Sistemas celulares: evolução e componentes principais

UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO
SISTEMAS
CELULARES

Introdução
Mobilidade Flexibilidade

Introdução
Um sistema de telefonia móvel é definido como uma
rede de comunicações por rádio que permite
mobilidade contínua por meio de muitas células [2].

Descobrindo a história...

Celular no Brasil
2,20
0,90

Bandas de Frequência para o Celular
no Brasil
850 MHz
Banda A e B
1900 MHz1800 MHz1700 MHz900 MHz 2100 MHz
Banda D e E
Bandas de Extensão do
GSM
(Transmissão do
Terminal)
Maior parte
para o 3G
890 MHz 915 MHz
935 MHz 960 MHz
Bandas de Extensão do
GSM
(Transmissão da rede)

Constituição do Sistema Celular
Terminal Móvel (TM) (aparelho celular)
Estação Rádio Base (ERB)
Central de Comutação e Controle (CCC)

UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOUNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO
Prover a interface entre o usuário e o sistema;
Converter sinais de áudio em sinais de
rádiofrequência (RF) e vice-versa;
Alerta o usuário sobre chamadas recebidas;
Alerta o sistema sobre tentativas de originação
de chamadas.
Terminal Móvel (TM)

Estação Rádio Base (ERB)
Prover a interface de rádio entre TM’s e o sistema;
Converte sinais de rádio em sinais de áudio e vice-versa;
Controla e informa os TM’s em sua área de cobertura;
Verifica e reporta a qualidade do sinal em sua área de
cobertura;
Verifica e reporta a presença de novos TM’s em sua
área;
Responde a comandos recebidos da CCC.

Prover a interface entre a rede telefônica e o sistema
celular;
Comunicar-se com outros sistemas celulares;
Controlar as ERB’s;
Monitorar e controlar as chamadas;
Interligar as várias ERB’s;
Supervisionar o estado do sistema;
Controlar e comutar o handoff de chamadas;
Administrar o sistema.
Central de Comutação e Controle
(CCC)

Figura: Representação da estrutura de um sistema celular

Célula
A principio, uma determinada região ou área de cobertura
geográfica a ser atendida pelo serviço móvel celular é
dividida em sub-regiões, que são chamadas de células.
Cada célula utiliza um determinado conjunto de sinais de
rádio freqüência;
Cada uma é atendida por uma ERB;
Figura: Representação gráfica de uma célula.

Célula
As dimensões de uma célula dependem de:
Do grau de urbanização;
Da altura das edificações;
Do grau de arborização;
Das irregularidades do relevo;
Da altura da torre;
Da potência dos transmissores;
Do ganho das antenas.

• Células Omnidirecionais
Nas células omnidirecionais, a ERB é equipada com uma
antena omnidirecional que transmite a mesma potência em
todas as direções.
Figura: Antena omni com seus diagramas de radiação horizontal e vertical.

• Células Setorizadas
Nas células setorizadas, a ERB é equipada com antenas
diretivas, de tal forma que cada uma cubra determinada
área.
Figura: Antena diretiva com seus diagramas de radiação horizontal e vertical.

Cluster e Location Area
Cluster: é um conjunto de células. Dentro de um cluster não
existe reutilização de frequências [6].
Location Area (LA): É definida como um grupo de células,
todavia quando uma estação móvel ultrapassa um limite de uma
célula pertencente a uma LA, e entra em uma célula pertencente a
uma outra LA, esta deve relatar sua nova localização à rede.
Figura: Representação de cluster e Location Area.

Reutilização de Frequência
O reuso de frequência corresponde á utilização de uma
mesma frequência em dois conjuntos distintos.
A distância de reuso é limitada pela máxima interferência co-
canal permitida no sistema.
Evidentemente, a qualidade de transmissão cai á medida
que os clusters ficam menores, mas a capacidade de tráfego
aumenta em virtude da possibilidade de distribuir toda a
canalização em poucas células.

Reutilização de Frequência

Quando a demanda de tráfego cresce dentro de
uma determinada célula, existem duas soluções
possíveis: divisão de células ou setorização
das células já existentes.
Expansão de Capacidade

Divisão de Células – As células congestionadas são
divididas em várias célula de tamanho menor. A potência
dos transmissores das células existentes é diminuída para
cobrir aproximadamente metade da área original.
Figura: Divisão de células.

Setorização de Células – Os canais de uma célula são
separados em setores e são utilizados apenas dentro dos
setores. Normalmente uma célula é dividida em 3 setores
de 120 ou 6 setores de 60.
Figura: Setorização de Células.

Evolução
1ª Geração
2ª Geração
3ª Geração

1ª Geração
AMPS (Advanced Mobile Phone Service):
Utilizado pela primeira vez em 1983;
Utilizava Células grandes e antenas unidirecionais nas
ERBs;
Permitia setorização e divisão de células;
Permitia apenas a transmissão de voz;
Operava na frequência de 850 MHz, banda A;
O padrão ETACS é praticamente igual ao AMPS,
distinguindo-se apenas na formatação da identificação
do usuário (MIN, Mobile Identification Number).

1ª Geração

2ª Geração

2ª Geração
Codificação digital de voz mais poderosas;
Maior eficiência espectral;
Facilidade a comunicação de dados e a criptografia;
Foi possível navegar na internet;
As redes 2G utilizam frequências de operação de 900Mhz,
1800Mhz e 1900Mhz.

2ª Geração
TDMA (Time Division Multiple Access):
A técnica de acesso utilizada para esta tecnologia divide
o canal digital em 3 ou em 6 “time slots” permitindo a
ocupação simultânea de 3 ou 6 usuários diferentes
numa transmissão;
Capacidade do sistema é maior;
Cada usuário usa um espaço específico;
Impede problemas de interferências;
Utilizava TDMA + FDMA
Não é mais usada no Brasil, suas redes foram
desligadas desde o dia 05 de Janeiro de 2009.

TDMAHome Location
Register
Visitor Location
Register

2ª Geração
CDMA (Code Division Multiple Access):
Sistema digital que permite o acesso de muitos usuários
simultaneamente em um único canal de estação-base;
Funciona em banda larga, diferentemente do TDMA e do
GSM;
Divide a informação em vários pacotes;
Codificação digital do sinal de voz;
Muitas chamadas podem trafegar por toda a banda;
Os celulares que operam em CDMA são mais
suscetíveis a clonagem.
Opera na faixa de 800 MHz nas Bandas A e B e na faixa
de 1900 MHz.

CDMAHome Location
Register
Visitor Location
Register Base Station
Controler

2ª Geração
GSM (Global System for Mobile Communication):
FDMA + TDMA
25 MHz
124 canais, largura de 200 KHz,
capacidade de transmissão de 270
Kbps

2ª Geração
GSM (Global System for Mobile Communication):

GSM

2,5ª Geração

2,5ª Geração
GPRS (General Packet Radio Service):
Elevou as taxas de transferência de dados;
Permite o transporte de dados por pacotes;
O foco do GPRS é a conexão com a internet;
Utilização de voz e dados simultaneamente no mesmo
canal;
Compatível com o protocolo IP;
Aumento significativo na velocidade de transmissão de
dados;
Acesso imediato e permanente para os dados;
Redução de custos.

2,75ª Geração

2,75ª Geração
EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution):
A transmissão de dados melhorou e aumentou a
confiabilidade;
Resultado de um melhoria feita nas redes 2,5G (GPRS);
Aumento na velocidade de transmissão de dados;
EDGE pode ser usada para qualquer troca de pacotes
como uma conexão com a internet;
Custo de implementação reduzido;
Opera nas bandas mais comuns: 850, 900, 1800 e 1900
MHz.

3ª Geração

3ª Geração
W-CDMA (Wide-Band Code-Division Multiple Access):
Baseado nos mesmos conceitos de comunicação do
CDMA;
Provê velocidades de transmissão de dados de até 2
Mbps;
Permite ainda o uso mais eficiente do espectro de
rádio.
Sistemas W-CDMA habilitam uma nova geração de
serviços que misturam diferentes elementos de mídia.

3ª Geração
HSPA (High Speed Packet Access):
É um tecnologia de acesso que alcança teoricamente taxas de
velocidade de 7,2 Mbps;
É uma evolução dos padrões GPRS e EDGE;
Suporta uma quantidade muito maior de usuários;
É uma coleção de dois protocolos de telefonia móvel: High Speed
Downlink Packet Access (HSDPA) e High Speed Uplink Packet Access
(HSUPA), que ampliam e melhoram o desempenho dos protocolos
existentes W-CDMA.
HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access): O HSDPA é um serviço de
transmissão de pacotes de dados que opera dentro do W-CDMA, no enlace
direto (downlink), permitindo a transmissão de dados até 14,4Mbit/s em uma
banda de 5MHz. Usa modulação QPSK e 16QAM.
HSUPA (High Speed Uplink Packet Access): é um protocolo da família
HSPA com velocidades de UP-Link superiores a 5.76Mbit/s.

3ª Geração
HSPA+ :
O HSPA+ ou HSPA Evoluído na teoria trabalha com
taxas de até 168Mbps;
Oferece um menor tempo para o estabelecimento de
chamadas;
Capacidade para o uso do VoIP;
Melhor suporte para aplicações que exigem grandes
quantidades de informações;
Aproveita toda a estrutura do padrão HSPA já
existente.

4ª Geração
Vide apresentação de LTE.

A Evolução das Tecnologias de Celular no Brasil de
2000 a 2011:
Fonte: http://www.teleco.com.br/tecnocel.asp

Handoff
Processo de transferência automática de ligações de uma
célula (ERB) para outra.
Motivos para realização do handoff:
Para garantir a continuidade da chamada;
Quando o sinal está abaixo do limiar de potência;
Por razões operacionais.
Tipos de handoff:
Handoff Abrupto
Handoff Suave

Handoff Abrupto
O terminal móvel deve mudar o canal de rádio
(frequência) para o novo caminho, com uma curta
interrupção da conexão em andamento.
Figura: Representação de Handoff Abrupto.

O terminal móvel é simultaneamente conectado com duas
estações-base e ambos os fluxos são considerados, tanto
do lado do terminal móvel, quanto do lado da estação-
base, para recuperar um único fluxo de informação.
Handoff Suave
Figura: Representação de Handoff Suave.

Roaming
Diferentemente do handoff, não trata da mudança de ERBs,
mas sim define o fato de assinantes móveis poderem se mover
de uma área de controle para outra e ainda assim ter o serviço
mantido.
Figura: Representação de roaming.

Tipos de Canais de Rádio
Existem dois tipos de canal de transmissão entre a
Estação Rádio Base e o Terminal Móvel:
Canal de Voz (CV).
Canal de Controle ou Canal Setup (CC).

Canal de Voz
Durante o processo de estabelecimento de uma chamada, a
CCC seleciona um canal de voz que transportará a
conversação (sinal de voz) e outros sinais de controle, os quais
são transmitidos enquanto o canal de voz está em uso, porém
fora da faixa de voz. Os mesmos são:
Tom de Áudio de Supervisão (TAS)
Tom de Sinalização (TS)
Dados em Banda Larga

Canal de Voz Direto: Mensagens enviadas das ERBs,
podem ser de dois tipos:
Ordens (aumento de potência, liberação de chamada, etc)
Designação de canal de voz durante um handoff.
Canal de Voz Reverso ou Inverso: Mensagens enviadas do
TM, também podem ser de dois tipos:
Confirmação de ordens
Endereço chamado (realização de consulta, conferência e
ativação / desativação de um serviço de assinante).

Canal de Controle
Normalmente, existe somente um canal de controle em cada
célula. De um modo geral, o canal de controle é utilizado para:
Transmitir mensagens gerais dos parâmetros do sistema.
Transmitir mensagens de busca e informações gerais.
Transmitir mensagens de designação de canal de voz e
informações gerais.
Receber mensagem do TM.

Canal de Controle Direto:
Busca de um TM.
Transmissão contínua de mensagem aos TMs.
Designação de um canal de voz.
Tentativa dirigida (indica condição de célula adjacente).
Overhead.
Canal de Controle Reverso ou Inverso:
Acesso de um TM para originar chamada.
Confirmação de ordens.
Resposta ao sinal de busca

Interferências
Interferências no canal de voz ocasiona "linhas cruzadas", onde
o assinante escuta a interferência no fundo devido a transmissões
indesejáveis.
No canal de controle, a interferência conduz a chamadas perdidas ou
bloqueadas devido a erros no fluxo de sinais digitais de controle.
Três tipos de interferência:
Co-canal
Canal adjacente
Multipath fading

Interferência co-canal
Interferência canal adjacente
Interferência multipath fading

Referências Bibliográficas
[1] C. J. A. BASTOS-FILHO. Capitulo VIII – Sistemas de Telefonia Celular. Apostila. Escola Politécnica de Pernambuco, UPE.
Recife:2013.
[2] M. S. ALENCAR. Sistemas de Comunicação. Ed. Èrica Ltda. (2001).
[3] WIKIPÉDIA. A Enciclopédia Digital. Disponível em <https://pt.wikipedia.org/wiki/Telefone_celular> Acesso em: 03 maio 2013.
[4] TELECO. Inteligência em Telecomunicações. Disponível em<http://www.teleco.com.br/Bandac.asp >Acesso em: 16 maio 2013.
[5] ____________. Inteligência em Telecomunicações. Disponível em <http://www.teleco.com.br/tutoriais/re1.asp >Acesso em: 18 maio
2013.
[6] GTA/UFRJ. Grupo de Teleinformática e Automação. Disponível em <http://www.gta.ufrj.br/~flavio/commovel/Handover.htm> Acesso
em: 03 maio 2013.
[7] INFOSIL. Soluções Integradas em Tecnologi@. Disponível em
<http://www.infosil.com.br/entele/images/stories/07_Telefonia%20Movel%20Celular.pdf> Acesso em: 03 maio 2013.
[8] OLHAR DIGITAL. Tecnologias para você. Disponível em <http://www.youtube.com/watch?v=DwA9Nek3AIw> Acesso em: 03 maio
2013.
[9] WIKIPÉDIA. A Enciclopédia Digital. Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/EDGE> Acesso em: 03 maio 2013.
[10] ________. A Enciclopédia Digital. Disponível em
<http://pt.wikipedia.org/wiki/Servi%C3%A7o_de_R%C3%A1dio_de_Pacote_Geral>Acesso em: 03 maio 2013.
[11] ________.A Enciclopédia Digital. Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/W-CDMA> Acesso em: 03 maio 2013.
[12] ________. A Enciclopédia Digital. Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/HSPA> Acesso em: 03 maio 2013.

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