SISTEMA AMPS. O PRIMEIRO SISTEMA CELULAR IMPLANTADO NO MUNDO SE CHAMOU ADVANCED MOBILE PHONE SERVICE – AMPS. ELE FOI CONCEBIDO E DESENVOLVIDO PELOS EXTINTOS.

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1 SISTEMA AMPS

2 O PRIMEIRO SISTEMA CELULAR IMPLANTADO NO MUNDO SE CHAMOU ADVANCED MOBILE PHONE SERVICE – AMPS. ELE FOI CONCEBIDO E DESENVOLVIDO PELOS EXTINTOS BELL LABS DOS ESTADOS UNIDOS. ENTROU EM OPERAÇÃO NOS PRIMEIROS ANOS DA DÉCADA DE 1980. LOGO SURGIRAM SISTEMAS CELULARES EUROPEUS E ASIÁTICOS DE CONCEPÇAO BASTANTE SEMELHANTES AO AMPS HISTÓRICO

3 NA ÉPOCA, OS APARELHOS ERAM VOLUMOSOS E PESADOS DEVIDO AO ESTADO DA ARTE DA TECNOLOGIA DE HARDWARE DAQUELE TEMPO. POR ISTO, SUA FINALIDADE ERA PROPORCIONAR TELEFONIA CELULAR PARA OS AUTOMÓVEIS. SEU CONSUMO DE ENERGIA ERA DE TAL MONTA QUE SUA ALIMENTAÇÃO ELÉTRICA ERA PROVENIENTE DA BATERIA DO AUTOMÓVEL HISTÓRICO

4 LOGO AS OPERADORAS PECEBERAM AS VANTAGENS DE CONCEBER UM TERMINAL MÓVEL COM ALIMENTAÇÃO INDEPENDENTE COM VOLUME E PESO QUE PERMITISSEM SEREM PORTADOS POR PESSOAS. POR VOLTA DE 1985 JÁ ERAM FORNECIDOS APARELHOS PORTÁTEIS CUJO TAMANHO ERA POUCO MENOR DO QUE UM TIJOLO E QUE PESAVA QUASE DOIS QUILOGRAMAS. HISTÓRICO

5 NO INÍCIO DA DÉCADA DE 1990, A FABRICANTE MOTOROLA APRESENTOU O TERMINAL PORTÁTIL ILUSTRADOAO LADO. SEU PESO NÃO ULTRAPASSAVA 400 GRAMAS. ELE APRESENTAVA, PELA PRIMEIRA VEZ, UM DISPLAY COM INFORMAÇOES RELEVANTES DOS ESTADOS DA COMUNICAÇÃO. NA ÉPOCA, ISTO FOI CONSIDERADO UM IMPRESSIONANTE AVANÇO TECNOLÓGICO. POR VOLTA DE 1993 O TERMINAL MÓVEL ATINGIU QUASE O TAMANHO E AS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DOS MINÚSCULOS APARELHOS QUE PRECEDERAM OS ATUAIS CELULARES DE TELA DE TOQUE. HISTÓRICO

6 FAIXAS DE FREQUÊNCIAS DESTINADAS À OPERAÇÃO DO SISTEMA AMPS

7 FAIXAS DE OPERAÇÃO CONFORME O SENTIDO DE TRANSMISSÃO MÓVEL ERB 824 - 849 MHz 25 MHz ERBMÓVEL 869 - 894 MHz 45 MHz

8 T TODOS OS PAISES QUE ADOTARAM O SISTEMA AMPS UTILIZARAM, PARA OPERAÇÃO, UMA FAIXA DE FREQUÊNCIAS DE LARGURA 25 MHz. ESTA FAIXA DE OPERAÇÃO, QUE AINDA HOJE É USADA, FICA CENTRALIZADA, APROXIMADAMENTE NA FREQUÊNCIA DE 850 MHZ. ELA ESTÁ DIVIDIDA EM DUAS SUB-FAIXAS DE LARGURA 12,5 MHz CADA UMA: BANDA “A” E BANDA “B”. DESTA MANEIRA O SERVIÇO CELULAR, NESTA FAIXA DE OPERAÇÃO, TEM A POSSIBILIDADE DE SER OFERECIDO, EM UM MESMO LOCAL, POR DUAS OPERADORAS CONCORRENTES FAIXA DE OPERAÇÃO

9 POSIÇÕES OCUPADAS PELAS BANDAS A E B NA FAIXA DE FREQÜÊNCIAS DO SERVIÇO MÓVEL CELULAR 25 MHz FAIXA ORIGINAL = 20 MHz

10 SISTEMA AMPS O AMPS É CONSIDERADO UM SISTEMA DE PRIMEIRA GERAÇÃO. EM SEU CANAL DE TRÁFEGO SÓ ERA POSSIVEL TRANSMITIR CONVERSAÇÃO. ELE NÃO POSSIBILITAVA A COMUNICAÇÃO POR MEIO DE MENSAGENS DE TEXTO. POR ISTO, SEU CANAL DE TRÁFEGO ERA CHAMADO, SIMPLESMENTE DE CANAL DE VOZ. A POSSIBILIDADE DE TRANSMISSÃO DE TEXTO, NO CANAL DE TRÁFEGO SÓ COMEÇOU A PARTIR DOS SISTEMAS CELULARES DE SEGUNDA GERAÇÃO. SOMENTE SEU CANAL DE CONTROLE TRANSMITIA NA FORMA DIGITAL PORQUE SE TRATAVA DE UMA COMUNICAÇÃO ENTRE COMPUTADORES

11 NO AMPS, A TRANSMISSÃO DO SINAL DE VOZ ERA REALIZADA NA FORMA ANALÓGICA COMO ACONTECE NAS TRANSMISSÕES RADIOFÔNICAS AM E FM. ELE FOI TOTALMENTE SUBSTITUIDO PELOS SISTEMAS DE SEGUNDA GERAÇÃO, ONDE O SINAL ANALÓGICO DE VOZ, É CONVERTIDO PARA SINAL DIGITAL ANTES DE SER MODULADO E TRANSMITIDO. TANTO A BANDA A COMO A BANDA B CONTINUARAM A SER UTILIZADAS POR OPERADORAS CONCORRENTES. ENTRETANTO A UTILIZAÇÃO ATUAL, DE NOVAS FAIXAS DE FREQUÊNCIAS DE OPERAÇÃO, EM TORNO DE 1800 MHz, PERMITIU QUE, EM UM MESMO LOCAL, O SERVIÇO CELULAR PUDESSE SER OFERECIDO POR ATÉ QUATRO OPERADORAS CONCORRENTES. EVOLUÇÃO DA COMUNICAÇÃO CELULAR

12 MODULAÇÕES E LARGURAS DE FAIXA DOS CANAIS AMPS

13 MODULAÇÕES UTILIZADAS NO AMPS CANAL DE VOZ: MODULAÇÃO EM FREQÜÊNCIA - FM CANAL DE CONTROLE: “FREQUENCY SHIFT KEYING - FSK CADA CANAL DE VOZ, MODULADO EM FREQÜÊNCIA, OCUPA UMA LARGURA DE FAIXA DE 30 kHz. A MODULAÇÃO FSK EQUIVALE A UMA MODULAÇÃO DE FREQÜÊNCIA PARA SINAL DIGITAL. A LARGURA DE FAIXA OCUPADA PELO CANAL DE CONTROLE MODULADO EM FSK É, TAMBÉM, 30 kHz.

14 CANAL DE VOZ E CANAL DE CONTROLE NO SISTEMA AMPS

15 SISTEMA AMPS FDMA - FREQUENCY DIVISION MULTIPLE ACCESS

16 ESPECIFICAÇÃO DA OPERAÇÃO AMPS NA BANDA A OU B MODULAÇÃO DO CANAL DE VOZ: FM LARGURA DE FAIXA DO CANAL RF DE VOZ: 30 kHz. MODULAÇÃO DO CANAL DE CONTROLE: FSK LARGURA DE FAIXA DO CANAL DE CONTROLE: 30 kHz QUANTIDADE DE CANAIS EM 12,5 MHz: N=12.500/30 = 416 CANAIS DE CONTROLE: 21 DISTRIBUIÇÃO DOS CANAIS DE CONTROLE: 1 POR SETOR CANAIS DE VOZ: V = 416 - 21 = 395 DISTRIBUIÇÃO DOS CANAIS DE VOZ NOS 21 SETORES: 17 SETORES COM 19 CANAIS DE VOZ 4 SETORES COM 18 CANAIS

17 NOÇÕES SOBRE TRÁFEGO TELEFÔNICO

18 EXEMPLO: MEDIDAS DE TRÁFEGO INSTANTÂNEO, A CADA MINUTO, DURANTE UMA HORA

19 TRÁFEGO OFERECIDO VAMOS SUPOR QUE EXISTA UMA QUANTIDADE DE CANAIS IGUAL OU MAIOR QUE A QUANTIDADE DE USUÁRIOS DE UMA DETERMINADA COMUNIDADE. VAMOS SUPOR, AINDA, QUE EM DETERMINADOS INSTANTES, REGISTRAMOS A QUANTIDADE DE CANAIS OCUPADOS. ESTA QUANTIDADE DE CANAIS, OCUPADOS EM CADA INSTANTE, É DENOMINADA “TRÁFEGO INSTANTÂNEO OFERECIDO”. SUA UNIDADE É “ERLANG INSTANTÂNEO”. EXEMPLO: SE EM UM DETERMINADO INSTANTE OCORRER 21 CANAIS OCUPADOS, TEREMOS UM TRÁFEGO OFERECIDO INSTANTÂNEO IGUAL A 21 ERLANG.

20 EXEMPLO: MEDIDAS DE TRÁFEGO INSTANTÂNEO, A CADA MINUTO, DURANTE UMA HORA

21 TRÁFEGO MÉDIO OFERECIDO DURANTE UMA HORA SOMA-SE TODAS AS MEDIDAS INSTANTÂNEAS REALIZADAS DURANTE UMA HORA E DIVIDE-SE O VALOR DESSA SOMA PELA QUANTIDADE DE MEDIDAS REALIZADAS. A UNIDADE DO TRÁEGO MÉDIO RESULTANTE É, SIMPLESMENTE, ERLANG. EM NOSSO EXEMPLO, FORAM FEITAS 60 MEDIDAS, DE TRÁFEGO INSTANTÂNEO, DURANTE UMA HORA. SOMANDO-SE ESSAS MEDIDAS RESULTOU UM TOTAL DE 1250 ERLANGS. NESTE CASO, O TRÁFEGO MÉDIO OFERECIDO DURANTE AQUELA HORA É DADO POR:

22 TRÁFEGO MÉDIO OFERECIDO DURANTE A HORA DE MAIOR MOVIMENTO DE UM DETERMINADO DIA É O MAIOR VALOR DO TRÁFEGO MÉDIO, OFERECIDO DURANTE UMA HORA, NO DECORRER DE UM DIA. NORMALMENTE ESTE VALOR DEPENDE DO DIA DA SEMANA. QUANDO NÃO SE ESPECIFICA O DIA, SUBENTENDE-SE, GERALMENTE, QUE SE REFERE AO MAIOR VALOR OCORRIDO DURANTE A SEMANA.

23 TRÁFEGO MÉDIO OFERECIDO POR CADA ASSINANTE É O VALOR DO TRÁFEGO MÉDIO NA HORA DE MAIOR MOVIMENTO DIVIDIDO PELA QUANTIDADE DE ASSINANTES. EXEMPLO: VAMOS SUPOR QUE UMA COMUNIDADE DE 900 ASSINANTES OFERECE UM TRÁFEGO MÉDIO DE 20,8 ERLANG NA HORA DE MAIOR MOVIMENTO. NESTE CASO RESULTA:

24 S ITUAÇÃO EM QUE A QUANTIDADE DE CANAIS É MENOR DO QUE A QUANTIDADE DE ASSINANTES NESTE CASO EXISTE UMA CERTA PROBABILIDADE DE QUE, EM DETERMINADOS INSTANTES, TODOS OS CANAIS FIQUEM OCUPADOS. AS CHAMADAS QUE OCORREREM NAQUELES INSTANTES DE CONGESTIONAMENTO SERÃO RECUSADAS. ESTA SITUAÇÃO SE CHAMA BLOQUEIO DE CHAMADAS. EM TELEFONIA CELULAR, DIMENSIONA-SE A QUANTIDADE DE CANAIS PARA QUE O BLOQUEIO DE CHAMADAS NÃO ULTRAPASSE 2 %. ESTE DIMENSIONAMENTO SE FAZ COM A UTILIZAÇÃO DA FÓRMULA “ERLANG B “. ESSA FÓRMULA SUPÕE QUE O NÚMERO DE ASSINANTES É MUITO MAIOR DO QUE O NÚMERO DE CANAIS DISPONÍVEIS. ISTO SEMPRE OCORRE EM TELEFONIA CELULAR.

25 FÓRMULA DE ERLANG B

26 FÓRMULA DE ERLANG B. A = TRÁFEGO MÉDIO OFERECIDO NA HORA DE MAIOR MOVIMENTO. C = QUANTIDADE DE CANAIS DE TRÁFEGO. B = BLOQUEIO RELATIVO: RELAÇÃO ENTRE AS CHAMADAS RECUSADAS E O TOTAL DAS CHAMADAS ( ACEITAS + RECUSADAS )

27 EXEMPLO DE CÁLCULO DE BLOQUEIO DETERMINAR O BLOQUEIO RELATIVO DE CHAMADAS QUANDO A COMUNIDADE OFERECE UM TRÁFEGO MÉDIO DE 3 ERLANG A UM SISTEMA COM 4 CANAIS. ESTE RESULTADO INDICA QUE, DE CADA 100 CHAMADAS TENTADAS, NA HORA DE MAIOR MOVIMENTO, 20 SERÃO RECUSADAS DEVIDO A AUSÊNCIA DE CANAIS VAGOS NOS INSTANTES EM QUE ELAS ACONTECEM.

28 TABELAMENTOS A FÓRMULA DE ERLANG B ESTÁ TABELADA NOS LIVROS SOBRE TRÁFEGO TELEFONICO. PODE-SE ENTRAR COM DOIS PARÂMETROS E DETERMINAR O TERCEIRO.

29 TABELA PARCIAL DE TRÁFEGO EXEMPLO: DETERMINAR QUANTOS ERLANGS PODEM SER OFERECIDOS A UM SISTEMA DE 19 CANAIS DE TAL MODO QUE O BLOQUEIO DE CHAMADAS SEJA 2 %. A TABELA NOS FORNECE O RESULTADO: A = 12,3 Erlang

30 DETERMINAÇÃO DOS ERLANGS QUE PODEM SER OFERECIDOS A UMA ERB NO SISTEMA AMPS SUPONDO B = 2 %. ( BANDA A OU B ) - QUANTIDADE DE CANAIS DE TRÁFEGO NO SETOR: C = 19 -ERLANGS OFERECIDOS SUPONDO B = 2 %: PARA C=19 E B = 2 %, A TABELA FORNECE: A S = 12,3 Erlang A SETOR = 12,3 Erlang

31 DETERMINAÇÃO DA QUANTIDADE DE ASSINANTES SERVIDOS POR UMA ERB AMPS. VAMOS SUPOR QUE SE TENHA UM TRÁFEGO OFERECIDO DE 0,025 ERLANG POR ASSINANTE.

32 DETERMINAÇÃO DA QUANTIDADE DE ASSINANTES SERVIDOS POR UMA ERB AMPS. COMO A ERB POSSUI TRÊS SETORES, O NÚMERO DE ASSINANTES FICA:

33 FATOR DE SEGURANÇA NO SISTEMA CELULAR NÃO SE PODE GARANTIR QUE A QUANTIDADE DE USUÁRIOS SERVIDOS POR UMA ERB NÃO SEJA ULTRAPASSADA. CASO ISTO ACONTEÇA O BLOQUEIO DE CHAMADAS PODE ADQUIRIR UM VALOR INACEITÁVEL. POR ISTO É ACONSELHAVEL ADOTAR UM FATOR DE SEGURANÇA NO DIMENSIONAMENTO DA QUANTIDADE MÁXIMA DE ASSINANTES SUPORTADA POR UMA ERB. SEJA 0,7 ESSE FATOR DE SEGURANÇA.

34 A DENSIDADE DE ASSINANTES NÃO É CONSTANTE. NA ÁREA URBANA, DE UMA CIDADE, ESSA DENSIDADE É MAIOR DO QUE NA ÁREA SUBURBANA QUE, POR SUA VEZ, É MAIOR DO QUE NA ÁREA RURAL. DENSIDADES POPULACIONAIS

35 PARA MANTER APROXIMADAMENTE A MESMA QUANTIDADE DE ASSINANTES POR ERB, A OPERADORA UTILIZA CELULAS MENORES NAS REGIÕES URBANAS. NAS ÁREAS RURAIS, TEM-SE AS CÉLULAS DE MAIOR TAMANHO. AS REGIÕES SUBURBANAS OPERAM COM CÉLULAS DE TAMANHO INTERMEDIÁRIO. COMO VEREMOS, MAIS ADIANTE, QUANTO MAIOR FOR A ÁREA COBERTA POR UMA ERB, MAIOR SERÁ A ALTURA DE SUA TORRE DE TRANSMISSÃO. ÁREAS DE COBERTURA DAS ERB

36 DETERMINAÇÃO DA QUANTIDADE MÍNIMA DE ERB’S AMPS PARA PROVER SERVIÇO PARA 1 MILHÃO DE ASSINANTES USANDO O RESULTADO DO CÁLCULO EXEMPLIFICADO RESULTA:

37 NO CÁLCULO DA QUANTIDADE DE ERB FOI SUPOSTO QUE TODAS AS ERB SERVISSEM A A QUANTIDADE MÁXIMA DE ASSINANTES ESTABELECIDA COM BASE NO TRÁFEGO CALCULADO. ENTRETANTO, MUITAS ERB, ESPECIALMENTE NAS ZONAS SUBURBANAS E RURAIS, NÃO ATINGEM ESSA QUANTIDADE DE ASSINANTES. MESMO QUE TENHAM POUCOS ASSINANTES, ESSAS ERB SÃO NECESSÁRIAS DEVIDO A QUESTÃO DA COBERTURA GEOGRÁFICA DO SISTEMA CELULAR. ISTO FAZ AUMENTAR A QUANTIDADE DE CÉLULAS. VAMOS ADOTAR, COMO SEGURANÇA, UM AUMENTO DE 30 %. NA QUANTIDADE DE ERB’S. NESTE CASO TEM-SE: DETERMINAÇÃO DA QUANTIDADE MÍNIMA DE ERB’S AMPS PARA PROVER SERVIÇO PARA 1 MILHÃO DE ASSINANTES

38 ´NAS MAIORES CIDADES DOMUNDO É IMPRATICÁVEL A UTILIZAÇÃO DE MAIS DO QUE 400 ERB POR UMA OPERADORA DE CELULAR. NESTE CASO, O NÚMERO MÁXIMO DE ASSINANTES AMPS, SERVIDO POR UMA OPERADORA, FICAVA LIMITADO EM 320.000 ESTA SITUAÇÃO SÓ PODE SER RESOLVIDA AUMENTANDO A QUANTIDADE DE CANAIS DE VOZ POR SETOR. PARA ISTO TEM-SE DUAS SOLUÇÕES: 1) AUMENTANDO A LARGURA DE FAIXA DE OPERAÇÃO. POR EXEMPLO: SE A LARGURA DA FAIXA DE OPERAÇÃO FOR TRIPLICADA, A QUANTIDADE DE CANAIS POR SETOR TRIPLICA. 2) MANTENDO A MESMA LARGURA DA FAIXA DE OPERAÇÃO, MAS DIMINUINDO A LARGURA DE FAIXA OCUPADA PELO CANAL DE VOZ E PELO CANAL DE CONTROLE. POR EXEMPLO: SE A LARGURA DE FAIXA DESSES CANAIS DIMINUIR DE UM FATOR 3, CABERÁ 3 VEZES MAIS CANAIS NA MESMA FAIXA DE OPERAÇÃO. LIMITAÇÃO PRÁTICA DA QUANTIDADE DE ERB’S

39 SISTEMA EUROPEU DE SEGUNDA GERAÇÃO A EUROPA OPTOU PELA PRIMEIRA SOLUÇÃO EM SEU SISTEMA DE SEGUNDA GERAÇÃO, CONHECIDO COMO GSM. SEUS CANAIS DE VOZ E DE CONTROLE POSSUEM A MESMA LARGURA DE FAIXA DE SEU SISTEMA ANALÓGICO DE PRIMEIRA GERAÇÃO. ENTRETANTO, O GSM TRABALHA EM UMA NOVA FAIXA DE OPERAÇÃO CUJA LARGURA MÁXIMA É 45 MHz. ESTA FAIXA DE OPERAÇÃO ESTÁ CENTRADA EM TORNO DE 1800 MHz.

40 OS SISTEMAS CELULARES, DE SEGUNDA GERAÇÃO, ADOTADOS PELOS AMERICANOS, UTILIZARAM A DIMINUIÇÃO DA LARGURA DE FAIXA OCUPADA PELOS CANAIS DE INFORMAÇÃO, UTILIZANDO MÉTODOS DE MODULAÇÃO ESPECTRALMENTE MAIS EFICIENTES DO QUE O FM E O FSK, O PRIMEIRO SISTEMA CELULAR AMERICANO, DE SEGUNDA GERAÇÃO, FOI O D-AMPS, QUE INICIALMENTE ERA CHAMADO DE TDMA IS-136. ELE, USANDO A MESMA FAIXA DE OPERAÇÃO DO AMPS, CONSEGUIU TRIPLICAR A QUANTIDADE DE CANAIS DOS SETORES DAS ERB. O SEGUNDO SISTEMA AMERICANO, DE SEGUNDA GERALÇAO, QUE TAMBÉM FOI ADOTADO PELOS AMERICANOS, FOI O CDMA ONE, INICIALMENTE CHAMADO CDMA IS-95. ELE AUMENTA OITO VEZES MAIS A QUANTIDADE DE CANAIS POR SETOR DO QUE O AMPS SISTEMAS AMERICANOS DE SEGUNDA GERAÇÃO

41 COMPARAÇÃO DO AMPS COM OS OUTROS SISTEMAS. REPETINDO-SE O CÁLCULO PARA OS SISTEMAS AMERICANOS DE SEGUNDA GERAÇÃO, MANTENDO A MESMA FAIXA DE OPERAÇÃO, RESULTA:. D-AMPS VIMOS QUE PARA SERVIR 1 MILHÃO DE ASSINANTES NECESSITA-SE A QUANTIDADE DE RÁDIO BASES: AMPS FORAM MANTIDOS, NESSE CÁLCULO, O MESMO BLOQUEIO DE CHAMADAS E OS MESMOS FATORES DE SEGURANÇA. CDMA ONE