Conceito
 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
a - cobertura convencional
b - cobertura celular
Conceito
 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.
Estrutura do Sistema Celular
 Um sistema celular típico é constituído por três
elementos, além das conexões entre eles. Os componentes
básicos 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).
a) Terminal Móvel ou Estação Móvel (EM)
 Fornece 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).
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.
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).
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).
b) Estação Rádio Base
As figuras a seguir apresentam o modelo da ERB constituindo um
sistema celular:
b) Estação Rádio Base
Conjunto de células
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 .
Rede celular e interligação à PSTN
Handoff
 O handoff é uma função que permite manter a
continuidade de uma conversação quando o usuário
passa de uma célula 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.
Roaming
Numa situação prática, pode haver mais de um
operador de serviços celulares em uma mesma cidade e,
certamente, dentro de um mesmo país/continente.
Porém, o usuário é assinante de uma operadora apenas.
 Dessa forma, é necessário que haja interligações entre
as diversas operadoras, no sentido de que o assinante
de uma operadora possa utilizar os serviços 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
 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.
Cobertura
Quanto a cobertura, uma célula pode ser:
1) OMNIDIRECIONAL , no qual existe uma única
antena, tanto para transmissão quanto para
recepção, irradiando num ângulo de 360 graus em
torno da ERB. Esta configuração é mais indicada
quando temos ERBs isoladas em pequenas cidades
ou áreas rurais onde podemos trabalhar com
potências maiores de transmissão sem risco de
interferir em outras estações.
Cobertura
2) SETORIZADA, é uma célula equipada com um
conjunto de antenas diretiva que irradiam em
direções
preestabelecidas,
denominadas
setores.Geralmente cada setor é formado por um
ângulo de 120 graus (3 setores) ou 60 graus (6
setores) . Ver figura abaixo:
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:
dcai - distância entre a ERB que contem o canal adjacente
interferente e o móvel.
dc - 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).
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 dcai e dc são
aproximadamente iguais e ICA = -IC.
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.
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.
Cluster
a - exemplo de cluster
b - reuso de freqüências
Cluster
Estações base de células adjacentes possuem grupos de canais
iferentes de suas células vizinhas, para que não haja
interferência.
Através da limitação da área de cobertura até os limites da célula,
um mesmo número de canais pode ser usado em outra célula
desde que as células estejam separadas um da outra de
uma distância suficientemente grande para que os níveis de
interferência sejam aceitáveis.
Dessa forma, usuários em diferentes áreas geográficas podem
usar um mesmo canal simultaneamente.
O conceito de reuso de freqüência é fundamental para o uso
eficiente do espectro.
O processo de seleção e alocação de grupos de canais para todas
as estações bases faz parte do planejamento de freqüência.
Cluster
 A figura a seguir apresenta as configurações de
cluster mais usadas:
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.
Teoria do padrão Celular
Modelo de células
Teoria do padrão Celular
 Este formato de hexagono é utilizado para calcular
distância mínima para a reutilização de freqüências em
sistemas celulares.
 A reutilização de freqüências aumenta a capacidade de
tráfego em uma rede de telefonia celular.
 Para a reutilização de freqüências é necessário
determinar a distância mínima entre os canais utilizados.
Teoria do padrão Celular
Assim o modelo utilizado é constituído por conjunto de
coordenadas (u,v) com um ângulo de 60° entre si e células
com raio r.
A teoria do padrão celular é baseada na replicação de uma área
conhecida como cluster.
Geometria hexagonal :
onde :
i = (u2 – u1) e j = (v2 – v1)
com :
(u1 , v1) e (u2 , v2) - coordenadas do centro de
duas células quaisquer, no sistema de coordenadas
adotado.
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!
Cluster – Cálculo da razão de reuso
A área de uma célula (hexágono) é dada pela
expressão:
Supondo a distância entre os centros de duas c élulas
adjacentes igual a d, tem-se que a área A do cluster é
dada pela seguinte expressão:
Fazendo o número de célula por cluster (N) igual a A / a,
tem-se que:
Cluster – Cálculo da razão de reuso
Substituindo temos a expressão final da
razão d/r, conhecida como razão de reuso de
co-canal:
Cluster – Tabela da razão de reuso
Aplicando a razão de reuso de d/r aos tipos de cluster mais
usados em sistemas celulares, é possível determinar o fator de
reuso de freqüências, conforme descreve a tabela a seguir:
Cluster – Tabela da razão de reuso
Aplicando a razão de reuso de d/r aos tipos de cluster mais
usados em sistemas celulares, é possível determinar o fator de
reuso de freqüências, conforme descreve a tabela a seguir:
Cluster – Analisando a tabela da razão de
reuso
Cluster – Analisando a tabela da razão de
reuso
 Fazendo uma análise superficial , pode observar
que:
1. A medida que se aumenta o padrão de reuso, ou
seja, o número de células por cluster, diminui-se o
número de canais por célula, diminuindo o tráfego
oferecido.
2. Por outro lado, aumentando a razão de reuso
implica na diminuição da interferência entre cocélulas, uma vez que a potência transmitida
decresce com a distância d.
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).
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 cocélulas) e assim sucessivamente, conforme mostra a
Figura .
Interferência Co-Canal
Interferência Co-Canal
 Considerando uma lei de potência de propagação com a
distância, a relação entre o sinal desejado e a interferência
co-canal é dada por
onde:
Interferência Co-Canal
Intensidade do sinal
desejado transmitido a
uma distância d do
transmissor.
Onde:
I
y
-y
Kn
= C . DKn
De variação da perda de
propagação com a
distância, com valor entre
2 e 5.
C
Intensidade do sinal
interferente devido a uma
célula no n-ésimo anel, a
uma distância Dkn do
transmissor.
parâmetro cujo valor depende das
características do sistema de transmissão
e de fatores de perda de propagação que
não a distância.
 Para um móvel na fronteira da célula (pior caso), temos d ≈ R
e Dkn ≈ 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.
Interferência Co-Canal
 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
 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).
Evolução da rede celular
Linha do Tempo
 1876 - 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.
 1880 - 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, guardaflorestal 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.
 1905 - Reginald Fesseden realiza as primeiras transmissões de voz e música empregando
um sistema de comunicação com modulação AM.
 1921 - O primeiro sistema de rádio móvel terrestre data de 1921. 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.
Linha do Tempo
 1927 - Fundação do FCC (Federal Communications Commission), órgão de
regulamentação dos serviços de rádio nos EUA.
 1930 - 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.
 1934 - Mesmo com mais de 5000 carros de polícia equipados com rádio, existiam
apenas 11 canais disponíveis, ocasionando um grande congestionamento nos sistemas.
 1935 - 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.
 1940 - Implementação do primeiro sistema de comunicação half-duplex em FM pelo
departamento de polícia estadual de Connecticut na cidade de Hartford – EUA.
 1946 - 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.
 1946 - 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$ 15 + 15 cents/minuto), a grande procura saturou o serviço.
Linha do Tempo
 1949 - Invenção do transistor nos laboratórios da Bell Labs pelos físicos: John Bardeen
(Maio 23, 1908 – Janeiro 30, 1991) William Bradford Shockley (Fevereiro 13, 1910 - Agosto
12, 1989) Walter H. Brattain (Fevereiro 10, 1902 - Outubro 13, 1987)
 1950 - Primeiro sistema full-duplex é implementado para a polícia da Filadélfia. Neste
ano o FCC estreita os canais de 120 kHz para 60 kHz.
 1957 - 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.
 1961 - Os circuitos integrados vão para a produção comercial.
 1967 - 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 fullduplex, 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.
Linha do Tempo
 1971 - 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.
 1975 - 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.
 1979 - 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.
Linha do Tempo
 1983 - 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 1990. Utiliza a técnica de múltiplo acesso por divisão de freqüência (Frequency Division
Multiplex Access – FDMA).
 1985 - 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.
 1981 - 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.
1986 - NMT900 Implementado na Suíça com uma capacidade para 12 mil assinantes.
1985 – 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.
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.
Gerações do sistema celular
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.
Primeira Geração – 1G Sistemas Analógicos.
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.
Primeira Geração – Sistemas Analógicos.
F1= 824
F2= 854
F3= 884
.......
Fn= 849
Portadora
Canal 1
Canal 2
Canal 3
Canal N
30 KHZ
Largura de banda disponível
Estrutura do canal AMPS de enlace Reverso
Primeira Geração – Sistemas Analógicos.
 O padrão de 1G adotado pelo Brasil, foi o AMPS
(Advanced Mobile Phone Service) no Rio de Janeiro, em
1991.
 A tabela a seguir apresenta um histórico da implantação:
Primeira Geração – Sistemas Analógicos.
 Faixa de Freqüência
 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
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.
A’’ 824-825 (MHz)
Canais: 9911023
A’ 845-846.5 (MHz)
Canais: 667 a 716
Enlace Reverso – Direção MS - > ERB
A”
824
A
825
B
835
A’
B’
845 846,5
25 MHz
A 825-835
(MHz) Canais:
1 a 333
869
870
A
B
880
A’
849
B 835-845 (MHz)
Canais: 334 a 666
Enlace Direto – Direção ERB- > MS
A”
B’ 846.5-849 (MHz)
Canais: 717 a 799
B’
890 891,5
894
25 MHz
Alocação de freqüências no espectro para o padrão AMPS
 Faixa de Freqüência
 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
 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 .
 Resumo das principais características do padrão
AMPS
Tecnologia de múltiplo acesso
FDMA
Largura do canal
30 KHz
Usuário por canal
1
Faixa de freqüência do enlace direto
869 – 894 MHz
Faixa de freqüência do enlace
reverso
824 – 849 MHz
Largura de banda disponível
25 MHz
Espaçamento entre os canais de
enlaces direto e reverso
45 MHz
Modulação de sinais de voz
Número de canais ( controle e voz)
FM
832 ( canal 0 não é usado)
Tabela 1 – Principais características do sistema AMPs
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:
1G – Canais de transmissão
a) Tom de Supervisão de Áudio( TAS)
 Utilizado para
transmissão,
supervisionar
a
qualidade
de
 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
 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
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
 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
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.
1G – Canais de transmissão
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
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
 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
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
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 - 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.
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.
Segunda Geração -2G
(redes digitais de
telefonia móvel)
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:
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.
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 ;
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.
2G (redes digitais de telefonia móvel - largura de banda )
F1= 824
F2= 854
F3= 884
.......
Fn= 849
Portadora
3
2
1 Canal 1
Canal 2
Canal N
Canal 3
Tempo
30 KHZ
Largura de banda disponível
Padrão IS-136
A tabela a seguir descreve as principais características:
Tecnologia de múltiplo acesso
TDMA
Largura do canal
30 KHz
Usuário por canal
3(7,95 Kbits/s) ou 6(3,975Kbits/s)
Faixa de freqüência do enlace direto
869 – 894 MHz
Faixa de freqüência do enlace
reverso
824 – 849 MHz
Largura de banda disponível
25 MHz
Espaçamento entre os canais de
enlaces direto e reverso
45 MHz
Modulação de sinais de voz
Número de canais ( controle e voz)
π/4 Shifted DPSK (variante da
modulação PSK)
3x832 = 2496 ( canal 0 não é usado)
Tabela 2 – Principais características do padrão IS-136
Alocação de freqüências no padrão IS-136
Banda
Faixa (MHz)
Número de
canais
Número do
canal
Freqüência central
MS
BTS
Não Usado
-
1
990
824.010
869.010
A”
1
33
991
824.040
869.040
1023
825.000
870.000
1
825.030
870.030
333
834.990
879.990
334
835.020
880.020
666
844.980
889.980
667
845.010
890.010
716
846.480
891.480
717
846.510
891.510
790
848.970
893.970
A
B
A’
B’
10
10
1,5
2,5
333
333
50
83
Tabela 3 – Alocação de freqüências no padrão IS-136
2G (redes digitais de telefonia móvel – Quadro TDMA)
 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:
Quadro TDMA 1
1
2
3
4
40 ms
Quadro TDMA 0
5
6
1
2
3
6,67 ms
Informação
Estrutura de um quadro TDMA no padrão IS-136
4
5
6
Estrutura de um quadro TDMA
 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
 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.
Quadro TDMA IS-136
ITC 1
A
ITC 2
B
ITC 3
C
ITC 4
ITC 5
D
ITC 6
E
F
E
F
Canais Half Rate
A
B
C
D
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.
ITC – Intervalo de Tempo do Canal
 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:
Quadro TDMA 1
1
Ordem de
Tx
2
3
4
Quadro TDMA 0
5
6
2
1
3
40 ms
1944 bits
4
6,67 ms
G
R
Data
Sync
Data
6
6
16
28
122
SACCH
CDVCC
12
Data
12
122
Formato do ITC no enlace reverso
Sync
SACCH
Data
CDVCC
28
12
130
12
Data
RSCD=1
130
1
Formato do ITC no enlace direto
Formato dos ITC’s no enlace reverso e direto
CDL
11
5
6
ITC – Intervalo de Tempo do Canal
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
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 cocanal 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).
Descrição dos canais lógicos IS-136
Canais lógicos IS-136
Digital Traffic Channel
DTCH
Digital Control Channel
DCCH
Enlace Direto
Enlace
Reverso
Enlace Direto
SPACH
BCCH
SCF
RSVD
FACCH
RACH
PCH
F-BCCH
ARCH
E-BCCH
SMSCH
S-BCCH
SACCH
Enlace Reverso
FACCH
SACCH
PAYLOAD
PAYLOAD
Descrição dos canais lógicos IS-136
 Conforme visto no sistema AMPS, os canais lógicos do IS136 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);
I. Canais de Controle IS-136
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
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
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.
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.
2G – Padrão IS-95 ou CDMAONE
Arquitetura Básica
2G – Padrão IS-95 ou CDMAONE
Arquitetura Básica
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
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
 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.
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.
2G – Padrão IS-95 ou CDMAONE
 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
 A base desse padrão é a técnica de espalhamento
espectral ( Spread Spectrum).
2G – Padrão IS-95 ou CDMAONE
Tecnologia de múltiplo acesso
TDMA
Largura do canal
1,25 MHz
Usuário por canal
Depende da relação sinal/ruído(S/N)
adotado na rede
Faixa de freqüência do enlace direto
869 – 894 MHz
Faixa de freqüência do enlace
reverso
824 – 849 MHz
Largura de banda disponível
25 MHz
Espaçamento entre os canais de
enlaces direto e reverso
45 MHz
Modulação de sinais de voz
Número de canais ( controle e voz)
QPSK(variante da modulação PSK)
Depende da relação sinal/ruído(S/N)
adotado na rede
Principais características do padrão IS-95 ou CDMAONE
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.
2G – Técnicas de Espalhamento Espectral
Salto em Freqüência (Frequency Hopping)
 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.
2G – Técnicas de Espalhamento Espectral
Salto em Freqüência (Frequency Hopping)
2G – Técnicas de Espalhamento Espectral
Salto em Freqüência (Frequency Hopping)
2G – Técnicas de Espalhamento Espectral
Salto em Freqüência (Frequency Hopping)
 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.
2G – Técnicas de Espalhamento Espectral
Salto em Freqüência (Frequency Hopping)
 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.
2G – Técnicas de Espalhamento Espectral
Seqüência Direta (Direct Sequence)
 Nesta técnica, o sinal de informação é multiplicado por
um sinal codificador com característica pseudorandômica, conhecido como “chip sequence” ou pseudoruído (“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.
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.
2G – Técnicas de Espalhamento Espectral
Seqüência Direta (Direct Sequence)
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.
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.
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:
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:
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:
2G – Técnicas de Espalhamento Espectral
Geração das seqüências PN
Tempo
Estágio#1
Estágio#2
Estágio#3
t0
0
0
1
t1
1
0
0
t2
1
1
0
t3
1
1
1
t4
0
1
1
t5
1
0
1
t6
0
1
0
t7
0
0
1
 A seqüência de saída 1001110 repete-se a cada
sete ciclos de relógio, sendo chamada de
seqüência PN ou código PN.
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 = 2N-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 = 23-1=7 (chips)
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.
Walsh
Conjunto de 64 códigos ortogonais W0 a W63.
PN longo
Conjunto de 4,398 x 1012 códigos diferentes ( 242 – 1),
gerados por um registrador de deslocamento de 42 bits.
PN curto
Conjunto de 32.767 códigos diferentes (215 – 1),
gerados por um registrador de deslocamento de 15 bits.
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.
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:
H
H
Hn
n-1
Hn-1
n-1
Hn-1
 Matriz de Hadamard
 Uma matriz Hn de Hadamard 2n por 2n 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 2n/2 posições.
Seguem-se exemplos de matrizes de Hadamard:
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.
2G – Técnicas de Espalhamento Espectral
Canais Lógicos do CDMA IS-95
Estabelecimento
de comunicação
com a ERB pela
sintonização do
canal
Canais
Canaislógicos
lógicosIS-95
IS-95
Enlace reverso
Enlace Direto
Transporta as
informações de voz e
dados dos usuários
Pilot
Channel
Paging
Channel
Sync
Channel
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.
Transporta as
informações de
voz e dados dos
usuários
Traffic
Channel
Traffic
Channel
Transporta msg com
parametros de
sistemae
gerenciamento
Access
Channel
Usados pela MS para
iniciar o estabelecimento
de uma chamada ou
responder a solicitação
de busca (Paging).
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.
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;
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;
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;
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 1800. Abaixo são descritos as principais
características:
Tecnologia de múltiplo acesso
TDMA
Largura do canal
200 KHz
Usuário por canal
8(13 Kbits/s) ou 16(5,6 Kbits/s)
Faixa de freqüência do enlace direto
1805 – 1880 MHz
Faixa de freqüência do enlace reverso
1710 – 1785 MHz
Largura de banda disponível
75 MHz
Espaçamento entre os canais de
enlaces direto e reverso
95 MHz
Modulação de sinais de voz
Número de canais ( controle e voz)
0,3 GMSK(variante da modulação FSK)
75 MHz/200KHz= 374 ( canal 0 não é usado)
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.
2G (redes digitais de telefonia móvel - largura de banda – GSM )
Fn= 1785 MHz
F3= 1710,6 ......
F1= 1710,2
F2= 1710,4
Portadora
8
7
4
6
5
3
2
1
Tempo
Canal 1
Canal 2
Canal 3
200 KHZ
Largura de banda disponível
Canal N
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:
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.
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.
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).
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).
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.
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.
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.
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.
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 frequencyhopping. 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.
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.
5.2. 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.
5.3. AGCH (Acess Grant Channel): anuncia o canal
designado para o estabelecimento da chamada, podendo ser
SDCCH ou TCH.
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.
2G – GSM (Global System Mobile)
Interfaces
 Abaixo segue uma visão genérica das principais interfaces
do GSM.
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.
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).
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 movese 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.
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.
O caminho até a 3G
Tx=384/384
(Kbit/s)
Tx=14,4
(Kbit/s)
Tx= Dowload=
3.1Mbps e Upload
=1,8Mbps (Kbit/s)
Tx=171,2
(Kbit/s)
Tx=144
(Kbit/s)
Tx= 2,5Mbps