sistemas celulares

UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO

SISTEMAS

CELULARES


Introdução

Mobilidade Flexibilidade


Introdução

Um sistema de telefonia móvel é definido como uma

rede de comunicações por rádio que permite

mobilidade contínua por meio de muitas células [2].


Descobrindo a história...


Celular no Brasil

2,20

0,90


Bandas de Frequência para o Celular

no Brasil

850 MHz

Banda A e B

1900 MHz 1800 MHz 1700 MHz 900 MHz 2100 MHz

Banda D e E Bandas de Extensão do

GSM

(Transmissão do

Terminal)

Maior parte

para o 3G

890 MHz 915 MHz

935 MHz 960 MHz

Bandas de Extensão do

GSM

(Transmissão da rede)


Constituição do Sistema Celular

Terminal Móvel (TM) (aparelho celular)

Estação Rádio Base (ERB)

Central de Comutação e Controle (CCC)

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Prover a interface entre o usuário e o sistema;

Converter sinais de áudio em sinais de

rádiofrequência (RF) e vice-versa;

Alerta o usuário sobre chamadas recebidas;

Alerta o sistema sobre tentativas de originação

de chamadas.

Terminal Móvel (TM)


Estação Rádio Base (ERB)

Prover a interface de rádio entre TM’s e o sistema;

Converte sinais de rádio em sinais de áudio e vice-versa;

Controla e informa os TM’s em sua área de cobertura;

Verifica e reporta a qualidade do sinal em sua área de

cobertura;

Verifica e reporta a presença de novos TM’s em sua

área;

Responde a comandos recebidos da CCC.


Prover a interface entre a rede telefônica e o sistema

celular;

Comunicar-se com outros sistemas celulares;

Controlar as ERB’s;

Monitorar e controlar as chamadas;

Interligar as várias ERB’s;

Supervisionar o estado do sistema;

Controlar e comutar o handoff de chamadas;

Administrar o sistema.

Central de Comutação e Controle

(CCC)


Figura: Representação da estrutura de um sistema celular


Célula

A principio, uma determinada região ou área de cobertura

geográfica a ser atendida pelo serviço móvel celular é

dividida em sub-regiões, que são chamadas de células.

Cada célula utiliza um determinado conjunto de sinais de

rádio freqüência;

Cada uma é atendida por uma ERB;

Figura: Representação gráfica de uma célula.


Célula

As dimensões de uma célula dependem de:

Do grau de urbanização;

Da altura das edificações;

Do grau de arborização;

Das irregularidades do relevo;

Da altura da torre;

Da potência dos transmissores;

Do ganho das antenas.


• Células Omnidirecionais

Nas células omnidirecionais, a ERB é equipada com uma

antena omnidirecional que transmite a mesma potência em

todas as direções.

Figura: Antena omni com seus diagramas de radiação horizontal e vertical.


• Células Setorizadas

Nas células setorizadas, a ERB é equipada com antenas

diretivas, de tal forma que cada uma cubra determinada

área.

Figura: Antena diretiva com seus diagramas de radiação horizontal e vertical.


Cluster e Location Area

Cluster: é um conjunto de células. Dentro de um cluster não

existe reutilização de frequências [6].

Location Area (LA): É definida como um grupo de células,

todavia quando uma estação móvel ultrapassa um limite de uma

célula pertencente a uma LA, e entra em uma célula pertencente a

uma outra LA, esta deve relatar sua nova localização à rede.

Figura: Representação de cluster e Location Area.


Reutilização de Frequência

O reuso de frequência corresponde á utilização de uma

mesma frequência em dois conjuntos distintos.

A distância de reuso é limitada pela máxima interferência co-

canal permitida no sistema.

Evidentemente, a qualidade de transmissão cai á medida

que os clusters ficam menores, mas a capacidade de tráfego

aumenta em virtude da possibilidade de distribuir toda a

canalização em poucas células.


Reutilização de Frequência


Quando a demanda de tráfego cresce dentro de

uma determinada célula, existem duas soluções

possíveis: divisão de células ou setorização

das células já existentes.

Expansão de Capacidade


Divisão de Células – As células congestionadas são

divididas em várias célula de tamanho menor. A potência

dos transmissores das células existentes é diminuída para

cobrir aproximadamente metade da área original.


Figura: Divisão de células.


Setorização de Células – Os canais de uma célula são

separados em setores e são utilizados apenas dentro dos

setores. Normalmente uma célula é dividida em 3 setores

de 120 ou 6 setores de 60.


Figura: Setorização de Células.


Evolução

1ª Geração

2ª Geração

3ª Geração


1ª Geração AMPS (Advanced Mobile Phone Service):

Utilizado pela primeira vez em 1983;

Utilizava Células grandes e antenas unidirecionais nas

ERBs;

Permitia setorização e divisão de células;

Permitia apenas a transmissão de voz;

Operava na frequência de 850 MHz, banda A;

O padrão ETACS é praticamente igual ao AMPS,

distinguindo-se apenas na formatação da identificação

do usuário (MIN, Mobile Identification Number).


1ª Geração


Evolução

1ª Geração

2ª Geração

3ª Geração


2ª Geração


2ª Geração

Codificação digital de voz mais poderosas;

Maior eficiência espectral;

Facilidade a comunicação de dados e a criptografia;

Foi possível navegar na internet;

As redes 2G utilizam frequências de operação de 900Mhz,

1800Mhz e 1900Mhz.


2ª Geração

TDMA (Time Division Multiple Access):

A técnica de acesso utilizada para esta tecnologia divide

o canal digital em 3 ou em 6 “time slots” permitindo a

ocupação simultânea de 3 ou 6 usuários diferentes

numa transmissão;

Capacidade do sistema é maior;

Cada usuário usa um espaço específico;

Impede problemas de interferências;

Utilizava TDMA + FDMA

Não é mais usada no Brasil, suas redes foram

desligadas desde o dia 05 de Janeiro de 2009.


TDMA Home Location

Register

Visitor Location

Register


2ª Geração

CDMA (Code Division Multiple Access):

Sistema digital que permite o acesso de muitos usuários

simultaneamente em um único canal de estação-base;

Funciona em banda larga, diferentemente do TDMA e do

GSM;

Divide a informação em vários pacotes;

Codificação digital do sinal de voz;

Muitas chamadas podem trafegar por toda a banda;

Os celulares que operam em CDMA são mais

suscetíveis a clonagem.

Opera na faixa de 800 MHz nas Bandas A e B e na faixa

de 1900 MHz.


CDMA Home Location

Register

Visitor Location

Register Base Station

Controler


2ª Geração

GSM (Global System for Mobile Communication):

FDMA + TDMA

25 MHz

124 canais, largura de 200 KHz,

capacidade de transmissão de 270

Kbps

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:GSMLogo.svg


2ª Geração

GSM (Global System for Mobile Communication):

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:GSMLogo.svg


GSM


2,5ª Geração


2,5ª Geração

GPRS (General Packet Radio Service):

Elevou as taxas de transferência de dados;

Permite o transporte de dados por pacotes;

O foco do GPRS é a conexão com a internet;

Utilização de voz e dados simultaneamente no mesmo

canal;

Compatível com o protocolo IP;

Aumento significativo na velocidade de transmissão de

dados;

Acesso imediato e permanente para os dados;

Redução de custos.


2,75ª Geração


2,75ª Geração

EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution):

A transmissão de dados melhorou e aumentou a

confiabilidade;

Resultado de um melhoria feita nas redes 2,5G (GPRS);

Aumento na velocidade de transmissão de dados;

EDGE pode ser usada para qualquer troca de pacotes

como uma conexão com a internet;

Custo de implementação reduzido;

Opera nas bandas mais comuns: 850, 900, 1800 e 1900

MHz.


Evolução

1ª Geração

2ª Geração

3ª Geração


3ª Geração


3ª Geração

W-CDMA (Wide-Band Code-Division Multiple Access):

Baseado nos mesmos conceitos de comunicação do

CDMA;

Provê velocidades de transmissão de dados de até 2

Mbps;

Permite ainda o uso mais eficiente do espectro de

rádio.

Sistemas W-CDMA habilitam uma nova geração de

serviços que misturam diferentes elementos de mídia.


3ª Geração

HSPA (High Speed Packet Access):

É um tecnologia de acesso que alcança teoricamente taxas de

velocidade de 7,2 Mbps;

É uma evolução dos padrões GPRS e EDGE;

Suporta uma quantidade muito maior de usuários;

É uma coleção de dois protocolos de telefonia móvel: High Speed

Downlink Packet Access (HSDPA) e High Speed Uplink Packet Access

(HSUPA), que ampliam e melhoram o desempenho dos protocolos

existentes W-CDMA. HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access): O HSDPA é um serviço de

transmissão de pacotes de dados que opera dentro do W-CDMA, no enlace

direto (downlink), permitindo a transmissão de dados até 14,4Mbit/s em uma

banda de 5MHz. Usa modulação QPSK e 16QAM.

HSUPA (High Speed Uplink Packet Access): é um protocolo da família

HSPA com velocidades de UP-Link superiores a 5.76Mbit/s.


3ª Geração

HSPA+ :

O HSPA+ ou HSPA Evoluído na teoria trabalha com

taxas de até 168Mbps;

Oferece um menor tempo para o estabelecimento de

chamadas;

Capacidade para o uso do VoIP;

Melhor suporte para aplicações que exigem grandes

quantidades de informações;

Aproveita toda a estrutura do padrão HSPA já

existente.


4ª Geração

Vide apresentação de LTE.


A Evolução das Tecnologias de Celular no Brasil de

2000 a 2011:

Fonte: http://www.teleco.com.br/tecnocel.asp


Handoff

Processo de transferência automática de ligações de uma

célula (ERB) para outra.

Motivos para realização do handoff:

Para garantir a continuidade da chamada;

Quando o sinal está abaixo do limiar de potência;

Por razões operacionais.

Tipos de handoff:

Handoff Abrupto

Handoff Suave


Handoff Abrupto

O terminal móvel deve mudar o canal de rádio

(frequência) para o novo caminho, com uma curta

interrupção da conexão em andamento.

Figura: Representação de Handoff Abrupto.


O terminal móvel é simultaneamente conectado com duas

estações-base e ambos os fluxos são considerados, tanto

do lado do terminal móvel, quanto do lado da estação-

base, para recuperar um único fluxo de informação.

Handoff Suave

Figura: Representação de Handoff Suave.


Roaming

Diferentemente do handoff, não trata da mudança de ERBs,

mas sim define o fato de assinantes móveis poderem se mover

de uma área de controle para outra e ainda assim ter o serviço

mantido.

Figura: Representação de roaming.


Tipos de Canais de Rádio

Existem dois tipos de canal de transmissão entre a

Estação Rádio Base e o Terminal Móvel:

Canal de Voz (CV).

Canal de Controle ou Canal Setup (CC).


Canal de Voz

Durante o processo de estabelecimento de uma chamada, a

CCC seleciona um canal de voz que transportará a

conversação (sinal de voz) e outros sinais de controle, os quais

são transmitidos enquanto o canal de voz está em uso, porém

fora da faixa de voz. Os mesmos são:

Tom de Áudio de Supervisão (TAS)

Tom de Sinalização (TS)

Dados em Banda Larga


Canal de Voz Direto: Mensagens enviadas das ERBs,

podem ser de dois tipos:

Ordens (aumento de potência, liberação de chamada, etc)

Designação de canal de voz durante um handoff.

Canal de Voz Reverso ou Inverso: Mensagens enviadas do

TM, também podem ser de dois tipos:

Confirmação de ordens

Endereço chamado (realização de consulta, conferência e

ativação / desativação de um serviço de assinante).


Canal de Controle

Normalmente, existe somente um canal de controle em cada

célula. De um modo geral, o canal de controle é utilizado para:

Transmitir mensagens gerais dos parâmetros do sistema.

Transmitir mensagens de busca e informações gerais.

Transmitir mensagens de designação de canal de voz e

informações gerais.

Receber mensagem do TM.


Canal de Controle Direto:

Busca de um TM.

Transmissão contínua de mensagem aos TMs.

Designação de um canal de voz.

Tentativa dirigida (indica condição de célula adjacente).

Overhead.

Canal de Controle Reverso ou Inverso:

Acesso de um TM para originar chamada.

Confirmação de ordens.

Resposta ao sinal de busca


Interferências

Interferências no canal de voz ocasiona "linhas cruzadas", onde

o assinante escuta a interferência no fundo devido a transmissões

indesejáveis.

No canal de controle, a interferência conduz a chamadas perdidas ou

bloqueadas devido a erros no fluxo de sinais digitais de controle.

Três tipos de interferência:

Co-canal

Canal adjacente

Multipath fading


Interferência co-canal

Interferência canal adjacente

Interferência multipath fading


Referências Bibliográficas

[1] C. J. A. BASTOS-FILHO. Capitulo VIII – Sistemas de Telefonia Celular. Apostila. Escola Politécnica de Pernambuco, UPE.

Recife:2013.

[2] M. S. ALENCAR. Sistemas de Comunicação. Ed. Èrica Ltda. (2001).

[3] WIKIPÉDIA. A Enciclopédia Digital. Disponível em <https://pt.wikipedia.org/wiki/Telefone_celular> Acesso em: 03 maio 2013.

[4] TELECO. Inteligência em Telecomunicações. Disponível em<http://www.teleco.com.br/Bandac.asp >Acesso em: 16 maio 2013.

[5] ____________. Inteligência em Telecomunicações. Disponível em <http://www.teleco.com.br/tutoriais/re1.asp >Acesso em: 18 maio

2013.

[6] GTA/UFRJ. Grupo de Teleinformática e Automação. Disponível em <http://www.gta.ufrj.br/~flavio/commovel/Handover.htm> Acesso

em: 03 maio 2013.

[7] INFOSIL. Soluções Integradas em Tecnologi@. Disponível em

<http://www.infosil.com.br/entele/images/stories/07_Telefonia%20Movel%20Celular.pdf> Acesso em: 03 maio 2013.

[8] OLHAR DIGITAL. Tecnologias para você. Disponível em <http://www.youtube.com/watch?v=DwA9Nek3AIw> Acesso em: 03 maio

2013.

[9] WIKIPÉDIA. A Enciclopédia Digital. Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/EDGE> Acesso em: 03 maio 2013.

[10] ________. A Enciclopédia Digital. Disponível em

<http://pt.wikipedia.org/wiki/Servi%C3%A7o_de_R%C3%A1dio_de_Pacote_Geral>Acesso em: 03 maio 2013.

[11] ________.A Enciclopédia Digital. Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/W-CDMA> Acesso em: 03 maio 2013.

[12] ________. A Enciclopédia Digital. Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/HSPA> Acesso em: 03 maio 2013.

http://www.teleco.com.br/Bandac.asp











http://www.teleco.com.br/tutoriais/re1.asp












http://www.gta.ufrj.br/~flavio/commovel/Handover.htm











http://www.infosil.com.br/entele/images/stories/07_Telefonia Movel Celular.pdf



















http://www.youtube.com/watch?v=DwA9Nek3AIw











http://pt.wikipedia.org/wiki/EDGE







http://pt.wikipedia.org/wiki/Servi%C3%A7o_de_R%C3%A1dio_de_Pacote_Geral





















http://pt.wikipedia.org/wiki/W-CDMA









http://pt.wikipedia.org/wiki/HSPA







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