
permite portanto: 
 a reutilização de frequências; e 
 o aumento substancial de capacidade de tráfego dentro da mesma área. 
Na sua essência cada uma destas células pode ter o formato que se quiser, mas o formato mais 
intuitivo seria o formato circular, tal como indicado na Figura 2.5, porque a antena da célula, se 
fosse uma antena do tipo isotrópico, transmitiria por igual em todas as direcções. 
8 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
 
Figura 2.5 – Célula circular. 
Contudo, ao longo de todos estes anos de projectos e ensaios de redes móveis, provou realmente 
o formato hexagonal ser o que mais se aproxima da realidade no terreno e por isso é o formato 
normalmente adoptado. 
 
Figura 2.6 – Célula hexagonal e circular. 
Deste modo, a distribuição de frequências pelas diversas células depende do tráfego, mas deve 
ter sempre em conta a possível interferência doutra célula com a mesma frequência. 
 
Figura 2.7 – Topologia Celular. 
9 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
Assim, uma célula representa a área geográfica coberta pelo sinal de rádio emitido pela(s) 
antena(s) que comunica(m) com os telemóveis. Quando se projecta um sistema celular idealiza-se 
uma área (célula) totalmente abrangida pelo sinal de rádio que só cobre essa área e não interfere 
na área (célula) vizinha. 
Como pode-se conluir, esta tecnologia poderá resolver os problemas encontrados na 1ª geração 
mas em contrapartida será necessário instalar muito mais antenas e equipamentos, aumentando 
assim o custo das infraestruturas. 
 
2.1. Cluster 
Chama-se cluster ao conjunto das células que utiliza todas as frequências disponíveis pelo 
operador, sem que haja repetição de frequências. Assim as células são agrupadas em clusters 
conforme a Figura 2.8. 
 
Figura 2.8 – Cluster. 
Neste exemplo o tamanho do cluster é de 7 células por isso n=7, mas poderia ser de qualquer 
outro valor. Os valores mais utilizados são 3, 4 e 7 (Figura 2.9). 
 
Figura 2.9 – Clusters de n=3, n=4 e n=7. 
10 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
2.2. Sectores 
Existem dois tipos de células mais comuns, as células omnidirecionais e as células sectorizadas. 
As células omnidirecionais são constituídas uma antena omnidirecional, que irá radiar para 
todas as direções, contudo, frequentemente, as células são divididas em sectores o que as torna 
mais eficientes pois permite maior reutilização de frequências ou seja maior número de chamadas 
em simultâneo. 
As antenas transmitem para dentro da célula e nas células divididas em sectores, cobrem apenas 
uma parte da célula não a célula inteira. Tudo depende da localização da antena em relação à 
célula. Outros factores importantes que definem a extensão da área de cobertura de uma antena 
na célula são: 
 Potência de saída aplicada na antena; 
 Banda de frequência a ser utilizada; 
 Altura e localização da antena; 
 Tipo de antena; 
 Topografia da área; 
 Sensibilidade do receptor. 
Na Fig. 2.10, mostram-se 3 exemplos de possível cobertura. 
 
Figura 2.10 – Sectores. 
O ponto representa a localização das antenas que cobrem as células. As antenas podem estar 
localizadas no meio de 3 células (3 sectores), no meio de duas células (2 sectores) ou no centro 
da célula. 
As ondas se propagam em uma linha recta chamada de linha de visada, a partir da antena. Há 
casos onde o usuário não possui visada directa com a antena, devido grandes obstáculos. Essas 
áreas sem cobertura são chamadas de área de sombra. 
O efeito de sombreamento causado por essas áreas sem coberturas é minimizado pelos prédios 
em grandes cidades, devido à capacidade de refração e reflexão das ondas de rádio transmitidas, e 
por uma grande quantidade de pequenas células nessas regiões. 
Na Figura 2.11 b) mostra-se uma torre com antenas de 3-sectores muito comum nas instalações 
que nos rodeiam. 
11 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
 
Figura 2.11 – a) Multisectores; b) Antenas. 
Embora possamos imaginar cada célula como tendo as suas antenas no centro, e a apontarem 
em todas as direcções, na prática a célula é o hexágono à tracejado na Figura 2.11 a) e portanto as 
antenas estão nos cantos da célula e não no seu centro. 
 
3. Estrutura Básica do Sistema Móvel 
Como devemos imaginar, à semelhança de outros sistemas que precisam de uma infraestrutura 
que obedeça certa lógica para seu funcionamento, um sistema móvel celular, na sua forma mais 
elementar está representado na Figura 3.1. 
 
Figura 3.1 - Estrutura básica de um sistema móvel. 
Ao efectuar uma chamada, o telemóvel comunica com a Estação de Base (BTS - Base Station 
Transceiver) mais próxima ou com a que tenha sinal mais forte, depois de se efectuar muitos 
questionamentos a cerca, como iremos ver futuramente. 
12 Equipe de Trabalho: Eng.º Hélder Baloi e Eng.º Luís Massango. 
 
A mobilidade do sistema é garantida pelos conceitos de handover, que permite a continuidade 
da chamada em andamento quando se atravessa a fronteira entre células, e de roaming, que 
permite o acesso ao sistema em outra área de serviço que não àquela em que o assinante mantém 
seu registo. 
 O telemóvel transmite por rádio para a BTS da célula mais próxima; 
 A chamada é enviada por cabo, fibra óptica ou feixe hertziano para uma BSC que a envia 
para o destinatário (telemóvel ou fixo); 
 A comunicação nunca se faz directamente entre telemóveis. Aliás, para além das 
limitações técnicas, este caminho que a comunicação segue é importante para tratamento 
de outros detalhes. 
 
 
 
FIM. 
1 Equipe de Trabalho: Eng.º HB e Eng.º LM 
 
 
Universidade Eduardo Mondlane 
Faculdade de Engenharia 
Departamento de Engenharia Electrotécnica 
 
DISCIPLINA: Comunicações Sem Fio 
 
FICHA 3 
 
NORMA GSM E CANAL RÁDIO 
 
 
 
 
4º Ano – 2018 
2 Equipe de Trabalho: Eng.º HB e Eng.º LM 
 
 
1. Introdução 
Existem vários sistemas celulares utilizados no mundo. Conforme discutido, com a 
dificuldade de implementação de um sistema de comunicações único e com os Estados 
Unidos tendo em 1979 a apresentado o primeiro sistema celular (AMPS), em 1982 os 
países nórdicos, através da PTT – Nordic Post, Telephone and Telegraph, apresentaram 
uma proposta à CEPT – Conférence Européene de Postes et Télécommunications no 
sentido de se desenvolver um sistema comum europeu de telecomunicações móveis na 
banda dos 900 MHz. Como resultado foi criado um grupo denominado por Group 
Spécial Mobile (GSM) que teve o primeiro encontro em Dezembro de 1982 onde 
estiveram, presentes 31 pessoas de 11 países europeus. 
Entre 1982 e1985 as discussões centraram-se no tipo de tecnologia a utilizar: digital ou 
analógica. Em 1985 o GSM decidiu desenvolver um sistema digital. Em 1986 diversos 
fabricantes participaram num encontro em Paris onde se pretendia decidir o tipo de acesso 
rádio. Foi decidido optar pelo TDMA – Time Division Multiple Access. Em 1990, por 
pedido do Reino Unido, foi feita uma adaptação das especificações definidas até então, de 
forma a permitir uma interface rádio na banda dos 1800 MHz. Esta variante do GSM foi 
denominada de DCS 1800 – Digital Communication System at 1800 MHz . Em 1991 
começam a ser fabricados os primeiros equipamentos GSM, iniciando os principais 
operadores europeus a actividade comercial em 1992. 
Em Moçambique a tecnologia celular chega em 1997 através da Moçambique Celular, 
SARL, empresa pertencente a TDM (Telecomunicações de Moçambique). O GSM foi a 
tecnologia adoptada pela Mcel e pelas demais companhias, seguida das suas subversões, 
mostrando-se ser nesse caso nosso maior objecto de estudo na disciplina. 
 
 
 
 
 
 
 
3 Equipe de Trabalho: Eng.º HB e Eng.º LM 
 
 
 
 
 
 
1. Norma GSM 
As especificações GSM não impõem requisitos em termos de hardware, mas especifica em 
pormenor as funcionalidades e interfaces das diversas entidades envolvidas no sistema. Isto 
permite que os fabricantes evoluam em termos de hardware, mas que simultaneamente 
permite que os utilizadores e operadores adquiram equipamento de diferentes origens. As 
recomendações GSM são constituídas por 12 séries, as quais estão listadas no Quadro 1.2. 
A norma foi registada sob a sigla GSM, passando a significar “Global System for Mobile 
communications”, com o seguinte logotipo: 
 
 
 Quadro 1.2 – Recomendações GSM. 
4 Equipe de Trabalho: Eng.º HB e Eng.º LM 
 
No fim dos anos 80 a comunidade GSM não conseguiu terminar as especificações para 
toda a gama de serviços e potencialidades a que se tinham proposto, por falta de tempo, 
pois existiam muitas pressões para que o sistema começasse a ser comercializado. Assim 
nasceu a fase 1 da normalização, constituída por um limitado conjunto de serviços e 
potencialidades. O objectivo da fase 2 era terminar todas as potencialidades e características 
que tinham ficado pendentes na fase anterior , ver figura 1.2. 
A fase 1 das especificações GSM está encerrada para quaisquer modificações ou 
melhoramentos. Os resultados da primeira fase de recomendações serviram não apenas de 
plataforma para continuar o desenvolvimento do GSM, mas definiram também uma série 
de serviços e características do sistema. A terceira fase de normalização, a fase 2+ pretendia 
cobrir potencialidades relacionadas com os assinantes, tais como múltiplos números 
atribuídos ao mesmo assinante, bem como potencialidades ao nível dos negócios. 
 
 
Figura 1.2 – As fases das Especificações GSM 
 
 
 
 
 
5 Equipe de Trabalho: Eng.º HB e Eng.º LM 
 
1.4 Características do Sistema 
A opção por determinadas características do sistema GSM nem sempre foi fácil, tendo de 
se pesar diferentes escolhas e analisar as vantagens e desvantagens de cada opção. Depois 
de ficar decidido a opção por uma transmissão digital, houve que decidir também o tipo de 
acesso rádio e a largura de banda. 
 
Quadro 1.3 – Atributos do sistema GSM 900 / DCS 1800. 
 
 
 
6 Equipe de Trabalho: Eng.º HB e Eng.º LM 
 
O sistema GSM utiliza como tipo de acesso o TDMA – Time Division Multiple Access, no 
qual cada portadora é dividida em oito janelas temporais. A estação móvel recebe e envia 
na mesma janela temporal, o que significa que cada portadora suporta oito conversas em 
simultâneo. As características do sistema podem ser visualizadas no Quadro 1.3. Ao 
compararmos as especificações dos dois sistemas, além do número de canais disponíveis, a 
grande diferença reside na potência dos móveis. O sistema GSM permite uma grande 
diversidade no tipo de equipamento móvel, podendo a potência deste oscilar entre os 20 W 
e os 0,8 W. O sistema DCS 1800 foi desenvolvido desde o início com especificações que 
prevêem apenas a utilização de equipamento de baixa potência. A sensibilidade de recepção 
por parte dos móveis é outra das diferenças entre os sistemas, sendo mais baixa no DCS 
1800, o que não é uma desvantagem, pois esta diferença pode ser sempre compensada pela 
estação de base, aumentando a potência de transmissão. 
Contudo, o DCS 1800 não pode ser considerado um substituto do sistema GSM 900, mas 
sim um complemento àquele sistema. É, como atrás foi referido, um sistema dedicado aos 
grandes meios urbanos, e áreas bastante edificadas. Pode ser considerado o meio pelo qual 
o sistema celular conquistará os utilizadores nos meios de grande densidade de assinantes e 
no interior de edifícios. 
 
 
 
 
 
 
 
7 Equipe de Trabalho: Eng.º HB e Eng.º LM 
 
2. Canal Rádio 
2.1 Introdução 
Nos sistemas de comunicações móveis, utiliza-se equipamento rádio em vez do tradicional fio 
para transferir informação entre o telefone e a rede global de comunicações. Esta diferença na 
tecnologia não é trivial, acarretando muitos problemas que terão de ser resolvidos de forma a 
se conseguir um sistema fiável, e com qualidade. 
Qualquer um de nós que já ouviu uma estação de rádio, quer seja em casa ou no automóvel, 
deparou-se com uma série de problemas. Por exemplo se passamos por um túnel, ou se estamos em 
casa numa cave, a qualidade de recepção modifica-se bastante. Por vezes mover um pouco o 
aparelho, ou a antena já é o suficiente para melhorar consideravelmente a qualidade de recepção. 
Este problema é causado pelas zonas de sombra, ou pelo desvanecimento, sendo um dos muitos 
problemas a combater num sistema móvel. 
Outro dos problemas que já enfrentamos, até na recepção de televisão, é a interferência ou ruído. 
Isto acontece sempre que o sinal desejado é fraco, em relação a uma outra fonte de sinal, ou ruído, 
acontecendo muitas vezes com as estações de rádio, quer pelo enfraquecimento do sinal desejado, 
quer pela aproximação excessiva entre portadoras. Um sinal interferente pode ser descrito como o 
sinal não desejado que se sobrepõe ao sinal desejado. 
Como já vimos anteriormente, uma das características dos sistemas celulares é a reutilização de 
frequências. Esta característica pode resultar no aparecimento de sinais interferentes em certas 
zonas, sob certas condições. A forma de evitar este problema é efectuar um correcto planeamento 
de frequências. Este assunto será tratado mais adiante. 
Asseguir identifica-se alguns dos maiores problemas que afectam as comunicações móveis, bem 
como as soluções encontradas para fazer frente a estes problemas. Além disto teremos ocasião de 
estudar os princípios das comunicações digitais. 
 
 
 
 
8 Equipe de Trabalho: Eng.º HB e Eng.º LM 
 
2.2 Transmissão Digital 
A transmissão digital consiste no envio de uma série de símbolos, uns e zeros, de um ponto para o 
outro. Para isso é pressuposto que a fonte de informação já seja também ela digital. No entanto a 
voz é considerado um sinal analógico, ou seja, é um sinal constituído por uma onda com uma 
determinada frequência ou frequências. Por isso há que efectuar uma conversão entre um sinal 
analógico e informação digital, a isto é chamada conversão Analógico/Digital (conversão A/D). 
A conversão A/D, Figura 2.1, pode ser conseguida por diversas formas. O método mais utilizado 
em telecomunicações para converter sinais de voz em digital é chamado de PCM – Pulse Code 
Modulation . Este método envolve principalmente três passos distintos: 
· Amostragem; 
· Quantificação; 
· Codificação. 
 
 
 Figura 2.1 – Conversão A/D 
 
Os dois primeiros passos mencionados anteriormente foram já objecto de estudo em disciplinas 
anteriores sendo a sua descrição dispensável. No entanto o estudo da codificação, é de alguma 
forma importante neste âmbito. 
Depois de quantificado o sinal, é necessáriorepresentar esta quantificação de alguma forma. Em 
sistemas digitais esta representação é efectuada utilizando um código binário. De forma a obter 256 
níveis de quantificação são necessários 8 bits de dados. 
9 Equipe de Trabalho: Eng.º HB e Eng.º LM 
 
Em GSM são utilizados 13 bits, obtendo ao todo 8192 níveis de quantificação. Depois de completo 
o processo PCM, incluindo uma amostragem a 8 kHz e codificação a 8 bits, a informação resultará 
num débito binário de 8000 * 8 = 64 kbit/s. A ligação digital utilizada para transportar esta 
informação é chamada de ligação PCM ou PCM Link. O canal PCM resultante desta ligação terá 
obviamente uma taxa de transmissão de 64 kbit/s, sendo o canal mais baixo na hierarquia PCM, em 
que cada canal transporta a informação de voz ou dados de um equipamento telefónico básico. 
Para se utilizar as ligações mais eficientemente, normalmente opta-se por multiplexar vários canais 
PCM na mesma ligação. Para isso é utilizada a técnica TDM-Time Division Multiplexing que se traduz 
pela utilização da ligação durante um certo tempo para cada canal PCM. Obviamente que daqui 
resultará uma ligação com um débito binário muito superior. A Figura 2.2 mostra um exemplo de 
32 canais multiplexados em uma ligação PCM que é chamado de sistema PCM de primeira ordem. 
O bit rate resultante será de 32 *8 *8000 = 2048 kbit/s ou 2 Mbit/s. 
 
 
Figura 2.2 – Multiplexagem de 32 canais numa ligação PCM 
 
O resultado da multiplexagem é um quadro com 32 slots em que o slot 0 é utilizado para 
sincronização e o slot 16 é utilizado para sinalização, Figura 2.3. 
 
 
Figura 2.3 – Frame com PCM 2Mbit/s 
10 Equipe de Trabalho: Eng.º HB e Eng.º LM 
 
2.3 Acesso Múltiplo 
O Acesso Múltiplo por Divisão na Frequência – FDMA é utilizado na maior parte dos sistemas 
móveis analógicos convencionais. Nestes sistemas, é atribuída uma portadora a cada canal, tendo o 
receptor que mudar de frequência quando necessita escutar outro canal. Cada chamada utiliza uma 
banda de frequência para transmitir e outra banda para receber, não podendo mais estas bandas ser 
utilizadas nessa célula. 
 
Em GSM utiliza-se o TDMA – Time Division Multiple Access, no qual cada portadora é dividida em 
janelas temporais, normalmente chamadas de Time Slots. No caso particular do GSM existem oito 
time slots em cada portadora. O conjunto de todos os time slots de uma portadora é chamado de 
trama TDMA. 
Na Figura 6 podemos observar a diferença entre o TDMA e o FDMA. À primeira vista podemos 
pensar que existem oito canais por frequência em TDMA, em vez de um canal no FDMA, no 
entanto a realidade não é bem assim. É verdade que poderão existir oito chamadas em simultâneo 
em cada frequência, mas temos também de olhar para a largura de banda de cada canal de 
frequência. Em alguns dos sistemas FDMA convencionais a separação entre cada canal de 
frequência é de 25 KHz. 
Em GSM e DCS a separação entre canais de frequência é de 200 KHz. Isto significa que do ponto 
de vista de eficiência de espectro rádio, oito canais em GSM utilizando TDMA é semelhante à 
utilização de 8 canais de frequência em FDMA. A grande vantagem da utilização do TDMA é ao 
nível do planeamento de frequência, requerendo este sistema um planeamento especial, mas que é 
vantajoso em relação ao FDMA. 
 
 
 
 
 
 
 
11 Equipe de Trabalho: Eng.º HB e Eng.º LM 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.4 – Diferença entre os sistemas TDMA e FDMA 
 
 
12 Equipe de Trabalho: Eng.º HB e Eng.º LM 
 
3. Canal de difusão e canal de tráfego 
 
As células podem ter um raio de até 35 km no GSM900 e 3 km no DCS1800 (devido à 
menor potência das unidades móveis do DCS1800). 
A parte mais óbvia da célula GSM é a estação base e a sua torre de antena. É comum ter 
diversos sectores ao redor de apenas uma torre de antena. A torre terá diversas antenas 
direccionais, cada uma destas cobrindo uma área em particular. 
 
Cada BTS possuirá um certo número de pares Tx/Rx ou módulos transceptores. Este 
número determinará o número de canais de frequência que poderão ser usados na célula, o 
que dependerá do número esperado de usuários. 
Todas as BTSs produzem um BCH (Canal de Broadcast). O BCH é como um farol ou 
sinal luminoso. Ele está ligado todo o tempo e permite que as unidades móveis encontrem 
a rede GSM. A intensidade do sinal BCH é também usada pela rede em diversas funções 
relacionadas ao usuário, sendo um meio útil para dizer qual é a BTS mais próxima da 
unidade móvel. Este sinal também carrega informações codificadas, como a identidade da 
rede, mensagens de paging para as unidades móveis que devam aceitar uma chamada 
telefónica e diversas outras informações. 
 
O BCH é recebido por todas as unidades móveis “acampadas” na célula, estejam estas no 
meio de uma chamada ou não. 
O canal de frequência usado pelo BCH é diferente em cada célula. Os canais podem ser 
reutilizados por células distantes, nas quais o risco de interferência é baixo. As unidades 
móveis em chamada usam um TCH (Canal de Tráfego). O TCH é um canal bidireccional 
usado para a troca de informações de conversação entre a unidade móvel e a estação base. 
As informações são divididas em uplink e downlink, dependendo da direcção do fluxo. O 
GSM separa o uplink e o downlink em bandas de frequência distintas. Dentro de cada 
banda, o esquema de numeração de canais usado é o mesmo. Na verdade, um canal do 
GSM é formado por um uplink e um downlink. 
 
É interessante observar que, enquanto que o TCH usa um canal de frequência no uplink e 
no downlink, o BCH somente ocupa um canal no downlink. O canal correspondente no 
uplink é, na verdade, deixado desocupado. 
13 Equipe de Trabalho: Eng.º HB e Eng.º LM 
 
Este canal pode ser usado pela unidade móvel para canais não programados ou canais de 
acesso aleatório (RACH). Quando a unidade móvel quiser chamar a atenção da estação 
base (para fazer uma chamada, por exemplo), ela poderá fazê-lo usando este canal de 
frequência desocupado para enviar um RACH. 
 
Como mais de uma unidade móvel pode querer chamar a atenção da estação ao mesmo 
tempo, é possível que haja uma colisão de canais RACH, e talvez seja necessário que as 
unidades móveis façam diversas tentativas para serem ouvidas. 
Os canais dos sistemas de comunicação móvel celular podem ser classificados como 
canais de voz ou de controle. Os canais físicos também podem ser subdivididos em outros 
canais lógicos nos sistemas digitais TDMA e CDMA, carregando tanto voz quanto 
informação, nos canais de voz, ou carregando mensagens específicas em canais lógicos 
dentro dos canais de controle. 
 
Os canais do sistema móvel ainda podem ser classificados quando a direcção de 
propagação como Canal Directo (Forward Channel), da BTS para as EM; ou Canal Inverso 
(Reverse Channel), da EM para a BTS. 
 
 
 
 Fig. 3-21 – Canal de difusão (BCH) e canal de tráfego (TCH) 
 
14 Equipe de Trabalho: Eng.º HB e Eng.º LM 
 
 
Exemplos : 
 
 
 
 
 
 
1 Equipe de Trabalho: Eng.º LM e Eng.º HB 
 
 
Universidade Eduardo Mondlane 
Faculdade de Engenharia 
Departamento de Engenharia Electrotécnica 
 
DISCIPLINA: Comunicações Sem Fio 
 
FICHA 4 
 
ARQUITETURA DA REDE GSM (MS, BSS) 
 
 
4º Ano – 2020 
2 Equipe de Trabalho: Eng.º LM e Eng.º HB 
 
1. Introdução 
A arquitectura do sistema, foi desenhada de forma a minimizar a complexidade das estações base de 
transmissão, para em caso de alterações topológicas, como a criação ou sectorização de células, o custo 
seja o menor possível. 
Outro conceito importante em conta no desenho, foi a gestão e manutenção centralizada da rede bem 
como a interligação a outras redes, particularmente à rede fixa. Esta arquitectura pode ser observada na 
Figura 1.1. 
 
Figura 1.1 - Arquitectura de um sistema Celular. 
Neste sistema de serviço de telefonia celular, a área de serviço é dividida em regiões (clusters) que 
utilizam todo o espectro de frequênciasdisponível. Estes por sua vez, são subdivididos em regiões 
menores (células) que utilizam um subgrupo de frequências do espectro. 
Esta abordagem sugere a possibilidade de ter-se muitos equipamentos (antenas, estações de rádio, etc.) 
conforme a área de cobertura. Com isto, a tecnologia celular, tal como descrito nas fichas anteriores, 
apesar da sua complexidade, tem grandes vantagens, dentre as quais podemos mencionar: 
• Permite reduzir a potência de transmissão; 
• Permite descentralizar toda a informação; 
• Os problemas de cada célula são tratados dentro dela própria; 
• Permite um maior número de utilizadores por possibilidade de reutilização de frequências; e 
• Mobilidade efectiva. 
3 Equipe de Trabalho: Eng.º LM e Eng.º HB 
 
 
1.1. Blocos Funcionais 
Para que uma chamada ocorra com sucesso, todos os blocos devem-se comunicar, e cada um deles tem a 
sua função específica. Esta conexão entre os blocos não é trivial, é mesmo para garantir não só aspectos 
de segurança e autenticidade, mas também aspectos de mobilidade e cobrança dos subscritores. 
 
1.1.1. Estação Móvel ou MS (Mobile Station) 
Situa-se no extremo do sistema, que para além da parte de rádio e funções de processamento para acesso 
à rede através do interface rádio, deve incorporar o interface para com o homem (microfone, 
auscultador, visor, teclado, etc.) e ou o interface para interligação com equipamento terminal 
(computador pessoal ou fax). Outro aspecto significativo da arquitectura da estação móvel, é o módulo 
do assinante, onde está envolvido mais que uma simples identificação. O SIM (Subscriber Identity 
Module) é essencialmente um cartão inteligente contendo toda informação relactiva ao assinante e 
alguma informação do sistema. 
 
1.1.2. Subsistema de Estação Base 
Do termo BSS (Base Station Subsistem em inglês), é responsável pelo estabelecimento da ligação entre a 
Estação Móvel e o NSS (Networking Switching System). O BSS agrupa as infraestruturas de 
máquinas que são específicas aos aspectos rádio celulares. O BSS encontra-se em contacto directo com a 
estação móvel, através do interface rádio, incluindo portanto o equipamento responsável pela 
transmissão e recepção do percurso rádio e sua gestão. Necessitando de controle, o BSS encontra-se 
também em contacto com o OMC (Operation and Maintenance Centre) através duma rede de 
comunicação de dados a funcionar sobre X.25. Os equipamentos abrangidos por este subsistema são: 
• BTS - Base Transceiver Station. A BTS compreende os dispositivos de transmissão e recepção 
de rádio, incluindo as antenas, bem como o processamento de sinal específico do interface rádio; 
• BSC - Base Station Controller. O BSC é responsável por toda a gestão do interface rádio, 
através do comando remoto da BTS e da MS, e principalmente da atribuição de canais de rádio 
bem como o controle de handover. Está ligada por um lado ao SS, e por outro a várias BTS’s. 
 
1.1.3. Subsistema de Comutação da Rede 
O Subsistema de Comutação da Rede – NSS (Network Switching System), inclui as principais funções 
de comutação, bem como as bases de dados necessárias para os assinantes e para a gestão da mobilidade. 
Dentro do subsistema NSS, as funções de comutação básicas são executadas pelo MSC (Mobile 
Switching Centre), que tem como principal papel o da coordenação e estabelecimento de chamadas de 
e para os assinantes do sistema. O MSC tem ligações com os BSS’ s, com as redes externas, com o OMC 
e com as bases de dados. 
4 Equipe de Trabalho: Eng.º LM e Eng.º HB 
 
 
1.1.4. Bases de Dados 
Na topologia GSM, três importantes bases de dados do sistema, que armazenam informação sobre os 
assinantes e equipamento devem ser consideradas: 
• O HLR (Home Location Register) – que guarda a informação sobre níveis de assinaturas, 
serviços suplementares e a posição actual, ou mais recente, dos assinantes da própria rede. 
 
• VLR (Visitors Location Register) - associada a cada MSC, ela conserva informação sobre 
níveis de assinantes, serviços suplementares e a posição actual dos assinantes “visitantes” dessa 
área. 
 
• AuC (Authentication Center) – base de dados bastante importante, contêm toda a informação 
adequada para evitar as intromissões no interface rádio e a utilização indevida do equipamento. 
 
1.1.5. Subsistema de de Operação e Suporte 
É um bubsistema de operação e gestão, OSS (Operation and Suport System), este desempenha diversas 
tarefas, requerendo todas interacção com as infra-estruturas, tal como com a BSS ou o NSS. As 
principais funções do OSS são: 
• Operação e manutenção das máquinas da rede. Responsável por este serviço está uma máquina a 
que se dá o nome de OMC (Operation and Maintenance Centre), e que é considerada a 
interface entre o homem e a rede, permitindo a este efectuar operações de manutenção, assim 
como fazer a gestão de todas as máquinas do sistema. 
 
• Gestão das assinaturas, taxação e contabilização. Normalmente é uma máquina independente 
que se ocupa destas tarefas. Com ligação ao HLR para consulta e actualização de dados 
referentes aos assinantes, assim como também para taxação. Este aspecto, de taxação e 
contabilização, é um assunto para o qual não existem especificações dedicadas nas 
recomendações do sistema, sendo assim um processo livre. No entanto tem-se verificado uma 
convergência de princípios aplicados para uma mais fácil interligação de redes e uniformização 
neste aspecto a nível internacional. 
 
• Gestão do equipamento móvel. Parte desta tarefa é realizada na operação de rede pelas máquinas 
da infra-estrutura. Contudo, existe uma máquina, identificada como sendo EIR (Equipment 
Identity Register), responsável pelo armazenamento dos dados relativos ao equipamento 
móvel. Um exemplo da necessidade da gestão do equipamento móvel é o de procurar MS’ s 
roubadas ou com funcionamento estranho. 
 
5 Equipe de Trabalho: Eng.º LM e Eng.º HB 
 
Na Figura 2.1 podemos observar um exemplo de um sistema móvel, onde são apresentadas as diversas 
entidades envolvidas no sistema, bem como as ligações entre elas. 
 
Figura 2.1 – Exemplo de Arquitectura de um sistema móvel 
 
2. Estação Móvel (MS) 
O desenvolvimento das Estações Móveis para GSM e consequentemente para DCS tem-se traduzido 
num verdadeiro desafio para a indústria das comunicações, tendo estas que compatibilizar a crescente 
exigência de capacidade de processamento, com o, cada vez menor, tamanho e custo dos móveis. O 
meio para este desenvolvimento tem sido conseguido pela convergência das normas envolventes e da 
tecnologia. 
Diferentes tipos de estações móveis têm diferentes potências de emissão e diferentes alcances. Um 
móvel portátil tem uma potência de emissão mais baixa, e consequentemente menos raio de acção, do 
que um móvel instalado num veículo. Existem cinco classes de potência de emissão de móveis, de 
acordo com a norma GSM. Estas classes são apresentadas no seguinte quadro: 
 
Quadro 2.1 – Classes de Potência de Emissão. 
6 Equipe de Trabalho: Eng.º LM e Eng.º HB 
 
 
2.1. Arquitectura 
Servindo simultaneamente de terminal ao utilizador e estabelecimento de ligação via rádio com o 
sistema, a MS constitui um exemplo da combinação das tecnologias de informação e electrónica. Para o 
desenvolvimento dos terminais GSM houve que ter em conta também as características de radiação da 
antena tal como a compatibilidade electromagnética em relação ao funcionamento simultâneo com 
outros sistemas. 
• Estes conceitos obrigaram à utilização do mais moderno que há em integração de circuitos 
electrónicos e processamento digital de sinais, combinados com a cada vez mais optimizada 
utilização dos processadores. 
 
• Outro conceito não menos importante é a alimentação, tal como baterias ou cargas, que 
embora tenham conhecido uma evolução nos últimos tempos, esta não tem acompanhado a 
evolução do restante sistema. 
Assim, a Estção Móvel é um terminal móvel do usuário composto por microfone, teclado, unidade de 
controle, bateria,