APOSTILATELECOMUNICAÇÕES

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 Telefonia Fixa: O que é

Telefonia é a área do conhecimento que trata da transmissão de voz e outros sons através de uma rede de telecomunicações. Ela surgiu da necessidade das pessoas que estão a distância se comunicarem. (Dic. Aurélio: tele = longe, a distância; fonia = som ou timbre da voz). Os sistemas telefônicos rapidamente se difundiram pelo mundo atingindo em 2001 mais de 1 bilhão de linhas e índices de penetração apresentados na tabela. 

- Linhas/100 hab.Estados Unidos 66,45

Europa 40,62Brasil 21,78Mundo 17,21

 Com o aparecimento dos sistemas de comunicação móvel com a Telefonia Celular o termo Telefonia Fixa passou a ser utilizado para caracterizar os sistemas telefônicos tradicionais que não apresentam mobilidade para os terminais. 

A figura a seguir apresenta as partes básicas de um sistema telefônico.

  

Terminal telefônico O terminal telefônico é o aparelho utilizado pelo assinante. No lado do assinante pode existir desde um único terminal a um sistema telefônico privado como um PABX para atender a uma empresa com seus ramais ou um call center. Um terminal é geralmente associado a um assinante do sistema telefônico. Existem também os Terminais de Uso Público (TUP) conhecidos popularmente como orelhões.

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UO AO A TELEFÔNICO

Aparelho Telefônico

O aparelho telefônico é o responsável pela origem e recepção das ligações. Apesar de seu aspecto simples, ele desempenha um grande número de operações. Suas funções incluem:

Solicitação para o uso do sistema telefônico, quando o monofone é levantado Indicar que o sistema está pronto para uso, por meio da recepção do tom de

discar Enviar o número do telefone chamado ao sistema Indicar o estado da ligação, por meio de sinalização acústica Acusar o recebimento de uma ligação, com o toque da campainha Converter a voz em sinais elétricos para a transmissão Ajustar automaticamente a mudança de potência Sinalizar ao sistema o término de uma ligação.

A figura abaixo ilustra o um telefone com seus principais componentes. Os telefones funcionam com tensão contínua de – 48 V (quando “no gancho”), corrente de operação de 20 a 80 mA , perda típica de enlace de 8 dB e distorção de – 50 dB.

Principais componentes de um telefone

O telefone decádico, no qual os dígitos são transmitidos por seqüências de pulsos, está com seus dias contados. A figura abaixo mostra uma versão do teclado de um telefone multifreqüencial, no qual os dígitos são transmitidos por combinações de freqüências, com um par de freqüências associado a cada tecla. O sistema de discagem multifreqüencial está substituindo o telefone decádico por apresentar as seguintes vantagens:

Diminui o tempo de discagem Utiliza componentes eletrônicos de estado sólido Pode ser usado para a transmissão de dados a baixas taxas Reduz os requisitos de equipamentos na central local É mais compatível com as Centrais de Programa Armazenado (CPA)

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Teclado de um telefone multifreqüencial

O fundamento da telefonia é o estabelecimento da ligação telefônica. Para tanto, além do telefone e do sistema telefônico, é necessária a existência do assinante. O processo inicia-se com o desejo de um determinado assinante A de conversar com o outro assinante, digamos B. O assinante A começa então uma chamada por meio do sistema telefônico. Essa chamada pode ser atendida pelo assinante B, ou sofrer alguma interrupção por conta de congestionamento no sistema, erro na discagem, telefone ocupado ou ausência de resposta por parte do assinante chamado.

Em função do sinal recebido, o assinante A pode tomar a decisão de desistir, ou renovar a tentativa. Essa atitude pode ser tomada imediatamente, ou depois de algum tempo. A nova tentativa irá, dessa forma, ocupar novamente o sistema telefônico.

Diagrama de blocos do telefone

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Distorções introduzidas pelo Sistema Telefônico

O projeto de um sistema de telefonia digital deve levar em conta todos os aspectos da rede, do locutor ao ouvinte. Algumas características dos sistemas telefônicos levam à distorção no sinal de voz. A lista que segue ilustra alguns dos problemas encontrados e seus efeitos sobre a inteligibilidade:

Limitação na amplitude de pico do sinal - Afeta a qualidade da voz, mas não reduz apreciavelmente a inteligibilidade quando a fala é ouvida em ambiente silencioso e sob índices de percepção confortáveis.

Corte central no sinal - A supressão dos níveis mais baixos do sinal causa um efeito drástico sobre a inteligibilidade do sinal e afeta a qualidade da fala.

Deslocamento de freqüência - Ocorre quando a freqüência recebida difere da transmitida e afeta a inteligibilidade e o reconhecimento do locutor.

Retardo em sistemas operados por voz - Resulta na omissão da parcela inicial de uma mensagem. Afeta a inteligibilidade com uma queda linear da mesma com o aumento do intervalo omitido.

Defasagem e retardo de transmissão – É normalmente mais pronunciado na transmissão via satélite ou de longa distância, por conta da distância que o sinal portador tem que percorrer. Como a inteligibilidade é resistente ao retardo, este último afeta principalmente a qualidade da fala. Circuitos supressores de eco acabam eliminando parte da sílaba inicial, em transmissões via satélite.

Eco - Resulta de reflexões do sinal em pontos terminais da linha. Retardos acima de 65 ms produzem ecos perceptíveis e retardos inferiores tendem a tornar o som deturpado.

Realimentação - Realimentação acústica pode ocorrer em trajetos de redes complexas. O efeito é perturbador para o locutor e para o ouvinte.

Ruído - Diversos tipos de ruído afetam a transmissão do sinal de voz. O ruído básico para sistemas digitais, conhecido como ruído do quantização, resulta do mapeamento do sinal analógico em digital. O ruído é um sinal aleatório por natureza e provoca uma sensação desagradável ao ouvido, devendo ser minimizado na medida do possível.

Central Telefônica

Representa o subsistema mais importante da rede de telefonia. As centrais telefônicas têm como funções principais gerência, distribuição, concentração, interligação e tarifação das chamadas produzidas pelos assinantes. É o elemento responsável pela comutação de sinais entre os assinantes de uma rede.As centrais telefônicas sofreram uma evolução tecnológica considerável nos últimos anos, evoluindo das centrais totalmente eletromecânicas da década de 1960, passando pelos dispositivos de comutação semi-eletrônica na década de 1970, na qual as funções lógicas de comando e controle são executadas por dispositivos eletrônicos e a conexão permanece eletromecânica e, finalmente, nos anos de 1980, tivemos o surgimento das centrais de comutação totalmente eletrônicas, na qual as funções lógicas de comando, controle e conexão são executadas por dispositivos eletrônicos. Essas centrais utilizam computadores e são conhecidas como Centrais de Programa Armazenado (CPA’s).O controle por programa armazenado utilizado nas centrais atuais apresenta uma série de vantagens sobre os sistemas eletromecânicos anteriormente utilizados:

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Flexibilidade: O programa permite alterações e reconfigurações na central sem que ela tenha que ser desligada. Essa operação pode ser realizada localmente ou remotamente;

Facilidades para os assinantes: A CPA permite um grande número de facilidades para os assinantes como discagem abreviada, identificação de chamadas, restrição de chamadas, siga-me, etc;

Facilidades administrativas: Facilidades operacionais como mudanças de roteamento, produção de relatórios e estatísticas detalhadas, controle mais eficiente das facilidades de assinantes etc;

Velocidade de estabelecimento de ligação: Por utilizarem dispositivos eletrônicos, a velocidade de conexão é muito alta (da ordem de 250m s);

Economia de espaço: As CPA’s têm dimensões reduzidas em comparação com as antigas centrais eletromecânicas;

Facilidades de manutenção: Menor índice de falhas uma vez que não possuem peças móveis;

Qualidade de conexão: Todo o processo de comutação é digital, não sendo produzidos ruídos de comutação mecânica que afetam a qualidade da conexão;

Custo: Com um índice de manutenção mais baixo, uma maior eficiência em termos de serviços, as centrais de programa armazenado oferecem uma ótima relação custo / benefício;

Tempo de instalação: Tempo menor de instalação ou ampliação em relação às centrais eletromecânicas.

Quanto à aplicação, a central telefônica pode ser classificada em pública ou privada. As centrais privadas são utilizadas em empresas e outros setores nos quais existe uma demanda de alto tráfego de voz. Os aparelhos telefônicos ligados a uma central privada são chamados de ramais, enquanto os enlaces com a central pública local são chamados troncos.As centrais públicas por sua vez são classificadas de acordo com a abrangência e os tipos de ligações que efetuam:

Central Local – Ponto de chegada das linhas de assinantes e onde se faz a comutação local;

Central Tandem – Interliga centrais locais ou interurbanas;

Central Trânsito – Interliga dois ou mais sistemas locais, interurbanos ou mesmo internacionalmente.

Os níveis hierárquicos entre as centrais da rede pública de telefonia são chamados classes:

Central Trânsito classe I – Representa o nível mais elevado da rede interurbana. Essa central tem pelo menos acesso a uma central internacional;

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Central Trânsito classe II – Central trânsito interurbana, subordinada a uma central classe I;

Central Trânsito classe III – Central trânsito interurbana, subordinada a uma central classe II;

Central Trânsito classe IV – Central trânsito interurbana, subordinada a uma central classe III e interligada a centrais locais. Funções da Central Telefônica

As funções principais das centrais telefônicas continuam basicamente as mesmas desde sua invenção no século XIX:

Atendimento – O sistema executa a monitoração de todas as linhas para identificar pedidos de chamada. O atendimento implica na disponibilização de recursos para o estabelecimento da chamada;

Recepção da informação – Além dos sinais de solicitação e término da chamada, a central recebe informações como endereço da linha chamada e serviços de valor adicionado;

Processamento da informação – O sistema processa as informações recebidas para definir as ações a serem tomadas;

Teste de ocupado – O sistema faz teste para verificar a disponibilidade do circuito de saída requerido;

Interconexão – Para uma chamada entre dois usuários, três conexões são realizadas na seguinte seqüência:

Ligação para o terminal que originou a chamada;

Ligação com o terminal chamado;

Conexão entre os dois terminais;

Alerta – Depois de realizada a conexão, o sistema alerta o assinante chamado, enviando um tom característico para o assinante que chama;

Supervisão de chamada – Ocorre durante todo o tempo para tarifação e determinação do instante em que o circuito deve ser desconectado;

Envio de informação – Ocorre sempre que o assinante está conectado em outra central. A central de origem deve enviar informações para serem processadas pela central de destino. 

As linhas telefônicas dos vários assinantes chegam às centrais telefônicas e são conectadas entre si quando um assinante (A) deseja falar com outro assinante (B). Convencionou-se chamar de A o assinante que origina a chamada e de B aquele que recebe a chamada. Comutação é o termo usado para indicar a conexão entre assinantes. Daí o termo Central de Comutação (“switch”).

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 A central telefônica tem a função de automatizar o que faziam as antigas telefonistas que comutavam manualmente os caminhos para a formação dos circuitos telefônicos. A central de comutação estabelece circuitos temporários entre assinantes permitindo o compartilhamento de meios e promovendo uma otimização dos recursos disponíveis. A central a que estão conectados os assinantes de uma rede telefônica em uma região é chamada de Central Local.  Para permitir que assinantes ligados a uma Central Local falem com os assinantes ligados a outra Central Local são estabelecidas conexões entre as duas centrais, conhecidas como circuitos troncos. No Brasil um circuito tronco utiliza geralmente o padrão internacional da UIT para canalização digital sendo igual a 2 Mbps ou 1 E1.

 

 

Em uma cidade podemos ter uma ou várias Centrais Locais. Em uma região metropolitana pode ser necessário o uso de uma Central Tandem que está conectada apenas a outras centrais, para otimizar o encaminhamento do tráfego. As centrais denominadas Mistas possuem a função local e a função tandem simultaneamente. Estas centrais telefônicas locais estão também interligadas a Centrais Locais de outras cidades, estados ou países através de centrais de comutação intermediarias denominadas de Centrais Trânsito. As Centrais Trânsito são organizadas hierarquicamente conforme sua área de abrangência sendo as Centrais Trânsito Internacionais as de mais alta hierarquia. É possível desta forma conectar um assinante com outro em qualquer parte do mundo.

 A central telefônica é o elemento de rede responsável pela comutação de sinais entre os usuários, automatizando o trabalho das antigas telefonistas que comutavam manualmente os caminhos para a formação dos circuitos telefônicos. As linhas telefônicas dos vários assinantes chegam às centrais telefônicas e são conectadas entre si, estabelecendo circuitos temporários que permitem o compartilhamento de meios, promovendo uma otimização dos recursos disponíveis.

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A comutação era eletromecânica até o inicio dos anos 70, quando as funções lógicas de comando e controle da comutação passaram a ser executadas por dispositivos eletrônicos. A conexão continuou eletromecânica. Somente na década de 80 a comutação passou a ser totalmente eletrônica. Essas centrais empregam computadores para a gestão de processos e são conhecidas como Centrais de Programa Armazenado (CPA’s). A central a que estão conectados os assinantes de uma rede telefônica em uma região é chamada de Central Local. Para permitir que assinantes ligados a uma Central Local falem com os assinantes ligados a outra Central Local são estabelecidas conexões entre as duas centrais, conhecidas como circuitos troncos. No Brasil um circuito tronco utiliza geralmente o padrão internacional da UIT para canalização digital sendo igual a 2 Mbps ou E1.Em uma cidade podemos ter uma ou várias Centrais Locais. Em uma região metropolitana pode ser necessário o uso de uma Central Tandem que está conectada apenas a outras centrais, para otimizar o encaminhamento do tráfego. As centrais denominadas Mixtas possuem a função local e a função tandem simultaneamente.Estas centrais telefônicas locais estão também interligadas a Centrais Locais de outras cidades, estados ou países através de centrais de comutação intermediárias denominadas de Centrais Trânsito. As Centrais Trânsito são organizadas em classes conforme sua área de abrangência, sendo as Centrais Trânsito Internacionais as de mais alta hierarquia. É possível desta forma conectar um assinante com outro em qualquer parte do mundo. A topologia de uma rede telefônica é ilustrada na figura abaixo.

Topologia de uma rede telefônica

Chamada Telefônica

Para que um assinante do sistema telefônico fale com o outro é necessário que seja estabelecido um circuito temporário entre os dois. Este processo, que se inicia com a discagem do número telefônico do assinante com quem se deseja falar é denominado chamada ou ligação telefônica. 

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Numeração 

No Brasil, a cada assinante do serviço telefônico foi atribuído um código de acesso de assinante, ou número telefônico, formado de 8 dígitos (N8+N7+N6+N5+N4+N3+N2+N1) que é discado quando a ligação é local. Em algumas regiões do Brasil utiliza-se ainda um código de 7 dígitos.Normalmente os primeiros 3 ou 4 dígitos correspondem ao prefixo da central telefônica local a qual o assinante está conectado e os 4 últimos dígitos ao número do assinante na rede de acesso desta central.Para ligações nacionais ou internacionais, é necessário que sejam discados códigos adicionais (nacional, internacional e seleção de operadora).Para permitir a busca de um assinante na rede mundial, A UIT – União Internacional de Telecomunicações - definiu o Plano de Numeração Internacional, definindo o código de cada país (Brasil 55, EUA 1, Itália 39, Argentina 54, etc), assim como algumas regras básicas que facilitam o uso do serviço, como o uso de prefixos . 

O Regulamento de Numeração do STFC define:

0 (zero) - Como Prefixo Nacional, ou seja, o primeiro dígito a ser discado numa chamada de longa distância nacional. 00 (zero zero) - Como o Prefixo Internacional, ou seja, o primeiro e segundo dígitos a serem discados numa chamada internacional. 90 (nove zero) - como o Prefixo de chamada a cobrar. N12+N11 – CSP - código de seleção de prestadora – Como o código a ser discado antes do código de acesso nacional ou internacional e imediatamente após o Prefixo Nacional ou Prefixo Internacional. N10+N9 – Código Nacional (DDD) - Da cidade do assinante chamado (assinante B), a ser discado após o código de seleção de prestadora em chamadas nacionais.

 Desta forma, é possível repetir os números de assinantes de forma não ambígua, em cidades diferentes. Este esquema hierárquico de planejar a numeração é adotado internacionalmente, com pequenas diferenças entre um país e outro. Normalmente a diferença está nos prefixos escolhidos para acesso nacional e internacional, no uso do código de seleção de prestadora, na digitação interrompida por tons intermediários, etc.O encaminhamento de chamadas dentro de uma rede telefônica flui do assinante para a sua central telefônica local e daí para outras centrais até o assinante chamado, de acordo com o número digitado pelo assinante A.  

Sinalização Para que a chamada seja estabelecida o sistema telefônico tem que receber do assinante o número completo a ser chamado, estabelecer o caminho para a chamada e avisar ao assinante que existe uma chamada para ele. O sistema que cumpre estas funções em uma rede telefônica é chamado de sinalização. 

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A sinalização entre o terminal do assinante e a central local é transmitida por abertura e fechamento do circuito da linha telefônica (pulso) ou pelo envio de sinais em freqüências específicas (tom). 

Sinalização na Rede Telefônica

Para que uma chamada seja estabelecida o sistema telefônico tem que receber do assinante o número completo a ser chamado, estabelecer o caminho para a chamada e avisar ao assinante destinatário que existe uma chamada para ele. O sistema que cumpre estas funções em uma rede telefônica é chamado de sinalização. Um exemplo de sinalização no estabelecimento de uma ligação é ilustrado na figura abaixo.

Exemplo de sinalização

Sinalização Acústica

A sinalização acústica é transmitida pelos órgãos da central de comutação diretamente aos assinantes sob a forma sonora, e tem por finalidade indicar o estado de operação dos sistemas telefônicos. Esta é a única sinalização perceptível pelos assinantes. Os sinais são os seguintes:

O Tom de discar – É a sinalização enviada pela central ao assinante chamador, indicando que a mesma está pronta para receber e armazenar os números teclados.

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O Tom de controle de chamada - É enviado pela central indicando ao chamador que o usuário de destino está sendo chamado. Este sinal é enviado juntamente com a corrente de toque que vai para o assinante chamado.

O Tom de ocupado - É enviado ao assinante chamador, indicando uma das seguintes ocorrências: o assinante chamado está ocupado; há congestionamento em algum ponto da rede; o chamador não observou as regras de discagem; o número discado não está acessível à categoria do chamador; o terminal que retém a chamada desligou. Este sinal é gerado pela central do assinante chamador.

O Tom de número inacessível - É enviado ao assinante chamador para indicar que a chamada não pode ser completada por uma das seguintes razões: o número chamado não existe; a linha do assinante chamado está com defeito; o número do assinante mudou. Em algumas situações, este tom é substituído por uma mensagem gravada.

O Tom de aviso de chamada em espera - É o sinal enviado por uma central aos terminais envolvidos em uma conversação, ou apenas ao terminal chamado que dispõe do serviço “chamada em espera”, indicando a existência de outra chamada. O assinante chamador em espera receberá o tom de controle de chamada enquanto este sinal é enviado.

O Tom de aviso de programação - É o sinal enviado ao terminal chamador, em substituição ao tom de discar, informando que o recebimento de tráfego está inibido por programação.

A Corrente de toque - É a sinalização enviada pela central ao assinante chamado, para indicar que há chamada para o mesmo. O sinal aciona a campainha do aparelho telefônico a intervalos iguais aos do tom de controle de chamada, porém eles podem não estar sincronizados.

Sinalização de Linha

Esta sinalização é responsável por efetuar a supervisão dos enlaces dos circuitos que interligam duas centrais, trocando informações relacionadas aos estágios da conexão, e agindo durante toda a conexão sem ser percebida pelos assinantes. Também é responsável por enviar os pulsos de tarifação, quando necessário.

Os sinais que são gerados no lado do assinante que origina a chamada são denominados Sinais para Frente, enquanto os gerados no lado do assinante chamado são os Sinais para Trás.

Os Sinais para frente são:

Ocupação – é emitido pela central de onde provém a chamada para levar o circuito associado à condição de ocupação.

Desligar para frente – é emitido pela central do assinante chamador no instante em que este repõe o telefone no gancho, para indicar que o chamador desligou, liberando a central de destino e todos os órgãos envolvidos na chamada.

Re-chamada – O sinal de re-chamada ocorre geralmente quando se utiliza mesa operadora, para re-chamar o assinante chamado, após este ter desligado.

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E os Sinais para trás:

Atendimento – é gerado pela central para onde foi enviado o sinal de ocupação, indicando ao chamador o momento em que o assinante chamado atende a ligação.

Desligar para trás – é enviado ao chamador indicando que o assinante chamado desligou.

Confirmação de desconexão – é enviado em resposta a um sinal de desligar para frente, indicando que ocorreu a liberação dos órgãos associados à ligação.

Desconexão forçada – é gerado após uma temporização pela central responsável pela tarifação, quando o usuário chamado desliga mas o chamador não. Sua temporização tem início no momento do envio da sinalização de desligar para trás, e geralmente é de 90 segundos.

Tarifação – O sinal de tarifação é emitido a partir do ponto de tarifação para o contador do assinante chamador, de acordo com o degrau tarifário correspondente.

Bloqueio – O sinal de bloqueio ocorre quando há falha ou bloqueio (efetuado por operador) na central do assinante chamado.

Sinalização de Registrador

A sinalização de registrador corresponde ao conjunto de sinais responsáveis pela troca de informações destinadas ao estabelecimento das chamadas (número do assinante chamador, categoria do assinante chamador, etc.).

Esta sinalização é trocada entre órgãos de controle das centrais, ocorrendo no início da ligação, entre assinantes de centrais distintas, até o momento em que o assinante chamador ouve o sinal sonoro indicando que o outro assinante está sendo chamado, está ocupado ou não existe.

A sinalização entre registradores pode ser por pulsos decádicos ou por sinais multifreqüenciais, sendo que esta última divide-se em MF (multifreqüencial) ou MFC (multifreqüencial compelida). As centrais CPA modernas adotam apenas a sinalização MFC.

Sinalização MFC Utiliza-se o nome sinalização compelida, pois na sinalização MFC cada sinal

enviado compele o registrador de destino a emitir um sinal de volta, caso contrário a ligação é interrompida. Assim, a duração de um sinal é determinada pela recepção de outro sinal enviado no sentido oposto como resposta ao primeiro. Por exemplo, um sinal para frente permanece sendo emitido enquanto não é recebido, em contrapartida, um sinal para trás, ou não é limitado por um temporizador.

Digitalização 

Nos anos 70 as centrais telefônicas iniciaram uma evolução de uma concepção analógica para digital. Esta transformação iniciada no núcleo das centrais, pela substituição de componentes eletromecânicos por processadores digitais estendeu-se a outras áreas periféricas das centrais, dando origem às centrais digitais CPA-T (Controle por Programa Armazenado -Temporal). Com as centrais digitais foi possível evoluir os métodos de sinalização, passando de sistemas onde a sinalização é feita utilizando o próprio canal onde se processa a chamada telefônica (canal associado) para a padronização estabelecida pelo sistema de sinalização por canal comum número 7 (SS7) que utiliza um canal dedicado para sinalização (Canal Comum). Esta evolução trouxe flexibilidade e uma série de benefícios

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ao sistema telefônico principalmente quanto ao oferecimento de serviços suplementares e de rede inteligente.

  Serviço Telefônico Fixo Comutado (STFC)

A Anatel utiliza a denominação Serviço Telefônico Fixo Comutado (STFC) para caracterizar a prestação de serviços de Telefonia Fixa no Brasil. Considera modalidades do Serviço Telefônico Fixo Comutado o serviço local, o serviço de longa distância nacional e o serviço de longa distância internacional. 

Serviço LocalA operadora que presta o serviço local é aquela que possui a central local e a rede de acesso à qual o terminal do assinante está conectado. É considerado serviço local aquele destinado à comunicação entre dois terminais fixos em uma área geográfica contínua de prestação de serviços, definida pela Agência, segundo critérios técnicos e econômicos, como uma área local.Uma área local corresponde normalmente ao conjunto de localidades de um município. Toda vez que você discar apenas o número do assinante (7 ou 8 dígitos) estará fazendo uma ligação local. Como o usuário contrata o seu serviço telefônico junto a uma operadora de serviço local da qual passa a ser assinante, qualquer ligação local será feita através da rede desta operadora.Similarmente, quando uma chamada é originada de um telefone de uso público (TUP), a rede de acesso utilizada é a da prestadora proprietária daquele TUP e respectiva rede de acesso.

 

 

Se em uma área local existirem duas operadoras prestando serviço local deverá haver interconexão entre estas redes, tornando possível uma ligação local entre assinantes destas duas operadoras. Neste caso, para uma chamada normal, o assinante originador da chamada paga a ligação à sua operadora local e esta remunera a outra pelo uso de sua rede. Na chamada a cobrar, a situação se inverte. A regra é simples: a operadora que cobra do cliente pelo serviço prestado paga à(s) outra(s) pelo uso de sua(s) rede(s).

 

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Serviço de Longa Distância O Serviço de Longa Distância Nacional é aquele destinado à comunicação entre dois terminais fixos situados em áreas locais distintas no território nacional.

 

 

Uma ligação de longa distância envolve normalmente três operadoras. A operadora local 1 que presta o serviço local ao assinante que origina a chamada, a operadora local 2 que presta o serviço local ao assinante que recebe a chamada, e a operadora de longa distância. Como é possível haver várias operadoras de longa distância prestando este serviço entre estes dois locais, a regulamentação estabelecida pela Anatel permite que o usuário escolha a prestadora do serviço de longa distância de sua preferência, chamada a chamada, através do código de seleção de prestadora (CSP).A regulamentação estabelece que a receita deste tipo de chamada é da prestadora de longa distância, cabendo a ela cobrar do cliente que a escolheu para transportar a chamada e pagar às operadoras locais pelo uso de suas redes.Em muitos casos uma operadora pode executar os três papéis em uma ligação de longa distância. Exemplos: uma chamada entre Campinas e São José dos Campos em que a operadora de longa distância escolhida seja a Telefônica; uma chamada entre o Rio e Belo Horizonte em que a operadora de longa distância escolhida seja a Telemar e uma chamada entre Brasília e Porto Alegre em que a prestadora de longa distância escolhida seja a Brasil Telecom. 

CongestionamentoChamada telefônica é o processo que visa estabelecer a comunicação entre usuários utilizando dois terminais do sistema telefônico como representado na figura a seguir: 

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O processo se inicia com a discagem do número telefônico com quem se deseja falar. Quando a chamada resulta em comunicação com o destino desejado a chamada é dita completada.O Plano Geral de Metas de Qualidade (PGMQ) aplicável as operadoras de telefonia fixa no Brasil, estabelece que 65% das chamadas originadas por usuário tem que ser completadas. As razões para não completar uma chamada podem ser:

O terminal chamado não atende a chamada. O terminal chamado está ocupado. O número discado não existe ou foi discado incorretamente. Congestionamento na rede.

O PGMQ estabelece como meta que o número de chamadas não completadas por congestionamento na rede seja menor que 5% das chamadas em cada um das seguintes Hora de Maior Movimento (HMM): 

HMM Horas

Matutino 9 às 11

Vespertino 14 às 16

Noturno 20 às 22

Congestionamento em um sistema telefônico

  Considere a situação simplificada, representada na figura, em que um Assinante A de uma localidade “1” faz uma chamada para um Assinante B de uma localidade “2”. A chamada pode não se completar, devido a congestionamento na rede, pelas seguintes razões:

Congestionamento em uma das Centrais. As Centrais são dimensionadas para suportar um número máximo de tentativas de chamadas em um determinado período de tempo. O parâmetro normalmente utilizado é o Business Hour Call Atempt (BHCA) que equivale ao número de tentativas de chamadas na Hora de Maior Movimento (HMM).

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Congestionamento nos troncos que ligam uma central a outra. O tronco padrão no Brasil é um circuito de 2 Mbit/s (E1) com capacidade de 30 canais telefônicos (conversações).

Com Centrais adequadamente dimensionadas, o congestionamento em um sistema telefônico passa a depender basicamente do número de troncos entre as centrais. Este tutorial apresenta a metodologia para conceituar o tráfego telefônico e dimensionar o número de troncos, ou canais, de modo a garantir um congestionamento inferior a uma meta estabelecida.

A intensidade de tráfego em um sistema telefônico pode ser definida como o somatório dos tempos das chamadas telefônicas (ocupação dos canais telefônicos) em um determinado período de tempo, normalmente de uma hora. Erlang é uma unidade de medida de intensidade de tráfego telefônico para um intervalo de uma hora. Em um sistema telefônico as chamadas se originam aleatoriamente e independentemente uma das outras. O tráfego telefônico varia com:

A hora do dia. O dia da semana. A semana do ano.

  Para dimensionar um sistema é preciso estabelecer o número médio de chamadas e a duração média de cada chamada na Hora de Maior Movimento (HMM). Com estes dados pode-se calcular a intensidade de tráfego para a qual o sistema será dimensionado. Uma vez implantado, o desempenho do sistema pode ser acompanhado através de medições periódicas.

  Para acompanhar os indicadores de qualidade do PGMQ a Anatel estabelece um calendário anual que define um dia em cada mês para coleta de dados destes indicadores nos PMM.

 

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Apresenta-se a seguir a Fórmula de Erlang que permite o dimensionamento do número de troncos em um sistema telefônico.

REDE DE ASSINANTES

É a parcela do sistema telefônico que interliga a central local com o aparelho telefônico. Além da voz, é usada também para comunicação de dados. Atualmente a rede de assinantes é formada em sua maior parte por cabos de pares metálicos. Aos poucos tem sido implantada rede de cabos ópticos na interligação entre a central e armários de distribuição ou entre central pública e pabx.

COMPONENTES

Esquematicamente, a rede de assinantes é composta pelos seguintes elementos:

• Distribuidor Geral (DG) – localizado dentro da estação telefônica, faz a interligação entre a central comutadora e a rede externa. No DG os pares das linhas de assinantes são conectados a blocos protetores (conexão vertical) e interligados a blocos de corte (conexão horizontal). Cada par de terminais do bloco de corte recebe um par do equipamento comutador e corresponde ao número do assinante. A interligação entre os blocos é feita através de fios jumper.

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• Cabo primário (alimentador) – é o trecho da rede que interliga o DG ao armário de distribuição. É um cabo de alta capacidade (> 200 pares) instalado em caixas e dutos subterrâneos. Este trecho da rede é também chamado de rede primária.

• Cabo secundário (distribuidor) – é o trecho da rede que interliga o armário de distribuição às caixas terminais. É um cabo de baixa capacidade (= 200 pares), usado em instalações aéreas. Este trecho é denominado de rede secundária.

• Caixa de emenda – utilizada para emenda de cabos. Existem diferentes tipos de emendas dependendo se o cabo é subterrâneo ou aéreo.

• Caixa terminal (ou de distribuição) – onde termina a rede de cabos e são conectados os pares de cada assinante. Dentro da caixa são instalados blocos de conexão. Existem caixas para instalação externa e caixas para instalação interna, com seus respectivos blocos.

• Fio externo (FE) – utilizado em instalações externas, para interligar a caixa terminal com a casa do assinante.

• Fio interno (FI) – utilizado em instalações internas. Para instalações internas existem também os cabos internos (CI).

• Armário de distribuição (ARD) – é um armário instalado externamente onde são feitas interligações entre os pares da rede primária e secundária.

TIPOS DE CABOS E MATERIAIS DE SUSTENTAÇÃO

CTP-APL – é um cabo onde os condutores utilizam isolamento de plástico e ar. Para evitar interferências externas o cabo é protegido com uma fita de alumínio lisa (APL). Geralmente utilizado em instalações aéreas, necessita de uma cordoalha de aço (cabo mensageiro) para sustentação junto aos postes.

CTS-APL – são indicados para redes subterrâneas. São constituídos por condutores de cobre isolados por uma camada de polietileno expandido revestida por uma película de

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polietileno sólido (Foam-Skin), núcleo enfaixado com material não higroscópico e protegido por uma capa APL.

CTP-APL/G – geralmente usado em instalações subterrâneas, este cabo utiliza isolamento de plástico e vem com uma geléia entre os condutores para proteção contra umidade.

CTP-APL/AS – usado em instalações aéreas, é um cabo auto-sustentado não precisando de cordoalha de aço. Este cabo possui internamente uma cordoalha de fibra de vidro.

Cordoalha – utilizada para sustentação mecânica dos cabos aéreos que não são auto-sustentáveis. É a cordoalha que é fixada ao poste e não o cabo.

Fio de espinar – usado para fixar o cabo telefônico à cordoalha.

A nomenclatura para identificação dos cabos leva em consideração também o diâmetro dos condutores e a capacidade do cabo.

Exemplos:

CTP-APL 40/100 – cabo de 100 pares cujos condutores possuem 0,40 mm de diâmetro.

CTP-APL 65/200 – cabo de 200 pares cujos condutores possuem 0,65 mm de diâmetro.

A identificação dos pares telefônicos dentro do cabo é feita através de um código de cores. Os pares são organizados em grupos de 25 pares dentro do cabo, sendo o código composto por 25 combinações de cores diferentes. Cada grupo é identificado através de uma fita colorida.

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PROTEÇÃO

A proteção elétrica se refere ao conjunto de precauções tomadas com relação a rede, infra-estrutura e equipamentos dos sistemas de telecomunicações com o objetivo de proteger a vida e a integridade física dos operadores e usuários do sistema , bem como, garantir o funcionamento dos sistema quando submetido a perturbações.

As principais fontes de perturbação sobre a rede telefônica são as seguintes: • Descargas atmosféricas • Redes de energia elétrica • Emissoras de Radiodifusão

DESCARGAS ATMOSFÉRICAS

As descargas atmosféricas podem impor tensões sobre uma linha telefônica quando um raio incide diretamente sobre a linha ou, quando o raio incide nas proximidades da linha.

No caso das descargas indiretas, os campos eletromagnéticos gerados pela descarga se propagam no espaço desenvolvendo tensões impulsivas na linha. Dependendo da amplitude da descarga e da distância entre o ponto de incidência e a linha, essas tensões podem provocar a ruptura do isolamento da linha e danos em equipamentos conectados à mesma.

As consequências de uma descarga indireta são bem menores do que a direta. No entanto, a taxa de ocorrência da primeira é bem maior do que da segunda.

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As pessoas que se encontram próximas ao local de incidência do raio podem ser submetidos aos seguintes efeitos:

• Descargas laterais: ocorrem em pessoas que se abrigam sob árvores. • Tensões de passo: quando aparece uma diferença de potencial entre os pés da pessoa que se encontra sobre o solo, no qual há escoamento de corrente do raio. • Tensões de toque: ocorre quando a pessoa está com a mão apoiada na estrutura atingida pelo raio.

REDES DE ENERGIA ELÉTRICA

As linhas de energia elétrica podem operar em dois modos distintos: regime permanente e regime transitório.

Numa situação de operação normal (estável) a linha está em regime permanente. A indução eletromagnética originada pela linha neste estado depende da parcela de corrente que circula pela terra. Este tipo de indução causa ruído audível que interfere na conversação telefônica. Para que exista corrente fluindo pela terra e, portanto, indução (em regime permanente) sobre a linha telefônica, duas condições são necessárias:

• Configuração de transformadores em estrela, com o neutro aterrado. • Desequilíbrio entre as fases. O regime transitório é um regime de curta duração e ocorre após a alteração das condições normais de operação da linha. Essa alteração pode ser causada pelo chaveamento de transformadores, curto-circuitos, etc. A indução eletromagnética gerada por curto-circuitos pode causar sérios danos à rede telefônica devido às elevadas correntes envolvidas, as quais provocam sobretensões sobre o par metálico.

EMISSORAS DE RADIODIFUSÃO

Ao incidirem nas linhas de telecomunicações, os campos eletromagnéticos emitidos por estações de radiodifusão induzem tensões nestas linhas que podem interferir com os sinais da mesma. Esta interferência pode ocorrer tanto em linhas com sinais digitais quanto analógicos. Nas linhas digitais tem-se erro na interpretação dos pulsos, enquanto nas linhas analógicas ocorre a demodulação de sinais da emissora AM, o que faz com que o som da rádio se sobreponha ao da conversação telefônica.

MEDIDAS PREVENTIVAS DE PROTEÇÃO

A fim de proteger o sistema de telecomunicação contra os diversos tipos de perturbações são tomadas algumas medidas preventivas, tais como:

• Descargas atmosféricas: aterramento da rede e instalação de protetores de sobretensão. • Ruído (em regime permanente) causado pela rede elétrica: utilização de cabos blindados e aterrados. • Transitórios causados pela rede elétrica: aterramento da rede e instalação de protetores de sobretensão.

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• Emissoras de radiodifusão: utilização de cabos blindados e aterrados, redução da potência da emissora. Os aterramentos da rede externa devem ser distribuídos e instalados nos seguintes elementos: DG, ARD’s, cabo mensageiro (cordoalha), blindagem dos cabos, equipamentos multiplex, caixas terminais com protetores.

Os pontos de aterramento da rede telefônica devem ser sempre separados dos pontos de aterramento da rede elétrica, com afastamento de no mínimo 20 metros.

Valores da resistência de aterramento:

• O aterramento da cordoalha deve ser menor ou igual a 13 W. • O aterramento da blindagem do cabo deve ser menor ou igual a 30 W.

• Em locais onde forem instalados protetores (caixa terminal ou protetor individual) o aterramento deve ser menor ou igual a 15 O • Na estação telefônica, o valor máximo admissível é de 5 W.

CONTAGEM DA REDE

Existem, basicamente duas topologias de rede metálica de assinantes: (1) a rede rígida onde o cabo alimentador é conectado diretamente ao cabo distribuidor através de emendas seladas (vedadas) e (2) a rede flexível onde as conexões entre o cabo alimentador e distribuidor são flexíveis, através da substituição das emendas seladas por ARD’s. Em função da operação e manutenção da rede é necessário identificar todos os cabos, caixas e armários de distribuição instalados. Esta identificação é feita em campo pintando-se as caixas e armários com sua respectiva numeração de cadastro e numerando-se todos os cabos que saem do DG. É mostrado abaixo um exemplo de uma rede flexível com as respectivas contagens dos cabos, caixas e armário.

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ATENUAÇÃO

Representa a perda de potência do sinal através do par metálico devido a característica resistiva, as correntes de fuga no dielétrico, e ao descasamento de impedância entre a fonte de sinal e a linha ou entre a linha e a carga (aparelho telefônico). A atenuação máxima entre a central telefônica e o aparelho do assinante é de 8 dB.

LIMITE DE RESISTÊNCIA DE ENLACE

É a máxima resistência admitida para o enlace de assinante. Pode ser determinada pela seguinte expressão:

LRE = (V/Imin) – (Rp + Rt)

onde:

V – é a tensão de alimentação.

Imin – é a corrente microfônica mínima para funcionamento do telefone (20 mA).

Rp – resistência da ponte de alimentação.

Rt – resistência do telefone (300 W)

TRATAMENTO DE ENLACE

Existem duas maneiras de manter o enlace de assinante dentro dos limites de transmissão e de resistência: (1) utilização de cabos com condutores de maior diâmetro ou, (2) utilização de dispositivos eletrônicos. Quando é escolhida a segunda opção realiza-se o denominado tratamento de enlace. Dentre os equipamentos para tratamento de enlace temos: bobina de pupinização, extensor de enlace e repetidor de freqüência de voz. A bobina de pupinização é um indutor ligado em série com a linha, com a finalidade de se contrapor ao efeito capacitivo do par metálico e reduzir a distorção de amplitude dos sinais transmitidos e baixar os valores de atenuação do enlace.

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O extensor de enlace é um dispositivo eletrônico instalado na estação telefônica, em bastidores apropriados, o qual é ligado em série com a fonte da central, fornecendo uma tensão DC mais elevada que supri a corrente microfônica mínima.

O repetidor de freqüência de voz é um dispositivo eletrônico instalado na estação telefônica, com a finalidade de proporcionar um ganho de potência no sinal de voz, nas duas direções, para compensar o excesso de atenuação do enlace. As faixas de ganho dos repetidores estão comumente entre 4,0 e 6,5 dB.

TRANSMISSÃO

1. Características da Transmissão

• A direção do fluxo de dados pode ser do tipo simplex, half-duplex ou full-duplex; • Pode-se ter transmissão digital ou analógica; • A transmissão pode ser serial (síncrona e assíncrona) ou paralela; • Largura de banda • Pode-se transmitir um sinal em banda base ou com modulação.

1.1 Direção do fluxo de dados

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1.1.1 Canais Simplex A informação é transmitida em uma única direção, ou seja, somente do transmissor para o receptor, como mostra a figura a seguir. Um exemplo deste tipo de transmissão é a comunicação entre um computador e uma impressora. Neste caso, a impressora somente recebe a informação e o computador somente envia os dados.

1.1.2 Half-duplex

A informação é transmitida em ambos os sentidos, de modo alternado, ou seja, em um determinado instante a informação só vai ou só vem, a fim de evitar conflitos na linha de dados. Um exemplo de comunicação half-duplex é entre duas pessoas utilizando um canal de rádio tipo PX. Quando uma pessoa fala a outra deve escutar. Quando a primeira pessoa termina de falar, diz "câmbio" e libera o canal para a outra pessoa, que pode então utilizar o canal.

1.1.3 Full-duplex

A informação é transmitida em ambos os sentidos de modo simultâneo. Normalmente é uma transmissão a 4 fios, ou seja, dois pares de fios. Entretanto, existe uma forma de utilizar transmissão full-duplex a dois fios, alocando parte da largura de banda para a comunicação.

1.2 Transmissão analógica e digital

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1.2.1 Transmissão analógica Na transmissão analógica, os sinais elétricos variam continuamente entre todos os valores possíveis, permitidos pelo meio físico de transmissão.

• VANTAGENS: precisa de uma pequena largura de banda para transmitir o sinal; • DESVANTAGENS: quando necessita repetidor, o repetidor amplifica também o ruído.

1.2.2 Transmissão digital Na transmissão digital, envia-se uma série de sinais, que tem apenas dois valores ou uma gama discreta de valores, e correspondem à informação que se deseja transmitir.

• VANTAGENS • Quando necessita repetidor, há uma regeneração do sinal, pois ele é digital e pode ser totalmente recuperado, eliminando completamente o ruído até aquele ponto da transmissão. • Os avanços da microeletrônica estão permitindo circuitos digitais a preços cada vez mais baixos. Circuitos analógicos são muito caros e pouco próprios para integração e produção em larga escala • Em comunicação digital pode-se integrar facilmente voz, dados e imagem num mesmo tronco de comunicação, já que tudo é representado por bits. • Os sinais analógicos são de difícil encriptação. • Os sistemas de comunicação nacionais e internacionais são cada vez mais baseados em troncos de fibra ótica, que estão totalmente estruturados em comunicação digital. • A comunicação ótica (projetada para ser a tecnologia do futuro), é projetada para comunicação digital. • Consegue-se transmitir muito mais informação em sinais digitais • As funções de roteamento, comutação, armazenamento e controle, próprias de um sistema de comunicação, são mais facilmente realizadas pelos sistemas digitais (computadores e centrais de programa armazenado – CPAs, roteadores, etc).

DESVANTAGENS: como o sinal é digital (onda quadrada), precisa de uma grande largura de banda para executar a transmissão.

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1.3 Transmissão paralela e serial dos dados

1.3.1 Transmissão paralela Na transmissão paralela o caracter (ou código) é transmitido de uma vez só, no mesmo instante. A seguir, o próximo conjunto de bits é preparado para ser enviado. A figura a seguir ilustra um exemplo onde são transmitidos 8 bits (1 byte) por vez. Observe que são necessárias 10 linhas para executar a transmissão. São elas:

• DADOS: 8 linhas, cada uma contendo 1 bit • REF: referência ou ground • STB: strobe - aviso que todas as linhas de dados estão na tensão correta (1 ou 0) e o receptor pode ler a informação.

A transmissão paralela é onerosa, devido à quantidade de linhas exigidas para fazer a transmissão, entretanto, é bastante rápida, pois o caracter é transmitido completo e no mesmo instante.

Um exemplo de transmissão paralela de dados é a comunicação entre um computador pessoal (PC) e uma impressora paralela.

1.3.2 Transmissão Serial

Na transmissão serial tem-se apenas duas linhas para enviar a mensagem, sendo que uma delas é a referência (ou ground), e a outra é a linha de sinal. Assim, os bits são transmitidos um por vez, exigindo um protocolo especial entre transmissor e receptor para marcar certas características da transmissão, como início dos dados, velocidade dos bits, e outras que dependem do tipo de protocolo.

A transmissão serial pode ser de dois tipos: assíncrona e síncrona.

1.3.2.1 Transmissão serial assíncrona

Os bytes são enviados um a um, com caracteres especiais marcando o início do byte e seu final, conforme pode ser visto na figura abaixo.

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A linha encontra-se inicialmente em um estado ocioso. Quando o transmissor quer enviar o byte, manda um bit de "start", que informa ao receptor que os próximos bits serão os dados.

Após enviar os bits de dados, é possível enviar um bit de paridade (opcional), utilizado para conferir se os dados foram enviados corretamente. Finalmente, é enviado o stop bit, que coloca a linha novamente no estado original e marca o término da transmissão daquele byte. É possível então enviar um novo byte, da mesma forma que foi enviado este, e assim por diante até o término da mensagem. Um aspecto importante deste tipo de transmissão é que para cada byte enviado são necessários bits adicionais para correto reconhecimento dos dados. Assim, para transmitir 8 bits de informação, é necessário enviar 10 bits (se paridade desligada) ou 11 bits (se paridade ligada).

1.3.2.2 Transmissão serial síncrona

A transmissão serial síncrona caracteriza-se pelo fato dos bits de informação serem enviados em blocos. Desta forma, os bits de um caractere são seguidos imediatamente pelos do próximo, não havendo bits de start e stop entre eles. A transmissão total pode ser representada como mostra a seguinte figura:

O bloco de sincronização consiste de alguns caracteres especiais que avisam ao receptor que está para iniciar a transmissão de uma mensagem. O bloco de informação consiste basicamente na mensagem que deve ser enviada, juntamente com os respectivos cabeçalhos. A mensagem útil pode ficar, por exemplo, na faixa de 512 bytes. O BCC é um caractere especial enviado ao final da mensagem com o objetivo de verificar a ocorrência ou não de erros de transmissão. Em caso de erro, o receptor deve solicitar a retransmissão da mensagem.

Vantagens da transmissão serial síncrona:

• maior eficiência (relação entre informação útil e bits redundantes) • maior segurança na sincronização • melhores métodos de detecção de erros • maior velocidade

Desvantagens: • Exigência de buffer, implicando custo mais alto; • perda de maior quantidade de informação em caso de erro de sincronização ou de transmissão.

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1.3.3 Comparação entre transmissão serial e paralela

1.3.3.1 Custo A transmissão serial possui um custo de linha bem menor do que a transmissão paralela, entretanto, requer um esforço maior de hardware e software para serializar os bytes antes de executar a transmissão. Para distâncias superiores a 150m, o custo da transmissão paralela torna-se praticamente proibitivo.

1.3.3.2 Velocidade e distância A velocidade que pode ser conseguida através da transmissão paralela é bem maior do que na transmissão serial. Em ambos os tipos de transmissão, a velocidade que pode ser conseguida é inversamente proporcional à distância, como pode ser visto na figura a seguir.Normalmente, a distância na transmissão paralela de dados não passa de 30m. A transmissão serial é utilizada de poucos metros até milhares de quilômetros.

1.3.3.3 Atenuação e amplificação Quando um sinal elétrico é transmitido através de um fio, existe perda do sinal, que torna-se mais significativa conforme a distância. Para compensar tal perda, pode-se utilizar transmissores de maior potência ou amplificadores de sinal em determinados pontos do percurso. A amplificação de um sinal serial é bem mais simples que a amplificação de vários sinais em paralelo: problemas de fase e sincronismo associados com a amplificação de muitos sinais em paralelo pode resultar num aumento significativo de custos.

Os principais meios de transmissão conhecidos são:

Fios de cobre; Fibras de vidro; Rádio; Satélites; Arrays de satélite; Microondas; Infravermelho; Luz laser.

Características dos meios de transmissão

Podemos observar que os meios de transmissão são divididos em meios guiados e não guiados:

– Ex. meios guiados: fios, cabo coaxial, fibra de vidro;– Ex. meios não guiados: rádio, microondas, infravermelho,etc.

A qualidade dos sinais numa transmissão de dados em telecomunicações são determinados ambos pelas características do meio e do próprio sinal.Nos meios guiados, as limitações são mais influenciadas pela tipo de meio utilizado;Enquanto que nos meios não guiados, a largura de banda produzida pela antena pode determinar a qualidade de uma transmissão

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Na prática, em um projeto de um sistema de transmissão , o que é desejável é que os dados tenham alta taxa de transferência e alcance grandes distâncias.Desta forma, deve se observar os seguintes fatores em projeto:

- Largura de Banda (Bandwidth);- Limitações físicas;- Interferências;- Excesso de receptores ou repetidores;

Fios de cobre – É considerado o meio primário de transmissão de dados através de sinais

elétricos para computadores;

Vantagens:– É barato e fácil de encontrar na natureza e tem uma boa condutividade

elétrica, somente a prata e o ouro superam no quesito condutividade (baixa resistência elétrica);

Desvantagens : Interferência elétrica:– Na verdade qualquer tipo de fiação baseada em metal, tem este tipo de

problema: interferência – cada fio elétrico acaba funcionando como uma mini-estação de rádio;

– Fios paralelos tem grande influência; Par Trançados

Cabo com fios de par trançados:– Fios torcidos entre si, mudam as propriedades elétricas dos fios, reduzindo

as emissões de ondas eletromagnéticas;– Reduzem também a influências causadas pelos outros fios.

O par trançado pode ser agrupado em cabos com dezenas ou centenas de fios de pares trançados. Neste caso, para diminuir mais ainda as interferências com os outros pares adjacentes, os fios tem diferentes comprimentos de trancados, variando entre 5 à 15 cm para longas distâncias.Aplicações:Podem ser utilizados para sistemas analógicos com digitais:-Sistemas telefônicos: Nas residências e no loop local; - Redes locais de computadores: Redes locais de 10 e 100Mbps;-Em PBX, sistemas de redes domésticas ou escritórios de trabalho.

-Taxas de dados:– Curtas distâncias ->1Gbps;– Longas distâncias -> 4Mbps.

Vantagens e Desvantagens:– Barato;– Fácil de trabalhar;– Baixa capacidade de taxa de dados;– Curto alcance;

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Características de transmissão:– Aplicações analógicas: Amplificado a cada 5Km– Aplicaçòes digitais: Amplificado a cada 2 Km ou 3 Km– Alcance Limitado– Largura de Banda Limitada (1Mhz)– Taxa de dados limitada (100Mhz)– Sensível a ruídos

Fios de pares trançados também podem ser envoltos em materiais metálicos. Nesse caso, os fios ficam bem mais protegidos devido a ação protetora do metal, evitando que sinais magnéticos entre ou saiam do fio.

-UTP (Unshielded Twisted Pair ) – Par trançado não protegido:– Usando em cabeamento simples de telefone;– Barato;– Fácil de instalar;– Sofre com interferências de FM;

- STP – (Shielded Twisted Pair ) – Par trançado protegido: – Possui proteção adicional a ruídos;– Mais caro;– Grosso e mais pesado;

Cabos Coaxiais

Os cabos coaxiais são bem mais protegidos contra interferências magnéticas:A proteção é quase total, pois existem apenas um único fio em seu interior que fica envolto a uma proteção metálica que a isola praticamente de qualquer onda eletromagnética externa;Não recebe nem emite sinais de interferência de outros fios.

Aplicações:-Um dos meios mais versáteis de transmissão de dados;-Usados em sistemas de distribuição de TVs, TV à cabo;-Usados em transmissão de voz de telefones

-Pode transportar mais de 10000 vozes simultaneamente-Pode ser substituído por fibra ótica

-Aplicações em redes locais de computadores;

Características de transmissão:– Analógicos:

-Deve ser amplificado a cada poucos Kms;-Aplicados em altas frequencias, acima de 500Mhz.

– Digital:-Necessita de repetidores a cada 1 Km;-Mantêm altas taxas de dados.

Fibras Ópticas

As fibras de óticas são muito utilizados pelos computadores para a transmissão de dados.

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Os dados são convertidos em luz através de diodos emissores de luz ou laser para a transmissão; O recebimento é realizado por transistores sensíveis a luz;Vantagens:

– Não sofre interferência eletromagnética;– Consegue transferir mais longe e em maior quantidade as informações que

um fio de cobre faz com um sinal elétrico. É necessário o uso de repetidores acima de 10Kms, apenas;

– Pode codificar mais informações que os sinais elétricos (centenas de Gbps);– Não requer dois fios de fibra de vidro para transmitir dados;– Sofre baixa atenuação.

Desvantagens:– Requer equipamentos especiais para polimento e instalação das

extremidades do fio;– Requer eq. Especiais para unir um cabo partido;– Dificuldade de descobrir onde a fibra se partiu dentro do revestimento

plástico.

Aplicações:– Usados em troncos de comunicação;– Troncos metropolitanos;– Alterações de conexões troncos rurais;– Loops Locais;– LANs

Atua nas faixas de frequencias entre 1014 to 1015 Hz -– Porção infra-vermelha e luz visível;

Emissor usado: LED (Light Emitting Diode)– Barato;– Suporta funcionamento com temperaturas elevadas;– Vida útil maior.

ILD ( Injection Laser Diode) – Maior eficiência;– Maior quantidade de dados podem ser transmitidos;

Transmissão por Multiplexação por Divisão de Onda

Rádio – Comunicação Wireless

As ondas de rádio, ou radiação magnéticas também são utilizados para transmitir dados de computador. Também chamadas de RF – Rádio Frequência;

Vantagens: -Não requer meio físico para fazer a transmissão de dados de um computador ao outro.

Desvantagens:-Pode sofrer diretamente interferências magnéticas.

Faixas de frequências:- 2GHz à 40GHz ( Microondas, Direcional, Ponto a ponto, Satélite)

- 30 MHz à 1GHz ( Omnidirecional , Broadcasting (difusão) )

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Antenas

Condutor elétrico para irradiar ou captar as energias eletromagnéticas - Transmissão: - . É realizado pelo equipamento transmissor;

.Convertendo energia elétrica em eletromagnética pela antena;

.É irradiado e refletido pelo ambiente;

- Recepção:.É recebido pela antena convertendo a energia eletromagnética em elétrica;.Mesma antena usado para a transmissão;

Antena Isotrópico-Irradia em todas as direções-Na prática não possui o mesmo desempenho em todas as direções;-É um elemento pontual no espaço;

– Irradia igualmente para todas as direções;– Gera padrão de irradiação esférica;

Antena parabólica-Usado em comunicação terrestre (microondas)-Formato de parábolica-As ondas são direcionados através da reflexão pela parábola a partir do ponto focal

fixo na antena.

RádioRádio Frequência

– Broadcasting– Omnidirectional– FM radio– UHF and VHF television– Sofre múltiplas interferência de caminho;

- Reflexão de ondas.

MicroondasAs ondas de microondas são espectros mais elevados do RF. Porém tem um comportamento diferentes das ondas de RF;São ondas que podem ser direcionadas para efetuar a transmissão de dados e tem sérias restrições quando a ultrapassar obstáculos;Devido a sua frequência elevada, podem transportar mais dados que a frequência de rádio;

– Microondas terrestres– Microondas de Satellite

Microondas - Terrestre -Parabólica “dish”

-Irradiação Focada;-Linha de visão;-Transmissão de longa distância0-Alta frequencia e largura de banda.

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Satélites

O sistema de satélites permite combinar as ondas de rádio para fazer as transmissões de dados à distâncias mais longas;Cada satélite pode ter de seis a doze transponder.Transponder – cada transponder tem a finalidade de receber um sinal, amplificá-lo e retransmiti-lo de volta a terra;Cada transponder responde por uma faixa de frequência, chamada de canal;Cada canal pode ser compartilhada entre vários clientes;

Funcionamento:– Satélite é uma estão retransmissora;– Recebe em uma frequencia, amplifica e envia em outra frequencia;– Órbita geo-estacionária de 35.784 Km;– Usados em transmissão de TVs;– Usadas em Redes privadas;

Espalhamento espectral

Espalhamento espectral é uma técnica de modulação em que a largura de banda usada para transmissão é muito maior que a banda mínima necessária para transmitir a informação. Dessa forma, a energia do sinal transmitido passa a ocupar uma banda muito maior do que a da informação. A demodulação é obtida fazendo a correlação entre o sinal recebido e uma réplica do sinal usado para espalhar a informação.

Multiplexação

Multiplexação é uma técnica empregada para permitir que várias fontes de informação compartilhem um mesmo sistema de transmissão.

Técnicas: – TDM: multiplexação por divisão de tempo – FDM: multiplexação por divisão de freqüência

Técnicas de Acesso ao Meio Objetivo: Permitir o controle de acesso ao meio como forma de otimizar a utilização desse recurso. Define canais de comunicação independentes

Tipos básicos

– FDMA (Múltiplo acesso por divisão de freqüência) – TDMA (Múltiplo acesso por divisão de tempo) – CDMA (Múltiplo acesso por divisão de código) – SDMA (Múltiplo acesso por divisão de espaço)

FDMA (Frequency Division Multiple Access) – Proporciona a cada canal uma freqüência específica

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– Incluem transmissões de rádio, TV e celulares analógicos – Freqüências precisam ser separadas por um intervalo

TDMA (Time Division Multiple Access) – Divide a banda em timeslots – Uso em redes GSM

SDMA (Space Division Multiple Access) – Utiliza transmissões direcionais – Maior uso em sistemas via satélite – Pode reduzir o número de estações de rádio base (ERB) que cobre um determinado número de células. n transceptores em uma mesma ERB . Equipamento de rádio mais complexo . Facilidade para operadora – Permissão de projeto; – Construção da infra-estrutura fixa; – Manutenções.

CDMA (Code Division Multiple Access) – Envia todos os sinais de uma única vez – Cada sinal tem um padrão de codificação – Emprega interferência destrutiva – Problema perto-longe . Varia a força de transmissão em função da distância entre o celular e a antena

Modulação É um processo onde duas freqüências ou sinais combinados, de tal maneira que são criadas novas freqüências. Este processo difere totalmente da adição de freqüências ou sinais, operação esta que não gera novas freqüências.

Demodulação É a restauração do sinal modulante ou informação, a partir do sinal modulado e da portadora.De maneira idêntica à modulação, a forma senoidal será utilizada para permitir mostar com maior clareza como se processa a demodulação.

Banda Larga

Banda larga é uma comunicação de dados em alta velocidade. Possui diversas tecnologia associadas a ela. Entre essas tecnologias as mais conhecidas são a ADSL, ISDN, e o Cable Modem.

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Essas tecnologias ainda não estão dispostas para qualquer usuário. Conexões por cable modem ou ADSL só estão disponíveis em apenas alguns bairros nas maiores cidades. Isso por que dependem das condições do sistema telefônico local (no caso do ADSL), o nível do ruído, a força do sinal entre outros. Condições estas que são comuns nos sistemas de comunicação das cidades devido aos cabos que são usados no nosso sistemas telefônicos.

As conexões de banda larga não são difíceis de usar. São até mais fáceis que o modem comum após serem instalados já que não é necessário discar e estabelecer uma conexão a cada vez que entrar na internet. O problema é a instalação que é mais complicada por poder ser prejudicada por deficiência da linha telefônica ou, no caso do cable modem, por dificuldades na passagem do cabo e problemas como sinal.

Como a banda larga é mais rápido que os conhecidos modems de 56Kbps, seu grau de segurança é mais baixo. É mais fácil invadir computadores e ter acesso à dados de pessoais ou empresas que estão conectados em banda larga. Os provedores de conexão de banda larga estão se preocupando com esse fácil acesso de hakers mas as tecnologias existentes hoje o para tornar as conexões mais seguras ainda não são 100% seguras. Aconselha-se ter seu próprio firewall. Para se ter uma idéia de como é mais fácil invadir um computador conectado em banda larga, um computador utilizando uma conexão de 256Kbps, possui até cinco vezes mais chances de uma invasão do que um computador utilizando um modem convencional de 56Kbps. Para piorar isso, como uma conexão e banda larga é muito mais duradoura, o tempo no ar é maior que as do modem tradicionais, da mais possibilidades de invasão.

Tecnologias de Banda Larga

Das tecnologias mencionadas acima, a que será mais enfatizada por esse trabalho é a ADSL, porém não posso deixar de mencionar sobre o Cable Modem e o ISDN.

ISDN:

O ISDN ou RDSI (Rede Digital de Serviços Integrados) permite transmissão de dados, voz e vídeos simultaneamente. Essas transmissões são por um par de fios telefônicos comuns a uma velocidade de 128Kbps. Essa tecnologia é considerada tão segura quanto o modem tradicional por se tratar de um acesso via linha discada, isto é , que se faz somente quando vai se utilizar a Web.

Cable Modem

Essa tecnologia é um tipo de modem que permite a um computador conectar-se aos cabos de TV por assinatura para acesso rápido à Internet Sua instalação é difícil. Até para prédios que já possuem TV a cabos pode ter problemas de instalação por Ter casos em que será necessário a instalação de um segundo cabo. A sua velocidade de transmissão é variável. Normalmente não excede 1.5Mbps. Uma de suas vantagens, em relação ao ADLS, contra invasão, é que o cable Modem é criptografado. Outra vantagem é que seu IP é dinâmico, quer dizer, troca de maneira constante o endereço de conexão do usuário.

ADSL -Assymetric Digital Subscriber Line

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Traduzindo para o português, ADSL significa Linha digital Assimétrica de Assinante. É uma nova tecnologia que não se refere a uma linha, mas a um modem que converte o sinal padrão do fio telefônico de par trançado em um duto digital de alta velocidade. São chamados de “Assimétricos ” pela diferença de transmissão de upstream para downstream, podendo o usuário transmitir dados de sua casa ou escritório a uma velocidade entre 16Kbps e 640Kbps e fazer download numa velocidade entre 1.5Mbps e 9Mbps. Essa variação de velocidade é causada por vários fatores, entre eles estão o estado do fio de transmissão e a distância entre a casa do usuário e a central telefônica, a quantidade de equipamentos acessando a internet ao mesmo tempo usando modem ADSL. Um outro fator é o uso do telefone ao mesmo tempo do modem. Como o modem não ocupa uma linha telefônica, ele não conecta, o usuário pode usar o telefone que esta utilizando a mesma linha do modem. Esse afeto na transmissão de dados é quase imperceptível já que a transmissão de voz, ocupa apenas 1% do canal de conexão deixando o resto (99%) para download e upload. Outros fatores são o diâmetro da linha alem do seu tamanho como já foi dito anteriormente, presença de derivação e claro de interferência dos outros pares. A atenuação da linha aumenta com o comprimento e a freqüência e diminui com o diâmetro do fio. Mas por que essa diferencia entre download e upload? Isso é porque o canal de download é mais largo que o de upload. Explicando melhor, o ADSL funciona da seguinte forma: Um modem é colocado na sua casa. Na central telefônica mais perto da sua casa também possui um modem ADSL. Eles são conectados permanentemente. Nessa conexão, o modem divide digitalmente a linha em três canais separados e independentes. O primeiro é usado para transmissão de voz. O segundo para o usuário enviar dados, o conhecido upload . O terceiro é usado para download que o usuário faz. Foi percebido que as pessoas fazem mais download que upload. O que foi feito então: o terceiro canal da conexão, o de downstream, é mais larga que os outros. Assim permite um maior fluxo de dados numa velocidade maior.

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Equipamentos Utilizados em ADSL

Modem ADSL Este é o que faz o processamento de dados referente à alocação das informação

de downstream, upstream, e voz em seus respectivos canais.

DSLAM O DSLAM efetua a conexão de cabos ADSL com a internet. Suporta diversos

protocolos e possui a vantagem de esta dedicada à apenas um usuário.

Tecnologia do Modem Digital Como é totalmente digital, foi preciso muito estudos e avanços tecnológicos para

poder utilizar a linhas analógicas com o sistema digital. A ADSL necessita de um avançado processo digital de sinal e algoritmos criativos para poder comprimir as informações para a linha de telefone com par trançados. Os conversores A/D ( Analógico para Digital) tiveram que ser aperfeiçoados. Como a linha telefônica de longa distancia podem atenuar sinais de 1 Megahertz, que é uma extremidade inferior à usada pela do ADSL, por 90Db, isso força as seções analógicas do modem ADSL a trabalhar muito para atingir faixas largas e dinâmicas, canais separados e manter baixa os ruídos.

Por que Tradicionais DLCs e ADSL não se conectam? Infelizmente, sistemas tradicionais DLCs (Digital Loop Carrier) não suportam

soluções ADSL por que foram construído primeiramente para prover um serviço de alta qualidade de transferencia de voz. Isso fez com que não suportasse a necessidade de banda larga que o ADSL exige. Mesmo os novos DLCs, que oferecem maiores acessos à banda larga, não são idealmente utilizados para transmissão de dados.

Com esse problema de conseguir utilizar a tecnologia ADSL com os DLCs existentes, algumas soluções foram encontradas. Entre elas mencionarei duas soluções.

Solução DSLAM Remota No escritório central (Center Office) é posta uma DSLAM dentro de um gabinete

perto do gabinete que se encontra o DLC. Assim, o DSLAM negocia a transmissão dos dados ADSL com a WAN.

Vantagens

-DSLAM são usados para servir grandes números de ADSLs ao mesmo tempo. Pode servir de 60 a 100 linhas ADSLs

-DSLAM pode ser usada com qualquer sistema DLC sem nenhum impacto nos serviços telefônicos por serem independentes do sistema DLC

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Desvantagens

-Essa solução é muito cara. Por ser separado do gabinete do DLC, a instalação requer uma licença para o uso, um gabinete para ser guardado e instalado, com isso há também um aumento de gasto energéticos.

-DSLAM remotas pode também causar problemas relacionados com o tamanho e a configuração de conexão entre gabinetes.

Solução ADSL Line Card Essa solução requer colocar “cartões - linhas” em slots abertos no sistema DLC.

Essa solução geralmente utiliza um ou dois formulários: No primeiro , o canal é usado somente para estabilidade mecânica e todas conexões são feitas via cabo. Esse tipo de configuração é típico dos sistemas DLCs. No segundo, a “linha - cartão” é um pedaço integrado da operação DLC. O trafego ADSL e o de voz dividem o mesmo equipamentos de transporte no escritório central. Tipicamente, essa solução representa a nova geração de sistemas DLCs.

Vantagens

-Essa solução elimina virtualmente a necessidade de cabos e conexão com gabinete. -Essa solução é muito mais barata que o DSLAM por usar o próprio gabinete do DLC. São usados os slot que não estão em uso pelo sistema.

Desvantagens

-Como utiliza slots do sistema DLC, isso impede a expansão do sistema no futuro para outros serviços. A maioria dos sistemas são já desenhados pensando numa expansão dos seus recursos.

Vantagens de usar ADSL

Ao se estudar mais sobre ADLS, temos logo em vista a vantagem da velocidade. Acessar a internet com uma velocidade até 5 vezes mais rápida que os modems tradicionais de 56Kbps. Além disso, também possui o fato de não esta conectado a uma linha telefônica. Não há contagem de pulso, sua conexão é permanente. Não existe conta telefônica por esta conectado utilizando a internet. O meio de pagamento é fixo e mensal. Vem junto com a conta telefônica. O que se paga é uma taxa de aluguel do aparelho e o provedor de acesso. O usuário estará habilitado, usando ADSL, o uso em tempo real de multimídia interativa, transmissão de vídeos com qualidade melhor ao utilizado hoje em dia.

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SISTEMA MÓVEL CELULAR – SMC

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, interconectado 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.

A figura acima mostra os componentes básicos de um sistema celular. Digo básicos pois os serviços demandados pelo mercado tais como SHORT MESSAGES, CORREIO DE VOZ, APLICAÇÕES WAP, SERVIÇOS DE PRÉ-PAGO, exigem que um volume realmente grande de equipamentos sejam agregados às plantas originais das operadoras .

2. O Conceito Celular

O objetivo dos primeiros sistemas móveis era o de obter uma grande área de cobertura através do uso de um único transmissor de alta potência, com a antena situada em um local elevado. Embora essa abordagem gerasse uma cobertura muito boa, o número de usuários era limitado. Um determinado conjunto de freqüências era utilizado por toda a região e cada freqüência era alocada a um único usuário por vez, para evitar interferências. Como exemploda baixa capacidade, pode-se citar o sistema móvel da Bell em Nova Iorque, em 1970: o sistema suportava um máximo de apenas doze chamadas simultâneas em uma área de mais de dois mil quinhentos e oitenta quilômetros quadrados . Dado o fato de que as agências de regulamentação dos governos não poderiam realizar alocações de espectro na mesma proporção do aumento da demanda de serviços móveis, ficou óbvia a necessidade de reestruturação do sistema de telefonia por rádio para que se obtivesse maior capacidade comas limitações de espectro disponível e, ao mesmo tempo, provendo grandes áreas de cobertura.

O conceito celular foi uma grande descoberta na solução do problema de congestionamento espectral e limitação de capacidade de usuários que havia em sistemas de comunicações móveis até então. Esse conceito permite oferecer grande capacidade com limitações de espectro alocado, sem grandes mudanças tecnológicas. A FCC (Federal Communication Commission – órgão americano regulamentador de telecomunicações), em uma regulamentação de 22 de Junho de 1981 definiu o sistema

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celular como : “Um sistema móvel terrestre de alta capacidade no qual o espectro alocado é dividido em canais que são alocados, em grupos, a células que cobrem determinada área geográfica de serviço. Os canais podem ser reusados em células diferentes na área de serviço” .

A idéia do conceito celular constitui-se basicamente na substituição do transmissor único de alta potência (responsável pela cobertura de uma grande área) por vários transmissores de baixa potência, cada um provendo cobertura a uma pequena região (célula) da área total. A cada uma dessas estações base é alocada uma porção do número de canais disponíveis para todo o sistema. Às estações base são alocados diferentes grupos de canais, de forma que todos os canais disponíveis no sistema são alocados a um determinado número de estações vizinhas. A alocação de canais a estações base vizinhas é feita de forma que a interferência entre estações base (e entre usuários móveis) seja minimizada. Através do espaçamento sistemático das estações base bem como dos grupos de canais, os canais disponíveis serão distribuídos através da região geográfica e poderão ser reusados quantas vezes forem necessárias, desde que a interferência entre estações cocanal (estações quepossuem grupos de canais em comum) seja mantida a níveis aceitáveis.

Essa idéia é antiga : a primeira proposta de sistema celular foi da Bell, feita à FCC, em 1971 . Mas o desenvolvimento da idéia é ainda anterior, não posta em prática pela complexidade do sistema de controle. Sua execução foi viabilizada pelo uso de microprocessadores nos terminais (móveis e fixos) e, em outubro de 1983, o primeiro sistema celular foi posto em operação, em Chicago, pela AT&T.

Um sistema celular básico é composto de :

• CCC – Central de Comutação e ControleÉ o coração de um sistema celular, responsável pela validação dos assinantes,

processamento de chamadas, interface com a rede fixa de telefonia, interface com outras CCC´s sejam elas de outra operadora ou não, geração de bilhetes das chamadas, gerenciamento de hand-off (passagem do móvel de uma célula para outra), monitoração de alarmes das Estações Radio Base – ERBs ,entre muitas outras funções . O termo em inglês para CCC é MSC (Mobile Switch Center).

A quantidade de estações que uma CCC pode gerenciar e o número de assinantes máximo depende muito da filosofia de operação de cada empresa no que diz respeito à qualidade dos seus serviços .

O protocolo padrão para comunicação entre diferentes CCC´s de diferentes empresas é o IS-41 .

A CCC pode ser descrita nos seguintes blocos:

- Matriz de Comutação – Esta parte da CCC é igual a uma central telefônica comum. Ela é responsável pela interconexão com a rede fixa e a comutação entre os terminais móveis;- BSC (Base Station Controller) – É a parte da CCC responsável pelo gerenciamento das ERBs. Através do BSC a CCC tem o status de todas as ERBs do sistema como , por exemplo, alarmes e configurações . Pelo BSC, os técnicos da central podem efetuar a operação e manutenção da rede.

- Gerenciador de Mobilidade – Esta incluída dentro do BSC. É a parte responsável pelos handoffs dentro do sistema. O GM recebe continuamente dados de cada móvel (através do canal de sinalização) como nível de sinal recebido, taxa de erro de quadro, e decide para qual ERB o móvel deve efetuar o hand-off .

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- HLR (Home Location Register) – É a base de dados dos assinantes da área de serviço de uma CCC. Em algumas arquiteturas podemos ter HLR contendo a base de dados de mais de uma CCC e sendo acessada toda vez que uma chamada é requisitada.

- VLR (Visit Location Register) – Similar ao HLR, possui um cadastro dinâmico dos assinantes, tanto dos locais (Home) quanto dos visitantes (Roamers).

- Transcoder – Algumas centrais trabalham com canais de voz entre a CCC e a ERB de 16Kb/s. Como as inter conexões com as outras operadoras de telefonia fixa, longa distância e celular são feitas via canais PCM de 64 Kb/s, é necessário o transcoder para fazer a conversão entre estas taxas.

- PTS – Ponto de Transferência de Sinalização. É responsável pelo gerenciamento da sinalização entre a central celular e as outras centrais . Com o surgimento do protocolo de sinalização por canal comum #7 (SS7), os canais de voz e sinalização passaram a seguir caminhos independentes. Há uma rede nacional de nós PTS interligada para que as centrais possam estabelecer as rotas para se completar uma chamada enquanto o usuário está digitando os números do telefone desejado.

Dependendo dos serviços oferecidos por uma operadora, a CCC pode conter ainda outros equipamentos:- Gateways para interface entre celulares WAP e aplicações internet (serviços de notícias, geo-localização, e-mails, m-commerce, etc.)- Plataformas de gerenciamento de assinantes do serviço pré-pago.- Plataformas de serviço de correio de voz (voice mail)

• ERB – Estação Rádio BaseUma ERB corresponde a uma “célula”, no sistema .Daí temos o conceito de

telefonia celular. Ao invés de termos uma só estação irradiando em alta potência por toda a cidade, temos várias antenas espalhadas numa área trabalhando com potências menores, e o melhor, otimizando a utilização do espectro de freqüências disponíveis .

É a ERB quem se comunica com o assinante através da interface aérea escolhida (CDMA, TDMA, GSM, etc.), e com a CCC através de canais PCM de voz e sinalização . Podemos dizer que a ERB é um prolongamento da CCC. A disposição das ERBs em uma determinada área depende profundamente do tipo de interface aérea. A área de cobertura de uma ERB no sistema FDMA (AMPS), por exemplo, é menor do que no sistema CDMA, isto porque no sistema AMPS há o problema da interferência entre os canais de ERBs vizinhas com o reuso de freqüências, o que já não é tão crítico num sistema CDMA onde todas as ERBs operam com a mesma freqüência.

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A ERB recebe canais de voz PCM da CCC através de um meio de transmissão qualquer (microondas, fibra óptica, cabo, modem) e os modula em sinais de microondas em freqüências de 800, 900, 1800, 1900 MHz dependendo do sistema, para irradiá-los para os telefones móveis . Na ERB não acontece nenhum processamento, tarifação ou controle de chamadas.

Uma ERB 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.).

A ERB transmite numa frequencia 45 MHz acima da frequencia de recepção .Como vimos anteriormente, uma ERB pode ser OMNIDIRECIONAL ,onde temos 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. A configuração mais usada é a SETORIZADA, onde temos grupos de antenas de transmissão (TX) e recepção (RX), cada grupo tem um ângulo de cobertura, que pode ser de 120 graus (3 setores) ou 60 graus (6 setores) .

Durante a instalação dos sistemas celulares são feitos ajustes nos ângulos horizontal e vertical das antenas para melhorar a sua cobertura e evitar interferências entre elas. Este processo é chamado de OTIMIZAÇÃO do sistema . Equipes percorrem as áreas de cobertura planejadas verificando o nível (potência) e a qualidade do sinal (taxas de erro, fading, etc.) afim de se obter subsídios para novos ajustes . Como as redes celulares estão em constante crescimento, este processo ocorre quase que ininterruptamente .

Podemos ter ERBs com alta capacidade de canais, instaladas em containers ou pequenos prédios específicos, ou com menor capacidade, que podem ser instaladas em topos de prédios ou pequenas salas, ocupando espaços reduzidos .

Cobertura da célulaA cobertura provida por uma célula depende de parâmetros pré-definidos como,

potência de transmissão, altura, ganho e localização de antena. Vários outros fatores como, presença de montanhas, túneis, vegetação e prédios afetam de forma considerável a cobertura RF de uma base. Esses últimos fatores, obviamente, não são definidos pelo projetista de sistema e variam de uma região para outra.

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• Telefone móvelSua 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 viceversa. A potência máxima de transmissão de um celular é de 600 miliWatts (0,6 Watts).

O móvel mantêm comunicação constante com a ERB através dos canais de sinalização e controle, mesmo quando não há uma chamada em andamento É através destes canais de sinalização que o móvel recebe informações da ERB como controle de potência de transmissão, identificação da ERB, sincronismo com o sistema, gerenciamento de hand-off, e envia requisições de chamadas e a identidade do móvel . Opera em modo full-duplex, possuindo um caminho de ida e um de retorno em relação à estação base, que são os links reverso (móvel para base) e direto (base para móvel).

Alguns exemplos de mensagens de controle trocadas entre móvel e base são:_ pedido do móvel para acessar um canal e efetuar uma chamada;_ registro do móvel na área de serviço atual (outra CCC);_ mensagem de alocação de canal para o móvel, oriunda da estação base;_ mensagem de handoff oriunda da estação base, para que o móvel sintonize outro canal.Ressalta-se nesse ponto que o que está sendo chamado de “canal” constitui-se na dupla link direto e reverso.

As bandas A e BAs bandas A e B são diferentes faixas de freqüência de ondas de rádio. Estas

freqüências são canais de transmissão de sinais. Os telefones celulares operam através de ondas de rádio em uma destas freqüências, com tecnologia analógica ou digital.

FreqüênciasBanda A: 869 – 880 MHz e 890-891,5 MHzBanda B: 880 – 890 MHz e 891,5 – 894 MHz

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Arquitetura do sistemaUm sistema rádio móvel pode ser elaborado segundo uma arquitetura centralizada

ou descentralizada. Em uma arquitetura centralizada, a Central de Comutação Móvel em geral controla uma grande quantidade de estações base, tanto de células próximas como distantes. Em um sistema descentralizado, as CCC’s têm uma região menor de abrangência, controlando menos estações base quando comparado à outra arquitetura.

Sistemas pequenos tendem a ser centralizados, enquanto que sistemas maiores seguem a abordagem descentralizada. Há diferentes níveis de descentralização, onde pode ou não haver interconexão entre as CCC’s. No primeiro caso (há conexão entre CCC’s), uma chamada de um móvel passará pela rede fixa apenas quando o usuário chamado for fixo. Por outro lado, no segundo caso (não há conexão entre CCC’s), mesmo que o usuário chamado seja móvel, mas pertencente a uma outra área de serviço (outra CCC, portanto), a chamada terá que passar pela PSTN , pois é ela que proverá o contato entre as duas CCC’s.

A Rede BrasileiraAs operadoras brasileiras utilizam duas tecnologias digitais diferentes:- TDMA - Time Division Multiple Access e- CDMA - Code Division Multiple Access.Eis uma relação das áreas, das operadoras, dos grupos ou bandas e das tecnologias (agrupadas de diversas maneiras) e o número de celulares em cada uma , em 23 Nov 2000:

Área 1: Grande S.Paulo ( 3.971.905)Telesp Celular (A - CDMA)BCP (B - TDMA)

Área 2: Est. São Paulo (2.208.160)Telesp Celular (A - CDMA)Ceterp Celular (A - CDMA) CTBC Celular (A - TDMA)Tess Celular (B - TDMA)

Área 3: Rio de Janeiro e Espírito Santo (3.789.098)Telefônica Celular (A - CDMA)ATL Algar (B - TDMA)

Área 4 : Minas Gerais (1.674.140)Telemig Celular (A - TDMA)CTBC Celular (A - TDMA) Maxitel (B - TDMA)

Área 5: Paraná e Sta. Catarina (1.667.891)Tele Celular Sul (A - TDMA)Sercomtel Celular (Londrina) (A - TDMA)Global Telecom (B - CDMA)

Área 6: Rio Grande do Sul (1.791.875)Tele Celular Sul (A - TDMA)Celular CRT (A - TDMA)Telet (B - TDMA)

Área 7: AC, RO, MT, MS, TO, DF e GO (1.616.541)Tele Centro-Oeste Celular (A - TDMA )CTBC Celular (A - TDMA)Americel ( B - TDMA)

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Área 8: AM, PA, MA, RR e AP (792.190)Tele Norte Celular (A - TDMA)Norte Brasil Telecom (B - TDMA)

Área 9: BA, SE e AL ( 1.058.256)Tele Leste Celular (A - CDMA)MAXITEL ( B - TDMA)

Área 10 : CE, PI, RN, PB, PE e AL (2.295.778)Tele Nordeste Celular (A - TDMA)BSE (B - TDMA)

Operadoras da banda A:Tele Nordeste Celular (TDMA); Tele Leste Celular (CDMA); Tele Norte Celular (TDMA); Tele Centro-Oeste Celular (TDMA) ; Tele Celular Sul (TDMA); Sercomtel (TDMA); CTBC Celular (TDMA); Telemig Celular (TDMA); Telefonica Celular (CDMA); Telesp Celular (CDMA); Celular CRT (TDMA); CETERP (CDMA).

Operadoras da banda B:BSE (TDMA); BCP (TDMA); Norte Brasil Telecom (TDMA); Americel (TDMA); Telet (TDMA); Global Telecom (CDMA); Maxitel (TDMA); ATL (TDMA) ;Tess(TDMA).

Operadoras de tecnologia CDMA:Tele Leste Celular (A); Telefonica Celular (A) ;Telesp Celular (A) ;CETERP (A); Global Telecom (A)

Operadoras de tecnologia TDMA:Tele Nordeste Celular (A) ;Tele Norte Celular (A); Tele Centro-Oeste Celular (A); Tele Celular Sul (A); Sercomtel (A); CTBC Celular (A); Telemig Celular (A); Celular CRT (A); BSE (B); BCP (B); Norte Brasil Telecom (B); Americel (B) ;Telet (B); Maxitel (B); ATL (B); Tess(B).

Processamento de Chamadas

Canais diretos e reversosOs canais de comunicação entre o móvel e a ERB podem ser classificados como diretos (da ERB para o móvel) ou reversos (do móvel para a ERB).Vamos utilizar o exemplo do CDMA

Canais Diretos

1. Canal Piloto• O móvel faz uma busca lógica do canal piloto para saber se está em uma área de cobertura com sinal CDMA.• Sinal não modulado.• Serve como referência de fase para que o móvel possa decodificar os outros canais.• Serve também para que o móvel determine a sua distância até a ERB, através de uma medida da potência do canal piloto.• É pelo canal piloto que o móvel identifica a ERB . Identificadas as ERBs e suas potências recebidas naquele instante, a central tem a localização aproximada do móvel e pode então orientar o correto handoff .

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2. Canal de Sincronismo• É usado pelo móvel para se sincronizar com o sistema (base de tempo).

3. Canal de Paging (busca)• É usado para transmitir informações enquanto o móvel está vago ou em transição para um canal de voz.• Envia mensagens de registro, handoff vago, designação de canais, mensagens de busca, parâmetros do sistema, parâmetros de acesso, lista de pilotos vizinhos, lista de portadoras CDMA ativas.• É o canal paging quem se comunica com o canal de acesso (canal reverso).

4. Canal de Tráfego (voz)• É por onde ocorre a conversação.

Canais Reversos

1. Canal de Acesso• É usado para responder a solicitações da ERB enquanto o móvel está vago.• Envia mensagens de registro e resposta à busca .

2. Canal de Tráfego (voz)• É por onde ocorre a conversação.

Processamento de uma chamada de um móvel para um telefone fixo1. O móvel envia mensagem de origem e os dígitos discados no canal de acesso. O Gerenciador de Mobilidade (GM) da central recebe estes dados e pede que a central designe um circuito terrestre para esta chamada.

2. É designado um circuito (CCC-ERB) e um elemento de canal (MCC) para esta chamada.

3. Toque de retorno e conversação

Processamento de uma chamada de um telefone fixo para um móvel1. A central recebe uma chamada da rede fixa e determina se o móvel chamado é válido.

2. Através do seu último registro, ou seja a última ERB de onde o móvel enviou sinalização, a CCC inicia uma busca, através do canal de paging.

3. Ocorre a validação a designação de um circuito para esta chamada.

4. Conexão.

Alocação de canalPara um uso eficiente do espectro rádio disponível, é requerido um esquema de

reuso de freqüências que seja consistente com os objetivos de aumento de capacidade e redução de interferência. Com o intuito de aumentar a eficiência na utilização do espectro, uma variedade de estratégias de alocação de canais foi então desenvolvida. Tais estratégias podem ser classificadas como fixas ou dinâmicas. A escolha da estratégia impacta no desempenho do sistema, particularmente em como uma chamada é gerenciada quando um móvel desloca-se de uma célula para outra.

Numa estratégia de alocação fixa de canais, é alocado um determinado conjunto de canais de voz a cada célula. Qualquer tentativa de chamada dentro da célula só

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poderá ser servida pelos canais desocupados pertencentes àquela célula. Há algumas variantes da estratégia de alocação fixa de canais. Em uma delas, chamada de estratégia de empréstimo (borrowing strategy), uma célula pode pedir canais emprestados de uma célula vizinha se todos os seus canais estiverem ocupados. A Central de Comutação Móvel supervisiona os procedimentos de empréstimo e garante que o empréstimo do canal não interfere em nenhuma chamada que esteja em progresso na célula de origem do canal.

Na estratégia de alocação dinâmica de canais, os canais de voz não são alocados às células permanentemente. Ao invés disso, cada vez que há uma tentativa de chamada, a estação base requisita canal para a MSC. A Central então aloca um canal para a célula que o requisitou.

A MSC apenas aloca uma determinada freqüência se essa freqüência não está em uso na célula nem em nenhuma outra célula que esteja a uma distância menor que a distância de reuso, para evitar interferência. A alocação dinâmica de canais diminui a probabilidade de bloqueio de chamadas, aumentando a capacidade de troncalização do sistema, pois todos os canais disponíveis estão acessíveis a todas as células. Esse tipo de estratégia requer que a MSC colete dados em tempo real de ocupação de canais, distribuição de tráfego, e de indicações de intensidade de sinal de rádio (RSSI- Radio Signal Strength Indications) de todos os canais, continuamente. Isso sobrecarrega o sistema em termos de capacidade de armazenamento de informações e carga computacional, mas provê vantagem de aumento de utilização dos canais e diminuição da probabilidade de bloqueio.

HandoffQuando um móvel desloca-se entre células enquanto uma conversação está em

andamento, a MSC automaticamente transfere a chamada para um novo canal pertencente à nova estação base. Esse procedimento de handoff não apenas envolve a identificação de uma nova estação base, mas também requer que os sinais de voz e de controle sejam transferidos para canais associados à nova célula.

O processamento de handoffs é uma tarefa muito importante em qualquer sistema celular. Muitas estratégias de handoff priorizam os pedidos de handoff em relação a pedidos de inicialização de novas chamadas, quando da alocação de canais livres em uma célula.Handoffs devem ser realizados com sucesso (e o menor número de vezes possível) e deveriam ser imperceptíveis aos usuários. Projetistas de sistemas devem especificar um nível ótimo de sinal que iniciará o processo de handoff. Uma vez que um nível particular

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de potência de sinal tenha sido estabelecido como sendo o nível que oferece a qualidade de voz mínima aceitável no receptor da estação base (normalmente entre –90 dBm e –100 dBm) , um nível de sinal ligeiramente superior é usado como limiar no qual o handoff é feito.

Para se decidir se um handoff é necessário ou não, é importante garantir que a queda no nível do sinal medido não é devida a um desvanecimento momentâneo e que o móvel está realmente afastando-se da estação base que o serve. Para se certificar disso, a estação base monitora o nível de sinal por um certo tempo antes do handoff ser iniciado. Esse procedimento deve ser otimizado de forma que handoffs desnecessários não ocorram e que handoffsnecessários sejam realizados antes da chamada ser interrompida.

Em sistemas celulares analógicos de primeira geração, a medição dos níveis de sinal é feita pelas estações base e supervisionada pela MSC. Cada estação base constantemente monitora a intensidade de sinal de todos os seus links de voz reversos (móvel para base) para determinar a posição relativa de todos os usuários em relação à torre da base. Além de medir a RSSI de chamadas em progresso dentro da célula, um receptor adicional em cada estação base, chamado de locator receiver, é usado para determinar o nível de sinal de usuários que estão em células vizinhas. Esse receptor é comandado pela MSC e é usado para monitorar a intensidade de sinal de usuários em células vizinhas que possam ser candidatos a handoff e reportar os valores de RSSI medidos à MSC. Baseada na informação de nível de sinal fornecida pelo locator receiver de cada estação base, a MSC decide se o handoff é necessário ou não e, caso seja, para que célula ele deverá ser feito.

Em sistemas celulares de segunda geração que utilizam tecnologia TDMA (Time Division Multiple Access), as decisões de handoff são assistidas pelo móvel. No handoff assistido pelo móvel (MAHO), cada estação móvel monitora o nível de sinal recebido de estações vizinhas e continuamente reporta essas medições para a estação base que a serve no momento. Um handoff é iniciado quando a potência recebida de uma estação base vizinha começa a exceder a potência recebida da estação base que serve o móvel de um determinado valor ou por um certo período de tempo. Esse método permite que a chamada seja transferida entre estações base muito mais rapidamente do que o método da primeira geração permite, já que as medições são feitas por cada móvel e a MSC não precisa mais da constante monitoração de níveis de sinal. O esquema MAHO é particularmente bem adaptado a ambientes de microcélulas, onde handoffs são mais freqüentes.

Sistemas diferentes possuem diferentes políticas e métodos para gerenciar os pedidos de handoff. Alguns sistemas tratam pedidos de handoff da mesma forma que os pedidos de inicialização de novas chamadas. Nesses sistemas, a probabilidade de que um pedido de handoff não seja atendido por uma nova estação base é igual à probabilidade de bloqueio de novas chamadas. Entretanto, do ponto de vista do usuário, ter sua chamada abruptamente interrompida no decorrer da ligação parece ser muito mais incômodo do que ser bloqueado eventualmente na tentativa de fazer uma nova chamada. Para melhorar a qualidade dos serviços sob esse aspecto, vários métodos foram desenvolvidos para priorizar os pedidos de handoff sobre os pedidos de inicialização de novas chamadas quando da alocação de canais de voz.

Priorizando handoffsUm método para dar prioridade a handoffs é descrito pelo conceito de reserva de

canal (guard channel), onde uma fração dos canais da célula é reservada exclusivamente para pedidos de handoff oriundos de células vizinhas. Esse método possui a desvantagem de reduzir o tráfego total permitido a chamadas originadas na própria célula. Entretanto, esse método pode oferecer um uso eficiente do espectro se for utilizado em

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conjunto com uma estratégia de alocação dinâmica de canais, que minimizará o número de canais reservados requeridos através de uma alocação por demanda eficiente.

Considerações práticas sobre handoffNa prática, problemas podem surgir pelo fato dos móveis trafegarem nas mais

diferentes velocidades. Veículos a altas velocidades passam pela região de cobertura em questão de segundos enquanto que pedestres podem não precisar de nenhum handoff no decorrer de uma chamada. Particularmente, com a adição de microcélulas (células de algumas centenas de metros de raio) para prover capacidade, a MSC pode rapidamente ficar sobrecarregada se usuários a altas velocidades estão constantemente sendo transferidos entre células muito pequenas. Muitos esquemas foram e estão sendo desenvolvidos para lidar com o tráfego simultâneo de móveis a altas e baixas velocidades, ao mesmo tempo em que minimizam a intervenção da MSC para o handoff.

Embora o conceito celular ofereça claramente um aumento de capacidade através da adição de células, na prática é difícil para provedores de serviços celulares encontrar novas localidades para instalar estações base, especialmente em áreas urbanas. Devido às dificuldades encontradas, fica mais atraente para os provedores instalar canais adicionais e novas estações base na mesma localidade de uma célula já existente, ao invés de procurar novas localidades. Através do uso de diferentes alturas de antenas (freqüentemente no mesmo prédio ou torre) e de diferentes níveis de potência, é possível se prover células maiores e menores localizadas numa mesma região. Essa abordagem é conhecida como célula guardachuva (umbrella cell approach) e é usada para prover grandes áreas de cobertura a usuários em alta velocidade e pequenas áreas de cobertura para usuários a mais baixas velocidades. Essa abordagem garante que o número de handoffs será minimizado para usuários a altas velocidades. A velocidade de cada móvel pode ser estimada pela estação base ou pela MSC através, por exemplo, da medição de quão rapidamente a intensidade média em pequena escala (short-term) do sinal varia no tempo. Se um móvel, deslocando-se a grande velocidade na célula maior está aproximando-se da estação base e sua velocidade está decrescendo rapidamente, a estação base poderá decidir transferir o móvel para uma célula menor, sem intervenção da MSC.

Conceito de célula “guarda-chuva”

RoamingNuma 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 entreas diversas operadoras, no sentido de que o assinante de uma operadora possa utilizar os serviços de outra, como visitante (roamer).

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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. Por exemplo, uma chamada local pode transformar-se numa chamada a longa distância quando a MSC visitada está em outro estado.

Da mesma forma, deve ser dada atenção à compatibilidade de sistemas entre as MSC’s envolvidas.

Técnicas de AcessoO compartilhamento de recursos é uma forma muito eficiente de se obter alta

capacidade em uma rede de comunicações. No que diz respeito a comunicações móveis, os recursos são os canais disponíveis ou, de forma mais ampla, a banda de freqüências. O mecanismo de acesso deve permitir que qualquer terminal acesse o sistema, provendo um sistema de acesso troncalizado. Se canais são designados a usuários por demanda, o esquema é chamado de Acesso Múltiplo com Alocação por Demanda (DAMA, Demand- Assigned Multiple Access), ou simplesmente Múltiplo Acesso.

De acordo com a forma com que o espectro é disponibilizado aos usuários, tem-se a classificação geral de sistemas em faixa estreita e faixa larga. Em um sistema faixa estreita, a faixa de freqüências é subdividida em várias faixas menores, os canais, que são alocadas sob demanda aos usuários. Em sistemas faixa larga, toda ou grande parte da banda de freqüências é disponibilizada aos usuários, como um único bloco.

Há três formas básicas de se realizar múltiplo acesso, nomeadas de acordo com o mecanismo chave usado para implementá-las:

Múltiplo Acesso por Divisão de Freqüência (FDMA); Múltiplo Acesso por Divisão de Tempo (TDMA); Múltiplo Acesso por Divisão de Código (CDMA).

Enquanto o FDMA e o CDMA são, respectivamente, técnicas faixa estreita e faixa larga por natureza, o TDMA permite ambas as formas de implementação.

O exemplo da salaPara melhor entendermos as diferenças entre FDMA, TDMA e CDMA podemos

imaginar o exemplo da sala. Imaginemos os telefones móveis como duas pessoas tentando conversar.

No sistema FDMA, a sala seria dividida em várias salas menores, cada uma com duas pessoas conversando durante todo o tempo. As duplas estariam isoladas umas das outras, nãohavendo, portanto, risco de que pudessem ouvir a conversa de outra dupla.

Caso estivessem em um sistema TDMA, haveriam três duplas se revezando em cada sala, cada uma com um tempo pré-determinado para conversar e então dar lugar a uma nova dupla. Após o fim do tempo da terceira dupla, a primeira volta À sala para continuar a conversação.

No CDMA todos os pares estão na mesma sala, mas falando línguas diferentes. Cada um entende somente o seu parceiro, apesar de estar ouvindo as conversas paralelas na sala. Caso uma dupla comece a falar mais alto, todos terão que elevar o volume da sua voz, e assim sucessivamente até que todos estejam gritando e ninguém mais se entenda. Por isto é tão importante o controle de potência dos móveis, uma vez que todos estão “espalhados” na mesma freqüência, numa banda de 1,23 MHz.Para a implementação de comunicação bidirecional full-duplex, pode-se utilizar divisão no tempo (TDD - Time Division Duplex) ou na freqüência (FDD – Frequency Division Duplex). No TDD, as duas direções de comunicação utilizam uma mesma faixa de freqüências

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comum, mas instantes de tempo distintos. Por outro lado, no FDD, cada sentido utiliza faixas distintas de freqüências, separadas convenientemente para evitar interferências, permitindo um full duplex real, pois a informação pode trafegar nos dois sentidos simultaneamente. O TDD requer sincronização e tempo de guarda entre slots de ambos os sentidos, também para evitar interferência. Observa-se que o TDD, por utilizar a mesma faixa de freqüências, permite que a comunicação mantenha a mesma qualidade em ambos os sentidos.

Arquitetura faixa estreitaEm geral, a arquitetura faixa estreita está associada a sistemas com alta

capacidade – o número de canais em que a banda é dividida dá uma dimensão da capacidade do sistema quanto ao número de usuários – mas, muitas vezes, baixa qualidade de transmissão – muitos canais significa banda pequena para cada canal. Nesse sentido, há um esforço para que se utilize técnicas de modulação que permitam qualidade de voz aceitável sem que se aumente a banda ocupada pelos canais, ou até, que se reduza a banda ocupada. Outro aspecto é a necessidade de se utilizar filtros estreitos para minimizar a interferência de canal adjacente, o que contribui para o aumento no custo de equipamento. E ainda, em sistemas faixa estreita, o sinal propagante sofre o chamado desvanecimento não seletivo ( ver figura abaixo) em freqüência, ou seja, quando ocorre um desvanecimento toda a informação contida no canal é afetada, pois o canal é, em geral, muito estreito.

Arquitetura faixa largaAs técnicas de acesso que se utilizam dessa arquitetura são o TDMA faixa larga e

o CDMA, sendo que este último freqüentemente usa toda a faixa disponível. Como grande vantagem dessa abordagem, pode-se citar o fato de que a banda utilizada é maior que a banda dentro da qual ocorre desvanecimento não seletivo – ver figura abaixo (banda de coerência). Ou seja, o sinal faixa larga experimenta desvanecimento seletivo em freqüência e, então, apenas uma fração das freqüências que o compõem é afetada pelo desvanecimento. Da mesma forma, interferências também podem ser minimizadas com o uso dessa arquitetura.

FDMAA maneira usual de se realizar um esquema FDMA é através da associação de um

canal a cada portadora. Esse esquema é conhecido por Canal Único por Portadora (SCPC – Single Channel per Carrier). Os canais possuem bandas de guarda nas suas extremidades, que são pequenas faixas de freqüências destinadas a minimizar o efeito causado por filtros e osciladores imperfeitos, ou seja, minimizar a interferência de canal

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adjacente gerada pela invasão de um canal na faixa ocupada pelos seus canais adjacentes. Usualmente, o que se chama de “canal” são as duas bandas associadas ao par de portadoras, direta (base para móvel) e reversa (móvel para base).Sistemas FDMA são sempre FDD e usualmente implementados segundo a arquitetura faixa estreita. Tanto sistemas analógicos como digitais podem ser implementados com a técnica FDMA.

Principais características do FDMA implementação usual baseada em SCPC; transmissão contínua – uma vez alocados, os canais são usados continuamente

pela base e pelo móvel até o fim da comunicação; banda estreita – como cada porção de freqüência é utilizada por um único

usuário, a banda necessária é relativamente pequena, variando de 25-30 KHz em sistemas analógicos. Em sistemas digitais, o uso de codificação de voz a baixa taxa pode diminuir ainda mais a banda necessária;

baixa sobrecarga de informações de controle (overhead) – os canais de voz carregam também mensagens de controle, como handoff por exemplo. Pelo fato dos canais alocados serem usados continuamente, pouco espaço é necessário para controle se comparando ao TDMA, por exemplo;

uso de duplexador – como a transmissão é full-duplex e usa-se apenas uma antena para transmissão e recepção, deve-se usar um duplexador para fazer a filtragem entre recepção e transmissão e, assim, evitar interferências entre ambas;

alto custo de estações base – a arquitetura SCPC requer que um transmissor, um receptor, dois codecs (codificador / decodificador) e dois modems (modulador / demodulador) sejam usados para cada canal numa estação base. A alocação de mais usuários em uma mesma portadora, tornaria o sistema mais econômico nesse aspecto;

handoff perceptível – pelo fato da transmissão ser contínua, a comutação entre freqüências no processo de handoff é perceptível (audível) ao usuário.

TDMAComo dito, o TDMA permite implementação em faixa estreita e faixa larga. No

TDMA faixa larga, toda ou grande parte da banda disponível é alocada a cada usuário por determinado intervalo de tempo, denominado slot. Em cada slot de tempo apenas um usuário terá acesso a toda (ou grande parte) da banda. No TDMA faixa estreita, o usuário tem acesso a uma pequena porção da banda por determinado intervalo de tempo (slot). A figura a seguir, ilustra o conceito TDMA faixa estreita. No TDMA faixa larga não haveria as subdivisões faixa 1, faixa 2, ... faixa M, ou elas seriam em número muito reduzido comparado ao faixa estreita. O canal TDMA é definido pelas duas combinações [porção

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da banda (faixa), slot] alocadas ao usuário, para o link direto e reverso. O TDMA permite utilização tanto de FDD como de TDD.Como visto, uma única portadora é compartilhada em vários slots de tempo, ou seja, é compartilhada por vários usuários, cada qual em seu instante determinado. Esse mecanismo diferencia o TDMA do FDMA pois, no último, o esquema SCPC fazia com que cada portadora fosse alocada a apenas um usuário até o fim de sua comunicação.

A transmissão entre móvel e base é feita de forma não contínua. A transmissão entre móvel-base é feita em rajadas, ocorrendo apenas no instante de tempo (slot) reservado para que o móvel transmita e/ou receba. Nos demais instantes de tempo, outros usuários poderão ter acesso à mesma portadora sem, portanto, que as comunicações interfiram entre si.Pelas características apresentadas, a tecnologia digital é a única adequada para o tipo de transmissão envolvido, de forma que sistemas TDMA são sempre digitais.

Principais características do TDMA Vários canais por portadora – como dito, uma portadora é utilizada em vários

instantes de tempo distintos, cada qual correspondendo a um canal (usuário). No sistema Americano IS- 54, usa-se três slots por portadora, enquanto que no sistema Europeu GSM cada portadora atende a oito slots;

Transmissão em rajadas (bursts)– como cada portadora é compartilhada no tempo, cada usuário transmite ou recebe sua informação numa rajada dentro dos respectivos slots.

Essa forma de transmissão também leva a uma maior economia de bateria se comparado ao FDMA;

Faixa larga ou faixa estreita – a banda de cada canal depende de vários fatores, como o esquema de modulação. Dependendo do sistema os canais variam de dezenas a centenas de kHz. Como exemplo, o GSM usa canais de 200 KHz, enquanto que no IS-54 os canais são de 30 kHz;

Alta sobrecarga de informações de controle (overhead) – a característica de transmissão em rajadas requer um tratamento mais minucioso no que diz respeito à sincronização. Os bits requeridos nesse tratamento em conjunto com o fato de haver tempos de guarda entre slots (equivalente à banda de guarda, na freqüência), gera um alto overhead;

Eletrônica complexa – por usar tecnologia digital, muitos recursos podem ser agregados na unidade móvel, aumentando sua complexidade;

Não requer o uso de duplexador – como transmissão e recepção acontecem em slots distintos, é desnecessário o uso de duplexador. O que há é um switch que liga / desliga o transmissor / receptor quando este não está em uso. O uso de

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duplexador é dispensável mesmo no TDMA/FDD pois, nesse caso, o que se faz usualmente é acrescentar intencionalmente alguns intervalos de tempo entre os slots de transmissão e recepção para que a comunicação nos dois sentidos não ocorra exatamente no mesmo instante ;

Baixo custo de estações base – como são usados múltiplos canais por portadora, o custo pode ser reduzido proporcionalmente;

Handoff eficiente – o handoff pode ser realizado nos instantes em que o transmissor do móvel é desligado, tornando-se imperceptível ao usuário;

Uso eficiente da potência, por permitir que o amplificador de saída seja operado na região de saturação;Vantagens inerentes a sistemas digitais, como capacidade de monitoração da comunicação quadro a quadro, por exemplo.A Figura abaixo ilustra um quadro (frame) de informação usado em sistemas TDMA. Cada slot é composto de um preâmbulo e bits de informação associados a cada usuário (exemplo de quadro da base para usuários). O preâmbulo tem como função prover identificação, controle e sincronização na recepção. Tempos de guarda são utilizados para minimizar a interferência entre canais (cross talk). Ainda na Figura , cada usuário de um mesmo slot ocupa a sua respectiva faixa de freqüências. Uma vantagem do TDMA é que pode-se alocar diferentes números de slots por quadro para cada usuário, provendo uma forma de banda por demanda, de acordo com as necessidades de comunicação (de dados, no caso) de cada usuário.

Quadro (frame) do TDMA

CDMAA técnica CDMA possui as seguintes características básicas : todos os usuários

podem transmitir simultaneamente, nas mesmas freqüências e utilizando toda a banda disponível.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.O CDMA baseia-se em um conceito denominado Espalhamento Espectral (Spread Spectrum), que será resumidamente descrito.

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Espalhamento EspectralAtravés dessa técnica, o sinal original que se deseja transmitir é espalhado por

uma banda muito maior que a necessária a sua transmissão. Esse efeito é obtido, no caso do CDMA , pela multiplicação do sinal por um código com taxa de transmissão muito superior, de forma que o sinal resultante ocupa uma faixa muito larga. A energia total é mantida, sendo distribuída uniformemente por toda a banda, assemelhando-se ao espectro de ruído branco.Todos os sinais oriundos dos diversos usuários / estações base e o próprio ruído agregado à transmissão são superpostos no espectro. Através do código apropriado, a informação do usuário desejado é extraída em meio ao “ruído”.

Portadora CDMA de 1,23 MHz

Nessa breve descrição, já é possível observar a alta imunidade intrínseca do espalhamento espectral a ruído e interferência, uma vez que sinais de outros usuários bem como ruído / interferência são tratados da mesma forma e seus danos à informação de determinado usuário são eliminados, teórica e idealmente, quando da aplicação do código de recuperação.

Há duas formas principais de se realizar o espalhamento espectral: Salto em Freqüência – Frequency Hopping (FH) e Seqüência Direta – Direct Sequency (DS). O que se chama comumente de CDMA é, na verdade, a técnica de múltiplo acesso por seqüência direta.

Salto em Freqüência (FH)Nessa técnica, a portadora “salta” entre as várias freqüências do espectro alocado.

A faixa original do sinal é mantida, porém, como a portadora percorre rapidamente uma faixa muito grande de freqüências, o efeito final é de espalhamento espectral. Um sistema FH pode ser pensado como um sistema FDMA com diversidade de freqüência.

Esta técnica provê um alto nível de segurança, uma vez que um receptor que queira interceptar a comunicação e que não saiba a seqüência pseudo-aleatória usada

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para gerar a seqüência de “saltos”, necessitará buscar por freqüências de forma muito rápida e acertar a freqüência em uso em cada instante (e no slot de tempo exato). Pode apresentar problemas de colisão entre usuários e é crítico quanto à necessidade de sincronização entre transmissor e receptor.

Seqüência Direta – CDMAComo dito, a técnica baseia-se em associar códigos ortogonais aos usuários, de

forma que suas comunicações não interferem entre si mesmo compartilhando o mesmo espectro e tempo. Para determinado usuário, todos os outros são vistos como sendo ruído.

Controle de potência do móvelNo CDMA, a potência de todos os usuários, com exceção do usuário desejado, é o

nível mínimo de ruído no receptor quando do momento da descorrelação (retirada da informação desejada através da aplicação do código apropriado). Se a potência de cada usuário não é controlada, de forma que elas não apareçam com a mesma intensidade no receptor da base, ocorre o problema perto-distante (near-far). Se isso ocorre, sinais mais fortes elevarão o nível mínimo de ruído na recuperação dos sinais mais fracos e tenderão a mascarálos, de forma que se reduz a chance de que os sinais mais fracos sejam recuperados. Para combater o problema, é necessário que se adote no CDMA um rígido esquema de controle de potência, através do qual a estação base monitora os terminais de maneira que a potência que chega à base oriunda de cada terminal tenha, idealmente, o mesmo nível. Isso evita que um móvel afastado da base não consiga comunicação pelo fato de um móvel próximo à base estar despejando muita potência.

Algumas características do CDMAUsuários comunicam-se usando as mesmas freqüências, simultaneamente, por

divisão de código;Ao contrário do FDMA e do TDMA, o CDMA não tem um limite de capacidade bem

definido, e sim o que se chama de limite soft. Ao aumentar o número de usuários, o nível mínimo de ruído é aumentado linearmente, de forma que há um decréscimo gradual de desempenho do sistema, percebido por todos os usuários;

Efeitos do canal nocivos e seletivos em freqüência podem ser minimizados pelo fato do sinal original estar espalhado por uma banda muito grande. E ainda, o receptor utilizado – RAKE - permite que se faça um especial tratamento nos sinais recebidos por multipercurso, de maneira que o sinal recebido tenha a melhor qualidade possível;

Nocaso de handoff entre células cocanal (todo o espectro é utilizado pelas células – possível no CDMA), o processo pode ser suave. Mais de uma estação base monitora o nível do móvel e a central de controle pode escolher a melhor versão do sinal, sem necessitar comutar freqüências;Problema perto-distante, caso não haja controle de potência eficiente.

Comparação entre FDMA, TDMA e CDMAUma vantagem básica do CDMA é sua capacidade muito maior de tolerar sinais

interferentes, se comparado a FDMA e a TDMA. Como resultado dessa qualidade, problemas de alocação da banda e interferência entre células adjacentes são simplificados, enquanto que sistemas FDMA e TDMA precisam de cauteloso estudo de alocação de freqüência e slots para evitar interferência, exigindo filtros sofisticados e tempos de guarda entre slots. Aumento de capacidade no CDMA pode ser conseguido através do fator de atividade de voz, utilizando-se os instantes de tempo nos quais não é detectada voz para prover aumento de usuários atendidos.

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Em termos de capacidade, teoricamente o CDMA possui uma vantagem sobre sistemas analógicos por um fator de 20 . Por outro lado, toda a vantagem teórica do CDMA exige que uma série de requisitos como, controle de potência eficiente, ortogonalidade entre códigos e necessidade de sincronismo perfeito (bases são sincronizadas por GPS – Sistema de Posicionamento Global, e passam o sincronismo aos móveis), entre outros, sejam atendidos. Na prática, dada a dificuldade de se implementar todos os requisitos, sistemas CDMA em geral não exploram toda a capacidade teórica prevista para essa técnica, embora os avanços tecnológicos os levem cada vez mais próximo a esse ideal.

GSMO GSM (Global System for Mobile Communication), originalmente conhecido como

Groupe Special Mobile, é um padrão digital de segunda geração do celular desenvolvido na Europa para substituir os diferentes padrões analógicos utilizados pelos países europeus nas faixas de 800 e 450 MHz. Ele utiliza canais de 200 kHz na faixa de 900 MHz e teve desenvolvido, posteriormente, uma versão adaptada para as faixas de 1800 e 1900 MHz.

Gerações

1ª GeraçãoCaracterizada por sistemas analógicos, surgiu para dar mobilidade aos serviços de voz (banda estreita). A evolução da microeletrônica, propiciando a redução do tamanho dos terminais e a redução de seu preço, alavancou sua grande aceitação por parte da sociedade.

2ª GeraçãoSegunda Geração de sistemas celulares formada por sistemas digitais. Os principais são: GSM, CDMA IS 45 e TDMA IS-136. Em 2G é possível fazer conexão de dados através de uma conexão discada e com taxa de até 14 kbps.

Geração 2,5Tecnologia intermediária entre a 2G da telefonia móvel e a 3G. Permite que celulares e PDAs tenham acesso rápido à internet móvel, conexão permanente e uma vasta gama de serviço. Mensagens instantâneas, serviços de localização baseados no sistema de GPS e jogos são apenas algumas das aplicações. 2,5G é aquela nova tecnologia representada pelas transmissões por pacotes e, principalmente, pelos serviços diferenciados, possíveis pelo aumento das velocidades.

3ª GeraçãoA Terceira Geração de sistemas celulares oferece serviços de dados sem necessidade de estabelecimento de uma conexão (conexão permanente) e taxas de até 2 Mbps. Os principais sistemas são o WCDMA e o CDMA2000 1xEV. A UIT denomina 3G de IMT-2000.

Serviço Móvel Pessoal (SMP)Trata-se de um novo serviço criado pela Anatel , em junho de 2000, para

comunicações móveis. Lembrando que o “antigo” SMC opera na faixa de freqüência de 800 MHz ou 0.8 GHz, o “novo” SMP vai operar numa nova faixa de freqüência, a de 1,8 GHz.

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Os dois serviços SMC e SMP vão conviver por um bom período mas a ANATEL pretende que haja uma migração gradativa para o novo serviço. Esta nova faixa de 1,8 GHZ foi batizada inicialmente como Banda C. Em outros termos, estava sendo criado mais um grupo de empresas, as empresas do grupo C ou da banda C para operar na faixa de 1,8 GHz. Para este novo serviço SMP, o mapa do Brasil foi dividido em apenas três áreas, idênticas àquelas em que operam as empresas de telefonia FIXA (Telemar, Telefônica e Brasil Telecom) e que são as seguintes:

Área 1: AM, PA, RR, AP, MA, PI, CE, RN,PB, PE, AL, SE,BA, MG, RJ e ESÁrea 2:SPÁrea 3: AC, RO, TO, DF, GO, MT, MS, PR, SC e RS

Posteriormente, a ANATEL achou por bem alterar o conceito (não a faixa genérica de freqüência de operação) deste grupo ou banda C. Neste novo conceito, em cada uma das três áreas poderão operar até três empresas. As concessões passam a chamar-se “autorizações de serviço” e serão concedidas gradativamente. As primeiras autorizações de funcionamento a serem concedidas em cada área vão caracterizar as empresas do grupo C ou da banda C. Numa segunda data, serão concedidas novas autorizações configurando as empresas do grupo D ou banda D; e posteriormente, as do grupo E ou banda E. Concluído o processo teremos três operadoras em cada uma das três novas áreas, num total de 9 operadoras da nova faixa de freqüência de 1,8 GHz.

Parece evidente que o objetivo da ANATEL é compatibilizar as novas regras com aquelas do modelo adotado para a telefonia fixa. Está sendo adotado o mesmo conceito geográfico presente no Plano Geral de Outorgas. Esta “geografia” poderá ser um facilitador para as empresas em um futuro bem próximo.

As empresas de celulares que atuam no País terão limitações, caso ganhem uma licença para o SMP na região onde já prestam o serviço. Se vencerem, terão de abandonar a atual licença em até seis meses. As empresas que optarem por isso ganharão uma faixa adicional na freqüência de 1,9 gigahertz (GHz) e poderão concorrer com as bandas C, D e E, ofertando serviços de melhor qualidade .

Para garantir uma certa “isonomia” e equilibrar a competição, as operadoras das bandas A e B que migrarem para o novo serviço receberão mais 5 MHz (para uplink e downlink) na faixa de 1.9 GHz.

Em termos de faixa de freqüência ficarão com um total de 17,5 MHz (12,5 MHz que utilizam hoje mais o “brinde” de 5Mhz).As novas operadoras terão 15 MHz na faixa de 1.8 GHz para cada licença. Na realidade o espectro completo destas freqüências vai de 1,710 GHz a 2,301 GHz e já está reservado pela ANATEL. Espera-se que a ANATEL vá intermediar as negociações entre as empresas e entidades envolvidas num “pequeno” complicador: parte destas freqüências já estão ocupadas, até mesmo pelas Forças Armadas. As negociações devem incluir indenizações e ofertas de alternativas como sistemas via satélite ou via fibra ótica.

Os investidores estrangeiros poderão ampliar sua presença, pois não haverá limites para o capital internacional na formação de consórcios ou empresas.

A imprensa já começa a mencionar as etapas de evolução da tecnologia celular usando siglas como 2,5G, 3G e até mesmo 4G para as novas gerações.É oportuno lembrar que este novo serviço chamado SMP que vai operar nas bandas C, D e E de 1.8 GHz ainda está enquadrado, em termos de tecnologia, na segunda geração (2G) da telefonia celular (a primeira geração é a dos celulares analógicos).

Ao decidir utilizar esta faixa de freqüência, a ANATEL atendeu à recomendação da UIT de deixar disponível a faixa de freqüência de 1.9 GHZ para os serviços da terceira geração (3G) que deverão ser oferecidos a partir de 2003.

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O SMP de 1.8 GHz de segunda geração vai utilizar a tecnologia GSM (Global System for Mobile Communication), de origem européia. O termo “GSM” não aparece explicitamente nas Propostas de Diretrizes mas está bem registrado o seguinte: “as redes e as plataformas do SMP devem fazer uso de tecnologias e sistemas cuja estrutura de sincronismo, sinalização, numeração, comutação e encaminhamento, entre outros, possa prover convergência com as redes do STFC (Serviço Telefônico Fixo Comutado).”

REDES DE COMPUTADOR

Inicialmente, os computadores eram máquinas caríssimas que centralizavam em um único ponto o processamento das aplicações de vários usuários, e muitas vezes de toda uma organização. com redução de custos do hardware e introdução dos microcomputadores no cenário da informática, a estrutura centralizada se deu lugar a uma estrutura totalmente distribuída. Nessa estrutura diversos equipamentos dos mais variados portes processão informações de formas isoladas., o que acarreta uma serie de problemas. Dentre os problemas apresentados, destaca-se a duplicação desnecessária de recursos de hardware (impressoras, discos, etc.) e de software (programas, arquivos de dados etc.) Nesse cenário surgiram as redes de computadores, onde um sistema de comunicação foi introduzido para interligar os equipamentos de processamentos de dados (estações de trabalhos) , antes operando isoladamente com o objetivo de permitir o compartilhamento de recursos.

Princípios da Comunicação

Evolução dos Sistemas de Computação

Na década de 1950, computadores eram máquinas grandes e complexas, operadas por pessoas altamente especializadas. Usuários enfileiravam-se para submeter suas leitoras de cartões ou fitas magnéticas que eram processados em lote. Não havia nenhuma forma de interação direta entre usuários e máquina. Avanços na década de 1960 possibilitaram o desenvolvimento dos primeiros terminais interativos, permitindo aos usuários acesso ao computador central através de linhas de comunicação. Usuários passavam a ter então um mecanismo que possibilitava a interação direta com o computador, ao mesmo tempo em que avanços nas técnicas de processamento davam origem a sistemas de tempo compartilhado (timesharing), permitindo que várias tarefas dos diferentes usuários ocupassem simultaneamente o computador central, através de uma espécie de revezamento no tempo de ocupação do processador. A capacidade de troca de informações também foi uma razão importante para a interconexão. Usuários individuais de sistemas de computação não trabalham isolados e necessitam de alguns dos benefícios oferecidos pôr um sistema centralizado. Entre esses a capacidade de troca de mensagens entre os diversos usuários e a facilidade de acesso a dados e programas de várias fontes quando da preparação de um documento. Ambientes de trabalho cooperativos se tornaram uma realidade tanto nas empresas como nas universidades, exigindo a interconexão dos equipamentos nessas organizações.

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Para tais problemas de performance os pesquisadores a criaram novas arquiteturas que propunham a distribuição e o paralelismo como forma de melhorar desempenho, confiabilidade e modularidade dos sistemas computacionais.

REDES DE COMPUTADORES

Uma Rede de Computadores é formada por um conjunto de módulos processadores (Mps) capazes de trocar informações e compartilhar recursos, interligados por um sistema de comunicação. O sistema de comunicação vai se constituir de um arranjo topológico interligando os vários módulos processadores através de enlaces físicos (meios de transmissão) e de um conjunto de regras com o fim de organizar a comunicação (protocolos). Redes de computadores são ditas confinadas quando as distâncias entre os módulos processadores são menores que alguns poucos metros. Redes Locais de Computadores são sistemas cujas distâncias entre os módulos processadores se enquadram na faixa de alguns poucos metros a alguns poucos quilômetros. Sistemascuja dispersão é maior do que alguns quilômetros são chamadas Redes Geograficamente Distribuídas.

Redes Locais ( Local Area Networks - LANs)

Surgiram dos ambientes de institutos de pesquisa e universidades, o enfoque dos sistemas de computação que ocorriam durante a década de 1970 levavam em direção à distribuição do poder computacional. Redes locais surgiram para viabilizar a troca e o compartilhamento de informações e dispositivos periféricos( recursos de hardware e software), preservando a independência das várias estações de processamento, e permitindo a integração em ambientes de trabalho cooperativo. Pode-se caracterizar uma rede local com sendo uma rede que permite a interconexão de equipamentos de comunicação de dados numa pequena região que são distâncias entre 100m e 25Km embora as limitações associadas às técnicas utilizadas em redes locais não imponham limites a essas distâncias. Outras características típicas encontradas e comumente associadas a rede locais são : alta taxas de transmissão (de 0,1a 100Mbps) e baixas taxas de erro (de 10-8 a 10-11); outra característica é que em geral elas são de propriedade privada.

Redes Metropolitanas ( Metropolitan Area Networks - MANs)

Quando a distância de ligação entre vários módulos processadores começa a atingir distâncias metropolitanas, chamamos esses sistemas não mais de rede locais, mas de Redes Metropolitanas (Metropolitan Area Networks - MANs).Uma rede metropolitana apresenta características semelhantes às redes locais, sendo que as MANs em geral, cobrem distâncias maiores que as LANs operando em velocidades maiores.

Redes Geograficamente Distribuídas WANs (Wide Area Networks )

Surgiram da necessidade de se compartilhar recursos especializados por uma maior comunidade de usuários geograficamente dispersos. Por terem um custo de comunicação bastante elevado (circuitos para satélites e enlaces de microondas), tais redes são em geral públicas, isto é, o sistema de comunicação, chamado sub-rede de comunicação, é mantido gerenciado e de propriedade pública. Face a várias considerações em relação ao custo, a interligação entre os diversos módulos processadores em uma tal rede

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determinará utilização de um arranjo topológico específico e diferente daqueles utilizados em redes locais. Ainda por problemas de custo, as velocidades de transmissão empregadas são baixas: da ordem de algumas dezenas de kilobits/segundo (embora alguns enlaces cheguem hoje a velocidade de megabits/segundo). Por questão de confiabilidade, caminhos alternativos devem ser oferecidos de forma a interligar os diversos módulos.

TOPOLOGIAS

A topologia refere-se ao “layout físico” e ao meio de conexão dos dispositivos na rede, ou seja, como estes estão conectados. Os pontos no meio onde são conectados recebem a denominação de nós, sendo que estes nós sempre estão associados a um endereço, para que possam ser reconhecidos pela rede.Várias são as estratégias de topologia, embora as variações sempre derivem de três topologias básicas que são as mais freqüentemente empregadas.A topologia de uma rede depende do projeto das operações, da confiabilidade e do seu custo operacional. Ao se planejar uma rede, muitos fatores devem ser considerados, mas o tipo de participação dos nodos é um dos mais importantes. Um nodo pode ser fonte ou usuário de recursos, ou uma combinação de ambos.

Anel

Uma rede em anel consiste de estações conectadas através de um caminho fechado. Nesta configuração, muitas das estações remotas ao anel não se comunicam diretamente com o computador central.Redes em anel são capazes de transmitir e receber dados em qualquer direção, mas as configurações mais usuais são unidirecionais, de forma a tornar menos sofisticado os protocolos de comunicação que asseguram a entrega da mensagem corretamente e em seqüência ao destino.Quando um mensagem é enviada por um modo, ela entra no anel e circula até ser retirada pelo nó destino, ou então até voltar ao nó fonte, dependendo do protocolo empregado. O último procedimento é mais desejável porque permite o envio simultâneo de um pacote para múltiplas estações. Outra vantagem é a de permitir a determinadas estações receber pacotes enviados por qualquer outra estação da rede, independentemente de qual seja o nó destino.Os maiores problemas desta topologia são relativos a sua pouca tolerância a falhas. Qualquer que seja o controle de acesso empregado, ele pode ser perdido por problemas de falha e pode ser difícil determinar com certeza se este controle foi perdido ou decidir qual nó deve recriá-lo. Erro de transmissão e processamento podem fazer com que uma mensagem continue eternamente a circular no anel. A utilização de uma estação monitora contornar estes problemas. Outras funções desta estação seriam: iniciar o anel, enviar pacotes de teste e diagnóstico e outras tarefas de manutenção. A estação monitora pode ser dedicada ou uma outra que assuma em determinado tempo essas funções.Esta configuração requer que cada nodo seja capaz de remover seletivamente mensagens da rede ou passá-las adiante para o próximo nó. Nas redes unidirecionais, se uma linha entre dois nodos cair, todo sistema sai do ar até que o problema seja resolvido. Se a rede for bidirecional, nenhum ficará inacessível, já que poderá ser atingido pelo outro lado.

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Barramento

Nesta configuração todos os nodos (estações) se ligam ao mesmo meio de transmissão. A barra é geralmente compartilhada em tempo e freqüência, permitindo transmissão de informação.Nas redes em barramento comum, cada nó conectado à barra pode ouvir todas as informações transmitidas. Esta característica facilita as aplicações com mensagens do tipo difusão (para múltiplas estações).Existem uma variedade de mecanismos para o controle de acesso à barra pode ser centralizado ou descentralizado. A técnica adotada para acesso à rede é a multiplexação no tempo. Em controle centralizado, o direito de acesso é determinado por uma estação especial da rede. Em um ambiente de controle descentralizado, a responsabilidade de acesso é distribuída entre todos os nodos.Nas topologias em barramento, as falhas não causam a parada total do sistema. Relógios de prevenção (“watch-dos-timer”) em cada transmissor devem detectar e desconectar o nodo que falha no momento da transmissão.O desempenho de um sistema em barramento comum é determinado pelo meio de transmissão, número de nodos conectados, controle de acesso, tipo de tráfego entre outros fatores. O tempo de resposta pode ser altamente dependente do protocolo de acesso utilizado.

Estrela

Neste tipo de rede, todos os usuários comunicam-se com um nodo central, tem o controle supervisor do sistema, chamado “host”. Através do host os usuários podem se comunicar entre si e com processadores remotos ou terminais. No segundo caso, o host funciona como um comutador de mensagens para passar os dados entre eles.O arranjo em estrela é a melhor escolha se o padrão de comunicação da rede for de um conjunto de estações secundárias que se comunicam com o nodo central. As situações onde isto é mais acontece são aquelas em que o nodo central está restrito às funções de gerente das comunicações e a operações de diagnósticos.O gerenciamento das comunicações por este nó central pode ser por chaveamento de pacotes ou de circuitos.O nodo central pode realizar outras funções além das de chaveamento e processamento normal. Por exemplo, pode compatibilizar a velocidade de comunicação entre o transmissor e o receptor. Se o protocolo dos dispositivos fonte e destino utilizarem diferentes protocolos, o nó central pode atuar como um conversor, permitindo duas redes de fabricantes diferentes se comunicar.No caso de ocorrer falha em uma estação ou no elo de ligação com o nodo central, apenas esta estação fica fora de operação. Entretanto, se uma falha ocorrer no nodo central, todo o sistema pode ficar fora do ar. A solução deste problema seria a redundância, mas isto acarreta um aumento considerável dos custos.A expansão de uma rede deste tipo de rede só pode ser feita até um certo limite, imposto pelo nodo central: em termos de capacidade de chaveamento, número de circuitos concorrentes que podem ser gerenciados e número de nós que podem ser servidos.O desempenho obtido numa rede em estrela depende da quantidade de tempo requerido pelo nodo central para processar e encaminhar mensagens, e da carga de tráfego de conexão, ou seja, é limitado pela capacidade de processamento do nodo central.

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Esta configuração facilita o controle da rede e a maioria dos sistemas de computação com funções de comunicação possuem um software que implementa esta configuração.

Tipos de Topologias

Ponto Positivos Pontos Negativos

Topologia Estrela

É mais tolerante a falhas Fácil de instalar usuários Monitoramento centralizado

Custo de Instalação maior porque recebe mais cabos

Topologia Anel(Token Ring)

Razoavelmente fácil de instalar Requer menos cabos Desempenho uniforme

Se uma estação para todas param Os problemas são difíceis de isolar.

Topologia Barramento

Simples e fácil de instalar Requer menos cabos Fácil de entender

A rede fica mais lenta em períodos de uso intenso. Os problemas são difíceis de isolar.

MEIO DE TRANSMISSÃO

Meio de Transmissão

Barra Anel Estrela

Par Trançado X X XCoaxial 50 Ohms X XCoaxial 75 Ohms XFibra Ótica X

CabosOs cabos talvez tenha 50% do fracasso ou do sucesso da instalação de uma rede. Muito dos problemas encontrados nas redes são identificados como causados pela má instalação ou montagem dos cabos. Um cabo bem feito contará pontos a seu favor no restante da rede, em caso de dúvidas com algum cabo o melhor é não utiliza-lo.Entre as ferramentas necessárias temos:

Alicate de grimpar para conectores BNC e RJ45 Ferro de solda, ferramentas diversas

Para testes dos cabos contamos com equipamentos que medem com precisão o seu bom funcionamento. Para cada tipo de cabo temos vários tipos de testadores.

Cabo coaxialO primeiro tipo de cabeamento que surgiu no mercado foi o cabo coaxial. Há alguns anos, esse cabo era o que havia de mais avançado, sendo que a troca de dados entre dois computadores era coisa do futuro. Até hoje existem vários tipos de cabos coaxiais, cada um com suas características específicas. Alguns são melhores para transmissão em alta

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frequência, outros têm atenuação mais baixa, e outros são imunes a ruídos e interferências. Os cabos coaxiais de alta qualidade não são maleáveis e são difíceis de instalar e os cabos de baixa qualidade podem ser inadequados para trafegar dados em alta velocidade e longas distâncias.Ao contrário do cabo de par trançado, o coaxial mantém uma capacidade constante e baixa, independente do seu comprimento, evitando assim vários problemas técnicos. Devido a isso, ele oferece velocidade da ordem de megabits/seg, não sendo necessário a regeneração do sinal, sem distorção ou eco, propriedade que já revela alta tecnologia. O cabo coaxial pode ser usado em ligações ponto a ponto ou multiponto. A ligação do cabo coaxial causa reflexão devido a impedância não infinita do conector. A colocação destes conectores, em ligação multiponto, deve ser controlada de forma a garantir que as reflexões não desapareçam em fase de um valor significativo. Uma dica interessante: em uma rede coaxial tipo BUS - também conhecida pelo nome de rede coaxial varal , o cabo deve ser casado em seus extremos de forma a impedir reflexões.A maioria dos sistemas de transmissão de banda base utilizam cabos de impedância com características de 50 Ohm, geralmente utilizados nas TVs a cabo e em redes de banda larga. Isso se deve ao fato de a transmissão em banda base sofrer menos reflexões, devido às capacitâncias introduzidas nas ligações ao cabo de 50 Ohm. Os cabos coaxiais possuem uma maior imunidade a ruídos eletromagnéticos de baixa frequência e, por isso, eram o meio de transmissão mais usado em redes locais.

Par trançadoCom o passar do tempo, surgiu o cabeamento de par trançado. Esse tipo de cabo tornou-se muito usado devido a falta de flexibilidade de outros cabos e por causa da necessidade de se ter um meio físico que conseguisse uma taxa de transmissão alta e mais rápida. Os cabos de par trançado possuem dois ou mais fios entrelaçados em forma de espiral e, por isso, reduzem o ruído e mantém constante as propriedades elétricas do meio, em todo o seu comprimento.A desvantagem deste tipo de cabo, que pode ter transmissão tanto analógica quanto digital, é sua suscetibilidade às interferências a ruídos (eletromagnéticos e radio frequência). Esses efeitos podem, entretanto, ser minimizados com blindagem adequada. Vale destacar que várias empresas já perceberam que, em sistemas de baixa frequência, a imunidade a ruídos é tão boa quanto a do cabo coaxial.O cabo de par trançado é o meio de transmissão de menor custo por comprimento no mercado. A ligação de nós ao cabo é também extremamente simples e de baixo custo. Esse cabo se adapta muito bem às redes com topologia em estrela, onde as taxas de dados mais elevadas permitidas por ele e pela fibra óptica ultrapassam, e muito, a capacidade das chaves disponíveis com a tecnologia atual. Hoje em dia, o par trançado também está sendo usado com sucesso em conjunto com sistemas ATM para viabilizar o tráfego de dados a uma velocidade extremamente alta: 155 megabits/seg.

Fibra óticaQuando se fala em tecnologia de ponta, o que existe de mais moderno são os cabos de fibra óptica. A transmissão de dados por fibra óptica é realizada pelo envio de um sinal de luz codificado, dentro do domínio de frequência do infravermelho a uma velocidade de 10 a 15 MHz. O cabo óptico consiste de um filamento de sílica e de plástico, onde é feita a transmissão da luz. As fontes de transmissão de luz podem ser diodos emissores de luz (LED) ou lasers semicondutores. O cabo óptico com transmissão de raio laser é o mais eficiente em potência devido a sua espessura reduzida. Já os cabos com diodos emissores de luz são muito baratos, além de serem mais adaptáveis à temperatura ambiente e de terem um ciclo de vida maior que o do laser.

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Apesar de serem mais caros, os cabos de fibra óptica *não sofrem* *interferências* com ruídos eletromagnéticos e com radio frequências e permitem uma total isolamento entre transmissor e receptor. Portanto, quem deseja ter uma rede segura, preservar dados de qualquer tipo de ruído e ter velocidade na transmissão de dados, os cabos de fibra óptica são a melhor opção do mercado.O cabo de fibra óptica pode ser utilizado tanto em ligações ponto a ponto quanto em ligações multiponto. A exemplo do cabo de par trançado, a fibra óptica também está sendo muito usada em conjunto com sistemas ATM, que transmitem os dados em alta velocidade. O tipo de cabeamento mais usado em ambientes internos (LANs) é o de par trançado, enquanto o de fibra óptica é o mais usado em ambientes externos.

EQUIPAMENTOS DE UMA REDES DE COMPUTADORES

HubsHubs são dispositivos utilizados para conectar os equipamentos que compõem uma LAN. Com o Hub, as conexões da rede são concentradas (por isto também chamado concentrador) ficando cada equipamento num segmento próprio. O gerenciamento da rede é favorecido e a solução de problemas facilitada, uma vez que o defeito fica isolado no segmento de rede. Cada hub pode receber vários micros, atualmente temos hub’s com 4,8,16 e 32 portas (Podemos fazer a conexão entre hub’s aumentando a capacidade final).ries Pontes)Conectam múltiplas LAN’s como por exemplo a LAN da contabilidade com a LAN do departamento de Marketing. Isto divide o tráfego na rede, apenas passando informações de um lado para outro quando for necessário.RoteadoresFaz o papel de guarda de trânsito, garantindo que os pacotes de mensagens sejam dirigidos a endereços certos na rede.RepetidoresSão equipamentos utilizados quando se deseja repetir o sinal enviado por um equipamento quando a distância a ser percorrida é maior do que o recomendado (180Mts). Ele realiza uma ampliação no sinal já fraco dando nova força para que chegue ao ponto de destino.

Patch PanelO Patch panel –É um painel intermediário de distribuição de cabos que fica entre os pontos de conexão de equipamentos e o Hub. Esse painel distribuidor concentra os cabos que vêm dos pontos de rede com ou sem equipamentos.

Comutador SwitchConcentrador de cabos, ou seja, é usado como núcleo de uma rede estrela para interligar diversos computadores. Também regenera o sinal, em suma: faz tudo que o Hub faz.

MODELO OSI

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Para facilitar a transmissão e recebimento de informações entre 2 ou mais computadres interconectados num mesmo meio físico, criou-se uma estrutura conceitual em camadas que garante o desenvolvimento de protocolos(padrões) específicos para o determinado fim de cada camada; As camadas se comunicam através do provimento de serviços para as camadas superiores, criando assim dados de controle e verificações junto ao "pacote de informação" que será enviado. A comunicação entre camadas pares acontece para garantir a que a informação vá da origem ao destino de forma compreensível. Para isso cama camada acrescenta seu cabeçalho, ou seja, informações de controle que serão lidas pelas mesmas camadas no outro computador. Chamamos genericamente de PACOTE, o conjunto das informações de controle mais o conteúdo transmitido na comunicação entre equipamentos numa rede. Esse nome varia de acordo com a camada específica do modelo OSI.

As 7 Camadas Abordaremos aqui o modelo OSI (Open Systems Interconnection) proposto pela ISO (International of Standardization Organization) em 1977. Para descrever os problemas referentes ao processo de comunicação entre equipamentos em rede, a ISO criou um modelo de referência - o OSI. O OSI é uma proposta para a interconexão de sistemas abertos, onde todos têm acesso às especificações e podem fazer implementações. Visa prover uma base comum de informações, para a coordenação do desenvolvimento de padrões voltados para a interconexão de sistemas. Este modelo obedece a uma estrutura hierárquica de níveis, ou camadas, o que incentiva a modularização do software de suporte à redes. Cada módulo forma um nível no modelo e é responsável por prover determinados serviços aos níveis superiores. Cada camada implementa os serviços de acordo com suas funções, e faz uso dos serviços oferecidos pelos níveis inferiores.

- Física: O nível físico fornece as características mecânicas, elétricas, funcionais e de procedimento para ativar, manter e desativar conexões físicas para a transmissão de bits entre duas máquinas. Isto é, cabe ao projetista deste nível definir como representar em 0's e 1's: quantos microssegundos durará um bit, quantos pinos possuirá o conector da rede etc.

- Enlace: O objetivo deste nível é estabelecer a conexão entre dois dispositivos físicos compartilhando o mesmo meio físico. Detecta e opcionalmente pode corrigir erros que ocorram no nível físico, tornando este canal de transmissão mais confiável. A função de correção de erros, seja por retransmissão ou por bits de redundância, é opcional neste nível de protocolo.

- Rede: Sua tarefa principal é rotear os pacotes da origem para o destino. As rotas são caminhos a serem seguidos pelos pacotes de dados e podem ser fixas ou dinâmicas. Se forem dinâmicas, as rotas variam dependendo da condição da linha de transmissão, no que tange ao volume e às suas condições elétricas. O controle de excesso de pacotes na rede deve também ser gerenciado por esta camada.

- Transporte: O nível de rede não garante necessariamente que a cadeia de bits chegue a seu destino. O protocolo de nível de transporte fornece uma comunicação fim a fim verdadeiramente confiável, controlando o fluxo e a seqüência dos pacotes.

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- Sessão: A principal função deste nível é fornecer a conexão entre dois processos. Melhora a forma de endereçamento, permitindo a referência a endereços na rede por nomes simbólicos.

- Apresentação: A função deste nível é a de realizar transformações adequadas nos dados, antes de seu envio para a camada de aplicação. Como exemplo de transformações podemos citar: compressão de textos, criptografia, conversão de padrões de terminais etc.

- Aplicação: Por ser o mais alto nível do modelo OSI, oferece seus serviços a usuários e não a níveis superiores de protocolos. O propósito deste nível é o de servir como janela entre usuários que querem se comunicar através deste modelo.

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