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Departamento de Computação Trabalho de Conclusão de Curso LEONARDO SOARES DOLCI Tecnologias de Telefonia Celular Evolução da Segunda Geração à Terceira Geração
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Departamento de ComputaçãoTrabalho de Conclusão de Curso
LEONARDO SOARES DOLCI
Tecnologias de Telefonia CelularEvolução da Segunda Geração à Terceira Geração
Londrina2003
2
LEONARDO SOARES DOLCI
Tecnologias de Telefonia CelularEvolução da Segunda Geração à Terceira Geração
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Curso de Graduação em Ciência da Computação como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel.Orientador: Prof. Ms. Mario Lemes Proença Jr.
2003
3
LEONARDO SOARES DOLCI
Tecnologias de Telefonia CelularEvolução da Segunda Geração à Terceira Geração
COMISSÃO EXAMINADORA
____________________________________Prof. Ms. Mario Lemes Proença Jr
UEL – Universidade Estadual de Londrina
____________________________________
Prof. Ms. Fábio SakurayUEL – Universidade Estadual de Londrina
____________________________________
Profª. Drª. Jandira Guenka PalmaUEL – Universidade Estadual de Londrina
Londrina, 27 de março de 2003
4
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho a meus amigos, parentes e professores, que me apoiaram e me incentivaram durante todo o curso, especialmente nos momentos de dificuldades.
5
RESUMO
A telecomunicação se faz presente na vida de quase toda a população mundial, sendo esta
uma área em constante evolução. Este trabalho trata de uma subárea específica, que faz parte
da área de telecomunicações, a área de telefonia celular, que certamente é um do segmentos
que mais cresce, atualmente, no mundo. Pesquisas e investimentos maciços estão sendo feitos
para que as empresas consigam desenvolver tecnologias capazes de fornecer serviços cada
vez mais avançados e específicos para cada nicho de mercado. A área de telefonia celular
surgiu há três décadas, mas já passou por várias mudanças, que foram caracterizadas pelas
empresas como Gerações. Este trabalho irá apresentar uma visão geral, desde o surgimento
das idéias que levaram ao desenvolvimento, até o que há de mais avançado em telefonia
celular. A primeira parte do trabalho aborda a Primeira Geração, Segunda Geração, 2.5G e a
Terceira Geração de telefonia. Na segunda parte, são abordados aspectos, como: evolução das
tecnologias utilizadas atualmente, pelas operadoras, até tecnologias mais modernas;
informações realistas sobre as tecnologias mais avançadas.
Palavras-chave: telefonia celular, TDMA, CDMA, GSM, GPRS, CDMA2000, EDGE,
WCDMA, HSDPA.
6
ABSTRACT
Telecommunication is present in almost worldwide population, being an area in constant
evolution. This work is about a specific subarea that makes part of the telecommunications
area , the mobile telephony, that is certainly one of the segments that have the most growth in
the world actually. Researchs and investments have been made to develop technologies
capable to provide more advanced and specific services to each market. The mobile telephony
area has been created 3 decades ago, but it passed through many changes, that were called by
the enterprises as generations. This work shows a general view, it begins with the ideas that
took to development and ends with the most advanced technologies in mobile telephony. The
first part of this work approachs the First, Second, 2.5 and Third Generations of mobile
telephony. The second part approachs the evolution of the most used technologies, by the
operating companies nowadays, till the most advanced technologies and realistic informations
about the aborded technologies.
Key-words: mobile telephony, TDMA, CDMA, GSM, GPRS, CDMA2000, EDGE,
WCDMA, HSDPA.
7
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO...............................................................................................................13
2 HISTÓRICO ANTERIOR À PRIMEIRA GERAÇÃO..............................................15
3 PRIMEIRA GERAÇÃO (1G)........................................................................................16
3.1 INTRODUÇÃO.............................................................................................................163.2 PADRÃO AMPS.........................................................................................................16
4 SEGUNDA GERAÇÃO (2G).........................................................................................20
4.1 INTRODUÇÃO.............................................................................................................204.2 TDMA – TIME DIVISION MULTIPLE ACCESS..............................................................21
4.2.1 Introdução.........................................................................................................214.2.2 O sistema TDMA...............................................................................................214.2.3 Vantagens e desvantagens do sistema TDMA..................................................25
4.3 CDMA – CODED DIVISION MULTIPLE ACCESS..........................................................254.3.1 Introdução.........................................................................................................254.3.2 Tecnologia.........................................................................................................264.3.3 Processo de transmissão e recepção................................................................264.3.4 “Spread Spectrum”...........................................................................................274.3.5 Sincronização....................................................................................................274.3.6 A ação balanceamento......................................................................................28
4.4 GSM..........................................................................................................................284.4.1 Introdução.........................................................................................................284.4.2 Serviços.............................................................................................................284.4.3 SIM (Subscriber Identification Module)...........................................................294.4.4 Roaming internacional......................................................................................294.4.5 GSM no Brasil...................................................................................................30
5 2.5 G.................................................................................................................................31
5.1 INTRODUÇÃO.............................................................................................................315.2 GPRS (GENERAL PACKET RADIO SERVICE).............................................................315.3 CDMA2000 1X.........................................................................................................34
5.3.1 Introdução.........................................................................................................345.3.2 Dados sobre CDMA2000 1x.............................................................................345.3.3 TERMINAIS, PLACAS PARA PC E OUTROS DISPOSITIVOS CDMA2000. .355.3.4 CDMA2000 E ESPECTRO...............................................................................35
6 TERCEIRA GERAÇÃO (3G).......................................................................................36
6.1 INTRODUÇÃO.............................................................................................................366.2 EDGE........................................................................................................................36
6.2.1 Introdução.........................................................................................................366.2.2 Dados técnicos sobre a EDGE.........................................................................376.2.3 A situação atual da tecnologia EDGE..............................................................396.2.4 Desenvolvimento de aplicativos e suporte........................................................39
8
6.2.5 Situação de mercado para a tecnologia EDGE................................................406.3 UMTS/WCDMA.......................................................................................................406.4 HSDPA.....................................................................................................................446.5 CDMA2000 1X EV..................................................................................................45
7 EVOLUÇÃO DA SEGUNDA GERAÇÃO À TERCEIRA GERAÇÃO...................46
7.1 INTRODUÇÃO.............................................................................................................467.2 EVOLUÇÃO DA REDE TDMA ATRAVÉS DA TECNOLOGIA GSM................................47
7.2.1 Evolução...........................................................................................................477.2.2 A coexistência das redes...................................................................................507.2.3 Estratégias de transição...................................................................................51
7.3 EVOLUÇÃO DA REDE CDMA....................................................................................527.3.1 Os passos para a 3G.........................................................................................527.3.2 Vantagens..........................................................................................................52
7.4 DADOS REAIS SOBRE A TERCEIRA GERAÇÃO.............................................................537.4.1 Introdução.........................................................................................................537.4.2 Fatores Que Restringem as Transmissões em Banda Larga............................55
7.4.2.1 Provisão de Potência e Consumo de Bateria.................................................557.4.2.2 Latência.........................................................................................................567.4.2.3 Taxa de Erro de Bits.....................................................................................57
7.4.3 O Custo de Fornecer Taxas de Dados Teóricas...............................................587.4.4 Uma Alternativa ao Modelo Comercial 3G com Elevada Taxa de Dados.......59
8 CONCLUSÃO.................................................................................................................61
Referências................................................................................................................................62
9
LISTA DE FIGURAS
Figura 3.1 - Handoff e Roaming...............................................................................................17Figura 4.1 - canais de voz na tecnologia TDMA, sendo alguns deles utilizados como canais de
controle.............................................................................................................................21Figura 4.2 - Modelo de processamento de voz no sistema digital............................................22Figura 4.3 - Capacidade de tráfego no TDMA é triplicada, comparada ao AMPS..................23Figura 4.4 - Esquema de uma unidade móvel TDMA..............................................................23Figura 4.5 - Evolução do TDMA..............................................................................................24Figura 4.6 - Processo de transmissão........................................................................................27Figura 5.1 - Arquitetura GSM/GPRS........................................................................................32Figura 5.2 - Exemplo da Estrutura de Intervalos de Tempo da GSM/GPRS...........................33Figura 6.1 - Rede de rádio múltipla UMTS..............................................................................41Figura 6.2 - Subsistema de Multimídia IP (IMS).....................................................................43Figura 7.1 - Possível caminho de evolução para as operadoras................................................47Figura 7.2 - Modelo de cobertura de redes numa fase inicial de implantação..........................49Figura 7.3 - Possível existência de sistemas dentro de cada faixa de freqüência.....................51
10
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1- Especificações do protótipo Dyna-Tac..................................................................15Tabela 6.1 - Modulação e esquema de codificação da EDGE..................................................37
11
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
FCC Federal Communications Commision
IMTS Improved Mobile Telephone System
NTT Nippon Telephone & Telegraph
NMT Nordic Mobile Telecommunications
TACS Total Access Communications System
AMPS Advanced Mobile Phone System
E-AMPS Extended AMPS
FSK Frequency Shift Keying
FDMA Frequency Division Multiple Access
TDMA Time Division Multiple Access
TIA Telecommunications International Association
CDMA Coded Division Multiple Access
GSM Global System for Mobile communications
IVCD Initial Voice Channel Designed
ITCD Initial Traffic Channel Designed
VSELP Vector Sum Excited Linear Predictive Coding
VOCODER Voice Coder
SIM Subscriber Identification Module
GPRS General Packet Radio Service
SMS Short Message Service
MMS Multimedia Message Service
PCI Protocol Capability Indicator
PCM Pulse Code Modulation
RAN Radio Access Network
ITU International Telecommunications Union
IMT-2000 International Mobile Telecommunications-2000
12
EDGE Enhanced Data rates for Global Evolution
WCDMA Wideband Code Division Multiple Access
PDA Personal Digital Assistent
CDPD Cellular Digital Packet Data
13
1 INTRODUÇÃO
A área de telefonia celular surgiu há cerca de três décadas e sua evolução
tem sido rápida. Os aparelhos (sistemas) de comunicação móvel têm sido de grande auxílio a
todos os segmentos da população, tornando-se indispensável a uma grande parte da
população, o que tornou este mercado muito lucrativo e competitivo, levando as empresas a
investirem muito em pesquisas e desenvolvimento de tecnologias visando atender a cada
segmento da população. A grande motivação para este trabalho de conclusão, é que esta é
uma área de grande interesse, além de ser um mercado que está em expansão onde as
possibilidades de pesquisa e trabalho são muito promissoras.
No desenvolvimento deste trabalho serão utilizados muitos conceitos
diretamente ligados a área de computação, mesmo que trabalhados de forma um pouco
diferente, mas mantendo os mesmos fundamentos. Os sistemas de telefonia celular funcionam
como uma rede computadores, onde os aparelhos recebem e enviam informações seguindo
uma topologia que dependerá do padrão utilizado. As informações que serão transmitidas
passam por várias estações até chegarem a uma central que faz o processamento das
informações e se encarrega de encaminhá-las ao destino correto através das estações até o
destinatário. Como na computação, as redes de telefonia seguem padrões definidos através de
protocolos e a grande dificuldade enfrentada pela área de telecomunicações móveis, assim
como na área de computação, é conseguir desenvolver soluções para garantir a
interoperabilidade entre os diferentes protocolos para as transmissões de dados e voz . As
empresas de telefonia celular buscam desenvolver tecnologias para aumentar a taxa de
transmissão de dados, bem como a segurança e redução de perdas nas transmissões, mesma
meta a ser atingida na área de computação.
O conteúdo deste trabalho é apresentado, seguindo a divisão criada pela área
de telecomunicações, onde as grandes mudanças tecnológicas que ocorreram nessa área,
foram divididas e classificadas com o termo gerações. Cada capítulo irá abordar uma geração.
Será dada uma ênfase maior às gerações a partir da Segunda Geração (2G), que são as
gerações que estão em funcionamento atualmente. Até a conclusão deste trabalho, a última
geração existente é a terceira geração, mais conhecida como Terceira Geração (3G). As
gerações existentes que serão abordadas, seguindo uma cronologia, são: primeira geração
14
(1G), segunda geração (2G), 2.5G que é uma geração intermediária entre a segunda geração e
a terceira, e a terceira geração (3G).
Complementando este trabalho, o último capítulo irá abordar os caminhos
possíveis para as operadoras de Segunda Geração (2G) evoluírem para a Terceira Geração
(3G) e a real situação das tecnologias de Terceira Geração.
15
2 HISTÓRICO ANTERIOR À PRIMEIRA GERAÇÃO
O conceito de comunicações móveis utilizando uma rede celular, nasceu em
1947, dentro dos laboratórios da Bell [BEL02], o departamento de pesquisa da AT&T, que era
a única operadora de telefonia na época, nos Estados Unidos. O projeto inicial era inviável,
devido à dificuldade na disponibilização de espectro de rádio, por parte do governo norte-
americano. A partir de 1960, a Bell, em parceria com a Motorola, iniciou estudos na tentativa
de colocar em prática um sistema de comunicações móveis.
Em 1970, a FCC (Federal Communication Commision) [FCC02] definiu
freqüências para serem utilizadas em sistemas móveis de rádio em terra. A partir deste
acontecimento, teve início a corrida ao desenvolvimento de um sistema de telefonia celular,
que foi vencida pela Motorola, em Abril de 1973, quando o então gerente da Motorola, Martin
Coope, fez a primeira chamada de um telefone móvel através do protótipo Dyna-Tac. Os
detalhes acerca do Dyna-Tac estão descritos na Tab. 2.1.
Motorola Dyna-Tac
Tamanho 22,5 x 12,5 x 4,38 centímetros
Peso 1,134 Kg
Display Não possuía
Número de circuitos
30
Tempo de conversação
35 minutos
Tempo de recarga
10 horas
Características Conversar, ouvir e discar
Tabela 2.1- Especificações do protótipo Dyna-Tac
A telefonia móvel foi introduzida no Brasil em 1972, por um sistema
anterior à tecnologia celular, um sistema de baixa capacidade, com tecnologia IMTS
(Improved Mobile Telephone System). Instalado em Brasília, esse sistema continha apenas
150 terminais.
16
3 PRIMEIRA GERAÇÃO (1G)
3.1 INTRODUÇÃO
A partir de sua primeira geração, o serviço celular passou a funcionar
através da divisão de uma cidade ou região em pequenas áreas geográficas denominadas
células, sendo cada uma delas servida pelo seu próprio conjunto de rádios transmissores e
receptores de baixa potência. Quando a chamada de um celular alcança uma torre de
transmissão e recepção, a mesma é transferida para o sistema de telefonia fixa regular. Cada
célula possui diversos canais, com o objetivo de prover serviços para muitos usuários,
simultaneamente. À medida em que um usuário se movimenta na cidade, o sinal do seu
telefone celular passa automaticamente de uma célula para outra, sem sofrer interrupção.
3.2 PADRÃO AMPS
Em 1970, a AT&T propôs a construção do primeiro sistema telefônico
celular de alta capacidade que ficou conhecido pela sigla AMPS, ou seja, Advanced Mobile
Phone Service (Serviço Telefônico Móvel Avançado). Em 13 de Outubro de 1983, o primeiro
sistema celular comercial, nos EUA, entrava em operação em Chicago. No entanto, a NTT
(Nippon Telephone & Telegraph) [NTT02] havia se antecipado, colocando um sistema
semelhante ao AMPS em operação em 1979, na cidade de Tóquio, no Japão.
Na Europa, a primeira geração de sistemas celulares era composta de
diversos sistemas. O NMT (Nordic Mobile Telecommunications), adotado por diversos outros
países além dos nórdicos, o TACS (Total Access Communications System), no Reino Unido,
Itália, Áustria, Espanha e Irlanda, o C-450 na Alemanha e Portugal, o Radiocom 2000 na
França e o RTMS na Itália. Todos esses sistemas eram bastante parecidos entre si, sendo que
as principais diferenças concentravam-se no uso do espectro de freqüência e no espaçamento
entre canais. O AMPS, por exemplo, opera na faixa de 869-894 MHz para recepção e 824-849
MHz para transmissão; o NMT-450 opera na faixa de 463-468 MHz para recepção e 453-458
MHz para transmissão, enquanto o NMT-900 utiliza a faixa de 935-960 MHz para recepção e
890-915 MHz para transmissão.
Com relação ao espaçamento entre os canais, pode-se citar, por exemplo, o
AMPS que adota 30 kHz, o TACS e vários outros que adotam 25 kHz.
17
Essa primeira geração de sistemas celulares caracterizava-se basicamente
por ser analógica, utilizando modulação em freqüência para voz e modulação digital FSK
(Frequency Shift Keying) para sinalização. O acesso à canalização é obtido através do FDMA
(Frequency Division Multiple Access). O tamanho das células situa-se na faixa de 500 metros
a 10 quilômetros, sendo permitido o handoff, procedimento de transferência de uma chamada
de uma célula para outra da mesma CCC (central de comutação celular), permitindo
mobilidade ou handover, que permite a transferência automática de ligações de uma célula
para outra. Possibilita igualmente o roaming, transferência automática de ligações entre
sistemas, entre os diferentes provedores de serviço, desde que adotem o mesmo sistema. Na
Fig. 3.1 estão representados o Handoff e o Roaming.
Figura 3.1 - Handoff e Roaming
No Brasil, a primeira geração foi definida apenas em 84, quando deu-se
início à análise de sistemas, para a escolha de qual dos sistemas, de tecnologia celular, seria
adotado, onde o padrão escolhido foi o padrão americano, analógico AMPS. O padrão AMPS
foi implantado, também, em todos os outros países do continente americano e em alguns
países da Ásia e Austrália.
O padrão AMPS introduzido obedecia rigorosamente à formatação em uso
nos Estados Unidos. Posteriormente, com o aumento da demanda, o Ministério das
Comunicações expandiu a Banda de freqüência para o sistema móvel celular e utilizou o
padrão E-AMPS (Extended AMPS).
A primeira geração, sistema analógico, possuía uma qualidade de serviços
muito inferior a do sistema digital, atualmente em uso, além de não oferecer grandes serviços
18
aos usuários, tais como, identificador de chamadas, serviço de mensagens curtas, entre outros
serviços, como, identificador de chamadas, serviço de mensagens curtas, entre outros
serviços, disponíveis a partir da segunda geração (2G). Este sistema está praticamente
desativado pela área de operação e manutenção das operadoras, devido à sua baixa
lucratividade.
A seguir serão apresentados alguns dados técnicos sobre o sistema AMPS:
1 - Uso de sinais analógicos em seu canal de voz na sua interface aérea e um usuário por
canal de RF (Rádio Freqüência)
1.1 - (VCH) canais de voz – onde trafegam:
a) voz analógica: conversação
b) tons de sinalização: modulados em FM e transmitidos ou não juntamente com a voz.
c) Surtos de dados: Modulados em FSK, com interrupção da transmissão da voz por cerca de
1/10 segundo para transmissão de dados.
1.2 - (CCH) Canais de controle – trafegam:
a) Pagging: busca de um usuário para receber uma chamada.
b) Access: acesso de um usuário, para originar uma chamada.
c) mensagens de overhead: dados gerais do sistema de interesse de todos os usuários (SID,
SCC, DCC, ETC).
1.3 - Características de RF (Rádio Frequência)
canais de voz (VCH): modulação: FM, desvio:12KHz, Banda:30KHz, canalização:
EAMPS.
canais de controle (CCH): modulação FSK, desvio:8KHz, taxa:10KBits/s, banda:30KHz,
canalização:EAMPS
1.4 - Tons de sinalização: tom de 10KHz e desvio de FM de 8 KHz, transmitido sempre no
sentido Móvel-Estação rádio base
Sinalizações:
sinalizações transmitidas durante o tempo em que a EM emite o tom de toque- fone no
gancho.
transmitido durante 1,8s quando a conversação é finalizada – fim de chamada.
transmissão durante 15 a 50 ms, quando a conversação é liberada para handoff.
19
O sistema AMPS exige que o nível de sinal de recepção de um canal
transmitido por uma ERB dentro de sua área de serviço seja, no mínimo, 18 db acima da soma
das interferências de canais, ou seja C/I = 18 db.
Para poder discernir entre os canais de co-células, juntamente com o sinal,
constantemente é transmitida uma sinalização que identifica a qual cluster pertence a célula de
onde vem o sinal.
20
4 SEGUNDA GERAÇÃO (2G)
4.1 INTRODUÇÃO
A primeira geração, que era analógica, com o passar do tempo começou a
apresentar grande limitações, tais como: limitações de ocupação de espectro de freqüência,
deficiência quanto ao sigilo das conversações e a grande diversidade de padrões analógicos
adotado em diversos países, o que impôs ao mercado a necessidade de se buscar novos
padrões. A partir dos anos 80, foi desenvolvido o padrão GSM (Global System for Mobile
Communications) [GSM02], padrão digital de telefonia móvel celular de grande sucesso na
Europa e que está sendo implantado em diversos países. Na evolução do padrão AMPS,
analógico, para o digital, surgiram duas tecnologias, a TDMA (Time division Multiple Access)
[TDM02] e a CDMA(Coded Division Multiple Access) [CDG02].
Neste capítulo, serão descritas as tecnologias da Segunda Geração (2G) ,
seguindo uma ordem cronológica referente à implantação destas no Brasil. A primeira
tecnologia a ser descrita será a TDMA, que foi a tecnologia adotada pelas empresas, na época
estatais, e que mantinham o monopólio da telefonia celular. Depois será descrita a tecnologia
CDMA, que foi implantada posteriormente, através de concessão governamental a empresas
privadas e, por último será descrita a tecnologia GSM, que apesar de existir e ser utilizada por
diversos países há algum tempo, só começou a ser implantada no Brasil em 2002.
Antes de prosseguir na descrição sobre as diferentes tecnologias, entenda a
diferença entre banda A e banda B: as 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. As empresas que trabalham com a tecnologia TDMA, operam na banda A, enquanto
que as empresas que trabalham com a tecnologia CDMA, utilizam a banda B. Estas faixas de
freqüência são definidas por organizações internacionais e nacionais que atribuem, a cada tipo
de serviço, um pedaço de espectro (espaço das ondas de rádio onde trafegam vários serviços:
emissoras de televisão e rádios, comunicação entre aviões e aeroportos e radioamadores).
Esses pedaços de espectro são chamados de “ bandas de freqüências”. Desta forma, um
serviço não pode invadir um outro, que esteja localizado em uma banda diferente. A telefonia
móvel celular no Brasil utiliza a faixa de freqüência de 800 Mhz a 900 MHz, dividida em
duas bandas, A e B.
21
4.2 TDMA – TIME DIVISION MULTIPLE ACCESS
4.2.1 Introdução
O sistema TDMA é uma evolução do sistema AMPS e foi implantado em
1988 com padrão IS-54 pela TIA/CTIA , com a utilização de canais de voz digitais e TDMA,
que significa, acesso múltiplo por divisão de tempo. O sistema TDMA utiliza a técnica de
acesso digital, que utiliza multiplexação temporal, em que mais de um usuário pode utilizar o
mesmo canal de voz, “simultaneamente”.
4.2.2 O sistema TDMA
A norma IS-54, também chamada de DAMPS (Digital AMPS), que utiliza
TDMA como técnica de acesso, prevê que até 6 usuários podem ocupar, simultaneamente, um
mesmo canal de voz, porém, atualmente apenas 3 usuários o fazem. Os sistemas e aparelhos
da tecnologia TDMA são chamados de dual mode TDMA/AMPS, pois funcionam tanto em
modo analógico quanto em modo digital, dependendo da estrutura local.
Na implementação do DAMPS, baseado no AMPS, foram adicionadas às
células analógicas alguns canais de voz e um canal de localização digital e as mensagens do
canal de controle foram reprogramadas. Alguns destes canais de voz são usados como canais
de controle. O canal de controle (CCH) possui as mesmas características de rádio freqüência
do canal de controle AMPS, modulação: FSK, desvio:8Khz, taxa:10 Kbits/s, banda:30 Khz e
canalização:EAMPS. Devido ao aumento da capacidade de tráfego pelo TDMA, um CCH por
célula pode ser pouco, podendo então serem utilizadas as bandas A’ e B’ como canais de
controle. Na Fig. 4.1, são mostrados os canais de voz utilizados pela tecnologia TDMA.
Figura 4.1 - canais de voz na tecnologia TDMA, sendo alguns deles utilizados como canais de controle
22
As diferenças entre os canais de controle no TDMA em relação ao AMPS,
são: o Bit PCI ( Protocol Capability Indicator), que era reservado no sistema AMPS, no
TDMA é setado em “1” quando a célula tem capacidade digital, a mensagem IVCD (Initial
Voice Channel Designed) é substituída pela mensagem ITCD (Initial Traffic Channel
Designed). O canal de voz (VCH) no AMPS utilizava a modulação FM (Freqüência
Modulada), já no TDMA são modulados segundo técnicas digitais ¶/4 DQPSK, o que significa
que nos sistemas digitais, não ocorre mais o tráfego de áudio pelos canais de voz, apenas
ocorrem o tráfego de dados. A voz, após algum tratamento, vai a um digitalizador baseado na
lei µ do CCITT [ITU02], 8 bits por amostra, transformando-se em dados a 64 Kbps. Devido a
voz humana possuir uma forte redundância e embora seja grande o número de vocábulos, o
número de vocábulos diferentes é bem limitado, podendo-se criar alfabetos destes sons com
suas seqüências de bits, criando um código mais curto. Assim, não é difícil criar algoritmos de
compressão de voz que permitam transmiti-la a uma taxa menor que 64 Kbps. O algoritmo de
compressão de voz especificado pela IS-54, que comprime os 64 Kbps em cerca de 8 Kbps, é
chamado de VSELP (Vector Sum Excited Linear Predictive Coding). Os codificadores
existentes hoje (64 X 8 Kbps) permitem a transmissão de voz de um usuário em dois times-
slots, limitando a utilização do canal TDMA a 3 usuários, subutilizando a capacidade que é de
seis usuários, problema este que será solucionado futuramente. Na Fig. 4.2 é mostrado o
modelo de processamento de voz, no sistema digital. A Fig. 4.3 mostra a diferença de
capacidade de tráfego, do AMPS para o TDMA.
Figura 4.2 - Modelo de processamento de voz no sistema digital
23
Figura 4.3 - Capacidade de tráfego no TDMA é triplicada, comparada ao AMPS
Transmissão descontínua:
A norma IS-54 [TIA02] permite que o aparelho pare de transmitir no canal
de voz reverso, quando o usuário não estiver falando. Esta característica é chamada de DTX,
permitindo economia de energia e liberação do canal para outros serviços. Na Fig. 4.4 é
mostrado o esquema de uma unidade móvel TDMA.
Figura 4.4 - Esquema de uma unidade móvel TDMA
24
Sincronização de VCH reverso:
O aparelho deve possuir um circuito recuperador de relógio, baseado nas
transmissões do canal de voz direto. Além disto, deve possuir uma lógica que lhe permita,
depois que receber o time-slot vindo da estação rádio-base, aguardar um tempo programado
para fazer a transmissão no sentido reverso. Esse tempo de espera, quando não é necessário
nenhum alinhamento de tempo, é de 45 símbolos.
A norma IS-54 foi substituída posteriormente pela norma Is-136 [TIA02],
que tornou o TDMA totalmente digital com a adição do DCCH (canal de controle digital). o
codificador de voz utilizado na norma IS-54 também foi substituído por outro que apresentou
maior qualidade de voz. A norma IS-136 trouxe novos serviços como os de SMS (Short
Message Service), que é um serviço que permite o envio e recepção de mensagens de até 160
caracteres através do centro de mensagens do operador do telefone, identificador de chamadas
e outros.
O IS-136 foi criado para estabelecer serviço celular na faixa de 1.900 Mhz e
introduziu novos serviços programados. Com a implementação do IS-136B, que na verdade é
apenas um incremento da norma IS-136, novos serviços foram incluídos, tais como: broadcast
SMS, dados de pacotes, além de outros. A figura abaixo, Fig. 4.5, mostra a evolução da
tecnologia TDMA.
Figura 4.5 - Evolução do TDMA
25
4.2.3 Vantagens e desvantagens do sistema TDMA
A grande vantagem e fator decisivo para o sucesso do sistema TDMA foi
em relação ao custo de implantação, pois utilizou equipamentos que já estavam implantados
na tecnologia analógica.
A desvantagem do sistema TDMA é que cada usuário tem um slot de tempo
pré-definido. Entretanto, usuários mudando de uma célula para outra, não possui ainda um
slot de tempo predefinido, e com isso, se todos os slots da célula estiverem ocupados, a
ligação será desconectada. Outro problema que ocorre com o TDMA é a distorção de
múltiplos caminhos, ou seja, um canal saindo de uma torre pode percorrer vários caminhos.
Se um caminho passa, por exemplo, por muitos prédios, antes de chegar ao seu destino, pode
sofrer interferência. Para diminuir a interferência, é colocado um limite de tempo no sistema.
4.3 CDMA – CODED DIVISION MULTIPLE ACCESS
4.3.1 Introdução
O padrão CDMA foi criado pela TIA (Telecommunications Industry
Association Committee) como IS-95 (International Standard) [TIA02], em 1993, e é
conhecido atualmente como cdmaOne™. A sigla CDMA que significa Acesso Múltiplo por
divisão de código, é o nome da tecnologia usada para comunicação sem fio em que o
transporte das informações ocorre por meio de ondas de rádio. O CDMA foi desenvolvido
inicialmente para uso militar. O sistema gasta pouca energia; utiliza as freqüências
disponíveis de forma eficiente; simplifica o planejamento, pois todos os equipamentos
transmitem e recebem na mesma freqüência; usa um exclusivo sistema de códigos que
permite receber o sinal desejado mesmo em condições adversas.
O CDMA difere muito dos demais sistemas. No modo analógico AMPS,
cada telefone usa um par de freqüências de rádio (canal) para comunicação, sendo um canal
pra transmissão (Tx) e outro para recepção (Rx), já no sistema CDMA, todos os assinantes
transmitem e recebem informações utilizando o mesmo canal, ao mesmo tempo. A cada
assinante é atribuído um código exclusivo. Para receber informações de um assinante
específico, só conhecendo o seu código.
26
4.3.2 Tecnologia
O CDMA é uma forma de “spread-spectrum”, uma família de técnicas de
comunicação digital que tem sido utilizada em aplicações militares por muitos anos. O
princípio central do “spread-spectrum” é o uso do som como ondas portadoras e larguras de
banda muito maiores do que as requeridas para comunicação ponto-a-ponto na mesma taxa de
dados. Originalmente houveram duas motivações: resistir ao esforço inimigo em derrubarem
as comunicações (anti-jam ou AJ), ou esconder o fato de que a comunicação estava mesmo
acontecendo, às vezes chamada baixa probabilidade de interpretação (LPI).
No sistema CDMA, os sinais de 60 assinantes são transmitidos, pela estação
rádio base, na mesma freqüência da portadora, todos ao mesmo tempo. É uma portadora mais
larga de 1,25 MHz, que ocupa o espectro de seis canais AMPS, nesta estação rádio base, em
grupos de 7 células. Os assinantes são distinguidos por um código atribuído a cada um.
4.3.3 Processo de transmissão e recepção
O sistema CDMA é digital, isto é, inicialmente a voz do assinante é
convertida em bits. O processo é feito através do método de conversão PCM (Pulse Code
Modulation), a digitalização da conversa resulta em 64.000 bits.
No padrão CDMA IS-95, o sinal PCM de 64 Kbps é comprimido para um
sinal de velocidade menor. Esta compressão é feita pelo VOCODER (codificador de voz). A
seqüência resultante do sinal codificado modula uma portadora “fo” produzindo um sinal que
é transmitido. No meio de transmissão, este sinal se junta a outros sinais modulados na mesma
freqüência, porém utilizam sinais pseudo-aleatórios diferentes (“falsa seqüência de códigos
aleatórios) em sua formação. A recepção se faz utilizando a mesma seqüência pseudo-
aleatória que foi utilizada na transmissão. No meio de transmissão, o canal desejado fica
mergulhado sob os canais compartilhantes da mesma faixa espectral. Após a correlação com a
seqüência local correta, o canal desejado agrega-se tornando-se estreito e fica muito mais
intenso. Com isso, ele emerge acima do nível de conjunto de canais compartilhantes, que
continuam espalhados. Em seguida, este canal desejado estreito passa por um filtro adequado
à sua largura de faixa estreita e a seguir é demodulado. Na figura Fig. 4.6 é mostrado o
processo de transmissão de voz.
27
Figura 4.6 - Processo de transmissão
4.3.4 “Spread Spectrum”
CDMA é uma tecnologia “spread spectrum”, significa que ela espalha a
informação contida em um sinal particular em uma largura de banda muito maior do que o
sinal original.
Uma chamada CDMA começa com uma taxa padrão de 9600 bits/s. Esta
então é espalhada para uma taxa transmitida de 1,23 Mbits/s. Espalhar significa que os
códigos digitais são aplicados aos bits de dados associados com usuários em uma célula. Estes
bits de dados são transmitidos juntamente com os sinais de todos os outros usuários naquela
célula. Quando o sinal é recebido os códigos são removidos do sinal desejado, separando os
usuários e retornando a chamada para uma taxa de 9600 bits/s.
Utilizações tradicionais do “spread spectrum” estão em operações militares.
Por causa da largura de banda de sinal “spread spectrum”, ele é muito difícil de comprimir,
interferir e identificar. este é um contraste para tecnologias usando uma largura de banda
menor de freqüências. Desde que um sinal “spread spectrum” de banda larga é muito difícil
para detectar, ele aparece como nada mais que um fraco ascendendo no nível de interferência.
com outras tecnologias, a potência dos sinais é concentrada em uma banda mais estreita, a
qual torna-o mais fácil de detectar.
Privacidade aumentada é inerente na tecnologia CDMA, pois um simples
receptor de rádio não será capaz de interferir em conversações digitais individuais fora da
radiação RF em uma freqüência de banda.
4.3.5 Sincronização
Nos estágios finais da codificação da ligação de rádio da estação base para a
móvel, o CDMA adiciona um especial “pseudo código aleatório” par o sinal que repete a si
mesmo depois de uma quantidade de tempo finita. Estações base, no sistema, distinguem-se
28
uma das outras pela transmissão de diferentes porções de código num dado tempo. Em outras
palavras, as estações base transmitem versões offset do mesmo “pseudo código aleatório”.
Para assegurar que os tempos offset usados permaneçam únicos, as estações CDMA devem
permanecer sincronizadas a um tempo de referência comum.
4.3.6 A ação balanceamento
A cobertura da célula CDMA depende de como o sistema é projetado. De
fato, três características dos sistemas primários (cobertura, qualidade e capacidade), devem
ser balanceadas para se chegar ao nível de performance desejada.
Em um sistema CDMA estão intrinsicamente inter-relacionadas. Mesmo
capacidades mais altas podem ser obtidas através de alguns graus de degradação na cobertura
e/ou qualidade. desde que estes parâmetros estão todos interligados, operadoras não podem ter
o melhor de todas as três características.
4.4 GSM
4.4.1 Introdução
O sistema GSM (Global System for Mobile Communications) [GSM02] foi
desenvolvido para solucionar um problema de falta de interoperabilidade entre os sistemas de
telefonia celular existentes na Europa. O objetivo era proporcionar uma série de serviços
através da utilização de uma RDSI (Rede Digital de Serviços Integrados). A implantação
deste sistema, na Europa, se deu em 1991 e, desde então, vários países da América do Sul,
Ásia e Austrália têm adotado o GSM. Segundo a Associação GSM World [GSM02], mais de
70% dos usuários de celulares, no mundo, utilizam essa tecnologia em 179 países.
4.4.2 Serviços
Principais serviços suportados pelo padrão GSM:
a) serviços de telefonia, incluindo fax, videotexto e telex.
b) serviços de dados com possibilidade de comunicação de dados por pacotes a taxas de até
9,6 Kbit/s.
c) serviços de RDSI suplementares, tais como: desvio de chamada, identificação de assinante
29
chamador e serviço de mensagens através do SMS (Short Message Service), que permite a
recepção de mensagens alfanuméricas mesmo durante uma conversação e ainda permite
transmitir, repetitivamente, mensagens ASCII para todos os assinantes.
4.4.3 SIM (Subscriber Identification Module)
Outra grande inovação do sistema GSM é o módulo de identificação do
usuário, o SIM, com capacidade atual de 32 MB, que armazena desde o número da linha até a
lista de contatos, passando pelas informações sobre a conta do cliente, e um eficiente sistema
anticlone. O SIM pode apresentar-se sob a forma de um cartão de crédito ou de um plug-in
que é conectado ao terminal GSM. Sem o SIM, o terminal fica inoperante.
A privacidade e segurança são outras características marcantes no padrão
GSM, devido ao SIM possuir um sistema nativo de autenticação que, a cada ligação –
recebida ou originada pela rede GSM – ativa, através de senha pessoal, uma chave randômica
de criptografia de 128 bits, mesmo sistema de segurança utilizado por bancos e sites de
comércio eletrônico na Internet. Além da proteção no próprio chip, a nova rede reforça ainda
mais a segurança em suas comunicações, porque, diferentemente da infra-estrutura das redes
operantes no Brasil, TDMA e CDMA, a rede GSM é 100% digital, o que quase impossibilita
a fraude em aparelhos deste tipo, já que a clonagem de aparelhos celulares é feita quando
estes estão em modo analógico, o que não ocorre com o GSM, por ser totalmente digital.
4.4.4 Roaming internacional
Outro atrativo de peso para a implantação da rede GSM é a possibilidade de
roaming internacional, já que a rede está implantada por todos os países da Europa e nos
continentes asiático e americano, incluindo a América latina, onde o sistema funciona em seis
países. O usuário do sistema GSM pode carregar seu cartão SIM, com o número de sua linha
do Brasil, para funcionar em qualquer um dos países onde a tecnologia estiver disponível,
pagando a tarifa extra de roaming – em média, 25% mais cara do que o valor do pulso local.
Mas, se o roaming é um dos grandes atrativos da tecnologia GSM em todo mundo, no Brasil,
por enquanto, será um obstáculo, pois as tecnologias de telefonia celular existentes, TDMA e
CDMA não possibilitam roaming com o GSM, que pode levar o cliente GSM a ficar com o
telefone mudo em diversos estados.
30
4.4.5 GSM no Brasil
No Brasil, A ANATEL (Agência Nacional de Telecomunicações) divulgou
a faixa de freqüência para a banda C, onde será implantado o GSM, que será de 1,8 GHz. As
operadoras que inicialmente estão implantando a tecnologia GSM no Brasil são a Oi, que é
uma subsidiária da Telemar [TLM02], e a TIM (Telecom Itália Mobile) [TIM02], as demais
operadoras têm planos para implantação a médio prazo, como a Sercomtel de Londrina,
Paraná. A TIM e a Oi prometem oferecer cobertura em todo território nacional, em um curto
período de tempo. O sistema GSM permite a escolha da operadora de longa distância para
interurbanos, a partir do celular.
Em algumas capitais, o sistema GSM já irá chegar com a 2.5G (Geração
intermediária entre a Segunda e a Terceira), que é a tecnologia GPRS (General Packet Radio
Service), que é o protocolo que adiciona a comutação de pacotes em celulares GSM, tornando
estes aparelhos capazes de realizarem transmissões de dados a 60 Kbps, podendo ser
expandida até 115 Kbps, com duas grandes vantagens: conexão permanente com a Internet e
cobrança por quantidade de dados transmitidos, o que barateia o acesso à web por celulares e
PDAs ( Digital Personal Assistent).
31
5 2.5 G
5.1 INTRODUÇÃO
As tecnologias apresentadas neste capítulo, são as tecnologias de 2.5G, que
recebem essa denominação por serem tecnologias que surgiram como complemento à
Segunda Geração, tendo em vista sua otimização e incremento para alcançarem a Terceira
Geração (3G). As tecnologias abordadas são: a GPRS e a CDMA2000 1x. Ambas as
tecnologias proporcionam um grande ganho na capacidade na transferência de dados em
relação às tecnologias existentes na segunda geração. A tecnologia GPRS surge como um
complemento à tecnologia GSM enquanto a CDMA2000 1x aparece como complemento à
tecnologia CDMA. A primeira tecnologia a ser abordada será a tecnologia GPRS e, em
seguida, será abordada a CDMA2000 1x.
Neste trabalho, o CDMA2000 1x será abordado como tecnologia de 2.5G,
porém existe uma controvérsia na área de telecomunicações, onde alguns técnicos consideram
a CDMA2000 1x como tecnologia de terceira geração e outros a tratam como tecnologia de
2.5 G, como é o caso da empresa Ericsson [ERI02].
5.2 GPRS (GENERAL PACKET RADIO SERVICE)
A tecnologia GPRS encontra-se disponível mundialmente em mais de 65
países, com a provisão de serviços de 141 operadoras que fornecem, em conjunto, mais de 85
modelos de aparelhos (julho 2002). Diversos analistas estimam que a venda de unidades será
superior a 100 milhões de aparelhos GSM/GPRS em 2003, fazendo com que a GPRS se torne
a principal rede baseada em pacotes da próxima geração. A GPRS é a solução de
conectividade IP, baseada em pacotes, que suporta uma ampla gama de aplicações
direcionadas ao consumidor e às empresas. As redes GPRS funcionam como extensões
celulares da Internet e proporcionam aos usuários acesso à Internet, bem como às suas
próprias organizações, de qualquer lugar. Com taxas de rendimento de até 48 Kbit/s (80
Kbit/s com a GPRS CS3-4) utilizando-se dispositivos com quatro intervalos de tempo, os
usuários possuem a mesma velocidade de acesso efetivo que um modem, mas com a
conveniência de poder conectar-se de qualquer lugar.
32
Para entender a evolução da capacidade de transmissão de dados,
precisamos examinar rapidamente a maneira como estes serviços de dados funcionam, a
começar com a arquitetura da GPRS, descrita na figura abaixo (Fig. 5.1).
Figura 5.1 - Arquitetura GSM/GPRS
A GPRS consiste, essencialmente, no acréscimo da infra-estrutura de dados
de pacotes à GSM. As funções dos elementos de dados são as seguintes:
1. O controlador da estação base direciona os dados de pacote para o nódulo
de suporte da área de serviços GPRS (Serving GPRS Support Node – SGSN), um elemento
autentica e verifica a localização das estações móveis.
2- O SGSN realiza, para dados as mesmas funções que o centro de
comutação móvel realiza para voz. Existe um SGSN para cada área de serviço.
3- O SGSN encaminha os dados do usuário para o Nódulo de Suporte do
Portal GPRS (Gateway GPRS Support Node - GGSN), que é um portal para redes externas.
Existe, geralmente um GGSN para cada rede externa (Internet). O GGSN gerencia também os
endereços de IP, designando dinamicamente endereços de IP para estações móveis enviarem
suas transmissões de dados.
Outro elemento importante é o registro de localização de base do serviço
(home)(HLR), que guarda as informações da conta do usuário para serviços tanto de voz
como de dados. O que é significativo é que esta mesma infra-estrutura de pacotes pode ser
usada para suportar serviços de dados em redes EDGE (Enhanced Data Rates for Global
Evolution) e WCDMA (Wideband Coded Division Multiple Access), simplificando processos
de atualização de rede para as operadoras, no futuro.
33
Na conexão de rádio, a GSM utiliza canais de rádio na freqüência de 200
Khz, dividido em oito intervalos de tempo que se repetem a cada 4,6 msec, conforme
demonstrado na figura abaixo (Fig. 5.2).
Figura 5.2 - Exemplo da Estrutura de Intervalos de Tempo da GSM/GPRS
A rede pode ter canais de rádio múltiplos (denominados transceptores),
operando em cada setor de célula. A rede designa funções diferentes para cada intervalo de
tempo, tais como canal de controle de difusão, funções de comutação de circuitos, como
chamadas de voz ou chamadas de dados por comutação de circuito, o canal de controle de
difusão de pacotes (opcional) e os canais de dados de pacotes. A rede pode ajustar
dinamicamente a capacidade entre as funções de dados e de voz e também pode reservar uma
quantidade mínima de recursos para cada serviço. Isto proporciona um tráfego maior de dados
quando o de voz for baixo ou mais tráfego de voz, quando o de dados baixo, além de
minimizar o uso geral da rede.
Com relação a desempenho de dados, todos os intervalos de tempo podem
fornecer taxas de transmissão de dados ao usuário de cerca de 10 Kbit/s, utilizando esquemas
de codificação 1 e 2, e a rede pode agregar até quatro desses, em conexão descendente
(downlink), com aparelhos celulares atuais para fornecer ao usuário rendimentos de dados
perceptíveis de até 40 Kbit/s. Se houver múltiplos usuários de dados ativos em um setor de
célula paralelo, eles compartilharão os canais de dados disponíveis. Contudo, com o aumento
da demanda por serviços de dados, as operadoras podem atender aos clientes, designando um
número crescente de canais para serviços de dados, limitado apenas pelo total de espectro que
têm disponível e o planejamento de rádio.
Com os esquemas de codificação 3 e 4, a GPRS possui maior flexibilidade
sobre a maneira como a conexão de rádio distribui os bits de comunicação entre os controles
de dados e de erro, resultando em maior rendimento, com qualidade de sinal superior. O
resultado são taxas de rendimentos até 33% superiores e eficiência espectral cerca de 30%
34
maior. Os esquemas de codificação 3 e 4 são uma opção para as operadoras. Para elevar ainda
mais o desempenho e a capacidade da GPRS, as operadoras podem empregar a tecnologia
EDGE, que faz parte das tecnologias da Terceira Geração (3G).
Os Benefícios que a tecnologia GPRS trará são, a velocidade dados mais
rápida, a mobilidade “always on”, conexão quase instantânea, a conexão a uma abundância de
dados ao redor do mundo, através da sustentação para múltiplos protocolos, incluindo o IP, e
será o primeiro passo para a implantação de serviços de Terceira Geração (3G).
5.3 CDMA2000 1X
5.3.1 Introdução
A tecnologia CDMA 1xRTT (One Times Radio Transmission Technology) é
geralmente abreviada como CDMA2000 1X e algumas vezes como CDMA2000 1x. É um
padrão de banda larga para celulares que permite até 144 Kbps na comunicação de dados, dez
vezes mais que a velocidade hoje possível em CDMA, 14,4 Kbps.
5.3.2 Dados sobre CDMA2000 1x
A tecnologia CDMA2000 1x pode ser implantada em operadoras CDMA,
que trabalhem, na faixa de freqüência de 800 MHz, 1900 MHz ou ambas, sem a necessidade
de uma nova faixa de espectro. A evolução para a tecnologia CDMA2000 requer placas de
canal e atualização de software para as estações rádio-base da CDMA, além do lançamento de
aparelhos telefônicos para CDMA2000 1x. Como os aparelhos CDMA2000 1x são
retroativamente compatíveis com a infra-estrutura CDMA herdada, estará eliminada também
a necessidade de aparelhos multímodo.
A evolução para serviços CDMA2000 3G não está limitada às operadoras
de CDMA atuais. A CDMA2000 é atraente para às operadoras TDMA porque eles já utilizam
o mesmo núcleo de rede baseada no padrão ANSI-41 que às operadoras de CDMA. Para
operadores de GSM, o padrão de CDMA-MC para GSM MAP (IS-833) define a maneira pela
qual a interface aérea da CDMA2000 pode operar na rede GSM MAP, fazendo desta uma
abordagem econômica e tecnicamente viável para a oferta de serviços 3G em um prazo
adequado. Além de aplicações móveis, a CDMA2000 também pode ser implementada num
ambiente fixo de WLL (loop local sem fio).
35
Os serviços CDMA2000 já foram desdobrados comercialmente, tomando a
visão IMT-2000 em realidade. A SK Telecom, a LG Telecom e KT Freetel lançaram os
primeiros sistemas 3G comerciais do mundo na Coréia. Atualmente, as suas redes contam
com mais de 5.000 estações de base CDMA2000 desdobradas, apoiando mais de 6 milhões de
assinantes. Lançamentos comerciais adicionais da CDMA2000 ocorrerão na Ásia, América
Latina e América do Norte mais para o fim de ano.
5.3.3 TERMINAIS, PLACAS PARA PC E OUTROS DISPOSITIVOS CDMA2000
Terminais CDMA2000 1x capacitados para 2.5G estão começando a marcar
presença no mercado. Já se encontram disponíveis modelos fabricados por Audiovox, Casio,
Cyberlane, Ericsson, Hyundai CURITEL, Kyocera, LG Electronics, Motorola, Samsung,
Sanyo, Sewon Telecom, SK TeleTech, Synertek, Toshiba e Tottori Sanyo. Além de aparelhos
de telefone, produtos de modem da AirPrime, AnyDATA, GTRAN, Novatel Wireless, Sierra
Wireless e Yiso Telecom já foram lançados no mercado. Também existem planos para
introduzir uma série de outros dispositivos no futuro próximo, incluindo telefones
CDMA2000 de baixíssimo custo, PDAs, telefones de web, laptops, mesas gráficas e NIU
(unidades de interface de rede) para serviços WLL.
5.3.4 CDMA2000 E ESPECTRO
A CDMA2000 não está restrita somente à banda defnida pela IMT
(International Mobile Telecommunications); esta tecnologia foi definida para operar em todos
os existentes espectros estabelecidos para telecomunicações de tecnologia sem fio,
maximizando portanto a flexibilidade para os operadores. Ademais, a CDMA2000 fornece
serviços 2.5G/3G enquanto ocupa uma pequena faixa do espectro (1,25 MHz por portadora),
protegendo este recurso precioso para os operadores.
36
6 TERCEIRA GERAÇÃO (3G)
6.1 INTRODUÇÃO
As tecnologias de Terceira Geração são padronizadas pelo ITU
(Internationa Telecommunications Union) [ITU02], que atua como árbitro para os padrões
3G. Ela não define a Terceira Geração em termos de largura de canal ou alocação de espectro,
mas de acordo com a taxa de transmissão de dados. Segundo a definição da ITU, a interface
de rádio freqüência 3G é capaz de aceitar taxas de dados iguais ou superiores a 144 Kbps.
As opções de tecnologias para a terceira geração são a EDGE, WCMA e
HSDPA que são a evolução da tecnologia de Segunda Geração (2G) GSM, e a CDMA2000
1x ev que é a evolução da tecnologia de Segunda Geração (2G), CDMA.
A ordem de abordagem das tecnologias neste capítulo será, EDGE,
WCDMA e HSDPA, relacionadas à TDMA e GSM, e depois será abordada a tecnologia
CDMA2000 1x ev.
Com a implantação da Terceira Geração (3G) novos serviços multimídia
serão disponibilizados, tais como: transmissão de vídeo em tempo real, serviços de MMS
( Multimedia Message Service), que é a evolução do SMS, permitindo o envio de mensagens
com conteúdo de texto formatados, áudio e vídeo, além de outros serviços.
6.2 EDGE
6.2.1 Introdução
A tecnologia EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution), é uma
tecnologia celular oficial 3G que pode ser empregada nas faixas de freqüência de 450, 850,
900, 1800 e 1900 Mhz. Uma otimização poderosa para as redes GSM/GPRS. A EDGE
aumenta as taxas de transmissão de dados em até três vezes em comparação com a GPRS e
duplica a capacidade de dados. Isto se dá com a otimização da interface de rádio, permitindo,
ao mesmo tempo, que os outros componentes da rede permaneçam inalterados. Na verdade,
com as novas instalações das tecnologias GSM/GPRS, a atualização da rede para a EDGE
pode ser realizada utilizando-se apenas um software. A rede GPRS que utiliza a interface de
rádio EDGE é tecnicamente denominada rede GPRS Ampliada, EGPRS (Enhanced GPRS), e
a combinação das redes de acesso de rádio GSM e EDGE é denominada GERAN. A EDGE é
37
totalmente compatível com a GPRS e qualquer aplicação desenvolvida para a GPRS
funcionará com a EDGE.
6.2.2 Dados técnicos sobre a EDGE
A EDGE emprega três técnicas avançadas na conexão de rádio que
permitem que a EDGE atinja uma eficiência espectral extremamente alta para serviços de
dados celulares de banda estreita (taxas de até 100 Kbit/s). A primeira técnica é o acréscimo
de um novo esquema de modulação denominado 8-PSK (Octanary Phase Shift Keying) que
permite que o sinal de rádio transmita três bits de informação para cada símbolo de rádio, que
corresponde a mudança momentânea de fase, amplitude ou freqüência para que a portadora do
sinal codifique os dados binários. Em comparação, a modulação GSM/GPRS utiliza o GMSK
(Gaussian Minimum Shift Keying), que transmite um bit de informação por símbolo de rádio.
A segunda técnica são os esquemas múltiplos de codificação, em que a rede pode ajustar o
número de bits utilizados para controle de erros baseado no ambiente de rádio. A EDGE
possui cinco esquemas de codificação disponíveis para 8-PSK e quatro esquemas para a
GMSK, proporcionando até nove modulações e esquemas de codificação diferentes. como
mostra a tabela 1. A EDGE seleciona dinamicamente a modulação e esquemas de codificação
ótimos para o ambiente atual de rádio. A terceira técnica, no caso de blocos de dados serem
recebidos por engano, a EDGE envia um incremento de dados para correção de dados em
cada retransmissão, fazendo com que cada retransmissão tenha maior probabilidade de ser
mais bem sucedida que a anterior. Este mecanismo extremamente eficaz que pode
proporcionar um ganho de conectividade de cerca de 2 dB e garante o recebimento o mais
rápido possível dos dados corretos é denominado redundância incremental. Na tabela abaixo
(Tab. 6.1), são apresentadas a modulação e esquema de codificação da tecnologia EDGE.
Tabela 6.1 - Modulação e esquema de codificação da EDGE
38
O rendimento por intervalo de tempo resultante da utilização da EDGE pode
variar de 8,8 Kbit/s sob condições adversas para 59,2 Kbit/s com uma relação portadora-
interferência (carrier-to-interference - C/I) muito boa. Em comparação, a GPRS proporciona
12 Kbit/s com o esquema de codificação 2 (esquema mais utilizado no momento) e 20 Kbit/s
com o esquema de codificação opcional 4. Embora a EDGE possa teoricamente fornecer 59,2
Kbit/s em todos os intervalos de tempo, que somados resultariam em uma taxa de pico de
473,6 Kbit/s para a rede em todos os oito intervalos de tempo, as taxas reais para o usuário
ficam geralmente entre 130 e 170 Kbit/s com dispositivos de quatro intervalos de tempo, mais
de três vezes maior do que a da GPRS.
Ao enviar mais dados em cada intervalo de tempo, a EDGE também eleva a
eficiência espectral em 150% em relação à GPRS que utiliza os esquemas de codificação 1 e
2, e 100% em relação à GPRS que utiliza os esquemas de codificação 1 a 4.
A EDGE utiliza plenamente a capacidade do espectro de rádio disponível.
Nesse sentido, a EDGE é uma técnica tão eficaz para expandir a capacidade de dados como o
Codex de Taxa Múltipla Adaptável (Adaptive Multi-rate - AMR) o é para expandir a
capacidade de voz. O resultado destas duas técnicas trabalhando em conjunto é a GSM se
tornar uma tecnologia celular extremamente eficiente.
A tecnologia EDGE se beneficia de C/I superior, em relação ao GPRS, e as
taxas de dados superiores ocorrem em toda a área de cobertura.
Além de melhorias no desempenho de rádio, a EDGE apresenta uma outra
função importante, a arquitetura de qualidade de serviço utilizada pela UMTS (Universal
Mobile Telephone Service). Esta arquitetura se baseia no lançamento 99 de especificações do
3GPP [3GP02]. Lançamentos sucessivos se beneficiam dessa base proporcionado suporte
adicional para serviços com telefonia de voz sobre IP e multimídia.
Em relação à instalação, a rede GSM pode alocar intervalos de tempo GPRS
e EDGE nas camadas de reutilização de 5/15 e 4/12 (significa que os canais de rádio
disponíveis são utilizados por quatro células, cada qual com três setores, onde cada setor
possui 1/12 do total de canais. Padrão este que se repete a cada quatro células) bem como nas
camadas de hopping (salto de freqüência) de 1/3 ou mesmo 1/1. Esta flexibilidade facilita o
lançamento de serviços de dados com uma certa quantidade de capacidade dados e a
possibilidade de esta capacidade ser prontamente aumentada, se necessário.
Com a eficiência espectral e as capacidades da EDGE, bem como a
eficiência espectral da GSM para serviços de voz, as operadoras podem usar a tecnologia
39
GSM para fornecer uma ampla gama de serviços de dados que atenderá seus clientes por um
bom tempo. Além da EDGE, as operadoras podem oferecer a sua oferta de serviços de dados
ainda mais com a tecnologia UMTS/WCDMA.
6.2.3 A situação atual da tecnologia EDGE
A EDGE é a tecnologia que irá complementar as estratégias de instalação
futura da WCDMA e otimizar os recursos existentes de GSM/GPRS, como também permitir
que as operadoras possam prestar serviços 3G desde já.
Esta é tanto uma tecnologia de migração, disponibilizada para otimizar os
investimentos realizados nas tecnologias GSM e GPRS com o objetivo de proporcionar uma
maior capacidade de rede e taxas de dados mais altas para o usuário final, como uma
tecnologia que complementará as futuras redes WCDMA.
Investimentos substanciais já realizados nas redes GSM atuais levaram o
setor a questionar qual seria a melhor maneira de utilizar a infra-estrutura e as capacidades já
instaladas e a melhor maneira de se preparar para novas instalações de tecnologia no futuro.
A capacidade da EDGE de utilizar os recursos existentes de infra-estrutura e
espectro é considerada um dos principais pontos positivos desta tecnologia, bem como um
fator determinante importantíssimo para sua utilização.
A utilização da rede EDGE para proporcionar cobertura de alta velocidade
fora das áreas com capacidade WCDMA numa primeira etapa, como as principais áreas
metropolitanas, aumentará a adoção de serviços e aplicativos 3G no mercado. O uso contínuo
da EDGE para proporcionar serviços otimizados em apoio à cobertura WCDMA, talvez em
áreas com menor densidade de tráfego de comunicações, garantirá o futuro da EDGE como
uma tecnologia imprescindível e colocará as operadoras de rede que empregam a EDGE em
situação de vantagem no mercado.
6.2.4 Desenvolvimento de aplicativos e suporte
Muitos dos aplicativos WCDMA conhecidos, baseado no que se sabe até o
momento, serão adequados para uso na instalação da EDGE. Embora a EDGE venha a ter
uma velocidade inferior na largura de banda superior para o usuário final, os números do setor
indicam que 90% dos usuários precisarão de 52Kb/s e apenas 10% precisarão de mais de que
164Kb/s. O termo “esnobe de largura de banda” tem sido usado para descrever os que
acreditam que o acesso móvel deveria ser proporcionalmente mais rápido do que o acesso da
40
Internet que se tem em casa – a grande maioria dos consumidores acessa a Internet através de
um modem de conexão a uma velocidade inferior a 64Kb/s
Embora a largura de banda para o usuário final seja um fator fundamental, a
promoção do desenvolvimento de aplicativos baseados em padrões também deveria ser
considerado importante. Considerando que a EDGE é uma tecnologia baseada no padrão
GSM, o desenvolvimento e suporte de aplicativos é portanto aberto, reconhecido, padronizado
e de natureza não proprietária.
6.2.5 Situação de mercado para a tecnologia EDGE
Em 2002, setor de comunicações testemunhou um aumento das atividade
EDGE. Embora isto não se tenha traduzido em declarações públicas por parte de muitas
operadoras de rede quanto às suas intenções de implementar a EDGE, este fato deveria ser
visto como uma indicação positiva.
Em meados de 2002, treze operadoras de rede em todo o mundo anunciaram
a sua intenção de instalar redes EDGE. As primeiras operadoras de rede a tomarem esta
medida tinham sede na América do Norte. Com a herança da tecnologia TDMA, estas
operadoras precisavam migrar em direção a uma plataforma de tecnologias mais amplamente
adotada, a saber a GSM/WCDMA. Entretanto, por não haver disponibilidade imediata do
espectro necessário a provisão de todos os serviços WCDMA na região, decidiu-se adotar
uma tecnologia complementar de alta velocidade que estava disponível, que era a EDGE.
6.3 UMTS/WCDMA
A UMTS (Universal Mobile Telephone Service) acumulou a grande maioria
das novas licenças de espectro 3G, com mais de 100 operadoras em todo mundo com planos
de instalar redes UMTS. Esta tecnologia emprega a tecnologia de acesso de rádio CDMA de
banda larga. Os benefícios primordiais da UMTS incluem alta eficiência espectral, altas
densidades de usuários e o suporte de aplicações de dados com largura de banda alta. Além
disso, as operadoras podem utilizar a mesma rede central para suportar redes de acesso de
rádio múltiplas, inclusive GSM, GPRS,EDGE e WCDMA. Esta mesma rede central utiliza os
mesmos componentes como a GPRS. Isto se chama rede de rádio múltipla UMTS e
proporciona às operadoras o máximo de flexibilidade para oferecer diferentes serviços em
toda a sua área de cobertura. Na figura Fig. 6.1 é mostrado o esquema de uma rede UMTS.
41
Figura 6.1 - Rede de rádio múltipla UMTS
A rede de acesso de rádio UMTS consiste em estações base de rádio
(correspondentes aos sistemas de transceptores base GSM) que conectam aos controladores de
rede de rádio (correspondentes aos controladores da estação base GSMs). Em redes com
acesso tanto à rede GSM como WCDMA,a rede pode passar os usuários de uma rede para a
outra. Isso é importante para gerenciar a capacidade e também para áreas onde a operadora
possui cobertura GSM contínua, mas apenas instalou a WCDMA em alguns locais. Além
disso, a rede pode selecionar a rede de acesso de rádio mais adequada para o usuário com base
nas preferências dele ou da carga corrente da rede.
Enquanto que a GSM é um sistema de espalhamento espectral baseado na
divisão de tempo em combinação com o frequency Hopping (salto de freqüência), a WCDMA
é um sistema de espalhamento espectral baseado na seqüência direta. A WCDMA apresenta
maior eficiência de espectro do que a GSM, mas é na sua natureza de banda larga que se
encontra a sua maior vantagem, a capacidade de traduzir o espectro disponível em taxas de
transmissão de dados mais altas. Isto resulta em flexibilidade no gerenciamento de vários
tipos de tráfego, incluindo voz, dados de banda estreita e de banda larga.
Embora a WCDMA seja considerada um sistema de divisão de código, esta
tecnologia é na verdade uma combinação de acesso múltiplo por divisão de código e acesso
múltiplo por divisão de tempo. A WCDMA destina códigos diferentes para canais diferentes,
tanto para voz como para dados, e pode ajustar a quantidade de capacidade ou espaço de
código para cada canal a 10 msec. A WCDMA cria canais de tráfego com largura de banda
maior mediante a redução da quantidade de espalhamento, utilizando um código mais curto.
42
Os usuários de dados de pacotes podem utilizar os mesmos códigos e/ou intervalos de tempo
que outros usuários ou a rede pode designar aos usuários canais e intervalos de tempo
exclusivos. Uma melhoria em relação à tecnologia GPRS é que canais de controle que
normalmente carregam os dados de sinalização também podem carregar pequenas
quantidades de dados de pacotes, que reduz o tempo de iniciação das comunicações de dados.
Na WCDMA, os canais de dados podem suportar até 2 Mbit/s de
rendimento de dados. Embora o rendimento exato dependa do tamanho do canal escolhido
pela operadora e do número de usuários ativos na rede, os usuários podem esperar rendimento
de até 384 Kbit/s, que atenderá os requerimentos de quase todas as aplicações orientadas para
comunicação.
Enquanto a EDGE é uma tecnologia extremamente eficiente no suporte a
usuários de largura de banda baixa, a WCDMA é extremamente eficiente no suporte a
usuários de largura de banda alta (100 Kbit/s ou mais). Em uma rede de rádio múltipla
UMTS, as operadoras podem destinar canais EDGE para usuários de largura de banda baixa e
canais WCDMA para outros usuários, otimizando dessa maneira o desempenho e a eficiência
geral da rede, bem como maximizar o número de aplicações de usuários que podem ser
suportadas.
Em comparação com a CDMA2000, a WCDMA apresenta algumas
vantagens inerentes devido ao seu canal de rádio mais largo (5 MHz versus 1,25 MHz). A
taxa de chip maior (3,84 Mcps em comparação a 1,22 Mcps) consegue suportar taxas de
dados de pico maiores e apresenta a melhor média estática de tráfego, denominada eficiência
de tronco.
Para expandir ainda mais o número de aplicações que podem operar com
eficácia, a UMTS emprega uma arquitetura de qualidade de serviço para dados que
proporciona quatro tipos fundamentais de tráfego, que incluem:
1. Conversa. Dados interativos em tempo real com largura de banda
controlada e com atraso mínimo, tais como, vídeo conferência e voz através do protocolo da
Internet (voice-over - IP).
2. Fluxo Contínuo. Dados contínuos com largura de banda controlada e
algum atraso, tais como, música ou vídeo.
3. Interativo. Dados de ida e volta sem controle de largura de banda e com
algum atraso, tais como, navegação na Internet.
43
4. De Fundo. Dados de prioridade mais baixa que são transmitidos como
lote em tempo não real.
A arquitetura proposta, disponível tanto para as redes de acesso de rádio
EDGE como WCDMA, envolve a negociação e priorização do tráfego na rede de acesso de
rádio, na rede central e nas interfaces com as redes externas como no caso da Internet.
Conseqüentemente, as aplicações podem negociar parâmetro de qualidade de serviços do
início ao fim, entre um terminal móvel e um sistema final fixo, através da Internet ou Intranets
privadas. Esta capacidade é essencial para expandir o âmbito das aplicações suportadas. Para
provar um ponto, a ampliação da gama de aplicativos estimula o potencial de demanda e
receita.
Os mecanismos QoS (Quality of service) também são um aspecto
importante para outra arquitetura UMTS denominada Subsistema de Multimídia IP (IMS), um
método centralizado em IP no qual a rede trata todo o tráfego, seja de dados ou de voz, como
se fosse tráfego de IP e o direciona através de SGSN(Serving GPRS Support Node) e GGSN
(Gateway GPRS Support Node). Isto efetivamente elimina o centro de comutação móvel. O
IMS controla as funções de telefone e as sessões de multimídia usando o protocolo padrão de
iniciação da seção (SIP) da IETF (Internet Engineering Task Force) [IET02] e direciona o
tráfego de voz ou diretamente para a Internet, redes IP privadas, ou através de portais para
redes de telefonia de comutação de circuito. O IMS faz parte dos lançamentos de
especificações 5 e 6 do 3GPP [3GP02] e estarão disponíveis tanto para as rede de acesso
EDGE como UMTS. A figura Fig. 6.2 descreve o Subsistema de Multimídia IP.
Figura 6.2 - Subsistema de Multimídia IP (IMS)
44
Os benefícios de se utilizar o IMS inclui o uso mais eficiente dos recursos
do rádio, porque todas as comunicações são tratadas no domínio do pacote, há maior
integração com a Internet, e uma infra-estrutura de custo mais baixo que é baseada em blocos
de IP é a mesma para serviços de voz e de dados. Isto permite que os serviços de voz e de
dados sejam fornecidos a um custo mais baixo e, portanto oferecidos a preços mais baixos,
aumentando ainda mais a demanda e uso dessas redes.
6.4 HSDPA
O HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) é uma otimização da
WCDMA que proporciona capacidade de dados celulares com alta performance e taxas de
pico de cerca de 10 Mbit/s. A HSDPA é totalmente compatível com a WCDMA e qualquer
aplicação desenvolvida para a WCDMA funcionará com a HSDPA. A HSDPA aparece no
lançamento 5 de especificações do 3GPP [3GP02].
A HSDPA atinge altas velocidades através das mesmas técnicas que
amplificam o desempenho da EDGE em relação à tecnologia GPRS. Estas técnicas incluem o
acréscimo de uma modulação maior como a 16-QAM, a codificação variável de erros, e
adaptação da conexão às condições de rádio do momento, ajustando a modulação e a
codificação quando necessário. Além disso, a HSDPA usa um mecanismo de escalonamento
eficiente que determina o usuário que receberá mais recursos. Por fim, o HSDPA compartilha
seus canais de alta velocidade entre usuários no domínio de tempo, que é a técnica mais
eficiente.
A HSDPA realiza todo o potencial da WCDMA na provisão de serviços de
banda larga e é a capacidade definida de dados celulares com maior rendimento. Da mesma
forma que a EDGE aumenta a eficiência de espectro em comparação à tecnologia GPRS, a
HSDPA também aumenta a eficiência de espectro em comparação com a WCDMA. A maior
eficiência de espectro e a velocidade mais alta não apenas possibilita o uso de uma nova
categoria de aplicações, mas também suporta um número maior de usuários acessados à rede,
com a HSDPA, proporcionando mais que o triplo da capacidade WCDMA.
45
6.5 CDMA2000 1X EV
A tecnologia CDMA2000 1x EV é uma evolução da tecnologia CDMA2000
1x e fornece velocidade máxima eficiente de até 2,4 Mbps em uma largura de faixa padrão
com freqüência de 1,25 MHz. Preparado para serviços de dados de pacotes, a CDMA2000 1x
EV incorporou uma arquitetura flexível baseada nos protocolos IP que permitem execuções
flexíveis, de alta-performance e custo-efetivo. Como uma solução complementar para as redes
que utilizam torres, antenas e equipamentos existentes da rede, a tecnologia de CDMA2000
1x EV permite às operadoras, influenciar seus investimentos de infra-estrutura e redes atuais
de comunicação. CDMA2000 1x EV pode também trabalhar como um sistema autônomo
usando o equipamento off-the-shelf (fora da estante) do backbone do IP. A tecnologia
CDMA2000 1x EV é compatível com redes de IS-95A, de IS-95B e de CDMA2000 1x,
permitindo que os fornecedores de serviços existentes de CDMA obtenham uma capacidade
mais elevada e desempenho superior otimizando as ondas de voz e os dados separadamente,
servindo ambos as aplicações da mesma rede.
A tecnologia CDMA2000 1x EV é dividida em duas categorias: a
CDMA2000 1x EV-DO (Data only) e a CDMA2000 1x EV-DV (Data e Voice).
A tecnologia CDMA2000 1x EV-DO oferece suporte, em canais de RF
separados, a sinais de voz comutados por pacotes e dados de alta velocidade comutados por
pacotes. O canal de voz facilita a manutenção da baixa latência necessária para a transmissão
de conversações bidirecionais. O canal de dados exibe o roteamento flexível e as vantagens de
transmissão de baixo custo de uma rede em pacotes. A CDMA2000 1x EV-DO oferece taxas
de dados teóricas de até 2,4 Mbps. Em princípio, a utilização de canais separados para voz e
dados requer mais largura de banda que um canal combinado. Na prática, porém, a
desvantagem do espectro diminui à medida que aumenta o tráfego de dados. Isto é válido
especialmente para as operadoras com maior número de faixas no espectro e elevados
throughputs.
A tecnologia CDMA2000 1x EV-DV (Data and Voice) oferece transmissão
de dados e voz através da mesma portadora.
Já existe uma tecnologia que é uma evolução da CDMA 2000 1x EV,
conhecida como CDMA2000 3x, que é uma tecnologia que oferece serviços de transmissão
de voz e dados numa portadora de 5 MHz.
46
7 EVOLUÇÃO DA SEGUNDA GERAÇÃO À TERCEIRA GERAÇÃO
7.1 INTRODUÇÃO
As mudanças que ocorreram na indústria de telecomunicações envolvem
componentes locais de fundamental importância. Os órgão reguladores, o cenário econômico,
a composição dos grupos acionistas e a entrada de novos concorrentes apontam para um
cenário de mudanças desafiador, exigindo soluções próprias e específicas para cada
operadora.
A única certeza é a de que o usuário final continua a ditar o ritmo destas
mudanças e a determinar sua extensão, gerando novas demandas por serviços especialmente
voltados à comunicação móvel de dados.
As operadoras vêm se adaptando a esta demanda e adequando os seus
serviços à medida em que estes comprovam um aumento na fidelidade do assinante e a
criação de novos canais de receita. No entanto, esta preocupação constante em se antecipar às
necessidades dos usuários precisa garantir que sejam feitos investimentos compatíveis com o
retorno esperado.
O surgimento da Internet gerou uma demanda cada vez mais crescente por
acesso a informações de forma prática e imediata. No mundo móvel, isso não é diferente e
torna-se cada vez mais importante a introdução de serviços de transmissão de dados. Estima-
se que a prestação desses serviços poderá representar até 20% da receita, até o ano de 2005.
Essa demanda por serviços de transmissão implica uma necessidade de
evoluir as redes móveis para que possam fazer essa transmissão em velocidades cada vez
maiores, possibilitando e ampliando o leque de serviços e aplicações oferecidas ao usuário. O
destino são as redes de terceira geração (IMT-2000), hoje reconhecido através das
tecnologias EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution), WCDMA (Wideband Code
Multiple Access) e CDMA2000 1x EV, dentre outras.
Operadoras em todo mundo estão investindo na aquisição de novas licenças
para sistemas de terceira geração. Estes sistemas começaram a entrar em operação no ano de
2002.
Para atuar no mercado brasileiro de comunicação móvel de dados, as
operadoras precisam evoluir suas atuais redes TDMA e CDMA para redes de 2.5G,
preparando-se para a chegada das redes de 3G. As operadoras TDMA têm como potenciais
47
caminhos para evolução, a tecnologia GSM ou através do CDMA e as operadoras CDMA já
têm o caminho para sua evolução, definido. Os caminhos possíveis para a evolução estão
representados na figura abaixo (Fig. 7.1).
.
Figura 7.1 - Possível caminho de evolução para as operadoras
As operadoras TDMA terão dois grande desafio, independente da tecnologia
adotada para a evolução, durante a transição, um deles é custo de implementar uma rede GSM
ou CDMA separada, em paralelo com suas redes TDMA já estabelecidas, o outro é o custo de
utilizar essa rede separada para efetuar a transição para a Terceira Geração.
O primeiro caminho para evolução que será descrito, será a evolução das
redes TDMA através da tecnologia GSM, depois será descrito o caminho para evolução das
redes CDMA, caminho este que pode ser utilizado também pelas redes TDMA.
A maioria das operadoras TDMA optaram pela evolução através do GSM.
As operadoras que ainda não escolheram o caminho para a evolução de suas redes, estão
analisando as vantagens e desvantagens de ambas, para que possam fazer a escolha mais
viável dentro do contexto de cada operadora.
7.2 EVOLUÇÃO DA REDE TDMA ATRAVÉS DA TECNOLOGIA GSM
7.2.1 Evolução
O grande atrativo para que as operadoras TDMA utilizem a tecnologia GSM
é a base de assinantes que utilizam a tecnologia, base esta estimada em 560 milhões, em
48
outubro de 2001 número já bastante superado, pois sua base de assinantes tem um
crescimento mensal em torno de 20 milhões. Essa escolha fará com que possa ser prestado o
serviço de roaming internacional com 171 redes GSM espalhadas nos 5 continentes.
Do ponto de vista de investimento, o caminho GSM se mostra eficiente já
que conta com grande economia de escala, ampla variedade e oferta de produtos e serviços
disponíveis em todo o mundo, por se tratar de uma tecnologia, já implantada em outros países
há alguns anos. Sua implantação é rápida e de baixo custo, já que aproveita-se em parte dos
recursos já existentes na atual rede TDMA. A reutilização dos sites torna a coexistência das
redes uma estratégia viável na introdução do novo sistema.
A melhor relação de custo benefício irá ocorrer por causa da faixa adicional
de freqüência, onde irá funcionar a rede GSM, a 1,8 GHz. Neste caso, a operação do sistema
TDMA continua na faixa de 800 MHz, enquanto um sistema sobreposto GSM na faixa de 1,8
GHz entra em operação.
A coexistência dessas duas redes permite a segmentação do mercado de
usuários, através da diferenciação dos serviços prestados a cada um. A transição dos
assinantes para o sistema GSM é feita no passo definido pela estratégia da operadora, baseada
na demanda observada pelos novos serviços e a velocidade de implantação do sistema.
A estimativa mundial é de que até 2005, 65% dos assinantes móveis serão
servidos por sistemas GSM/GPRS/EDGE/WCDMA. Para o consumidor, isso irá se traduzir
em benefícios, tais como: eficiência significativa nos preços, ampla oferta de produtos e
serviços e rápido desenvolvimento de novos produtos.
Para operadoras TDMA que decidirem por GSM na sua evolução para 3G,
um passo fundamental será a introdução do GPRS. Essa tecnologia adiciona, de maneira
rápida e eficiente, a capacidade de transmitir dados com taxas ao redor de 115 Kbps. É um
complemento da rede GSM que habilita a transmissão móvel de dados por pacotes.
O próximo passo é acrescentar a tecnologia EDGE, que é a evolução da
tecnologia do rádio GSM para uma modulação mais eficiente (também conhecido como
8PSK). Essa evolução tem um custo operacional bem reduzido já que tanto o core network
(núcleo da rede) quanto as estações rádio base são as mesmas, requerendo apenas a utilização
do software. Portanto, acrescentar EDGE na rede GSM proporciona uma evolução natural e
gradual , sem a necessidade de novo planejamento de rede ou introdução de novos sites. Além
disso, a rede de comutação de dados utilizada nos sistemas GPRS e EDGE é a mesma
49
utilizada em sistemas WCDMA, podendo ser aproveitada durante todo o processo de
evolução.
A tecnologia WCDMA, já implantada no Japão e em alguns outros países, é
vista por muitos analistas como a tecnologia convergente, que irá unificar todos os padrões
existentes. Alguns dos fatores que levam os analistas a pensarem desta forma, são: a maioria
das licenças no mundo foram concedidas para operadoras que já optaram pelo WCDMA e
vários fornecedores de equipamentos e tecnologia têm designado valores substanciais de seus
investimentos para o WCDMA.
No Brasil, o caminho de evolução de GSM para WCDMA segue os padrões
definidos pelo ITU [ITU02]. A expectativa é que o início da implementação desses sistemas
no Brasil ocorrerá a partir de 2004. Provavelmente, teremos uma sobreposição de redes, já
que a demanda por serviços de 3G será variável, dependendo da localização.
A cobertura regional TDMA continuará disponível oferecendo serviços de
voz, sendo que as regiões metropolitanas passarão a contar com cobertura sobreposta GSM.
Dentro das regiões metropolitanas, nos centros de maior demanda, haverá também uma
sobreposição de sistemas EDGE e WCDMA oferecendo todos os serviços de 3G nessas
localidades específicas. A figura abaixo (Fig. 7.2) mostra esta evolução de redes com
pequenas áreas de cobertura sobreposta que irão atender demandas específicas.
Figura 7.2 - Modelo de cobertura de redes numa fase inicial de implantação
50
7.2.2 A coexistência das redes
O cenário brasileiro exige que se considere investimentos compatíveis com
a demanda dos usuários por novos serviços. As redes TDMA existentes evoluirão
gradativamente para redes 3G. Existirá um período, variável com a estratégia de investimento
adotado pelas operadoras, em que as redes coexistirão. Ou seja, o ritmo da migração
tecnológica acompanhará a migração de usuários para a nova rede. Em paralelo, as soluções
TDMA devem estar disponíveis para que as operadoras mantenham-se competitivas com sua
rede existente. O foco destas soluções será de minimizar o CAPEX (custos de investimentos)
e OPEX (custos operacionais), reter os atuais clientes da rede TDMA, aumentar o
desempenho total do sistema, otimizar a eficiência do espectro de freqüências e possibilitar
ganhos e bom posicionamento no mercado de comunicação móvel de dados.
Uma conclusão deste cenário é que o sucesso da migração dependerá da
maximização da rede TDMA existente e, obviamente, do sucesso da implantação da nova
rede.
Operadoras migrando para GSM são capazes de minimizar o CAPEX
através da reutilização de parte dos investimentos feitos na rede TDMA. Uma consideração
chave é que na implantação de uma rede GSM sobreposta a cobertura rural e urbana das
novas estações rádio base são equivalentes às das rádio bases TDMA, eliminado a
implantação de novos sites. Alguns fabricantes de Estações rádio base GSM estão fabricando
as estações para simplesmente serem encaixadas nos sites TDMA existentes. Isso inclui
reaproveitamento do equipamento do site (alimentador, fonte de energia, linhas de
transmissão, torre e espaço), reduzindo o custo e tempo de implantação do sistema. O maior
grau de integração e reutilização de recursos entre duas redes pode ser obtido quando o
mesmo fornecedor está envolvido, mesmo assim alguns fornecedores de equipamentos GSM
garantem a interoperabilidade de seus sistemas com o de outros fornecedores.
O GSM e o TDMA podem ser vistos como tecnologias complementares. As
funcionalidades existentes nas duas tecnologias permitem tanto a integração quanto a
segmentação dos serviços e assinantes. Por exemplo, o TDMA pode introduzir aos assinantes
serviços básicos, enquanto o GSM fornece serviços mais avançados. No entanto, é possível
oferecer ao assinante TDMA transparência com relação aos serviços oferecidos na migração
para o GSM. Em Hong Kong, esta segmentação foi implementada com sucesso. A operadora
oferece serviços de comunicação móvel debaixo de três marcas. Cada marca tem um público
alvo específico: “profissionais”, “jovens” e “usuários tradicionais”. Os dois primeiros estão na
51
rede GSM devido à maior demanda por transmissão de dados e o último na rede TDMA, já
que a demanda maior é, simplesmente, por voz.
7.2.3 Estratégias de transição
No primeiro passo de evolução com a introdução de GSM,a operadora
poderá sobrepor essa rede sobre a TDMA. Tendo isso em vista, as operadoras passarão por
três fases distintas, conforme as mudanças nas condições de mercado. Elas irão sair do atual
modelo de negócios exclusivo TDMA para a introdução de GSM, ofertando serviços baseados
em ambas tecnologias e, finalmente, a dedicação completa no crescimento de redes e serviços
GSM.
Operadoras TDMA irão passar por todas as três fases. A forma e a duração
de cada fase depende de fatores como, por exemplo, a disponibilidade de espectro.
A figura abaixo (Fig. 7.3) mostra algumas opções de como as operadoras
poderão evoluir para GSM, de acordo com a disponibilidade de freqüência.
Figura 7.3 - Possível existência de sistemas dentro de cada faixa de freqüência
Como exemplo, caso uma operadora TDMA tenha disponível freqüências
em 1,8 GHz, ela pode continuar operando TDMA exclusivamente em 800 MHz e introduzir
serviços GSM em 1,8 GHz.
Outras condições não relacionadas a espectro irão influenciar a estratégia de
evolução. Condições estas vistas anteriormente, tais como: situação financeira, concorrência,
disponibilidade de telefones e outros.
52
7.3 EVOLUÇÃO DA REDE CDMA
7.3.1 Os passos para a 3G
A via de migração inicial para as operadoras de CDMA começa pela atual
tecnologia CDMA (também conhecida como CDMA/IS-95 ou CDMA/IS-95-A), passando
opcionalmente pela CDMA/IS-95-B (implementada apenas no Japão, na Coréia e
recentemente no Peru) e concluindo com a CDMA/IS-95-C ou CDMA 1xRTT. A evolução
para a tecnologia CDMA2000 1x requer placas de canal e atualização de software para as
estações rádio-base
O próximo passo na evolução é a CDMA2000 1x EV-DO (Evolução -
Apenas Dados). Embora o cronograma de sua implementação ainda não esteja definido, a
empresa de telefonia norte-americana Sprint antecipa sua disponibilidade comercial para
2003. A Sprint está cautelosa em sua adesão à EV-DO, preferindo antes observar como o
mercado de dados vai se desdobrar antes de assumir um compromisso. A tecnologia
CDMA2000 1x EV-DV (Evolução - Dados e Voz) deve ser implementada futuramente. A
Motorola demonstrou essa tecnologia durante o primeiro trimestre de 2001 e já propôs um
padrão juntamente com a Nokia, a Philips Semiconductors e a Texas Instruments.
7.3.2 Vantagens
Um dos atrativos utilizados pelos fornecedores de produtos e tecnologia,
para atrair as operadoras TDMA, é que a migração da cdmaOne para a CDMA2000 1X e
tecnologias posteriores oferece uma utilização mais flexível do espectro, se comparada às
migrações de GSM para UMTS e de TDMA/IS-136 para UTMA através de GSM. Sob os
conceitos atuais, o GSM não estará disponível para as freqüências de 1900 e 2100 MHz
alocadas para o UMTS. Este, por sua vez, não estará disponível para as freqüências de 800,
900, 1800 e 1900 MHz alocadas para GSM. No entanto, as operadoras têm condições de
implementar a tecnologia CDMA2000 1x EV-DO (e possivelmente também a EV-DV) nos
espectros recém-atribuídos de 1900 e 2100 MHz e/ou nos espectros já estabelecidos de 800
e/ou 1900 MHz. A maioria das operadoras deverá implementar a tecnologia CDMA2000 1X
em espectros já ocupados.
Essa utilização flexível do espectro é uma das vantagens da CDMA2000
1X. Ao permitir que as operadoras utilizem o espectro já em uso, ela pode poupar às mesmas
os custos evidentes das licitações por novas faixas no espectro 3G, ou exigências na
construção de redes. A Suécia, por exemplo, não taxa as licenças para 3G. No entanto, exige
53
que cada licenciado gaste o equivalente a US$ 3 bilhões ou mais na construção de redes que
cubram todo o país, em até dois anos a partir da concessão da licença. (O órgão regulador já
reduziu essas exigências, permitindo que o licenciado compartilhe até 70 por cento da infra-
estrutura de 3G).
As operadoras que implementam a tecnologia CDMA2000 1X em seus
espectros já ocupados não tiram proveito da capacidade adicional oferecida por um novo
espectro. Essa desvantagem, porém, é compensada até certo ponto por um algoritmo de
codificação mais eficiente, incluído na CDMA2000 1X. Esse algoritmo dobra a capacidade
teórica da cdmaOne, embora na prática o ganho de capacidade fique próximo dos 50 por
cento, sem degradação de voz. As tecnologias EDGE e UMTS também vão incluir um
algoritmo de codificação mais eficiente, obtendo assim os ganhos de capacidade associados.
A tecnologia GPRS, por sua vez, não é capaz de oferecer ganhos de capacidade pelo fato de
ser uma arquitetura de rede e não uma interface de RF.
7.4 DADOS REAIS SOBRE A TERCEIRA GERAÇÃO
7.4.1 Introdução
A indústria de sistemas móveis tem sido atormentada pelas suas próprias
hipérboles. Seja ela impulsionada por exuberância ou malícia, os press releases tanto dos
fabricantes como das operadoras de redes suscitaram expectativas pouco realistas sobre o que
a 2.5G e a 3G podem oferecer, em termos econômicos e comerciais, especialmente a curto
prazo. Esse mantra dos press releases concentrou-se em taxas de 384 kbps ou maiores para os
ambientes de pedestres e/ou móveis. Essas taxas iriam viabilizar os prometidos vídeo full-
motion e transmissões multimídia em tempo real.
Essas taxas de dados não foram ainda oferecidas comercialmente, já que os
custos ainda são um problema e as limitações do ambiente de radiofreqüência (RF) do mundo
real são bastante concretas. Elas são viáveis em locais ou redes de teste ideais, onde um grupo
de usuários amigáveis, atuando em um espectro dedicado, garante mínima interferência vinda
do tráfego de outras redes ou de condições geográficas inconvenientes. No mundo comercial,
porém, é preciso levar em conta os custos e é preciso transmitir os sinais de RF sob as
condições imperfeitas de congestionamento de freqüências, ruído RF de fundo, condições
geográficas difíceis e uma cobertura incompleta pelas redes. Sob tais condições, está ainda
para ser comprovada a oferta comercial de uma largura de banda consistente e onipresente a
384 kbps. O fato surpreendente é que a primeira rede comercial atingiu taxas próximas ao
54
ideal teórico. A empresa SK Telecom (SKT), da Coréia, lançou um serviço de CDMA2000
1X em outubro de 2000 e no final de maio de 2001 já contava com 180 mil assinantes desse
serviço. A rede oferece taxas de dados de 120 kbps em um ambiente de RF ideal, mas os
valores típicos variam entre 70 e 90 kbps.
As experiências efetuadas na Europa e as expectativas na América do Norte
são mais limitadas. Nas duas regiões, os membros da indústria - em especial as operadoras de
redes - estão começando a reconhecer e confirmar que, embora o throughput e o potencial a
longo prazo possam variar entre 115 kbps e 384 kbps, a realidade de curto prazo irá mostrar
valores menores. No caso da CDMA2000 1X, Richard Lynch, o Vice-presidente Executivo e
Diretor de Tecnologia da Verizon Wireless, a maior operadora de sistemas sem fio dos
E.U.A., antecipa taxas de dados entre 30 e 40 kbps para sistemas móveis, a curto prazo,
apesar da expectativa teórica de 144 kbps. E no caso do GSM-GPRS, David Williams, Vice-
presidente de Planejamento Estratégico da Cingular, a segunda maior operadora de sistemas
sem fio dos E.U.A., antecipa taxas entre 20 e 30 kbps a curto prazo.apesar de uma expectativa
teórica de 115 kbps. Alguns observadores europeus acreditam que o GPRS possa atingir 50
kbps, enquanto outros consideram mais provável um valor entre 20 e 40 kbps.
Se pensarmos a longo prazo, as tecnologias vão amadurecer e as redes serão
construídas, o que permitirá a elevação das taxas de dados. Até que chegue esse momento,
porém, a vantagem da 3G não está nas taxas elevadas de dados, mas em sua arquitetura de
comutação por pacotes. Como observamos na introdução, ao contrário da comutação por
circuitos, a comutação por pacotes permite um acesso por IP imediato e de baixo custo à Web
e à enorme quantidade de aplicações e serviços disponíveis a partir da mesma.
Independentemente das taxas de dados que as diferentes tecnologias poderão fornecer, as
questões econômicas e comerciais irão incentivar as operadoras a oferecer taxas de dados
menores.
A empresa Nokia, um dos principais proponentes da 3G, "não acredita que a
questão seja realmente a taxa de dados", e sim aplicações e serviços relevantes. Nos estágios
iniciais da implementação do GPRS e EDGE, a Nokia vê taxas de dados entre 20 e 30 kbps
viabilizando "uma série de aplicações lucrativas logo no início".
Em suma, ao dirigir seu foco para taxas elevadas de dados, as operadoras de
redes podem estar direcionando incorretamente seus recursos. Em um futuro previsível, as
principais questões na implementação da 2.5G e 3G estarão mais provavelmente centradas na
relação custo-benefício que certas taxas de dados poderão oferecer para o fornecimento de
55
serviços e aplicações que os usuários irão utilizar, gerando portanto receita para as operadoras
de redes. Vamos explorar esse ponto com mais detalhes na conclusão deste capítulo.
7.4.2 Fatores Que Restringem as Transmissões em Banda Larga
Relação custo-benefício à parte, múltiplos fatores limitam as transmissões
em banda larga no ambiente do mundo real. Muitos, mas não todos, derivam da imaturidade
das tecnologias. Alguns fatores poderão ser mais relevantes para uma interface de RF que
para outra. Ao longo do tempo e com suficientes esforços de pesquisa e desenvolvimento, tais
fatores serão superados. Enquanto isto não acontece, porém, esses fatores estão impedindo, de
forma consistente, que seja atingida qualquer meta próxima às taxas de dados anunciadas.
Abordamos rapidamente três desses fatores a seguir - provisão de potência e
consumo de bateria, latência e taxa de erro de bits. Essas abordagens não esgotam o assunto.
Ao contrário, elas exemplificam a gama de desafios que os fornecedores e as operadoras de
sistemas sem fio devem superar, antes que as transmissões de banda larga em tempo real
tornem-se uma realidade comercial.
7.4.2.1 Provisão de Potência e Consumo de Bateria
No caso do GSM, a voz convencional é transmitida em uma "janela de
tempo" a 9,6 kbps. A banda larga é normalmente anunciada com taxas de até 384 kbps - ou
seja, 40 vezes mais que 9,6 kbps. Não importa qual seja a tecnologia de RF, essas
transmissões exigem maiores provisões de potência e geram portanto maior consumo de
bateria. Isto irá significar um problema para todas as novas tecnologias, embora em menor
escala para CDMA2000 1X e UMTS, até agora, do que para GSM, GPRS e EDGE.
A potência de transmissão necessária para todas as tecnologias CDMA,
incluindo CDMA2000 1X e UMTS (que também é uma tecnologia CDMA), é ajustada
continuamente ao volume de bits que está sendo transmitido. Dessa forma, se em um
determinado momento poucos bits estiverem sendo transmitidos, como em uma mensagem
curta, menos potência será utilizada. E se mais bits estiverem sendo transmitidos, como em
um videoclipe, tanto mais potência será empregada. Isto é geralmente conhecido como taxa de
dados variável. Portanto, as tecnologias CDMA2000 1X e UMTS são mais eficientes no
sentido em que alocam somente a potência de RF necessária para fornecer os bits que estão
sendo transmitidos. O consumo da bateria varia de acordo com a potência utilizada. Assim
56
sendo, o consumo médio da bateria é sempre relativamente menor do que nas tecnologias
diferentes de CDMA.
As tecnologias GSM, incluindo GPRS e EDGE, também variam a potência
de saída em relação ao número de bits que está sendo transmitido. Entretanto, são menos
flexíveis na forma como adaptam a potência de saída às taxas de bits. Em teoria, elas são
capazes de acrescentar ou subtrair até oito janelas de tempo, de acordo com a natureza da
transmissão. Devido a esse ajuste menos refinado da potência de saída à taxa de dados, o
consumo de bateria é normalmente mais elevado, quando comparado às tecnologias baseadas
em CDMA que transmitem o mesmo conteúdo. Esse fenômeno parece estar ocorrendo na rede
GPRS recentemente lançada pela BT Cellnet, cujos assinantes estão se queixando do consumo
das baterias.
7.4.2.2 Latência
A latência descreve o atraso de uma transmissão, desde o momento em que
entra na rede até o momento em que deixa a mesma. Uma baixa latência significa pequenos
atrasos e uma latência elevada, grandes atrasos. A latência pode ocorrer tanto no aparelho
telefônico como na própria rede. Aquela que ocorre no aparelho ou entre ele e a estação rádio
base é denominada latência de acesso. E a que ocorre a partir da estação base para a rede é
denominada latência de rede. Uma baixa latência é essencial para transmissões em tempo real,
que incluem conversações por voz ao vivo (mas não mensagens por correio de voz, que são
insensíveis ao tempo) e vídeo bidirecional ao vivo (mas não videoclipes de entretenimento,
que também não dependem do tempo).
A latência não é um fenômeno exclusivo das redes de sistemas móveis. Ela
é conseqüência de todas as redes, terminais e dispositivos pelos quais as transmissões devem
passar e todos os gargalos e atrasos com que essas transmissões se deparam. Em casa, os
usuários das conexões de banda larga com a Internet enfrentam a latência sob a forma de
atrasos no download de web sites, durante os horários de pico do tráfego (em geral, no início
da noite e com clima instável). Esses atrasos são devidos à sobrecarga da largura de banda na
periferia da rede.
Mais importantes, porém, são os atrasos devidos à sobrecarga da largura de
banda no núcleo da rede. Digamos que um usuário de Nova York queira fazer o download de
um site sediado em Seattle, por exemplo. De acordo com a carga de tráfego e os custos de
transmissão naquele momento, o download poderá fazer o percurso Seattle - Los Angeles -
Denver - Houston - Chicago, chegando por fim a Nova York. Ele poderá utilizar redes de
57
fibra de propriedade da Qwest, AT&T e/ou Verizon. Em cada ponto de comutação, e em
particular na junção de cada rede, ele irá se deparar com atrasos e cada um desses atrasos
tende a aumentar a latência. Isto significa que mesmo se uma rede de sistemas móveis estiver
configurada para oferecer uma baixa latência, a operadora não poderá garantir uma latência
reduzida para os usuários finais que utilizam seus aparelhos móveis para ter acesso a outras
redes ou que empregam seus terminais em ambientes de RF com excesso de ruído e, portanto,
com propensão a induzir latência.
7.4.2.3 Taxa de Erro de Bits
Os sinais de voz são menos suscetíveis aos erros de transmissão ou taxas
elevadas de erro de bits (BER) que os sinais de dados (também conhecidos como conteúdo
"não-voz"). A razão dessa menor suscetibilidade provém da capacidade do cérebro humano de
reconstruir as partes faltantes das conversações. Assim, mesmo que uma sílaba ou até uma
palavra seja perdida, o cérebro irá inferir as informações perdidas a partir do contexto da
conversação e irá reconstruí-la. Isto permite que as pessoas se comuniquem, mesmo com o
ruído ou as interrupções presentes em chamadas de rádios móveis apenas marginalmente
compreensíveis.
A transmissão de dados não oferece essa vantagem da reconstrução. Caso o
conteúdo não-voz seja perdido, ele só poderá ser recuperado (caso isto seja possível) através
de sofisticados algoritmos de correção de erros. Essas correções de erros, por sua vez,
acrescentam códigos extras às transmissões de RF, que reduzem a taxa real de dados (ou taxa
de transmissão) do conteúdo desejado. Quanto maior o número de erros, tanto maior será a
correção de erros necessária e tanto menor será a taxa de dados real. Assim sendo, em
ambientes imperfeitos de RF qualquer tecnologia de RF irá fornecer apenas uma fração de sua
taxa de dados teórica de pico. Além das queixas sobre o consumo excessivo de baterias em
seu sistema GPRS, a BT Cellnet está enfrentando também throughputs menores que os
esperados no mesmo, em alguns casos de apenas 8 kbps. Como já observamos anteriormente,
à medida que as demais operadoras forem seguindo o exemplo da BT, as taxas de dados
menores que o esperado passarão a ser a regra e não a exceção.
Em todo caso, cada uma dessas questões é válida para todas as tecnologias
3G e de transição. Nós as apresentamos como considerações, que poderão se mostrar úteis
para que as operadoras de redes avaliem suas alternativas de migração.
58
7.4.3 O Custo de Fornecer Taxas de Dados Teóricas
Em um futuro previsível, o custo de fornecer taxas de dados teóricas irá se
mostrar econômica e comercialmente insustentável. De fato, oferecer algo próximo a uma
taxa onipresente e consistente de 384 kbps em tempo real irá exigir enormes investimentos
por parte das operadoras. Não podemos esquecer também que as operadoras devem expandir
a capacidade de RF para oferecer tais taxas de dados para o conteúdo não-voz, sem
comprometer a capacidade de RF necessária para o transporte do tráfego de voz convencional.
Assim sendo, caso uma rede esteja no limite de sua capacidade, o acréscimo de recursos de
dados irá comprometer a qualidade do serviço para os usuários da voz convencional. Se o
tráfego de dados provocar a degradação do serviço de voz, os assinantes desse serviço serão
alienados.
No caso da CDMA2000 1X, não foi ainda divulgado o custo das redes
capazes de transportar taxas elevadas de dados sem degradar a qualidade de voz. Os custos
envolvidos com a tecnologia UMTS já foram divulgados, como conseqüência das disputas
realizadas para se obter as licenças para 3G. Sem a utilização de redes compartilhadas, tais
custos seriam de US$ 400 por pessoa coberta, embora US$ 200 por pessoa coberta poderiam
ser suficientes. Tais custos seriam de três a cinco vezes maiores que os necessários para se
oferecer um serviço de voz aceitável. Para fins de comparação, os investimentos cumulativos
de todas as operadoras dos E.U.A. (até sete por mercado), entre 1983 e dezembro de 2000,
atingiu US$ 89,6 bilhões. Dada uma população de 276 milhões, isto equivale a US$ 325 por
pessoa coberta.
Gastos de capital de US$ 200 a 400 por pessoa coberta são comercialmente
inviáveis, no momento. Se considerarmos a fuga de capitais da indústria de telecomunicações,
é improvável que a situação mude em breve. Portanto, em um futuro previsível, as operadoras
de sistemas móveis irão investir menos em infra-estrutura 3G do que o necessário para se
fornecer 384 kbps de modo onipresente e consistente. Isto, por sua vez, irá impedir o
fornecimento do divulgado nirvana de vídeo full-motion e multimídia em tempo real. Isto
significa que, a curto prazo, a relevância comercial de uma 3G onipresente deverá se originar
de algo que não seja uma grande largura de banda. Em muitos aspectos, isto irá dirigir o foco
para as perspectivas de custo da Nortel e as perspectivas de aplicações e serviços da Nokia.
Outros fornecedores poderão ou não concordar com tais perspectivas.
59
7.4.4 Uma Alternativa ao Modelo Comercial 3G com Elevada Taxa de Dados
É plausível prever que o fornecimento geral de tráfego banda larga sem fio
irá se tornar comercialmente viável a partir de 10 anos no futuro. Nos próximos cinco anos,
porém, ou talvez um pouco mais, os elevados custos da infra-estrutura necessária irão impedir
que as operadoras ofereçam taxas de 384 kbps ou qualquer coisa próxima desse valor, de
modo onipresente e consistente. Por esse motivo, será impossível oferecer, também de modo
onipresente e consistente, vídeo full-motion e multimídia em tempo real.
A viabilidade comercial da 3G não irá se originar do oferecimento de banda
larga em grande escala. Na verdade, ela virá do fornecimento de um tráfego econômico que
combine voz e dados e de uma conectividade imediata, aberta e barata com a Internet.
Esta última possibilidade irá proporcionar acesso a infinitas fontes de
infinitos serviços e aplicações, muitos deles disponíveis através de uma largura de banda
relativamente estreita. O sucesso do I-Mode da NTT DoCoMo aponta para esse potencial.
Apesar das taxas de dados de apenas 9,6 kbps, o I-Mode foi adotado pela maioria dos
assinantes da DoCoMo. Dessa forma, a receita média por usuário (ARPU) aumentou 30 por
cento ou mais.
Não queremos dizer com isso que uma taxa de dados de 9,6 kbps será
suficiente, porque com o tempo realmente não será. À medida que as redes 3G e suas proxies
2.5G forem sendo lançadas, elas irão permitir larguras de banda maiores que 9,6 kbps, ainda
que com valores inferiores às taxas prometidas pela hipérbole da indústria. Como já
mencionamos anteriormente, as operadoras que se pronunciaram sobre o assunto situam esses
valores na faixa de 20 a 40 kbps. Em um futuro previsível, isto poderá emergir como um
benchmark da indústria. Taxas de dados maiores serão consideradas um dividendo extra.
Até o momento, a SKT é uma empresa singular, entre todas as operadoras
do mundo, por ter sido a única a realizar uma experiência significativa com a operação
comercial de uma rede 3G. Com base nessa experiência, ela talvez esteja mais ciente e mais
cuidadosa que outras operadoras sobre o compromisso existente entre o fornecimento de
serviços comercialmente viáveis, por um lado, e elevadas taxas de dados, pelo outro.
Como já vimos anteriormente, a SKT está agora fornecendo taxas entre 70 e
90 kbps a 180.000 assinantes comerciais da CDMA2000 1X. Isto, dentro de uma base de
clientes que gira em torno de 12 milhões de pessoas. Apesar de sua grande realização técnica,
a SKT entende que serão os motivos econômicos e não os tecnológicos a limitar as taxas de
dados oferecidas a seus clientes, em última análise. A empresa observa que, com apenas
60
180.000 clientes 3G, ela não gerou tráfego suficiente para que surjam problemas com
sobrecarga ou implementação. Ela prevê, no entanto, um inevitável compromisso entre voz e
capacidade de dados. Por essa razão, a SKT antecipa taxas de dados econômicas entre 30 e 50
kbps - ou seja, o que será capaz de oferecer de forma econômica para cada cliente, mantendo
ao mesmo tempo uma qualidade de serviço aceitável. A empresa acredita que a situação será a
mesma para qualquer tipo de rede, seja ela CDMA2000 1X, como a sua própria, ou com
tecnologia UMTS. Ela não vê diferenças de custo entre as infra-estruturas dessas duas
tecnologias 3G. O problema de 3G da SKT não é técnico e sim comercial, proveniente da
necessidade de "converter serviços 3G em receita". Para isso, está se empenhando em
fornecer serviços de voz e dados com qualidade "razoável", a fim de atender os clientes
razoavelmente. A SKT percebeu que é perigoso tentar oferecer taxas de dados elevadas e
obter uma satisfação absoluta dos clientes ao mesmo tempo. Para conseguir ambos teria que
investir pesadamente, reduzindo assim sua chance de lucro.
Em suma, a SKT encara a questão central da 3G não como taxas de dados
elevadas, mas como taxas de dados rentáveis. Ela acredita que um enfoque nas taxas de dados
e nas tecnologias que possam fornecê-las desvia a atenção da questão básica perseguida pela
empresa - gerar lucros com o fornecimento de serviços 3G.
À medida que outras operadoras reconhecerem e adotarem esse ponto de
vista, elas poderão mudar suas perspectivas de longo prazo. Ao invés de dirigir seu foco para
um objetivo distante e comercialmente incerto das taxas de dados de 144 kbps ou mais, elas
poderão redirecionar o foco para o objetivo imediato e comercialmente rentável das taxas de
dados situadas entre 30 e 50 kbps.
61
8 CONCLUSÃO
O desenvolvimento de tecnologias cada vez mais avançadas, na área de
telefonia celular, é alcançado em curtos espaços de tempo. As tecnologias mais modernas
existentes atualmente fazem parte da chamada Terceira Geração (3G) e estão implantadas
apenas nos países mais desenvolvidos, mas em muitos países, como é o caso do Brasil, as
tecnologias implantadas ainda pertencem à Segunda Geração (2G).
As operadoras e empresas desenvolvedoras de equipamentos de telefonia
celular, que implantaram tecnologias da 2.5G e da Terceira Geração (3G), em países
desenvolvidos, estão começando a obter um retorno de seus grandes investimentos, pois o
mercado está aderindo às novas tecnologias e serviços, o que certamente fará com que as
empresas continuem a desenvolver e buscar aperfeiçoamentos e evoluções constantes nestas
novas tecnologias.
Nos países que utilizam tecnologias da Segunda Geração (2G), na maioria
subdesenvolvidos ou que estão em desenvolvimento, e que estão para migrar desta tecnologia
para tecnologias mais modernas, enfrentam um grande problema, pois grande parte da
população tem um baixo poder aquisitivo, criando uma dúvida, por parte das operadoras e
desenvolvedoras de equipamentos de telefonia, quanto ao retorno dos investimentos em
tecnologias, que serão muito altos. Nestes países, a evolução acontecerá seguindo um ritmo
imposto pelo mercado e não pela evolução das tecnologias. A solução encontrada pelas
operadoras será a de evoluir de suas tecnologias atuais, através da sobreposição de
tecnologias, mantendo as tecnologias de Segunda Geração (2G) e implantando as tecnologias
mais avançadas, oferecendo estes serviços apenas a nichos específicos de mercado, reduzindo,
assim, os custos de implantação, até que o mercado passe a adotar as novas tecnologias,
fazendo com que as tecnologias de Segunda Geração (2G) não sejam mais utilizadas.
62
REFERÊNCIAS
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Disponível na Web dia 10/11/2002, no endereço:
http://www.bell-labs.com/
[FCC02] Federal Communications Commission.
Disponível na Web dia 12/10/2002, no endereço:
http://www.fcc.gov/
[NTT02] NTT DoCoMo, empresa de telefonia celular japonesa.
Disponível na Web dia 20/10/2002, no endereço:
http://www.nttdocomo.com/
[3GA02] 3G Americas, grupo ligado a tecnologia GSM.
Disponível na Web dia 01/12/2002, no endereço:
http://www.3gamericas.org/Portuguese/Technology_Center/WhitePapers/
[GSM02] GSM Association.
Disponível na Web dia 20/11/2002, no endereço:
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Disponível na Web dia 23/11/2002, no endereço:
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Disponível na Web dia 29/10/2002, no endereço:
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[TIA02] Telecommunications International Association.
Disponível na Web dia 28/10/2002, no endereço:
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[TLM02] TELEMAR.
Disponível na Web dia 02/12/2002 no endereço:
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[TIM02] TIM – Telecom Itália Mobile.
Disponível na Web dia 03/12/2002, no endereço:
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[3GP02] 3rd Generation Partnership Project.
Disponível na Web dia 01/12/2002, no endereço:
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[IET02] Internet Engineering Task Force.
Disponível na Web dia 03/12/2002, no endereço:
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[ERI02] Ericsson.
Disponível na Web dia 12/11/2002, no endereço:
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[TDM02] TDMA.
Disponível na Web dia 12/11/2002, no endereço:
http://www.tdma.hpg.ig.com.br/
[3GS02] 3G.com.br – inovações para um novo milênio.
Disponível na Web dia 20/12/2002, no endereço:
http://www.3g.com.br/
[HUG02] AMPS – TDMA Principais Características e Diferenças.
Elaborado por: Engº Hugo Braz Vaz de Melo, Engº Gutemberg Fernandes de Oliveira,
Engº Luiz Otávio Borges Abrantes, Engº Rogério Lima Conde, Engº Plácido Libânio
Fernandes Telles Filho.
Disponível na Web dia 20/12/2002 no endereço:
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[TLM02] Webware – telemoveis.com.
Disponível na Web dia 21/12/2002, no endereço:
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[CDM02] Folha de dados 3G, publicado pelo CDMA Development Group, acessado em
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[RYS02] Livro Branco para a 3G Américas elaborado por Peter Rysavy (RYSAVY
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[SHO02] GSM ou CDMA: Os desafios comerciais e tecnológicos para as operadoras de
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[SUP02] Suplemento do documento “The TDMA Operator path to GSM” (Ericsson,
Setembro 2001)
