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Um sistema móvel é definido como uma rede de comunicações por rádio que permite mobilidade contínua por meio de muitas células. A comunicação sem fio,

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Apresentação em tema: "Um sistema móvel é definido como uma rede de comunicações por rádio que permite mobilidade contínua por meio de muitas células. A comunicação sem fio,"— Transcrição da apresentação:

1 Um sistema móvel é definido como uma rede de comunicações por rádio que permite mobilidade contínua por meio de muitas células. A comunicação sem fio, por outro lado, implica em comunicação por rádio sem necessariamente requerer a passagem de uma célula a outra durante a conversação. No sistema de telefonia móvel celular, a área de cobertura é dividida em regiões chamadas células, de modo que a potência transmitida seja baixa e as freqüências disponíveis venham a ser reutilizadas. Conceito

2 a - cobertura convencional b - cobertura celular

3 A Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL) define o SMC como: "Serviço móvel celular é o serviço de telecomunicações móvel terrestre, aberto à correspondência pública, que utiliza sistema de radio comunicações com técnica celular, inter conectado à rede pública de telecomunicações, e acessado por meio de terminais portáteis, transportáveis ou veiculares, de uso individual". No Brasil o SMC opera na faixa de freqüências de 800 MHz (ou 0,8 GHz). É o serviço celular que estamos utilizando hoje. Conceito

4 Estrutura do Sistema Celular Um sistema celular t í pico é constitu í do por três elementos, al é m das conexões entre eles. Os componentes b á sicos do sistema celular são: 1) Estação Móvel - EM ou Unidade Móvel - UM (em inglês Mobile Station – MS ) 2) Estação de rádio base -ERB (Base Station Transmission System– BTS) 3) Central de comutação e controle - CCC (em inglês Mobile Switching Center – MSC) 4) Rede de telefonia pública comutada (RTPC) - (em inglês Public Switched Telephone Network - PSTN).

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6 a)Terminal Móvel ou Estação Móvel (EM) F ornece a interface aérea para o usuário do sistema celular. Contém uma unidade de controle, um transceptor e uma antena. Transmite e recebe sinais de voz possibilitando a conversação, Transmite e recebe sinais de controle permitindo o estabelecimento da chamada. Campo de aplicação é amplo, como por exemplo, veículos, área rural, portátil e outros. Sua função é transformar um sinal de voz humana, entre 300 e 3400 Hz, codificá-lo e modulá-lo em uma frequencia de microondas para ser transmitido para a ERB, e vice-versa. A potência máxima de transmissão de um celular é de 600 miliWatts (0,6 Watts).

7 b) Estação Rádio Base É a interface entre a EM e a central de comutação e controle. Uma ERB corresponde a uma célula, no sistema.Daí temos o conceito de telefonia celular. Ao invés de se ter uma só estação irradiando em alta potência por toda a cidade, existe várias antenas espalhadas numa área trabalhando com potências menores, e o melhor, otimizando a utilização do espectro de freqüências disponíveis.

8 b) Estação Rádio Base A ERB recebe canais de voz PCM da CCC através de um meio de transmissão qualquer (microondas, fibra óptica, cabo, modem) ; Modula em sinais de microondas em freqüências de 800, 900, 1800, 1900 MHz dependendo do sistema. Na ERB não acontece nenhum processamento, tarifação ou controle de chamadas. É composta basicamente de : antenas de transmissão e recepção (que podem estar numa única antena, omnidirecional), filtros, duplexadores, acopladores, transmissores e receptores, equipamentos de transmissão, torre, fonte e infra-estrutura (sistemas de proteção de transientes, combate à incêndio, alarmes, pára-raios, prédio, etc).

9 b) Estação Rádio Base É composta basicamente de : antenas de transmissão e recepção (que podem estar numa única antena, omnidirecional), filtros, duplexadores, acopladores, transmissores e receptores, equipamentos de transmissão, torre, fonte e infra-estrutura (sistemas de proteção de transientes, combate à incêndio, alarmes, pára-raios, prédio, etc). Cada canal de comunicação é composto por um par de freqüências, constituindo um sistema full-duplex. Esse par de freqüências é divido em canal direto (comunicação da estação de rádio base para estação móvel ou downlink) e canal reverso (comunicação da estação móvel para a estação de rádio base ou uplink).

10 b) Estação Rádio Base As figuras a seguir apresentam o modelo da ERB constituindo um sistema celular:

11 b) Estação Rádio Base Conjunto de células

12 c) Central de Comutação e Controle (CCC) Também é conhecido como MSC (Mobile Switch Center), termo em inglês para CCC. É considerada o principal elemento do sistema móvel celular, responsável pela: Validação dos assinantes,e processamento de chamadas; Interface com a rede fixa de telefonia, e om outras CCC´s sejam elas de outra operadora ou não; Geração de bilhetes das chamadas e gerenciamento de hand-off (passagem do móvel de uma célula para outra), Monitoração de alarmes das Estações Radio Base – ERBs,dentre muitas outras funções.

13 Rede celular e interligação à PSTN

14 Handoff O handoff é uma fun ç ão que permite manter a continuidade de uma conversa ç ão quando o usu á rio passa de uma c é lula a outra. O processamento de handoffs é uma tarefa muito importante em qualquer sistema celular. Handoffs devem ser realizados com sucesso (e o menor número de vezes possível) e devem ser imperceptíveis aos usuários.

15 Numa situa ç ão pr á tica, pode haver mais de um operador de servi ç os celulares em uma mesma cidade e, certamente, dentro de um mesmo pa í s/continente. Por é m, o usu á rio é assinante de uma operadora apenas. Dessa forma, é necess á rio que haja interliga ç ões entre as diversas operadoras, no sentido de que o assinante de uma operadora possa utilizar os servi ç os de outra, como visitante (roamer). Durante o curso de uma chamada, se o móvel desloca-se da área de serviço de uma MSC para a de outra, é necessário um roaming. Portanto, o roaming pode inclusive ocorrer na área de prestação de serviço de uma mesma operadora. Há vários aspectos a serem considerados na implementação do roaming. Roaming

16 Durante o curso de uma chamada, se o móvel desloca-se da área de serviço de uma MSC para a de outra, é necessário um roaming. Portanto, o roaming pode inclusive ocorrer na área de prestação de serviço de uma mesma operadora. Roaming

17 Cobertura Quanto a cobertura, uma c é lula pode ser: 1) OMNIDIRECIONAL, no qual existe uma ú nica antena, tanto para transmissão quanto para recep ç ão, irradiando num ângulo de 360 graus em torno da ERB. Esta configura ç ão é mais indicada quando temos ERBs isoladas em pequenas cidades ou á reas rurais onde podemos trabalhar com potências maiores de transmissão sem risco de interferir em outras esta ç ões.

18 Cobertura 2) SETORIZADA, é uma c é lula equipada com um conjunto de antenas diretiva que irradiam em dire ç ões preestabelecidas, denominadas setores.Geralmente cada setor é formado por um ângulo de 120 graus (3 setores) ou 60 graus (6 setores). Ver figura abaixo:

19 Interferência de Canal Adjacente A interferência de canal adjacente é significativa se um usuário de uma célula opera num canal adjacente ao canal utilizado por outra célula próxima. A interferência de canal adjacente é dada por : Onde: d cai - distância entre a ERB que contem o canal adjacente interferente e o móvel. d c - distância entre a ERB que possui o canal desejado e o móvel. IC - isolamento de canal adjacente, depende do circuito de sintonia do móvel (valor típico de 26 dB).

20 Interferência de Canal Adjacente O pior caso de interferência de canal adjacente acontece quando o móvel está próximo à fronteira entre duas células que operam em planos de freqüência que utilizam canais adjacentes - as potências recebidas de ambas as estações de rádio base são aproximadamente iguais. Neste caso as distâncias d cai e d c são aproximadamente iguais e ICA = -IC.

21 Interferência de Canal Adjacente A Figura a abaixo mostra a distribuição otimizada dos canais de um sistema sem setorização e com 21 canais por cluster. A Figura b mostra que a utilização da técnica de reuso de freqüência provoca um aumento da interferência de canal adjacente. Nota: A setorização também possui o benefício de eliminar a interferência de canal adjacente.

22 Cluster É um conjunto de células vizinhas que contém todas as freqüências do sistema celular, ou seja, dentro de um cluster nenhuma freqüência pode ser reusada. Sistemas celulares baseiam-se em um sistema inteligente de alocação e reuso de canais através da área de cobertura. Assumindo que um cluster tem o formato hexagonal, pode-se determinar o número N de células hexagonais por cluster.

23 Cluster a - exemplo de cluster b - reuso de freq ü ências

24 Cluster Esta ç ões base de c é lulas adjacentes possuem grupos de canais iferentes de suas c é lulas vizinhas, para que não haja interferência. Atrav é s da limita ç ão da á rea de cobertura at é os limites da c é lula, um mesmo n ú mero de canais pode ser usado em outra c é lula desde que as c é lulas estejam separadas um da outra de uma distância suficientemente grande para que os n í veis de interferência sejam aceit á veis. Dessa forma, usu á rios em diferentes á reas geogr á ficas podem usar um mesmo canal simultaneamente. O conceito de reuso de freq ü ência é fundamental para o uso eficiente do espectro. O processo de sele ç ão e aloca ç ão de grupos de canais para todas as esta ç ões bases faz parte do planejamento de freq ü ência.

25 Cluster A figura a seguir apresenta as configurações de cluster mais usadas:

26 Teoria do padrão Celular A célula possui um padrão de irradiação que se aproxima da forma circular, porém totalmente irregular. Devido a essa irregularidade, causada pela sobreposição de sinais e a formação de áreas de sombras o padrão circular não é utilizado na representação de células. Dessa forma o padrão que melhor representa o formato de uma célula é o polígono regular hexágono que foi escolhido para representar uma célula, devido a sua simetria e regularidade.

27 Teoria do padrão Celular Modelo de células

28 Teoria do padrão Celular Este formato de hexagono é utilizado para calcular distância m í nima para a reutiliza ç ão de freq ü ências em sistemas celulares. A reutiliza ç ão de freq ü ências aumenta a capacidade de tr á fego em uma rede de telefonia celular. Para a reutiliza ç ão de freq ü ências é necess á rio determinar a distância m í nima entre os canais utilizados.

29 Teoria do padrão Celular Assim o modelo utilizado é constituído por conjunto de coordenadas (u,v) com um ângulo de 60° entre si e c é lulas com raio r. A teoria do padrão celular é baseada na replica ç ão de uma á rea conhecida como cluster.

30 Geometria hexagonal : onde : i = (u 2 – u 1 ) e j = (v 2 – v 1 ) com : (u 1, v 1 ) e (u 2, v 2 ) - coordenadas do centro de duas células quaisquer, no sistema de coordenadas adotado.

31 Teoria do padrão Celular Formato hexagonal dos clusters É possível se obter uma expressão para o número de células por cluster, chamada de razão de reuso!

32 Cluster – Cálculo da razão de reuso A á rea de uma c é lula (hex á gono) é dada pela expressão: Supondo a distância entre os centros de duas c é lulas adjacentes igual a d, tem-se que a á rea A do cluster é dada pela seguinte expressão : Fazendo o n ú mero de c é lula por cluster (N) igual a A / a, tem-se que:

33 Substituindo temos a expressão final da razão d/r, conhecida como razão de reuso de co-canal: Cluster – Cálculo da razão de reuso

34 Cluster – Tabela da razão de reuso Aplicando a razão de reuso de d/r aos tipos de cluster mais usados em sistemas celulares, é poss í vel determinar o fator de reuso de freq ü ências, conforme descreve a tabela a seguir:

35 Cluster – Tabela da razão de reuso Aplicando a razão de reuso de d/r aos tipos de cluster mais usados em sistemas celulares, é poss í vel determinar o fator de reuso de freq ü ências, conforme descreve a tabela a seguir:

36 Cluster – Analisando a tabela da razão de reuso

37 Fazendo uma an á lise superficial, pode observar que: 1. A medida que se aumenta o padrão de reuso, ou seja, o n ú mero de c é lulas por cluster, diminui-se o n ú mero de canais por c é lula, diminuindo o tr á fego oferecido. 2. Por outro lado, aumentando a razão de reuso implica na diminui ç ão da interferência entre co- c é lulas, uma vez que a potência transmitida decresce com a distância d.

38 Cluster – Analisando a tabela da razão de reuso A razão de reuso co-canal é um parâmetro fundamental no planejamento de sistemas celulares, pois determina a interferência co-canal (interferência entre células que se utilizam o mesmo conjunto de canais) e ao mesmo tempo que limita a capacidade de tráfego do sistema. A escolha da razão de reuso co-canal é, portanto, um compromisso entre a capacidade de trafego e a qualidade do sistema (quanto menor a interferência cocanal, maior a qualidade do sistema).

39 Interferência Co-Canal Quando se utiliza uma configuração celular com simetria hexagonal, a interferência causada pelo reuso de freqüências em grupos adjacentes pode ser calculada considerando 6 células interferentes a uma distância D (1º anel de co-células), 12 células interferentes a uma distância 2D (2º anel de co- células) e assim sucessivamente, conforme mostra a Figura.

40 Interferência Co-Canal

41 Considerando uma lei de potência de propagação com a distância, a relação entre o sinal desejado e a interferência co-canal é dada por Interferência Co-Canal onde:

42 Onde: Interferência Co-Canal Intensidade do sinal desejado transmitido a uma distância d do transmissor. I Kn = C. D Kn -y Intensidade do sinal interferente devido a uma célula no n-ésimo anel, a uma distância Dkn do transmissor. De variação da perda de propagação com a distância, com valor entre 2 e 5. y C parâmetro cujo valor depende das características do sistema de transmissão e de fatores de perda de propagação que não a distância.

43 Para um móvel na fronteira da célula (pior caso), temos d R e D kn nD, por isso : Analisando a expressão acima, observa-se que, para um número fixo de anéis e um mesmo valor de γ quanto maior é o fator de reuso co-canal, ou seja, maior o valor de N, maior é a relação S/I. Entretanto, um aumento no fator de reuso co-canal (aumento no valor de N) implica um menor número de canais por célula disponíveis para atender o tráfego, acarretando uma redução na capacidade do sistema. Tem-se por tanto um forte compromisso entre a capacidade e a interferência.

44 A equação pode ser simplificada se lembrarmos do fato que o sinal interferente cai proporcionalmente com a distância do transmissor interferente elevada à potência γ. Portanto, as células que mais causam interferência são as mais próximas. Assim, usualmente se considera apenas o 1º anel interferente. Neste caso tem-se: Interferência Co-Canal

45 No entanto, esta aproximação pode apresentar um erro razoavelmente significativo dependendo do valor de γ. Cálculos deverão se feitos e analisados para estimar o erro da simplificação. Para o sistema AMPS, a Tabela apresenta o número de canais e a relação S/I para os planos de reuso N = 4, 7, 9, 12 e 19. Interferência co-canal para diferentes planos de reuso (γ=4). Interferência Co-Canal

46 Evolução da rede celular

47 Linha do Tempo Alexander Graham Bell obtém êxito na transmissão de voz utilizando sinais elétricos. A primeira central foi construída em 1878 com 8 linhas de assinantes na cidade de New Haven-EUA O cientista alemão Heinrich G. Hertz demonstrou que ondas eletromagnéticas podem se propagar num meio sem fio - como previa a teoria desenvolvida por J. C. Maxwell - nascia o sistema de comunicação conhecido como telégrafo sem fio. Final do Século XIX - M. Guglielmo Marconi, cientista italiano, estabeleceu um enlace de 18 milhas entre uma estação em terra e um rebocador. A utilidade do serviço de rádio móvel foi reconhecida pelos serviços públicos (departamento de polícia e bombeiros, guarda- florestal e serviços governamentais em geral). Outro fato atribuído a Marconi foi a introdução do termo rádio, que vem da possibilidade de se provocar eventos a longa distâncias como era verificado no fenômeno da radiação Reginald Fesseden realiza as primeiras transmissões de voz e música empregando um sistema de comunicação com modulação AM O primeiro sistema de rádio móvel terrestre data de Foi implantado pelo departamento de policia de Detroit na freqüência de 2 MHz e com modulação AM para comunicação entre a central e as viaturas policiais. Era um sistema simplex.

48 Linha do Tempo Fundação do FCC (Federal Communications Commission), órgão de regulamentação dos serviços de rádio nos EUA Desenvolvimento dos primeiros transmissores móveis. Estes transmissores ocupavam um espaço equivalente ao de um porta malas de carro. A polícia de Bayonne – New Jersey – EUA utilizou muito um sistema half-duplex ou push-to­talk Mesmo com mais de 5000 carros de polícia equipados com rádio, existiam apenas 11 canais disponíveis, ocasionando um grande congestionamento nos sistemas A FCC autorizou mais quatro canais entre 30 e 40 MHz 1935 Edwin Armstrong apresenta o primeiro rádio utilizando modulação em freqüência, nascia o FM. A comunidade da época ficou espantada com a qualidade do sinal de voz recebido Implementação do primeiro sistema de comunicação half-duplex em FM pelo departamento de polícia estadual de Connecticut na cidade de Hartford – EUA A FCC liberou mais 6 canais em 150 MHz. Na realidade devido as restrições tecnológicas da época (interferência entre canais adjacentes) somente 3 dos canais na faixa de 150 MHz podiam ser utilizados simultaneamente. Em 1947 foi inaugurado um sistema operando na faixa de 35 a 44 MHz na rodovia Boston-Nova York O FCC autoriza a AT&T a operar o primeiro sistema de telefonia móvel, na cidade de Saint-Louis. Também, pela primeira vez, era feita uma conexão (manual) entre um sistema de rádio e a rede telefônica pública. O serviço foi chamado de rádio urbano e era centralizado, com um transmissor de alta potência cobrindo uma área com cerca de 80 km de raio e operava com apenas três canais half-duplex FM. Os custos eram relativamente baixos (US$ cents/minuto), a grande procura saturou o serviço.

49 Linha do Tempo Invenção do transistor nos laboratórios da Bell Labs pelos físicos: John Bardeen (Maio 23, 1908 – Janeiro 30, 1991) William Bradford Shockley (Fevereiro 13, Agosto 12, 1989) Walter H. Brattain (Fevereiro 10, Outubro 13, 1987) Primeiro sistema full-duplex é implementado para a polícia da Filadélfia. Neste ano o FCC estreita os canais de 120 kHz para 60 kHz O FCC estreita ainda mais o espaçamento entre os canais, caindo para 30 kHz, liberando ainda 12 canais na faixa de 450 MHz. Década de 60 - Até então cada rádio urbano trabalhava apenas em uma única freqüência, os assinantes eram alocados em grupos, sendo que cada grupo utilizava apenas um canal. Nesta década surgiu o conceito de sistema de rádio trunked, onde cada rádio podia ocupar qualquer um dos canais disponíveis, estando este desocupado Os circuitos integrados vão para a produção comercial Introduzido experimentalmente o IMTS (Improved Mobile Telephone Service) em diversos centros metropolitanos, com grande sucesso. Era um sistema centralizado com alta potência de transmissão, área de cobertura com 30 a 50 km de raio, operação full- duplex, comutação automática, operação entre 150 e 450 MHz e canais com largura de banda de 30 Khz,cobrindo aproximadamente 60 % de toda a população do Japão.

50 Linha do Tempo O sistema AMPS (Advanced Mobile Phone Service) é apresentado pela AT&T. Apresentava poucos atrativos, pois não possuía handoff automático. Este tipo de controle só foi tecnologicamente viável anos depois com o grande aumento da capacidade de processamento dos microprocessadores Após um longo período de negociações envolvendo a indústria de wireless systems, o FCC liberou uma banda de 40 MHz entre 800 e 900 MHz. Posteriormente, esta banda foi ampliada ficando em 824 MHz e 894 MHz, atualmente utilizada pelo AMPS NTT800 Implementado na área metropolitana de Tóquio pela NTT (Nippon Telegraph & Telephone). O sistema operava em 800MHz, possuindo características técnicas muito parecidas com o AMPS. Atingiu cerca de 40 mil assinantes espalhados por 500 cidades, cobrindo aproximadamente 60 % de toda a população do Japão.

51 Linha do Tempo AMPS Colocado em operação na cidade de Chicago – EUA. O sistema se tornou o mais difundido mundialmente chegando a atingir 60 % dos assinantes do mundo no ano de Utiliza a técnica de múltiplo acesso por divisão de freqüência (Frequency Division Multiplex Access – FDMA) TACS O sistema TACS (Total Access Communication System) criado pelo Reino Unido se difundiu pela Europa na Áustria, Irlanda, Itália. Este sistema possui 1000 canais com largura de banda de 25 Khz NMT450 O sistema NMT (Nordic Mobile Telephone) foi o resultado do trabalho conjunto de vários países escandinavos ou nórdicos (Dinamarca, Noruega, Suécia e Finlândia). Possuía handoff e roaming automático, operando na faixa de 450 MHz NMT900 Implementado na Suíça com uma capacidade para 12 mil assinantes – Autotelefonnets C Implementado na Alemanha, obtendo suprir cobertura total no território alemão. O sistema possui 100 sites, sendo expandido em 1986 para mais 75 sites.

52 Gerações do sistema celular 1.1G (primeira geração) - redes celulares analógicas; 2.2G (segunda geração) - redes celulares digitais baseadas em comutadores de circuitos:redes CDMA, TDMA e GSM; 3.2,5G (segunda geração e meia) - redes 2G com transmissão de pacotes de média/alta velocidade, voltados para transmissão de dados. GPRS e EDGE nas redes GSM, 1xRTT nas redes CDMA.

53 4. 3G (Terceira geração) - redes de altíssima velocidade, com possibilidades de streaming de vídeo, videoconferência, transmissões em tempo real, jogos online. Hoje, o 3G já é realidade. 5. 4G (quarta geração) rede baseada no tráfego de voz,dados e vídeo totalmente em IP. Gerações do sistema celular

54 Primeira Geração – 1G - Sistemas Analógicos.

55 Primeira Geração – Sistemas Analógicos. O Padrão AMPS (Advanced Mobile Phone Service) enquadra-se nos Serviços de Comunicações Móveis de Primeira Geração. Baseado em tecnologia analógica com acesso FDMA e Full Duplex. Nota: Por tecnologia analógica entende-se o esquema de modulação utilizado para transmissão de voz baseado em FM. Já para a transmissão de sinalização (mensagens através dos canais de controle), o esquema utilizado é o digital implementado através da modulação FSK a 10Kbps.

56 Largura de banda disponível Estrutura do canal AMPS de enlace Reverso 30 KHZ F1= 824F2= 854F3= 884 Fn= 849 Canal 2Canal 3Canal NCanal 1 Portadora Primeira Geração – Sistemas Analógicos.

57 O padrão de 1G adotado pelo Brasil, foi o AMPS (Advanced Mobile Phone Service) no Rio de Janeiro, em A tabela a seguir apresenta um histórico da implantação: Primeira Geração – Sistemas Analógicos.

58 824 a 894 MHz (faixa de freqüência utilizada pelo AMPS). Quantidade de canais é igual 833 canais espaçados de 30KHz. Cada canal inclui duas freqüências separadas por 45 MHz, uma no sentido direto e outra no sentido reverso. O espectro é dividido em duas bandas: a)A, utilizada inicialmente pelas operadoras estatais b)B usada pelas operadoras privadas. Primeira Geração – Sistemas Analógicos. Faixa de Freqüência

59 Dos 412 canais, 21 são Canais de Controle utilizados para o estabelecimento da chamada, e que não transportam voz. Os outros 395 canais de cada banda são Canais de Voz. Primeira Geração – Sistemas Analógicos. Faixa de Freqüência

60 A (MHz) Canais: 667 a 716 A AA BBA 25 MHz ,5849 Enlace Reverso – Direção MS - > ERB A AA BBA 25 MHz ,5894 Enlace Direto – Direção ERB- > MS Alocação de freqüências no espectro para o padrão AMPS A (MHz) Canais: 991­1023 B (MHz) Canais: 717 a 799 B (MHz) Canais: 334 a 666 A (MHz) Canais: 1 a 333

61 O número total de canais permitido na tecnologia FDMA é igual a largura de faixa dividida pela largura do canal, conforme descreve a expressão a seguir: N canais = L faixa total / L Faixa do canal Aplicando a expressão anterior para o padrão AMPS tem-se que: N canais = 25 MHz / 30 KHz = 833 canais Faixa de Freqüência

62 Normalmente refere-se mais aos números dos canais do que às freqüências. É possível converter os números dos canais às suas respectivas freqüências e vice-versa: I.P/ Espectro não-Estendido: Freqüência de Transmissão (MHz): (0.03N+870) Freqüência de Recepção (MHz): (0.03N+825) II.Espectro Estendido: Freqüência de Transmissão (MHz): (0.03(N-1023)+870) Freqüência de Recepção (MHz): (0.03(N-1023)+825) Onde N=Número do canal: 1, 2, 3,...,799,990,...,1023. Faixa de Freqüência

63 Resumo das principais características do padrão AMPS Tecnologia de múltiplo acessoFDMA Largura do canal30 KHz Usuário por canal1 Faixa de freqüência do enlace direto869 – 894 MHz Faixa de freqüência do enlace reverso 824 – 849 MHz Largura de banda disponível25 MHz Espaçamento entre os canais de enlaces direto e reverso 45 MHz Modulação de sinais de vozFM Número de canais ( controle e voz)832 ( canal 0 não é usado) Tabela 1 – Principais características do sistema AMPs

64 1G – Canais de transmissão No sistemas AMPS existem dois tipos de canais de transmissão entre ERB e a EM: I.Canais de voz Responsável por transportar a conversação. A CCC administra a liberação e a ocupação dos canais, Para controlar o estabelecimento de uma chamada, a CCC precisa constantemente trocar informações com a EM por meio do canal de voz, e por este motivo outros sinais, além do sinal de voz, trafegam no canal:

65 a)Tom de Supervisão de Áudio( TAS) Utilizado para supervisionar a qualidade de transmissão, É enviado continuamente durante a transmissão de voz na freqüência de aproximadamente 6KHz no sentido ERB-EM e EM-ERB, Por intermédio da supervisão de retorno, a ERB pode monitorar constantemente as condições da comunicação. 1G – Canais de transmissão

66 O TAS, ainda pode ser subdividido em: a)TAS1: sintonizado na freqüência de 5970Hz é utilizado na supervisão do cluster principal; b)TAS2 sintonizado na freqüência de 6000Hz é utilizado na supervisão do cluster vizinho; c)TAS3 sintonizado na freqüência de 6030Hz é utilizado na supervisão dos cluster vizinhos do TAS2. 1G – Canais de transmissão

67 b) Codificação do Sinal de Faixa Larga Em determinadas situações existe troca de mensagens entre ERB e EM (nos dois sentidos) usando o canal de voz, ou seja, enquanto estiver ocorrendo conversação. Nestas situações um sinal digital de 10Kbps irá modular uma portadora que será transmitida no canal de voz. No instante de transmissão dos dados em banda larga os sinais de voz e de TAS são interrompidos e o canal é ocupado pelos dados. 1G – Canais de transmissão

68 Para o usuário isso fica transparente, pois esses dados são transmitidos muito rapidamente (algumas centenas de milissegundos). As funções dos dados em banda larga são: a)designação do novo canal de voz no caso de Handoff e; b)determinação de classe de potência. Este sinal é modulado em FSK. 1G – Canais de transmissão

69 II. Canal de controle É responsável pela troca de sinalização na interface aérea do sistema celular. Normalmente só existe um sinal de controle em cada célula. Os Canais de Controle podem assumir três funções (estado em que EM se encontra), são elas: a) Função Dedicada, b) Função de Busca, c) Função de Acesso.

70 a)Função Dedicada (D): Usada pela ERB para enviar parâmetros de sistema em intervalos regulares. Estes parâmetros servem para atualizar os dados e colocar as EM em serviço. 1G – Canais de transmissão

71 a)Função Dedicada (D): Os parâmetros enviados são: i.Identificação do Sistema: Informa à Estação Móvel o número de identificação do Sistema (SID – System Identification) para que o mesmo saiba se pertence a esse sistema (Home) ou a outro (Roam). ii.Número Máximo de Canais: Informa ao móvel o número de canais de controle que ele pode sintonizar. 1G – Canais de transmissão

72 A função D é sintonizada no momento em que o terminal é ligado. A EM varre os canais de controle, sintoniza o mais forte e, para esse móvel, o canal de controle passa a ter função dedicada, ou seja, de informador de parâmetros de sistema. Essas informações são enviadas no Canal de Controle Direto. Após receber os parâmetros de sistema, o canal de controle passa a ter a função Busca no caso da EM não originar nenhuma chamada. 1G – Canais de transmissão

73 b) Função Busca (Paging) Usado pela ERB para enviar mensagens de Busca e informações gerais do sistema. A função de busca serve para chamar o móvel no caso de alguma ligação endereçada a ele. A informação é enviada em todas as células e setores, pois não se sabe ainda onde o móvel está. Junto com esta função é enviado o MIN (Número de Identificação do Móvel); 1G – Canais de transmissão

74 b) Função Busca (Paging) Esta função é enviada no Canal de Controle Direto junto com as informações gerais. Após receber a mensagem de paging o móvel responde no Canal de Controle Reverso pela Função de Acesso. 1G – Canais de transmissão

75 1G - redes analógicas de telefonia móvel c) Função de Acesso É a única que é bidirecional, ou seja, serve para a ERB enviar dados para a EM e vice-versa. Quando usada no sentido direto, a função informa à EM qual o canal de voz que deve ser sintonizado (designação do canal de voz), enviando junto o número da EM. No sentido reverso a função Acesso serve para responder a busca feita em paging.

76 1G - redes analógicas de telefonia móvel O canal de controle pode desempenhar uma função diferente para cada móvel ao mesmo tempo. Também podem ser classificados quanto ao seu sentido: a)Canal de controle direto; b)Canal de controle reverso ou inverso (acesso); NOTA: Na verdade o canal de controle é único para todas as funções. O que vai determinar se ele designará uma ou outra função é o móvel.

77 Segunda Geração -2G (redes digitais de telefonia móvel)

78 2G (redes digitais de telefonia móvel) A segunda geração é uma evolução da primeira geração Focou seu trabalho na demanda por maior capacidade usuários e na uniformização dos sistemas. Representa a mudança do sistema analógico para o digital Dois blocos econômicos são detentores de tais tecnologias, são eles:

79 2G (redes digitais de telefonia móvel) 1 – Primeiro Bloco (EUA) : a) D-AMPS( Digital Advanced Mobile Phone System) ou IS – 54; b) TDMA ou IS-136; c) CDMA ou IS-95 (Code Division Multiple Access). 2 - Segundo Bloco ( Europa): a) GSM ( Global System for Mobile communicates) NOTA: A 2G não priorizou os protocolos de transmissão de dados, a conseqüência é que as taxas máximas de transmissão são pequenas, deixando este sistema obsoleto e carente da para uso da internet.

80 2G ( D-AMPS ( Digital Advanced Mobile Phone System) IS-54) Tecnicamente apresentava as seguintes características: Modulação pi/4 DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying) ; Canal de 30 kHz; Codificação de voz VSELP (Vector Sum Excited Linear Prediction) ; Seis time-slots por portadora; Canais de voz full-rate com 2 time-slots ou half-rate com 1 time-slot ;

81 2G (Padrão TDMA ou IS-136) O padrão IS-136 triplica ou setuplica a capacidade do sistema AMPS; Foi adotado no Brasil, devido a compatibilidade com a largura de faixa do canal AMPS(30KHz) e o aumento da capacidade e desempenho do sistema.

82 Largura de banda disponível Padrão IS KHZ F1= 824F2= 854F3= 884 Fn= 849 Canal 2 Canal 3 Canal N Canal 1 Portadora Tempo G (redes digitais de telefonia móvel - largura de banda )

83 Tecnologia de múltiplo acessoTDMA Largura do canal30 KHz Usuário por canal3(7,95 Kbits/s) ou 6(3,975Kbits/s) Faixa de freqüência do enlace direto869 – 894 MHz Faixa de freqüência do enlace reverso 824 – 849 MHz Largura de banda disponível25 MHz Espaçamento entre os canais de enlaces direto e reverso 45 MHz Modulação de sinais de vozπ/4 Shifted DPSK (variante da modulação PSK) Número de canais ( controle e voz)3x832 = 2496 ( canal 0 não é usado) Tabela 2 – Principais características do padrão IS-136 A tabela a seguir descreve as principais características :

84 BandaFaixa (MHz)Número de canais Número do canal Freqüência central MSBTS Não Usado A A B A1, B2, Tabela 3 – Alocação de freqüências no padrão IS-136 Alocação de freqüências no padrão IS-136

85 6,67 ms Informação Quadro TDMA 0 Quadro TDMA ms Estrutura de um quadro TDMA no padrão IS-136 Uma única portadora de RF IS-136 possui 30KHz de largura de faixa e pode suportar, simultaneamente, até seis unidades móveis, conforme ilustras as figuras abaixo: 2G (redes digitais de telefonia móvel – Quadro TDMA)

86 Na estrutura do quadro TDMA IS-136 cada portadora de RF é subdividida em seis intervalos de tempo de canal ( time slots) pela técnica de acesso múltiplo por divisão no tempo ( Time Division Multiple Acess – TDMA). Os intervalos de tempo de canal (ITC) são identificados de 1 a 6, com duração de aproximadamente de 6,67 ms cada. A repetição de cada seqüência é chamada de quadro (frame) TDMA, o qual tem uma duração de 40 ms. Estrutura de um quadro TDMA

87 Em termos de bits, o quadro TDMA IS-136 tem 1944 bits equivalentes a taxa de modulação de 972 símbolos com uma taxa de 25 quadros por segundo. Os sistemas IS-136 instalados comercialmente utilizam taxa de transmissão por canal de 7,95 Kbits/s ( canais full rate) para transportar os sinais de voz. Estrutura de um quadro TDMA

88 Quadro TDMA IS-136 ITC 1ITC 2ITC 3 ITC 4 ITC 5 ITC 6 A BC D E F Canais Half Rate A BC D E F Canais Full Rate Alocação de ITCs no quadro TDMA Portanto, cada assinante utilizam 2 ITCs do quadro TDMA ( 1 e 4, 2 e 5, 3 e 6), reduzindo a capacidade para três unidades móveis por portadora de RF.

89 6,67 ms Quadro TDMA 0 Quadro TDMA ms 1944 bits GRDataSync DataSACCHCDVCCData Formato do ITC no enlace reverso Sync 28 SACCH 12 Data 130 CDVCC 12 Data 130 RSCD=1 1 CDL 11 Ordem de Tx Formato do ITC no enlace direto Formato dos ITCs no enlace reverso e direto O ITC, o formato dos bits depende da direção de transmissão da informação, ou seja, ERB – EM (Enlace Direto) ou EM – ERB ( Enlace Reverso). Ver figura a seguir: ITC – Intervalo de Tempo do Canal

90 A descrição dos campos que forma o conteúdo do ITC é descrito a seguir: 1)G ( Guard Time ): é o período de guarda entre os quadros consecutivos usados para evitar a sobreposição; 2)R ( Ramp Time ): é o período de tempo presente somente no enlace reverso usado pela MS no inicio da comunicação com a ERB antes da transmissão de informação; 3)Dados (Date ): campo de informação de usuário ou utilizado pelo canal de controle FACCH ( Fast Associates Contrl CHannel ). ITC – Intervalo de Tempo do Canal

91 4) Sincronismo (Sync): palavra usada na identificação do ITC; 5) SACCH ( Slow Associated Control CHannel): canal de controle usado para manter a qualidade do canal de comunicação sem a necessidade de utilização do processo chamado blank and burst; 6) CDVCC ( Coded Digital Verification Color Code): canal usado para verificar o canal de tráfego corrente do co-canal de tráfego que representa outro ITC. 7) RSVD ( Reserved ): campo para uso futuro; 8) CDL ( Coded Digital Control Channel locator) : campo usado pela unidade móvel para ajudá-la a localizar o canal de controle digital ( Digital Control Channel). ITC – Intervalo de Tempo do Canal

92 Descrição dos canais lógicos IS-136 Canais lógicos IS-136 Digital Control Channel DCCH RACH SPACH PCH ARCH SMSCH BCCH F-BCCH E-BCCH S-BCCH SCFRSVD Digital Traffic Channel DTCH FACCHSACCH PAYLOAD FACCHSACCH PAYLOAD Enlace Reverso Enlace Direto Enlace Reverso Enlace Direto

93 Conforme visto no sistema AMPS, os canais lógicos do IS- 136 são classificados em canal de controle e tráfego, usados na comunicação entre unidade móvel e ERB. I.Canais de Controle IS-136 Os canais de controle IS-136 são os seguintes: 1.FACCH (Fast Associate Control CHannel): canal de controle blank and burst que substitui o bloco de informação de usuário durante a transmissão de tráfego por uma mensagem de controle ou supervisão num processo chamado blank and burst, ou seja, durante alguns milisegundos pára a transmissão de informação de controle, retornando, logo em seguida, a transmissão de tráfego (burts); Descrição dos canais lógicos IS-136

94 2.SACCH (Slow Associated Control CHannel): canal de controle contínuo para manter a qualidade do canal de comunicação sem a necessidade de utilização do processo chamado blank and burst; 3.RACH ( Random Access Channel) canal unidirecional usado no sentido MS-ERB para requisitar o acesso ao sistema, como por exemplo, quando o usuário digita um número e tecla SEND logo em seguida; 4.SPACH ( SMS point-to-point, Paging and Access Channel): canal usado para enviar informação em difusão(Broadcast) para MS específico.Este canal é dividido em outros três canais, descritos a seguir: 5.PCH ( Paging CHannel): subcanal unidirecional ponto a ponto usado no sentido ERB-MS para encontrar a MS no sistema; I.Canais de Controle IS-136

95 6.ARCH ( Access Response Channel): subcanal unidirecional ponto a ponto usado no sentido ERB-MS para informar à MS que a rede reconheceu o acesso feito pelo canal RACHou para informa à MS a alocação de outros recursos; 7.SMSCH ( Short Message Services Channel) : subcanal unidirecional ponto Aponto usado no sentido ERB-MS para entregar mensagens SMS específica. 8.F-BCCH ( Fast-Broadcast Control CHannel): canal unidirecional usado no sentido ERB-MS para transmitir informações de sistema críticas, como por exemplo, listas de freqüências da célula.É importante ressaltar que sem estas informações de sistema a MS não conseguirá efetuar nenhum acesso à rede pelo canal RACH ; I.Canais de Controle IS-136

96 9.E-BCCH ( Extended Broadcast Control CHannel): canal unidirecional por difusão usado no sentido ERB-MS na transmissão de informaçõe de sistemas não críticas. Pode dizer que este canal auxilia o F-BCCH; 10.S-BCCH ( SMS Broadcst Control CHannel ) : canal unidirecional por difusão usado no sentido ERB-MS na transmissão do serviço de transporte de interface de RF ( Broadcast Air-interface Transport Service – BATS); 11.SCF (Shared Channel Feedback): canal usado para suportar as operações do canal RACH; 12.RSVD ( Reserved channel): canal reservado para uso futuro. I.Canais de Controle IS-136

97 II.Canais de Tráfego IS-136 O padrão IS-136 tem somente o canal de tráfego bidirecional DTCH( Digital Traffic CHannel) responsável pelo transporte de dados de usuário nos enlaces direto e reverso. O canal lógico de tráfego é chamado de Payload. Adicionalmente, durante a utilização do canal de tráfego, mensagens de controle podem ser trocadas entre MS e ERB. Nesta situação são usados os canais de controle FACCH e SACCH, já estudados anteriormente. Nota importante: Quando o canal de tráfego for utilizado pela rede, o canal de controle FACCH não pode ser alocado para a transmissão de mensagens de controle, ou seja, os canais Payload e FACCH não podem ser usados simultaneamente.

98 2G – Padrão IS-95 ou CDMAONE Arquitetura Básica

99 Mobile Station (MS) Ou Estação Móvel é o terminal utilizado pelo assinante. A estação móvel é identificada por um MIN (Mobile Identification Number). O equipamento dispõe ainda de um número de série eletrônico (ESN). Estação Rádio Base (ERB) Equipamento encarregado da comunicação com as estações móveis em uma determinada área que constitui uma célula. Base Station Controller (BSC) Controla um grupo de ERBs. Em alguns sistemas CDMA as funções do BSC são implementadas na CCC. 2G – Padrão IS-95 ou CDMAONE Arquitetura Básica

100 Central de Comutação e Controle (CCC) É a central responsável pelas funções de comutação e sinalização para as estações móveis localizadas em uma área geográfica designada como a área da CCC. Home Location Register (HLR) Ou Registro de Assinantes Locais é a base de dados que contém informações sobre os assinantes de um sistema celular. Visitor Location Register (VLR) Ou Registro de Assinantes Visitantes é a base de dados que contém informações sobre os assinantes em visita (roaming) a um sistema celular. 2G – Padrão IS-95 ou CDMAONE Arquitetura Básica

101 2G – Padrão IS-95 ou CDMAONE CDMA (Code Division Multiple Access, ou Acesso Múltiplo por Divisão de Código); Foi padronizado como Interim Standard 95 (IS-95) pela TIA americana. Compatível com o sistema analógico AMPS O CDMA baseia-se em um conceito denominado Espalhamento Espectral (Spread Spectrum), que será resumidamente descrito. É um padrão de transmissão no qual todos os usuários podem transmitir simultaneamente, nas mesmas freqüências e utilizando toda a banda disponível.

102 2G – Padrão IS-95 ou CDMAONE O CDMA utiliza a técnica de Spread Spectrum na qual o sinal de informação é codificado utilizando-se uma chave de código que provoca o seu espalhamento espectral em uma banda transformando-o aparentemente em ruído.

103 Ao invés de se fazer a separação entre usuários através de freqüência ou freqüência / tempo, a cada usuário é designado um código, de forma que sua transmissão possa ser identificada. Os códigos usados têm baixa correlação cruzada (idealmente zero), ou seja, são ortogonais, fazendo com que as informações contidas nas várias transmissões não se confundam. No outro extremo da comunicação, o receptor tem conhecimento do código usado, tornando possível a decodificação apenas da informação de seu interlocutor. As estações rádio base e terminais móveis são projetados para operação dual-mode 2G – Padrão IS-95 ou CDMAONE

104 A base desse padrão é a técnica de espalhamento espectral ( Spread Spectrum). 2G – Padrão IS-95 ou CDMAONE

105 Tecnologia de múltiplo acessoTDMA Largura do canal1,25 MHz Usuário por canalDepende da relação sinal/ruído(S/N) adotado na rede Faixa de freqüência do enlace direto869 – 894 MHz Faixa de freqüência do enlace reverso 824 – 849 MHz Largura de banda disponível25 MHz Espaçamento entre os canais de enlaces direto e reverso 45 MHz Modulação de sinais de vozQPSK(variante da modulação PSK) Número de canais ( controle e voz)Depende da relação sinal/ruído(S/N) adotado na rede Principais características do padrão IS-95 ou CDMAONE

106 2G – Técnicas de Espalhamento Espectral Existem dois processos principais para a codificação da informação e geração do Espalhamento Espectral: 1. "Salto de Freqüência" (Frequency Hopping - FH); No FH a informação simplesmente "pula" de um canal de freqüência para outro, de forma codificada no tempo. Nesse caso, o receptor só poderá encontrar o sinal nos vários canais se ele souber onde sintonizar, ou seja, se souber previamente as posições de freqüência onde o transmissor vai "pular. O código FH, que determina a seqüência de "pulos de freqüência, é gerado por um circuito chamado gerador de pulsos Pseudo-Aleatórios.

107 2G – Técnicas de Espalhamento Espectral O mesmo código deve ser usado no transmissor e no receptor, de modo que os dois saibam a próxima freqüência a ser usada. O gerador de código deve ser síncrono no transmissor e receptor, o que é obtido por um sinal piloto de sincronização. Salto em Freqüência (Frequency Hopping)

108 2G – Técnicas de Espalhamento Espectral Salto em Freqüência (Frequency Hopping)

109 2G – Técnicas de Espalhamento Espectral Salto em Freqüência (Frequency Hopping)

110 2G – Técnicas de Espalhamento Espectral As vantagens desta técnica são: 1.Os canais que o sistema utiliza para operação não precisam ser sequenciais. 2. A probabilidade de diferentes usuários utilizarem a mesma seqüência de canais é muito pequena. 3. A realização de sincronismo entre diferentes estações é facilitada em razão das diferentes seqüências de saltos. 4. Maior imunidade às interferências. 5.Equipamentos de menor custo. Salto em Freqüência (Frequency Hopping)

111 2G – Técnicas de Espalhamento Espectral As desvantagens desta técnica são: 1.Ocupação maior do espectro em razão da utilização de diversos canais ao longo da banda. 2. O circuito gerador de freqüências (sintetizador) possui grande complexidade. 3. O sincronismo entre a transmissão e a recepção é mais critico. 4. Baixa capacidade de transmissão, da ordem de 2 Mbit/s. Salto em Freqüência (Frequency Hopping)

112 2G – Técnicas de Espalhamento Espectral Seqüência Direta (Direct Sequence) Nesta técnica, o sinal de informação é multiplicado por um sinal codificador com característica pseudo- randômica, conhecido como chip sequence ou pseudo- ruído (pseudo-noise ou PN-code). A técnica de seqüência direta é também o principio utilizado pelo CDMA (Code Division Multiple Access) na telefonia celular. O sinal codificador é um sinal binário gerado numa freqüência muito maior do que a taxa do sinal de informação. Ele é usado para modular a portadora de modo a expandir a largura da banda do sinal de rádio freqüência transmitido.

113 2G – Técnicas de Espalhamento Espectral Seqüência Direta (Direct Sequence) No receptor o sinal de informação é recuperado através de um processo complementar usando um gerador de código local similar e sincronizado com o código gerado na transmissão.

114 2G – Técnicas de Espalhamento Espectral Seqüência Direta (Direct Sequence)

115 2G – Técnicas de Espalhamento Espectral Seqüência Direta (Direct Sequence) As vantagens desta técnica são: 1. O circuito gerador de freqüência (sintetizador) é mais simples, pois não tem necessidade de trocar de freqüência constantemente. 2. O processo de espalhamento é simples, pois é realizado através da multiplicação do sinal de informação por um código. 3. Maior capacidade de transmissão, da ordem de 11 Mbit/s.

116 2G – Técnicas de Espalhamento Espectral Seqüência Direta (Direct Sequence) As desvantagens desta técnica são: 1.Maior dificuldade para manter o sincronismo entre o sinal PN-code gerado e o sinal recebido. 2. Maior dificuldade para solução dos problemas de interferências. 3.Equipamentos de maior custo.

117 2G – Técnicas de Espalhamento Espectral Geração das seqüências PN As seqüências PN são usadas: a)Para separar os usuários no mesmo canal físico e, b) Para prover o Spreading e despreading; A geração dessas seqüências é realizada por um circuito LSR ( Linear Shift Registers ); A figura a seguir apresenta uma idéia do seu funcionamento:

118 2G – Técnicas de Espalhamento Espectral Geração das seqüências PN 3 Estágios LSR ( Linear Shift Registers) A geração da seqüencia PN é realizada pelas seguintes etapas:

119 2G – Técnicas de Espalhamento Espectral Geração das seqüências PN 1.No instante t0, os estágios 1, 2 e 3 têm as seqüências 001 respectivamente; 2.Conecte as saídas dos estágios 1 e 3 as entradas da Adição do Módulo 2; 3.Aplique o sinal de relógio (clck) aos três estágios LSR; 4.Repita as etapas 1,2 3 sucessivamente. O resultado final obtido nas saídas dos LSR para vários ciclos de relógio no tempo está apresentado na tabela a seguir:

120 2G – Técnicas de Espalhamento Espectral Geração das seqüências PN TempoEstágio#1Estágio#2Estágio#3 t0t0 001 t1t1 100 t2t2 110 t3t3 111 t4t4 011 t5t5 101 t6t6 010 t7t7 001 A seqüência de saída repete-se a cada sete ciclos de relógio, sendo chamada de seqüência PN ou código PN.

121 2G – Técnicas de Espalhamento Espectral Comprimento Máximo da seqüência PN O comprimento máximo da sequência PN está diretamente relacionada com o número de estágios LSR, conforme descreve a equação seguinte: L = 2 N -1 (chips) Sendo: L = comprimento da sequencia PN expresso em chips; N = número de estágios PN. Exemplo: O comprimento do código usado na figura anterior é: L = =7 (chips)

122 2G – Técnicas de Espalhamento Espectral Códigos do CDMA IS-95 O CDMA utiliza três tipos de código todos com uma taxa de transmissão de 1,2288 megachips por segundo. WalshConjunto de 64 códigos ortogonais W0 a W63. PN longoConjunto de 4,398 x códigos diferentes ( 2 42 – 1), gerados por um registrador de deslocamento de 42 bits. PN curtoConjunto de códigos diferentes (2 15 – 1), gerados por um registrador de deslocamento de 15 bits.

123 2G – Técnicas de Espalhamento Espectral Funções dos Códigos do CDMA IS-95 O Short PN code é usado para identificar uma célula ominidirecional ou cada setor de uma célula setorizada; O long PN code são usados no enlace direto para separar os canais de paging e traffic e determinar a posição dos bits de controle de potência; O long PN code, também é usado no enlace reverso sendo associadas as unidades móveis para prover a separação delas no canal físico; Códigos Walsh são usados na separação dos canais de controle e tráfego.

124 2G – Técnicas de Espalhamento Espectral Funções dos Códigos do CDMA IS-95 Os códigos Walsh também são conhecidos com códigos Hadarmard e são gerados a partir de recursões de uma matriz, como mostra expressão a seguir: Matriz de Hadamard Uma matriz H n de Hadamard 2 n por 2 n é uma matriz de zeros (FALSE) e uns (TRUE) que apresenta a propriedade notória de, dadas duas linhas quaisquer da matriz, elas diferem em exatamente 2 n /2 posições. Seguem-se exemplos de matrizes de Hadamard: H n-1 HnHn

125 2G – Técnicas de Espalhamento Espectral Funções dos Códigos do CDMA IS-95 Nota: Quanto a capacidade, ver comparação entre os padrões vistos até aqui, AMPS,TDMA e CDMA.AMPS,TDMA e CDMA

126 2G – Técnicas de Espalhamento Espectral Canais Lógicos do CDMA IS-95 Canais lógicos IS-95 Enlace Direto Pilot Channel Sync Channel Traffic Channel Enlace reverso Traffic Channel Paging Channel Access Channel Usados pela MS para iniciar o estabelecimento de uma chamada ou responder a solicitação de busca (Paging). Transporta as informações de voz e dados dos usuários Sincronismo entre a ERB e MS. Taxa de 1200 bits/s(broadcast) Transporta o SID, NID, Short PN Code, System time, Long PN Code State e o Paging Channel Data Rate. Estabelecimento de comunicação com a ERB pela sintonização do canal Transporta msg com parametros de sistemae gerenciamento Transporta as informações de voz e dados dos usuários Canais lógicos IS-95

127 2G – GSM (Global System Mobile) Introdução Foi desenvolvido nos anos 80 pelo ETSI como um sistema móvel digital que iria substituir os sistemas analógicos existente na época (NMT, AMPS,...). Tinha como objetivo criar um sistema com maior capacidade e ao mesmo tempo tentar unificar um sistema móvel europeu que permitisse ao usuário ter um terminal compatível em qualquer país para onde se deslocasse (roaming). O padrão GSM obteve tanto sucesso que foi adotado em diferentes países não europeus tais como os EUA e vários países da América Latina, perfazendo um total de 130 países que contêm pelo menos uma operadora GSM. Atualmente a tecnologia GSM detém cerca de 70% do mercado global das telecomunicações de segunda geração.

128 2G – GSM (Global System Mobile) Espectro de Freqüências A tecnologia GSM possui alguns padrões definidos nos quais estão associados às faixas de freqüências alocadas no espectro, são eles: 1.Padrão P-GSM ou GSM 900 Utiliza a freqüência na banda de 900 MHz; Banda de enlace de 25 MHz; Frequencia de enlace reverso : 890 a 915 MHz; Banda de separação entre os enlaces Direto e Reverso: 20 MHz; Frequencia de enlace direto: 935 a 960 MHz; Possui 125 canais de RF com largura de 200KHz; 2. Padrão E-GSM ou GSM 900 Extendido Também utiliza a freqüência na banda de 900 MHz; Banda de enlace de 35 MHz; Frequencia de enlace reverso : 880 a 915 MHz; Banda de separação entre os enlaces Direto e Reverso: 10MHz Frequencia de enlace direto: 925 a 960 MHz; Possui 175 canais de RF com largura de 200KHz;

129 2G – GSM (Global System Mobile) Espectro de Freqüências 3.Padrão R-GSM ou GSM 900 Ampliado Também utiliza a freqüência na banda de 900 MHz; Banda de enlace de 39 MHz; Freqüência de enlace reverso : 876 a 915 MHz; Banda de separação entre os enlaces Direto e Reverso: 6 MHz; Freqüência de enlace direto: 921 a 960 MHz; Possui 195 canais de RF com largura de 200KHz; 4.Padrão P-GSM 1800 ou DCS 1800 É uma adaptação do GSM 900 Utiliza a freqüência na banda de 1800 MHz; Banda de enlace de 75 MHz; Freqüência de enlace reverso : 1710 a 1785 MHz; Banda de separação entre os enlaces Direto e Reverso: 20MHz Freqüência de enlace direto: 1805 a 1860 MHz; Possui 375 canais de RF com largura de 200KHz;

130 2G – GSM (Global System Mobile) Espectro de Freqüências 5.Padrão P-GSM 1900 Foi desenvolvido para oferecer uma gama maior de serviços para o usuário, é equivalente ao padrão 1800, porém operando na faixa de freqüências de 1,9 GHz. Utiliza a freqüência na banda de 1800 MHz; Banda de enlace de 60 MHz; Freqüência de enlace reverso : 1850 a 1910 MHz; Banda de separação entre os enlaces Direto e Reverso: 20MHz Freqüência de enlace direto: 1930 a 1990 MHz; Possui 300 canais de RF com largura de 200KHz;

131 2G – GSM (Global System Mobile) Espectro de Freqüências O padrão GSM passou a ser adotado no Brasil em 2002 e o modelo escolhido foi o padrão GSM Abaixo são descritos as principais características: Tecnologia de múltiplo acessoTDMA Largura do canal200 KHz Usuário por canal8(13 Kbits/s) ou 16(5,6 Kbits/s) Faixa de freqüência do enlace direto1805 – 1880 MHz Faixa de freqüência do enlace reverso1710 – 1785 MHz Largura de banda disponível75 MHz Espaçamento entre os canais de enlaces direto e reverso 95 MHz Modulação de sinais de voz0,3 GMSK(variante da modulação FSK) Número de canais ( controle e voz)75 MHz/200KHz= 374 ( canal 0 não é usado)

132 2G – GSM (Global System Mobile) Espectro de Freqüências O padrão GSM é uma combinação de FDMA e TDMA, O FDMA separa o espectro em canais de voz distintos por meio de sua divisão em porções uniformes de largura de banda; O TDMA compartilha uma mesma faixa de freqüência, mas transmite em tempos diferentes.

133 F1= 1710,2F2= 1710,4 Fn= 1785 MHz Portadora G (redes digitais de telefonia móvel - largura de banda – GSM ) Canal N Tempo Canal KHZ Largura de banda disponível Canal 2 Canal 1 F3= 1710,6

134 2G – GSM (Global System Mobile) Arquitetura da rede GSM Uma rede GSM é composta por várias entidades com funções e interfaces específicas. A rede GSM pode ser dividida em três partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo: partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo: partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo:

135 2G – GSM (Global System Mobile) Arquitetura da rede GSM Estação Móvel A estação móvel consiste de um equipamento móvel (ME) e um cartão chamado Subscriber Identity Module (SIM). Cada equipamento móvel está unicamente associado a uma identificação chamada International Mobile Equipment Identifier (IMEI). O cartão SIM tem uma identificação mundial única chamada de International Mobile Subscriber Identity (IMSI) usada para identificar o assinante ao sistema. Estes códigos são independentes permitindo uma maior mobilidade e uma segurança pessoal contra o uso não autorizado. partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo: partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo:

136 2G – GSM (Global System Mobile) Arquitetura da rede GSM Subsistema Estação Base Este subsistema encarrega-se do controle da ligação, via rádio, com a estação móvel. Estando dividido em duas partes: 1.Estação Rádio Base de Transmissão (BTS) 2.Estação Rádio Base de Controle (BSC); A comunicação entre as duas estações é realizada através da interface Abis, permitindo, como no resto do sistema, a operação entre componentes fornecidos por diferentes fabricantes. partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo: partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo:

137 2G – GSM (Global System Mobile) Arquitetura da rede GSM Subsistema Estação Base A BTS aloja os receptores / transmissores de rádio que definem a célula e suportam os protocolos de interface de rádio com a estação móvel. A BSC gerencia os recursos para uma ou mais BTS, tais como, configuração dos canais de rádio, saltos de freqüência e transição entre células, o hand-off. A BSC realiza a conexão entre as estações móveis e o Centro de Comutação Móvel (MSC). partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo: partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo:

138 2G – GSM (Global System Mobile) Arquitetura da rede GSM Subsistema de Rede O Subsistema Rede é composto dos seguintes elementos de rede: 1. Centro de Comutação de Serviços Móveis (MSC); 2. Registro de Localização de Unidade Móvel Local (HLR); 3. Registro de Localização de Unidade Móvel Visitante (VLR); 4. Equipamento de Identificação de Registro (EIR); 5. Centro de Autenticação de Unidade Móvel (AuC). partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo: partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo:

139 2G – GSM (Global System Mobile) Arquitetura da rede GSM Subsistema de Rede O principal componente do Subsistema de Rede é o MSC, encarregado da comutação de chamadas entre estações móveis ou entre uma estação móvel e um terminal fixo. Comporta-se como um nó de comutação de PSTN ou ISDN e, adicionalmente, providencia toda a funcionalidade necessária para o tratamento de um assinante móvel, realizando o registro, autenticação, atualização da localização, transição entre células (Hand-off) e gerenciando um assinante em roaming. partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo: partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo:

140 2G – GSM (Global System Mobile) Arquitetura da rede GSM Subsistema de Rede O HLR contém informações administrativas de todos os assinantes registrados nas suas respectivas redes GSM, juntamente com a localização atual da unidade móvel. O VLR contém algumas informações administrativas selecionadas no HLR necessárias para controle de chamadas e para providenciar serviços de cada assinante situado dentro de sua área de controle. O EIR é um banco de dados que contém uma lista de todos os equipamentos móveis válidos na rede, onde todos equipamentos móveis são identificados pelo IMEI. partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo: partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo:

141 2G – GSM (Global System Mobile) Arquitetura da rede GSM Subsistema de Rede O EIR é um banco de dados que contém uma lista de todos os equipamentos móveis válidos na rede, onde todos equipamentos móveis são identificados pelo IMEI. Um IMEI é considerado inválido se declarado como roubado ou incompatível com a rede. O AuC é um banco de dados onde são guardados uma cópia da chave de código secreta de cada SIM usados para autenticação e encriptação no canal de rádio. partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo: partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo:

142 2G – GSM (Global System Mobile) Estrutura de Canais O canal de tráfego (TCH) é usado para carregar tráfego de voz e dados. Os TCHs são definidos usando um grupo de 26 quadros TDMA que formam um multiquadro. Os canais de controle e sinalização são divididos em: 1. SDCCH (Stand-alone Dedicated Control Channel): usado para transferir o controle de sinalização da chamada para e provenientes da estação móvel durante o estabelecimento da chamada. partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo: partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo:

143 2G – GSM (Global System Mobile) Estrutura de Canais 2. BCCH (Broadcast Control Channel): possui informações codificadas, que identificam a rede. O broadcast contínuo no downlink, envia informações incluindo a identidade da estação base, alocação de freqüência, e seqüências de frequency- hopping. Este canal também transporta listas dos canais em uso na célula. 3. FCCH (Frequency Correction Channel): carrega informações da BTS para a sincronização da freqüência. 4. SCH (Synchronization Channel): carrega informações da BTS para a sincronização do frame. partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo: partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo:

144 2G – GSM (Global System Mobile) Estrutura de Canais 5. CCCH (Common Control Chanel) subdivide-se em: 5.1. PCH (Paging Channel): é um canal de downlink fornecida pelas BTSs para anunciar chamadas. A estação móvel monitora continuamente o PCH para verificar chamadas entrantes RACH (Random Acess Channel): Quando a unidade móvel vê o seu número no PCH, ela reconhece que deve responder com uma solicitação de serviço, enviando um RACH AGCH (Acess Grant Channel): anuncia o canal designado para o estabelecimento da chamada, podendo ser SDCCH ou TCH. partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo: partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo:

145 2G – GSM (Global System Mobile) Interfaces Como já foi comentado anteriormente, o principal foco do sistema GSM foi o de permitir que o maior número possível de usuários pudessem ser integrados. As interfaces e protocolos dele devem ser, portanto, padronizados e flexíveis, de forma a poder incorporar elementos de diferentes fabricantes. Uma interface precisa prover os aspectos físicos dos meios de transmissão, o interfuncionamento e a implementação dos serviços e aplicações móveis entre os elementos da rede GSM. partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo: partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo:

146 2G – GSM (Global System Mobile) Interfaces Abaixo segue uma visão genérica das principais interfaces do GSM. partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo: partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo:

147 2G – GSM (Global System Mobile) Interfaces Interface aérea (Um) : Interliga a MS e a BTS. É responsável por disponibilizar os canais físicos e lógicos aos assinantes móveis, para viabilizar o processamento de chamadas. Interface Abis : Conecta a BTS ao BSC. Permite controlar os equipamentos e a alocação de recursos na BTS. Interface A : Conecta a BSC e a MSC. Transporta os seguintes dados: a)-Gerenciamento do BSS; b)- Tratamento de chamadas; c)- Alocação de circuitos terrestres (canais de voz entre os elementos conectados); d)- Gerenciamento de mobilidade. partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo: partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo:

148 2G – GSM (Global System Mobile) Interfaces Interface B : Conecta MSC e VLR. Gerencia a base de dados dos assinantes que estão usando a área controlada pelo MSC associado ao VLR. É responsável pela localização dentro da área da MSC, por atualizar o registro quando a MS visita outra área e por atualizar dados sobre os serviços suplementares (como ativação ou desativação de chamada em espera, número escolhido para transferência temporária de chamadas, etc.) Interface C : Conecta MSC e HLR. É usado quando a MSC precisa de informações necessárias ao roteamento de chamadas ou ao envio de mensagens curtas (SMS). partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo: partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo:

149 2G – GSM (Global System Mobile) Interfaces Interface D : Conecta HLR e VLR. É usada na troca de dados sobre a localização da MS. Provê a capacidade de um assinante realizar chamadas dentro de uma determinada área de serviço. Interface E : Interliga duas MSCs. Quando uma MS move-se da área de uma MSC para outra de outra MSC, durante uma chamada, um processo chamado handover permite que chamada não seja interrompida. A interface E executa esse procedimento. partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo: partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo:

150 2G – GSM (Global System Mobile) Interfaces Interface F : Conecta MSC e EIR. Verifica se a MS está ou não habilitada para usar os serviços da rede GSM, através do estado do IMEI da MS (guardado no EIR). Interface G : Interliga duas VLRs. É usado quando uma MS move-se de um VLR para outro, recuperando o IMEI e os parâmetros de autenticação guardados no VLR de origem. Interface R : Conecta a MS ao equipamento terminal de dados (Data Terminal Equipment – DTE), usada para conectar o computador pessoal à MS, com o objetivo de transmitir dados por pacotes. Assim pode-se integrar o sistema GSM a uma comunicação que use o protocolo TCP/IP, da Internet, por exemplo. partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo: partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo:

151 O caminho até a 3G partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo: partes: a estação móvel, o subsistema estação base e o subsistema de rede. Conforme demonstrado na figura abaixo: Tx=384/384 (Kbit/s) Tx= Dowload= 3.1Mbps e Upload =1,8Mbps (Kbit/s) Tx=144 (Kbit/s) Tx= 2,5Mbps Tx=14,4 (Kbit/s) Tx=171,2 (Kbit/s)


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