Redes Celulares Móveis
Projecto Final de Curso Técnico Especialista em Telecomunicações e Redes
Janeiro de 2013 – Mestre Eng. Luís Pires
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Índice
1. Decibel e as Unidades Derivadas...............................................................................4 1.1 dB (decibel) ..........................................................................................................4
1.1.1 Relação de Potências.....................................................................................4 1.2 Unidades Derivadas do dB ..................................................................................5
1.2.1 dBm...............................................................................................................5 1.2.2 dBW ..............................................................................................................5 1.2.3 dBmV............................................................................................................5 1.2.4 dBi.................................................................................................................6 1.2.5 dBd................................................................................................................6 1.2.6 dBμV/m ........................................................................................................6
2. Características do Sistema de Antenas ......................................................................7
2.1 Tipos de Radiação................................................................................................7 2.2 Ganho de uma Antena..........................................................................................7
2.2.1 Coeficiente de Eficiência da Abertura ..........................................................8 2.2.2 Relação Frente-Costas ..................................................................................9 2.2.3 Potência Efectiva Isotrópica Radiada ...........................................................9
3. Sistemas de Comunicação Móveis Celulares ..........................................................10
3.1 Evolução Histórica dos Sistemas de Rádio Móvel ............................................12 3.2. Sistemas Analógicos..........................................................................................13 3.3. Conceitos Introdutórios ....................................................................................13 3.4 Elementos constituintes de uma rede GSM........................................................16 3.5 Elementos de uma Rede GPRS ..........................................................................19
3.5.1 Classes dos Terminais Móveis em GPRS...................................................21 3.5.2 Actualização para Operar em GPRS...........................................................22 3.5.3 Interface A-bis ............................................................................................23 3.5.4 Interface Gb ................................................................................................23 3.5.5 Protocolos em GPRS...................................................................................24 3.5.6 High Speed Circuit Switched Data – HSCSD ............................................25
4. Redes UMTS............................................................................................................27
4.1 Conceitos Básicos ..............................................................................................32 4.1.1 Camada Física.............................................................................................35
4.2 Comparação entre o GSM e UMTS...................................................................39 4.3 Arquitectura do Sistema.....................................................................................41 4.4 Balanço de Potência ..........................................................................................49
4.4.1 Balanço de Potência em Uplink..................................................................53 4.4.2 Balanço de Potência em Downlink .............................................................58
5. Modelos de Propagação e Equipamento Utilizado em Redes Celulares Móveis ....61
5.1 Modelo COST 231 Walfisch-Ikegami ................................................................63 5.2 Equipamento Utilizado em Comunicações Móveis............................................67
5.2.1 Estação Base ...............................................................................................67 5.2.2. Mobile Station (MS) ..................................................................................69 5.2.3 Equipamento Adicional ..............................................................................70
5.3 Balanço de Potência ..........................................................................................73
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Referências...................................................................................................................79
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1. Decibel e as Unidades Derivadas
O dB e as suas unidades derivadas são muito usadas em telecomunicações. Os sinais
quer transmitidos através de cabo, de feixes Hertezianos , da luz ou ainda a rádio, TV,
entre outros podem atingir valores muito elevados ou podem ser extremamente
pequenos e por isso o dB torna esses valores de mais fácil operacionalidade de forma
a simplificar os cálculos.
1.1 dB (decibel)
Tal como referido na secção 1, existem certas operações que se podem efectuar com
dBs e que não são validas com as unidades lineares convencionais. Por exemplo,
pode-se somar algebricamente ganhos e perdas porque um valor em dB com sinal (+)
representa um ganho e com o sinal (-) significa uma perda. O dB define-se no
dominio da potência pela relação (1.1),
( ) 2
110 log .p
PG dB P⎛ ⎞= ⋅ ⎜ ⎟⎝ ⎠
(1.1)
1.1.1 Relação de Potências
Deve-se ter sempre presente a seguinte relação de potências: 1
2
3
4
5
6
10 10 1010 100 2010 1000 3010 10000 4010 100000 5010 1000000 60
dBdBdB
dBdB
dB
→ →+
→ →+
→ →+
→ →+
→ →+
→ →+
O dB define-se no domínio da tensão ou corrente pela relação presente em (1.2) e
(1.3), respectivamente.
( ) 2
1
20 log ,VVG dBV
⎛ ⎞= ⋅ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ (1.2)
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( ) 2
1
20 log ,IIG dBI
⎛ ⎞= ⋅ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ (1.3)
Em regra geral, cada vez que a potência duplica o ganho aumenta 3dB.
1.2 Unidades Derivadas do dB
O dB representa uma relação e por isso não se pode dizer que a saída de um
amplificador é de 33 dB, mas sim que tem um ganho de 33 dB, ou que tem um
atenuador de 6 dB de perdas. Assim esta unidade não transmite a ideia do valor
absoluto da saída de um equipamento, contudo existem unidades derivadas do dB que
transmitem essa ideia, sendo o mais comum o dBm.
1.2.1 dBm
O dBm, é o nível de potência em relação a 1 mW, ou seja,
10 log .1dBm
PPmW
⎛ ⎞= ⋅ ⎜ ⎟⎝ ⎠
(1.4)
O valor de referência é 1 mW, ou 0 dBm.
1.2.2 dBW
Esta unidade é muito usada em microondas e trata-se do dB referido a 1 W, ou seja,
10 log .1dBWPPW
⎛ ⎞= ⋅ ⎜ ⎟⎝ ⎠
(1.5)
Existem duas relações que se podem fazer usando o dBm e o dBW. Uma delas diz
respeito a que 0 dBW correspondem a +30 dBm; no caso da segunda, 0 dBW
corresponde a –30 dBm.
1.2.3 dBmV
Esta unidade é comummente usada em microondas, mas sobretudo na transmissão de
vídeo. A referência é 1 mV, com uma impedância de 75 Ω. A relação será:
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20 log .1
mVV
VDmV
⎛ ⎞= ⋅ ⎜ ⎟⎝ ⎠
(1.6)
1.2.4 dBi
Esta unidade é usada para expressar o ganho ou perda de uma antena em relação a
antena Isotrópica. Tendo uma antena Isotrópica um ganho uniformemente
omnidireccional, isto é, um ganho constante qualquer que seja a direcção. Esta antena
representa uma antena de referência com ganho zero e perda zero.
1.2.5 dBd
Esta unidade é usada tendo com referência uma antena dipolo. Uma antena dipolo tem
um ganho de 2.15 dB acima de uma antena Isotrópica, dado que o seu ganho não é
omnidireccional, ou seja, 0dBd correspondem a + 2.15 dBi.
1.2.6 dBμV/m
Esta unidade representa o nível de um campo electromagnético. Os valores do campo
electromagnético (E) são muito pequenos, esta unidade de medida é em relação a E0 =
1μV/m, ou seja,
/0
20 log .dB V mENEμ
⎛ ⎞= ⋅ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ (1.7)
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2. Características do Sistema de Antenas
A eficiência de um sistema de antenas depende de quanta energia transmitida pode ser
captada pela antena de recepção e essa energia depende das caracterisicas de ambas as
antenas de transmissão e recepção.
No caso da radio-difusão (ponto-a-multiponto) a eficiência é, em geral, baixa porque
há que radiar energia igualmente em todas as direcções (antena Isotrótica, ou
omnidireccional), nesse caso as estações de radio-difusão devem por isso transmitir a
grandes potências. Nas ligações ponto-a-ponto e microondas, a potência transmitida é
baixa, devendo por isso as antenas de emissão e recepção ser altamente direccionais,
ou directivas. Esta direccionalidade da antena é medida em termos de ganho que não é
mais do que a relação entre a sua intensidade máxima de radiação numa dada direcção
e a intensidade de radiação na mesma direcção, devida a um radiador Isotrópico que é
uma antena “ideal” que em uma radiação igual em todas as direcções.
2.1 Tipos de Radiação
Existem três tipos de radiação: Isotrópico, com ganho unitário; Dipolo de meia-onda
(λ/2), com ganho de 1.5 dBi, também chamado dipolo curto (pode ainda existir o
chamado dipolo curto à terra, com um ganho de 3 dBi) e parabólica.
2.2 Ganho de uma Antena
A diversidade de uma antena mede-se em termos de ganho. Este ganho é um ganho
passivo baseado na capacidade da antena em concentrar e dirigir a energia numa
determinada direcção, trata-se por isso de um ganho directivo, que é definido como a
relação entre a potência de pico transmitida pela antena na direcção desejada e a
potência transmitida na mesma direcção por uma antena Isotrópica com o mesmo
nível de potência de entrada.
Nas antenas aplica-se o principio da reciprocidade, isto é, o ganho directivo na
emissão é igual ao ganho directivo na recepção.
O ganho de uma antena e dado por,
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2
4 ,eG Aπλ
= ⋅ (2.1)
onde,
• λ é o comprimento de onda, dado por cf
λ = , onde c representa a velocidade
da luz no vazio, 83 10 /m s× .
• Ae é a área efectiva ou abertura efectiva da antena.
2.2.1 Coeficiente de Eficiência da Abertura
Este coeficiente é dado por η e definido em (2.2),
,eAA
η = (2.2)
onde,
• A é a área física real de uma antena.
De salientar que, a área de abertura efectiva nunca, na prática, pode igualar a área
física, ou seja, a potência incidente total não pode ser extraída devido a diversos
mecanismos tais como iluminação da antena deficiente, imperfeições na superficie
reflectora, entre outras. Assim sendo, a expressão comummente usada para o cálculo
do ganho de uma antena é dada por (2.3),
2
4 .AG πηλ⋅
= ⋅ (2.3)
Em dB será,
2
410 log .dBiAG πη
λ⋅⎛ ⎞= ⋅ ⋅⎜ ⎟
⎝ ⎠ (2.4)
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2.2.2 Relação Frente-Costas
Esta relação (F/B) representa a quantidade de nível de sinal que é emitido, quanto
maior esta relação melhor será a emissão. Esta relação é dada por (2.5),
( )10 log .MAX
dBbMAX
PFB P
⎛ ⎞= ⋅ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ (2.5)
2.2.3 Potência Efectiva Isotrópica Radiada
Esta potência, representada por EIRP (Effective Isotropic Radiated Power),
caracteriza um sistema do ponto de vista de transmissão, dado por (2.6),
[ ] .T TEIRP P G W= ⋅ (2.6)
Em dB seria,
[ ][ ] [ ] .T dBm T dBiEIRP P G dBm= + (2.7)
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3. Sistemas de Comunicação Móveis Celulares
O crescimento dos sistemas de comunicação móvel é um dos maiores fenómenos
registados nas aplicações de telecomunicações nos últimos anos. A possibilidade de
efectuar e receber chamadas a partir de um terminal móvel sem fios, qualquer que seja
a sua localização, é uma das grandes atracções oferecidas aos potenciais
clientes/consumidores. A oportunidade de negocio está longe de atingir o limite, pois
basta imaginar que cada cidadão, e não cada lar, pode ser um potencial assinante
móvel, incluindo as camadas etárias mais jovens.
As comunicações móveis introduziram diversos conceitos nas telecomunicações, por
exemplo, um número de telefone deixa de estar associado a um local, para estar
associado a uma pessoa. Não admira, pois, que o crescimento do mercado das
telecomunicações móveis tenda a superar qualquer um dos outros mercados das
telecomunicações ditas “convencionais”. O sistema Global System for Mobile
communication (GSM) é um exemplo de sucesso, onde a explosão da procura
originou taxas de penetração que não têm paralelo na história das telecomunicações.
Para isso contribuíram diversos factores, aos quais não está alheio o facto deste
sistema ser resultado de uma concentração de esforços entre entidades nacionais e
europeias em criar uma norma que regulamentasse o processo de “deployment” do
sistema (fabricantes, operadores, governos, reguladores).
O sistema General Packet Radio Service (GPRS), assenta na comunicação de pacotes
de dados, enviados sobre o protocolo IP (o mesmo que é usado na Internet fixa), e não
na comutação de circuitos telefónicos. A velocidade das comunicações atingirá
virtualmente os 115 kbps, contudo para já não é de prever que o GPRS consiga
ultrapassar os modems analógicos. Por outro lado, mesmo com uma disponibilidade
de 115 kbps, é preciso não esquecer que o sistema GPRS efectua uma alocação
dinâmica da largura da banda existente. Quer isto dizer que, em locais muito
concorridos, onde sejam efectuadas centenas de chamadas de dados em simultâneo, a
velocidade de acesso do GPRS diminui drasticamente. Velocidade à parte, o GPRS
apresenta uma mais valia fundamental: a possibilidade de ter acesso à Internet sempre
activado, se bem que em modo de standby, e de poder aceder à Internet em escassos
quatro ou cinco segundos, sem ser necessário esperar os tradicionais 30 segundos da
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ligação analógica. Isto porque, como já se disse, não é feita uma comutação de
circuitos, mas sim de pacotes de dados. Com o GPRS, receber um e-mail ou aceder à
Internet no telemóvel num futuro próximo será tão vulgar como hoje em dia num
computador de secretária. Com base nas redes GSM existentes utilizadas para a
comutação de circuitos, pretende-se alargar o tipo de serviços disponibilizados,
introduzindo a comutação de pacotes. Para a introdução deste serviço vão ser
introduzidos novos elementos à rede GSM existente, tendo em vista o
encaminhamento do tráfego de pacotes, sendo estes elementos constituintes da rede de
core. Em virtude de o espectro rádio disponibilizado pelo regulador não sofrer
alterações com vista à introdução deste novo serviço, será necessário partilhar os
recursos rádio existentes no GSM pelo tráfego de voz e de dados. Tendo em conta o
facto dos recursos rádio serem limitados e sendo este o ponto comum entre o GSM e o
GPRS será necessário por parte do operador de redes GSM proceder a uma gestão
destes canais de modo a fornecer ambos os serviços. Em virtude dos canais de voz
existentes não poderem ser utilizados para tráfego de comutação de pacotes, torna-se
deste modo necessário reservar um conjunto de canais específicos para este tipo de
serviço, podendo estes serem obtidos à custa de introdução de novo hardware na
interface rádio, o que implica custos adicionais, ou da redução de alguns canais de voz
existentes na célula, o que poderá provocar uma redução da capacidade de tráfego de
voz e um consequente aumento da probabilidade de bloqueio. Em virtude de esta
opção ser mais rápida de implementar e apresentar um menor custo para o operador,
torna-se assim a mais desejável. Desta forma deverá ser estudado o impacto da
introdução do serviço de GPRS sobre redes GSM, analisando os diferentes métodos
de atribuição de canais de dados existentes, de modo a garantir uma qualidade de
serviço satisfatória para os utilizadores deste novo serviço.
O sistema Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), prevê-se que seja
outro exemplo de sucesso ainda maior que o GSM, pois trata-se de um sistema
universal, que tem como objectivo principal universalizar sistemas e serviços de
comunicações (Internet, GSM, Satélite, entre outros). As potencialidades do UMTS
são muito elevadas relativamente ao sistema GSM, pois trata-se de um sistema que
oferece um débito binário mais elevado e uma interface mais flexível. Previsões e
estudos de mercado apontam para que os serviços de conteúdos para a Internet Móvel
venham a ser muito usados nos sistemas de 3rd Generation (3G). Para que a nova
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tecnologia seja um sucesso, é necessário que sejam introduzidas funcionalidades
atractivas e as mais avançadas possível. É por isso que se prevê o suporte de serviços
de alto débito em cada terminal, podendo ir até um máximo de 2Mbps para UMTS em
Time Division Duplex, (TDD) e 384kbps, para UMTS em Frequency Division
Duplex, (FDD). Para que seja possível o suporte destes serviços, terá de ser
desenvolvida uma complexa rede de telecomunicações, em que a qualidade de serviço
será um dos factores mais importantes a ter em conta.
3.1 Evolução Histórica dos Sistemas de Rádio Móvel
Em 1880, Hertz inventou o rádio, seguidamente, em 1897, surge a primeira
demonstração prática de uma comunicação rádio, realizada por Marconi. Nos
primeiros vinte anos do século XX, as comunicações usando rádio móvel eram
utilizadas para comunicação com navios, ajudando na navegação e segurança destes.
Em 1921, foi desenvolvido o primeiro sistema de telefone móvel, pela polícia de
Detroit, este sistema rudimentar funcionava na banda dos 2 MHz, sendo um
equipamento de grandes dimensões, dez anos mais tarde, a policia de Nova York,
desenvolvia um sistema similar. No inicio dos anos 40, a Federal Communications
Commission (FCC) autoriza a utilização de 4 canais entre a banda dos 30 e 40 MHz,
resultando num aumento substancial no numero de telefones móveis utilizados pela
policia. Durante a 2ª Guerra Mundial, existiram elevados avanços técnicos, que
provocaram um desenvolvimento dos sistemas de comunicação móvel nas bandas dos
35 e 150 MHz. Surge, então, em 1946, o primeiro sistema público instalado em St.
Louis utilizando 3 canais na banda dos 150 MHz. Um ano mais tarde, surge o
primeiro sistema de comunicação na auto-estrada de que liga Boston a Nova York, na
banda dos 35-45 MHz. Este sistema é Simplex (push to talk), limitado pelo numero de
canais utilizados, o cliente tem de sintonizar manualmente um canal livre antes de
efectuar uma chamada. Em 1964, surge a introdução do primeiro sistema de
comunicações móvel automático, que operava na banda dos 150 MHz e depois na
banda dos 450 MHz, com selecção automática do canal, digitação efectuada pelo
cliente e eliminação do “push-to-talk”. Nos anos 60, surgem novas técnicas de
desenho de redes móveis, mais tarde, nos anos 70, com o desenvolvimento dos
transístores, dos circuitos integrados e dos sintetizadores de frequência de a um baixo
custo, os telemóveis começam a diminuir o seu tamanho (contudo ainda grandes) e
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custo. No inicio dos anos 80, surge a diminuição da dimensão dos equipamentos e das
exigências a nível de potência, surge o aumento do numero de canais disponível e dá-
se inicio ao aumento da procura dos sistemas de comunicação móvel. Os anos 80
foram ainda marcados pela integração dos serviços de comunicações móveis com a
Public Switch Telephone Network (PSTN) possibilitando um aumento acentuado da
procura dos serviços de telefone móvel, dado esse aumento, surge o conceito de
sistema de telefone celular. A comunicação móvel celular constitui hoje um negócio
milionário suportando uma indústria cada vez mais em crescimento. Os sistemas
digitais de 2ª Geração (2G), tais como o GSM revolucionaram a indústria fornecendo
serviços de alta qualidade a um número cada vez maior de utilizadores.
3.2. Sistemas Analógicos
Os sistemas celulares analógicos, ou de 1ª Geração (1G), são sistemas de elevadas
dimensões, elevado peso, e que emitem muita potência. Nesta altura, as redes
celulares móveis estavam muito pouco desenvolvidas, existiam os seguintes sistemas
1G:
• AMPS.
• TACS (Total Access Communication System).
• ETACS (ETACS-Extended Total Access Communication System).
• NMT450 e 900.
A título de comparação, actualmente exsitem os seguintes sistemas digitais, um deles
de alto débito – UMTS:
• GSM900/1800.
• CDMA e TD-CDMA.
• UMTS nos modos TDD e FDD.
3.3. Conceitos Introdutórios AMPS, TACS, ETAC E 900
Os sistemas tradicionais de rádio móvel, eram baseados em áreas de cobertura muito
extensas para cada estação base, não possuíam, por isso eficiência espectral muito
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elevada, existia dificuldade de implementação de rede a nível nacional se a base de
clientes fosse muito grande – sistema AMPS. Surgem depois outros sistemas celulares
móveis (TACS e ETACS), sendo o de maior sucesso o NMT, que foi inicialmente
desenvolvido por operadores da Escandinávia, nomeadamente na Suécia, Noruega,
Filândia e Dinamarca. Foi um sistema que se tornou popular e foi adoptado por países
como a Holanda, França, Áustria, Bélgica, Suiça e Portugal. Neste sistema celular, as
estações base encontram-se ligadas por linha fixa aos centros de comutação (MSC –
Mobile Switching Center) sendo estes sistemas computorizados especialmente
desenhados para controlar acções associadas ao serviço de rádio celular. Os MSCs
encontram-se ligados ao PSTN de forma a estabeler chamadas com a rede fixa.
Durante a década de 80, foi desenvolvido o GSM, que constitui um sistema Europeu
digital de telefonia celular destinado a substituir os anteriores sistemas 1G que por sua
vez sofriam problemas de capacidade. O GSM, utiliza interfaces abertas, isto é,
permite aos operadores utilizar equipamento de vários fornecedores. Para além disso,
devido à sua universalidade permite fazer roaming entre diferentes operadores e
países. As especificações do GSM foram desenhadas e discutidas pela European
Telecomunications Standards Institute (ETSI) e os seus principais objectivos foram:
• Aumento de capacidade e melhoria da eficiência espectral.
• Oferecer ao cliente a capacidade de utilizar um sistema global ao nível da
Europa, através do roaming.
• Criar sistema standard com especificações bem definidas permitindo aos
operadores alguma liberdade em termos de fornecedores e utilização de
equipamentos.
• Aumento da segurança ao nível da transmissão dos dados com utilização de
mecanismos anti fraude.
O CDMA (Code Division Multiple Access) é uma técnica que já é conhecida à algum
Tempo (desde o sistema de posicionamento global – GPS – Global Positioning
System) mas só muito recentemente vingou no mercado global das comunicações
móveis, através do UMTS.O CDMA é uma técnica de “espalhamento de espectro”
que já é utilizada pelos militares à algum tempo. A principal característica do CDMA
é utilizar portadores ao nível do ruído associadas a códigos atribuídos aos diferentes
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terminais e estações base.
O GPRS foi o ponto de partida para o acesso móvel à Internet. Esta nova tecnologia
assenta na comunicação de pacotes de dados, enviados sobre o protocolo IP (o mesmo
que é usado na Internet fixa), e não na comutação de circuitos telefónicos. Por outras
palavras, os dados são transmitidos pelos canais de dados disponíveis, não sendo
necessário estabelecer uma chamada permanente para a transmissão dos pacotes.
Assim, um dos príncipais handicaps do serviço WAP (Wireless Application Protocol)
desaparece, já que a taxação das comunicações deixa de ser feita em função da
duração das chamadas mas sim face ao volume de dados consultados ou transferidos.
Deste modo, com o GPRS será viável estar permanentemente ligado à Internet, sem
pagar mais por isso, embora a política de preços praticada pelos operadores ainda seja
um pouco penalizadora da sua utilização. Também não será de afastar a hipótese de
num futuro próximo surgirem tarifários especiais para o GPRS, como por exemplo,
tarifas "planas" (com acesso ilimitado e uma taxa mensal única), ou taxas definidas
em função do volume de dados ou de acordo com o conteúdo da informação
visualizada. Não se verificou uma enorme adesão por parte do público ao serviço de
GPRS, em parte devido à pouca diversidade de equipamentos móveis disponíveis e da
sua limitada capacidade de transmissão em termos de débito binário. Apesar de esta
ser uma tecnologia cara para os operadores, principalmente devido aos novos
equipamentos que foram necessários instalar, tornou-se inevitável como tecnologia de
transição para a terceira geração (UMTS).
O UMTS representa a referência europeia do IMT2000, sendo o WCDMA a interface
rádio. Esta tecnologia foi concebida pelo ETSI e foi o 3rd Generation Partnership
Project (3GPP) que assumiu a responsabilidade pela redacção das suas especificações.
Existem no entanto, outras interfaces para fornecer serviços 3G, nomeadamente o
CDMA com múltiplas portadoras (CDMA 2000).
O 3GPP designa o UMTS terrestre por Universal Terrestrial Radio Access (UTRA),
que opera em dois modos: o Frequency Division Duplex (FDD) e o Time Division
Duplex (TDD). O modo FDD está adaptado a serviços simétricos, como é o caso da
voz, não se pode dizer o mesmo quando se trata de aplicações Hypertext Transfer
Protocol (HTTP) (tráfego reduzido na ligação ascendente e grande fluxo de tráfego na
via descendente). Ao problema do tráfego assimétrico, pode-se acrescentar ainda os
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inconvenientes relacionados com o facto de para o modo FDD existirem duas bandas
simétricas uma para uplink (uplink) e outra para downlink (downlink). O modo de
multiplexagem TDD está adaptado aos débitos assimétricos, usa uma única banda
frequência, que é utilizada de forma alternada nos dois sentidos de comunicação.
Quando o espectro é limitado, este tipo de multiplexagem é mais vantajosa dado que
utiliza de um modo mais eficiente o espectro disponível.
O modo que os operadores de UMTS estão a implementar nas suas redes é o FDD
porque este modo responde melhor a uma problemática outdoor (os débitos serão:
modo comutado 64kbps, modo pacotes 144kbps – ambiente rural e 384kbps –
ambiente urbano). O modo TDD responde melhor a uma problemática indoor (o
débito irá até 2Mbps), e só será implementado numa fase posterior e em locais de alto
tráfego, como aeroportos, centros comerciais, ou zonas de negócios.
3.4 Elementos constituintes de uma rede GSM
O GSM Base Station Sub-System (BSS) é constituído por elementos (ver Figura 11.1)
que são responsáveis pelos aspectos de propagação rádio e planeamento celular da
rede, nomeadamente a estação base, chamada de Base Transceiver Station (BTS) e o
Base Station Controller (BSC). O objectivo do BSS é ligar o Mobile Station (MS) ao
Network and Switching Sub-System (NSS). Para além disso, o BSS tem ligações ao
Operations and maintenance Sub-System (OSS) para supervisão e manutenção.
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Figura 3.1. Arquitectura da rede GSM/GPRS/HSCSD.
A BTS constitui um transmissor/receptor GSM associado a equipamento de controlo e
processamento relacionado com a interface rádio. Em adição, existem um
determinado numero de antenas ligadas à BTS por cabos apropriados. Os principais
objectivos da estação base são:
• Gerar acesso rádio aos MSs, servindo como terminal de entrada do MS na rede
fixa.
• Efectuar a gestão do acesso rádio deixando as restantes responsabilidades com
a parte fixa da rede (BSC).
As principais funções da BTS são:
• RF Transceiver Control, inclui todas as funções relacionadas com a
transmissão, recepção, medidas de qualidade da ligação, medidas de aferição,
controlo de potência, detecção de falhas e insucesso da ligação.
• Processamento e Multiplexagem em Banda-Base, inclui todas as funções
ligadas com modulação/desmodulação, codificação/descodificação,
interleaving/deinterleaving e encriptação/desencriptação.
• Funções de Canal Dedicado e Controlo, estas funções são dirigidas pelo BSC.
No entanto, a BTS possui algumas funções de suporte, incluindo activação e
atribuição do canal, início de encriptação e detecção do handover.
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• Funções de Canal Comum e Controlo, estas funções estão associadas ao canal
de broadcast (BCCH) e canal de controlo (CCCH). Estas funções estão
associadas à calendarização e execução das mensagens de paging, e às
informações de sistema.
• Sincronização e funções de manutenção e operações ligadas ao OMC,
alarmes, entre outros.
A BSC afecta a gestão e controlo das BTSs. A BSC foi introduzida na rede GSM de
forma a reproduzir a carga no MSC e ao mesmo tempo simplificar as BTSs. As suas
principais funções são:
• Gestão dos canais na rede terrestre, a BSC é responsável pela alocação de
canais na inteface Abis, que liga a BSC à BTS. Existe uma relacção de 1/1 entre
os canais de tráfego na interface Abis e os canais de tráfego na interface rádio.
• Concentração de tráfego nas linhas de 2 Mbps.
• Gestão dos canais de tráfego dedicados: frequency hopping e controlo de
potência.
• Orientação da codificação/descodificação, embora esta tarefa seja feita pela
BTS, contudo a BSC informa a BTS dos parâmetros a seguir, nomeadamente
esquema de interleaving e sequema de codificação.
• Gestão dos recursos rádio, a BTS reporta medidas de interferência e de
bloqueio que está presente nos canais livres. Esta informação é utilizada pela
BSC quando um canal é atribuido.
• As medidas que são efectuadas pelos MSs são reportadas à BSC para posterior
processamento.
• Handover, este é controlado pela BSC quando o handover é intra-BSC, e pelo
MSC quando o handover é efectuado entre BSCs diferentes.
O NSS, encontra-se entre o BSS e outras redes de telecomunicações, exemplo, Public
Switch Telephone Network (PSTN). A função do NSS é efectuar a gestão das
comunicações entre clientes ligados entre diferentes BSCs, localizar e monitorizar
móveis na rede GSM e permitir a ligação de outras redes em particular às PSTNs. Os
elementos constituintes do NSS são:
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• Mobile Switching Centre (MSC), incorporando o Visitor Location Registor
(VLR).
• Authentication Centre (AuC), encontra-se ligado ao Home Location Registor
(HLR) e aqui encontram as chaves identificativas dos clientes que estão
registados no HLR. Existindo uma unidade separada que conserva estas
chaves, aumenta-se assim a segurança e integridade do sistema. Esta chave
que se encontra no AuC é utilizada para autenticar ou validar a utilização da
rede pelo cliente, e também para gerar uma chave de encriptação utilizada na
própria encriptação das mensagens.
3.5 Elementos de uma Rede GPRS
A introdução do GPRS vai requerer mudanças significativas na arquitectura das redes
GSM existentes, de modo a permitir comutação de circuitos e comutação de pacotes
em simultâneo. Na Figura 3.2 pode ser visualizada a arquitectura básica de uma rede
GSM com GPRS.
Figura 3.2. Arquitectura básica de uma rede GSM com GPRS. Para permitir as novas funcionalidades, ou seja a comutação de pacotes, três novos
elementos são acrescentados à rede GSM existente, nomeadamente:
• Serving GPRS Support Node (SGSN): é o elemento de rede responsável pelas
principais funcionalidades relativas ao controlo dos móveis Attached . Efectua
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Mestre Eng. Luís Pires 20
igualmente a gestão de mobilidade (Mobility Management), gestão da sessão (
Session Management), interliga a rede GPRS com a rede GSM e efectua
contagem de pacotes para taxação.
• Gateway GPRS Support Node (GGSN): este elemento é responsável pelas
funcionalidades de firewall, encaminhamento de tramas para o respectivo
SGSN e contagem de pacotes para taxação.
• Packet Control Unit (PCU): elemento de rede normalmente residente no
controlador de estações base (BSC), que é responsável pela segmentação de
pacotes provenientes do SGSN, atribuição de canais rádio e medições da
qualidade de serviço.
Os novos elementos de rede são interligados entre si e à rede GSM existente através
de um conjunto de novas interfaces, que irão transportar dados e sinalização entre os
diversos elementos constituintes da rede.
O GGSN está ligado a outras redes de dados externas através da interface Gi, e pode
funcionar como firewall para prevenir acessos não autorizados. Possui igualmente
tabelas de encaminhamento, de modo a que pacotes de dados vindos do exterior,
possam ser encaminhados para o SGSN que é responsável pelo controlo do móvel
para o qual os dados se destinam. Possui também funcionalidades de contagem de
pacotes, que permitem a taxação do utilizador. Esta funcionalidade é igualmente
implementada no SGSN.
O SGSN controla o BSC na qual está a PCU. Em conjunto servem os móveis attached
e efectuam a gestão de mobilidade. Estão encarregues da atribuição de canais rádio,
controlo de potência e funcionalidades de qualidade de serviço. Para permitir uma
mais fácil integração da rede GPRS com a rede GSM, existem alguns elementos da
rede GSM que são igualmente utilizados pela rede GPRS:
• VLR - Visitor Location Register.
• HLR - Home Location Register.
• AUC - Authentication Centre.
• EIR - Equipment Identity Register.
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 21
O HLR e o VLR foram modificados de modo a permitir o suporte de funcionalidades
GPRS. Esta alteração apenas implica a actualização de software nesses elementos, não
existindo alterações no hardware existente. Esta partilha é importante de modo a
permitir que ambas as redes de GSM e GPRS consigam manter actualizada a
localização dos móveis. Com esta partilha, as bases de dados mantêm-se
centralizadas, o que permite uma maior facilidade na sua configuração e manutenção.
Um móvel para dados em GPRS é bastante diferente de um móvel para chamadas de
voz e dados em GSM. Num móvel de GPRS existem três modos de operação de
acordo com a capacidade para utilizar serviços de dados em GPRS e de voz em GSM,
em simultâneo, ou separadamente. A capacidade de utilização de vários time slots
(multi-slot) é uma característica bastante importante para a qualidade do serviço de
dados requerido na utilização da interface rádio.
Os serviços disponíveis podem ser fornecidos ao utilizador de acordo com o cartão
SIM por este utilizado, à semelhança do que já acontece no GSM. O procedimento de
autenticação será efectuado em dois passos no caso de uma chamada originada no
móvel utilizando o protocolo Point to Point (PPP). Primeiro no Mobile Terminal - MT
e depois no SGSN. Após uma correcta autenticação o móvel GPRS está apto a
suportar serviços baseados em IP.
Para a comunicação entre o Terminal Equipment - TE e o Mobile Terminal - MT são
utilizados comandos AT, através dos quais poderá por exemplo ser requerida uma
determinada Qualidade de Serviço – QoS à rede.
3.5.1 Classes dos Terminais Móveis em GPRS
Um móvel em GPRS poderá operar em três modos. O modo de operação irá variar em
função dos serviços pretendidos pelo móvel, apenas GPRS ou ambos GPRS e GSM.
Os três modos de operação podem ser definidos em termos de classes do móvel e do
seguinte modo:
• Classe A – Suporta em simultâneo GSM e GPRS, podendo em simultâneo
transmitir ou receber dados e estabelecer uma chamada de voz GSM. Esta
classe requer no mínimo um TS da interface rádio para cada ligação de dados
e voz.
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 22
• Classe B – Suporta GSM ou GPRS alternadamente, ou seja, não é possível
transferir dados e falar em simultâneo. Se durante uma transferência de dados
o utilizador receber ou iniciar uma chamada, a ligação de dados fica suspensa,
voltando a ficar activa quando terminar a chamada de voz. O tráfego de voz é
prioritário.
• Classe C – Apenas pode utilizar um serviço de cada vez, GSM ou GPRS.
Existe a possibilidade de em modo GPRS enviar e receber SMS.
O Sistema de Estações Base - BSS do GSM é composto por um controlador de
estações base (BSC) e uma ou mais estações base (BTS). O BSC é o cérebro da
componente rádio de uma rede GSM, e é utilizado para optimizar a utilização dos
recursos de rádio existentes na rede, que são limitados a um determinado número de
canais fixos. O BSC comunica com as várias BTS que controla, através de uma
interface A-bis e também faz a gestão da interface rádio entre o móvel e a rede. A
comunicação entre a BSS e o sistema de comutação é realizada através da interface A.
Esta interface interliga o BSC e o MSC é responsável pelo controlo e comutação da
chamada. A comutação de circuitos do GSM significa que um móvel no estado busy
ocupa em modo exclusivo: um timeslot da interface rádio, um sub-canal de 16 kbps da
interface A-bis e um canal de 64 kbps da interface A. Em GSM um móvel pode
utilizar apenas um canal da interface A, o que à partida limita o seu débito máximo a
64 kbps.
3.5.2 Actualização para Operar em GPRS
O GPRS oferece débitos binários superiores a 64 kbps, o que se torna possível através
da interligação directa entre o BSS e um router denominado de SGSN. A interligação
é efectuada através de uma nova interface orientada ao pacote denominada de Gb.
Com esta solução os dados não utilizam o sistema de comutação do GSM e a sua
interface A com a limitação de 64 kbps.
As normas do GPRS não especificam em pormenor as divisões de funções entre os
blocos do BSS. É claro que os protocolos utilizados entre o móvel e o SGSN estão
devidamente especificados pelas normas, mas os pormenores de implementação no
BSS ficam ao critério dos fabricantes. De acordo com as especificações, o BSS é
responsável pela atribuição de recursos de rádio. O BSS controla a partilha dinâmica
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 23
de canais entre o GSM e o GPRS. Em cada portadora, a capacidade de rádio pode ser
dedicada ou partilhada. Alguns time slots (x) podem estar reservados para uso
exclusivo do GSM e outros time slots (y) podem estar dedicados para dados do GPRS.
Um terceiro grupo de time slots (z) pode ser disponibilizado para atribuição dinâmica
entre GPRS e GSM de acordo com as necessidades do momento. O número de
timeslots de cada categoria (x, y, z) depende da aplicação e pode ser controlado pelo
operador da rede.
3.5.3 Interface A-bis
Quando a PCU está localizada no BSC, que é o caso mais comum dado que permite a
troca de sinalização de controlo através de ligações internas, a informação entre a
PCU e a Channel Codec Unit – CCU é transferida em tramas com um comprimento
fixo de 320 bits denominadas de tramas PCU. Estas tramas são uma extensão às
tramas TRAU do GSM.
Nestas tramas, são transferidos dados do GPRS e ainda sinalização de controlo para
os protocolos RLC e MAC. Uma trama PCU deverá ser transferida entre a PCU e a
CCU todos os 20 ms (50 tramas por segundo). Então pacotes de dados e de
sinalização são transferidos em sub-canais do A-bis de 16 kbps (16 kbps = 320× 50).
Os esquemas de codificação de canal CS-1 e CS-2, da interface rádio, permitem
débitos binários inferiores a 16 kbps. O que implica que se podem utilizar os recursos
de transmissão existentes na interface A-bis, onde para cada time slot da interface
rádio está associado um sub-canal de 16 kbps do A-bis. A maneira de permitir débitos
maiores que os 16 kbps, nomeadamente para os esquemas de codificação de canal CS-
3 e CS-4 na interface A-bis, é uma solução que será implementada de acordo com a
sugestão proposta por cada fabricante.
3.5.4 Interface Gb
Em contraste com a interface A, onde a um utilizador é atribuído um recurso físico
durante a duração da chamada, mesmo durante os períodos em que este não utiliza o
recurso, ou seja durante os períodos de silêncio, a interface Gb é orientada ao pacote e
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 24
permite que vários utilizadores partilhem um mesmo recurso, conforme as suas
necessidades. Os recursos são atribuídos a um utilizador após detecção de actividade
do mesmo, ou seja, quando existem dados para enviar ou receber. Estes recursos
ficam disponíveis para os outros utilizadores imediatamente após o término desta
actividade. Na interface Gb, dados e sinalização de GPRS podem ser enviados no
mesmo recurso físico. Não existindo a necessidade de atribuir recursos dedicados para
envio de sinalização. As taxas de transmissão por utilizador podem variar de zero até
ao máximo disponível na interface física, quer seja na interface rádio ou na de
transmissão, como por exemplo a hierarquia E1 da PDH.
3.5.5 Protocolos em GPRS
Em GPRS são utilizados vários protocolos na transmissão dos dados entre a aplicação
do cliente e a aplicação servidora. Assim, dependendo dos nós envolvidos e da
interface em questão, um maior ou menor número de protocolos pode ser
implementado:
• GPRS Tunneling Protocol (GTP) – Este protocolo disponibiliza um túnel
para a transferência de dados e sinalização entre os GSNs da rede GPRS.
• Transmission Control Protocol (TCP) – Transporta as Protocol Data Units
(PDU) na rede GPRS entre protocolos que necessitem de uma ligação segura.
O User Datagram Protocol (UDP) pode ser utilizado como alternativa ao TCP
para ligações não fiáveis. Tanto o TCP como o UDP é protocolos utilizados
correntemente em redes de dados.
• Internet Protocol (IP) – É o protocolo de rede do GPRS utilizado para
encaminhar dados e sinalização do utilizador entre os diferentes elementos da
rede. Inicialmente a rede suportará IPv4 mas no futuro deverá suportar IPv6.
• Subnetwork Dependent Convergence Protocol (SNDCP) – Funciona entre o
móvel e o SGSN. Faz o mapeamento das PDU's entre a camada de rede e as
camadas superiores. Implementa compressão e segmentação de dados.
• Logical Link Control (LLC) – É utilizada para permitir uma ligação lógica
cifrada, entre o móvel e o SGSN. O LLC é independente da camada de rádio
de modo a permitir uma futura utilização de outros métodos de modulação e
desmodulação.
• Base Station System GPRS Protocol (BSSGP) – É responsável pelo
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 25
encaminhamento dos dados entre o SGSN e o BSS. Negoceia a qualidade de
serviço QoS, mas não implementa correcção de erros.
3.5.6 High Speed Circuit Switched Data – HSCSD
O High Speed Circuit Switched Data – HSCSD, trata-se de uma nova funcionalidade
para as chamadas de dados nas redes móveis GSM e consiste na associação de vários
time slots – TS para uma mesma ligação. Esta tecnologia, que actualmente se encontra
a ser implementada em vários operadores de redes móveis GSM, permite juntar vários
TS do interface rádio aquando do envio ou recepção de dados, de modo a aumentar o
débito binário disponível para o utilizador no interface rádio.
São suportados pelo HSCSD dois modos distintos de funcionamento: Transparente (T)
e Não Transparente (NT). No modo T o débito binário não é alterado durante a
chamada, enquanto que no modo NT o débito binário pode variar durante a duração
da chamada. Ligações simétricas são suportadas pelos modos Transparente e Não-
Transparente, enquanto as ligações assimétricas são suportadas só pelo modo NT.
Quando se está a utilizar uma aplicação como o E-mail onde o volume de dados a
transmitir é idêntico em ambas as direcções pode ser escolhida uma configuração 2+2,
ou seja, dois timeslots para downlink e dois para uplink, duplicando assim a
velocidade de transmissão em ambas as direcções. Quando se utiliza uma aplicação
para acesso à Internet (Internet Explorer, Netscape, etc.) onde a quantidade de
informação a receber é muito superior à enviada pode ser escolhida uma configuração
assimétrica de 3+1, ou seja, três time slots para downlink e um para uplink, triplicando
assim a velocidade de download da transmissão (43.2 kbps).
Numa rede GSM com HSCSD é possível utilizar mais de um time slot do interface
rádio para uma chamada de dados e desta forma ter débitos binários desde os
tradicionais 9.6 kbps com um único TS até aos 38.4 kbps com 4 TS. Desta forma, o
BSC encara os diferentes TSs que provêm da estação base como chamadas
individuais, cabendo depois à BSC efectuar a junção dos diferentes TSs num único TS
de 64 kbps para a ligação ao MSC/VLR. Com uma codificação de canal de 14.4 kbps
temos um aumento do débito binário de 50% por timeslot, o que permite passar de 9.6
kbps para 14.4 kbps por TS, permitindo obter um débito binário máximo de 57.6 kbps
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Mestre Eng. Luís Pires 26
com 4 TSs. Numa chamada HSCSD todos os canais TCH são full rate e têm de
utilizar a mesma codificação de canal, TCH/F4.8, TCH/F9.6 ou TCH/F14.4.
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Mestre Eng. Luís Pires 27
4. Redes UMTS O espectro de frequências UMTS para a Europa e Ásia é o apresentado na Tabela 4.1.
A banda de frequências para o modo FDD é de 2x60MHz (ver Figura 4.1), a banda
de frequências para o modo TDD é de 25MHz. O modo FDD é simétrico e usa
frequências diferentes para uplink e downlink separados por uma banda de guarda,
enquanto que o modo TDD utiliza a mesma frequência quer em uplink, quer em
downlink.
Tabela 4.1. Espectro de frequências UMTS para a Europa e Ásia.
Espectro em uplink [MHz] Espectro em downlink
[MHz]
Modo FDD 1920 - 1980 2110 – 2170
Modo TDD 1900 - 1920 2020 – 2025
Cada portadora WCDMA tem uma largura de banda de 5MHz, (ver Figura 4.2).
Figura 4.1.Espectro de frequências para o modo FDD, uplink e downlink.
O modo FDD é dedicado a ambientes macro-celulares e micro-celulares, ao passo que
o modo TDD é um modo dedicado a ambientes pico-celulares com elevados débitos
assimétricos.
PortadoraWCDMA
Largura deBanda 5MHz
Figura 4.2.Largura de banda para cada portadora WCDMA.
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 28
As características do UMTS são:
- Débitos binários até 2 Mbps;
- Débitos binários variáveis, sendo o débito binário a pedido consoante o
tipo de serviço que o cliente utilizar;
- Multiplexagem de serviços com diferentes requisitos de qualidade numa
ligação simultânea (exemplo: Vídeo e E-mail simultaneamente);
- Requisitos mínimos de qualidade por serviço;
- Coexistência entre diferentes sistemas (GSM e UMTS), com handovers
inter-sistemas;
- Suporta tráfego simétrico e assimétrico em uplink e downlink;
- Elevada eficiência espectral;
- Coexistência dos modos FDD e TDD;
- Suporta comutação de pacotes e de circuitos.
Outras duas tecnologias de acesso múltiplo, usadas em redes celulares móveis são:
Frequency Division Multiple Access (FDMA), onde existe multiplexagem no domínio
da frequência e Time Division Multiple Access (TDMA), em que a multiplexagem é
temporal. No caso do CDMA, a multiplexagem é feita no código. Assim, o CDMA é
uma técnica que consiste no espalhamento espectral de potência ao longo da banda de
frequência, sendo o total de potência disponível partilhada por todos os utilizadores do
sistema, o que se pode verificar na Figura 4.3. O sinal transmitido em CDMA é
codificado por um código Pseudo-Random Noise (PRN) permitindo que todos os
utilizadores operem na mesma banda de frequência simultaneamente. Existe um
código para cada sequência de transmissão que irá permitir distingui-la das demais,
sendo que do lado do receptor existe um código igual que permitirá a recuperação do
sinal transmitido, através da sua correlação com o sinal recebido.
Frequência
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 29
Figura 4.3.Acesso múltiplo CDMA.
Em CDMA a capacidade máxima normalmente esta limitada por cobertura e/ou pela
qualidade. Na Figura 4.4 pretende-se ilustrar que o sistema CDMA possui três
requisitos fundamentais: Qualidade, Cobertura e Capacidade. A relação de cada um
com os restantes é inversamente proporcional, isto é, se se pretender máxima
qualidade de serviço, ír-se-à ter uma cobertura, que é inferior ao raio máximo da
célula e uma capacidade que não é a máxima. Fazendo o mesmo raciocínio, poder-se-
à analisar os outros dois requisitos, cobertura e capacidade, ou seja, se se pretender
dimensionar a rede UMTS para uma capacidade máxima, garante-se serviços com
débitos elevados, mas nunca o raio da célula será o máximo e a qualidade será
necessariamente mais baixa. Uma cobertura máxima implica menor capacidade e
qualidade.
Qualidade(Máxima)
Capacidade mínimaCobertura mínima
Cobertura(Máxima)
Capacidade mínimaQualidade mínima
Capacidade(Máxima)
Qualidade mínimaCobertura mínima
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Mestre Eng. Luís Pires 30
Figura 4.4.Relação entre a capacidade, a cobertura e a qualidade numa rede baseada em CDMA.
Os sistemas baseados em CDMA são limitados por interferência. Assim, a citada
apresenta-se como o elemento fundamental para a capacidade de um sistema deste
tipo. De um modo geral, a interferência total em uplink em determinada estação base
resulta da soma da potência recebida dos terminais ligados à mesma, com a potência
recebida dos terminais que estão ligados a todas as outras estação base contíguas que
existem no sistema e com o ruído térmico (ver Figura 4.5).
Quanto mais utilizadores existirem em determinada célula, maior será a interferência
gerada. Se se somar a essa interferência a proveniente dos terminais que estão a
executar serviço nas células adjacentes, essa será ainda maior. Ao aumentar a
interferência, a capacidade do sistema acabará por decair, assim como a qualidade do
serviço oferecido. Esta questão é de grande importância nas redes CDMA e é um dos
pârametros mais complicados de se modelar e até mesmo de se medir. Além de ser
necessário contabilizar toda a interferência existente numa única célula, provocada
pelos terminais que lhe estão ligados, terá também de se contar com a proveniente das
células adjacentes. Se se pensar no mesmo problema nas células adjacentes cuja
interferência, por sua vez, depende das respectivas células adjacentes, está-se perante
uma situação de quase infinidade de fontes de interferência. No entanto, dada a
potência de transmissão reduzida dos terminais e mesmo das estação base (potência
essa regulada pelo controlo de potência), a interferência resume-se essencialmente ao
primeiro nível de células adjacentes, dado que os sinais das restantes não terão um
nível de sinal susceptível de causar interferência.
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 31
Interferência
Interferência
Interferência
Interferência
Interferência
Interferência
Interferência
Figura 4.5.Cenário de interferência numa rede baseada em CDMA.
Em downlink todos os utilizadores de uma determinada estação base recebem um
código do leque de códigos ortogonais disponíveis, assim como a potência da estação
base disponível. Uma diferença do downlink relativamente ao uplink é o sincronismo
que é comum a todos os utilizadores e a todos os canais de uma célula (em uplink,
todos os utilizadores estão assíncronos). Idealmente, seria de esperar que os códigos
oferecerem uma correlação cruzada perfeita ao nível do canal, mas isso não acontece
dado que, na realidade os códigos OVSF são também eles afectados pela propagação
em multipercurso. Isto significa que, de acordo com o canal rádio, é esperado um
determinado nível de interferência intra-célula. Isto pode ser modelado pelo factor de
ortogonalidade, α.
A interferência total em downlink resulta da interferência intra-célula pesada do factor
de ortogonalidade, da interferência inter-célula e da potência de ruído térmico. Uma
vez mais tem-se um cenário distinto relativamente a uplink, pois a intensidade de
interferência provocada pelo terminal depende da sua localização. A interferência
mais expectável é a que resulta da propagação em espaço livre, do desvanecimento
rápido e lento (inter-célula). A menos expectável é a interferência intra-célula.
A utilização do receptor RAKE permitirá que a interferência de acesso múltiplo seja
reduzida, reflectindo-se num ganho de capacidade.
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 32
4.1 Conceitos Básicos
O controlo de potência em WCDMA é uma técnica muito importante nomeadamente
em uplink. O controlo potência assegura que cada utilizador na rede recebe e
transmite apenas com a quantidade de potência mínima necessária para que a
informação seja enviada. Ao se transmitir com um valor mínimo de potência, está-se a
reduzir ao máximo a interferência sobre os outros utilizadores. Este decréscimo de
interferência revela-se crucial para a capacidade da rede, já que, como foi visto
anteriormente, este tipo de sistema é limitado por interferência. Existe uma segunda
razão para que o controlo de potência seja tão importante: ao transmitir com o nível de
potência mais baixo possível, o terminal está a economizar bateria, aumentado o
“tempo de vida” médio da mesma.
Em WCDMA o controlo de potência é aplicado quer em uplink quer em downlink.
Quando o terminal inicia a chamada, a sua potência de transmissão é ajustada baseado
no sinal de potência piloto recebido, contido na trama física existente no canal
Dedicated Physical Control Channel, (DPCCH).
O sinal piloto é um sinal de broadcast especifico das células. É um sinal que existe em
todas e caracteriza-se por ter uma potência constante. É precisamente essa
característica constante que permite que este sinal sirva como um instrumento de
medida de perdas de propagação entre o terminal e a estação base. Assim, com este
sinal consegue-se calcular qual a atenuação de percurso existente entre o terminal e a
estação base. O sinal piloto é mais forte na fase inicial sendo depois ajustado em
uplink, através do controlo de potência inicial (open loop PC), que estabiliza o seu
valor de potência, passando a ser constante ao longo do tempo. Este processo é
suportado por informação à priori que o terminal recebe da célula no canal de
Broadcast (BCH). Para ajustar esta informação é necessário usar canais de controlo
adicionais. Um procedimento análogo é usado em downlink para calcular a potência
da ligação rádio inicial, baseado na medida da energia de bit (Eb/No) do sinal piloto. O
resultado desse cálculo é reportado pelo terminal à rede. Existe um valor alvo para o
Eb/No, consoante o tipo de serviço que o terminal está a utilizar. A potência necessária
para determinado serviço é calculada baseado no valor de Eb/No. Se um terminal
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 33
estiver a pedir um valor de potência superior à mínima necessária para o serviço que
está a utilizar, a estação base enviará um comando ao terminal para baixar a mesma
que está a ser solicitada. Se, por outro lado, o terminal estiver a pedir um nível inferior
ao necessário para que o serviço funcione correctamente e caso ainda a haja na
estação base, esta atribuirá ao terminal um aumento de potência tal que lhe permita
colocar o serviço a funcionar correctamente. Em WCDMA este controlo de potência
designa-se por controlo de potência (PC) rápido (inner loop PC, ou fast loop PC). O
controlo de potência rápido é também usado para compensar o desvanecimento
rápido, que é causado pelo multipercurso. Neste tipo de técnica, a potência de
transmissão do terminal é ajustada baseada na potência medida à recepção, ou seja, na
estação base. A estação base compara a taxa de energia recebida por símbolo (com
interferência) com o valor do Eb/No alvo e ordena ao terminal para incrementar ou
decrementar a potência de transmissão que está a usar. O mesmo processo é feito para
downlink. Com isto consegue-se, ao ritmo de 1500 vezes por segundo, compensar os
efeitos do desvanecimento rápido sobre o sinal.
O controlo de potência esta dividido em 3 partes: o controlo de potência inicial, o
controlo de potência rápido ou interno (inner ou fast loop PC) e o controlo de
potência externo (outer loop PC), cada um com as suas funcionalidades.
O controlo de potência inicial é um mecanismo para estimar a atenuação do percurso
em downlink. Esta estimação é necessária devido aos problemas do desvanecimento
rápido e essencialmente devido à não correlação dos sinais em uplink e em downlink,
que poderiam provocar erros de medição do canal, o que poderia levar a situações de
mau ajuste de potência de transmissão dos terminais e das estação base. O controlo de
potência inicial é usado no inicio da ligação entre o terminal e a rede WCDMA. A
estratégia óptima para este tipo de redes é estar constantemente a controlar a potência
de cada terminal e para cada serviço. Assim a solução do WCDMA é controlar a
potência em uplink (fast loop PC, ou inner loop PC), estando a estação base
constantemente a estimar o Eb/No de cada terminal e a comparar esse valor com o
Eb/No limite (Eb/No alvo) para aquele tipo de serviço. Se o Eb/No medido for maior
que Eb/No alvo, a estação base envia para o terminal um comando para que este baixe
a potência de emissão. No caso da potência de emissão do terminal ser mais baixa
relativamente ao limiar alvo, a estação base diz ao terminal para aumentar a sua
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 34
potência de emissão. Esta troca de comandos entre a estação base e o terminal é
executada 1500 vezes por segundo como foi referido acima. A troca de comandos
pode ser visualizada na Figura 4.6.
P1
P2Analisa os sinaisP1 e P2 ecompara-os comos limiares paraos serviços queestão activos
Controle de potência,enviando comandosTPC para os terminais
Estação Base(EB) Figura 4.6. Controlo de potência.
Este tipo de controlo é chamado controlo de potência rápido e é usado em uplink e em
downlink. Antes de se sair deste algorítmo, existe ainda o controlo de potência
externo, que ajusta o limiar do Eb/No na estação base de acordo com o necessário para
a ligação rádio (consoante o tipo de serviço), e por forma a manter uma qualidade
constante. Manter uma qualidade constante significa manter o Bit Error Rate, (BER)
ou o Frame Error Rate, (FER) a um nível constante dentro dos limiares correctos. O
controlo de potência externo é, então, visto como um indicador de fiabilidade da
informação que vem na trama. O indicador de qualidade da trama indica ao Radio
Network Controller (RNC) qual a evolução da qualidade da transmissão. Se esta
estiver a descer, o RNC envia um comando para a estação base, para que esta
incremente o limiar do Eb/No alvo. Esta funcionalidade está presente no RNC e não
noutro qualquer ponto da Core Network, (CN), dado que esta funcionalidade deverá
ser executada sempre que se der um um possível soft handover, (Shandover).
No exemplo da Figura 4.6, existem dois terminais a operar na mesma frequência,
ligados à mesma estação base, cada um com o seu respectivo serviço. Se o terminal 2
estiver mais perto da estação base do que o terminal 1 e não existir um mecanismo,
ao nível da estação base, para controlar a potência de ambos, o terminal 2 pode
facilmente monopolizar a potência da estação base e bloquear parte da célula. Este
monopólio deve-se ao facto de o terminal 2 poder estar a utilizar um serviço que exija
recursos elevados, necessitando de uma grande parte da potência disponibilizada pela
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 35
estação base. Isso acontecendo, o terminal 2 gera muito mais interferência sobre o
terminal 1, pois està a usar mais potência, que é vista como interferência por parte do
terminal 1. O terminal 1 por sua vez, sente mais interferência e pede mais potência.
Ao pedir mais potência provoca mais inteferência sobre o terminal 2. O processo é
cíclico e se não for controlado pode levar a um bloqueio da célula em causa. É por
isto que existe a necessidade de um mecanismo para controlar a potência pedida pelos
terminais à estação base, sendo esse mecanismo o controlo de potência rápido. Por
isto, este engloba-se no grupo dos algorítmos de gestão de recursos rádio.
Ao efeito provocado sobre a estação base pelos terminais que lhe estão próximos e
pelos que lhe estão afastados chama-se near far, que é um conceito clássico de redes
CDMA.
4.1.1 Camada Física
É na camada física WCDMA que é testada a performance da rede e qualquer ligação
rádio entre a estação base e o terminal móvel. Esta performance está associada aos
handovers (que podem degradar o sinal), à relação sinal interferência (SIR), ao factor
de espalhamento (SF) e à diversidade, entre outros. É a camada física que define os
limites fundamentais de capacidade da rede.
Conceito de códigos de canal e códigos scrambling
O conceito de espalhamento é aplicado aos canais físicos e consiste em 2 operações.
A primeira operação transforma quaisquer símbolos de dados em número de chips, o
que provoca o aumento da largura de banda do sinal, ocupando toda a banda
disponível. Isto verifica-se porque o factor de espalhamento pode ser expresso pela
equação (4.1),
2kSF = (4.1)
Atendendo a equação, se k, tomar o valor de 6, obtém-se um factor de espalhamento
de 64, o que na prática para a direcção uplink (1 símbolo igual a 1 bit) significa que 1
símbolo é igual a 64 chips WCDMA, ou seja 64 bits. Na direcção downlink para o
mesmo k, obtém-se os mesmos 64 chips para um símbolo, mas como em downlink 1
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 36
símbolo é igual a 2 bits, obtém-se o dobro dos bits (128 bits), verificando-se então um
aumento da largura de banda do sinal.
O número de chips por símbolo nos dados é chamado factor de espalhamento
(Spreading Factor, SF). Quanto mais chips houver por símbolo, maior será o SF e
consequentemente, maior será o espalhamento do sinal ao longo da banda. A segunda
operação é o scrambling. O código de scrambling é aplicado ao sinal espalhado. No
processo de channelisation, os símbolos de dados nos ramos I e Q são independentes
e multiplexados pelo código Orthogonal Variable Spreading Factor, (OVSF), que esta
alinhado no tempo com símbolos limite. No 3GPP, os códigos OVSF são usados para
diferentes taxas de símbolos, sendo descritos como Cch,SF,knum, onde SF é o factor de
espalhamento do código e knum o número do código (0 ≤ knum ≤ SF-1). Cada nível da
árvore de códigos define o código do canal com comprimento SF. Os códigos de canal
têm propriedades ortogonais e são usados para espalhar a informação transmitida,
vinda de uma única source. Por exemplo, suponham-se diferentes ligações numa
célula em downlink, onde a interferência é reduzida. Em downlink os códigos OVSF
numa célula, são recursos limitados e necessitam de ser bem geridos pelo controlador
da rede rádio. Os códigos OVSF são eficientes somente quando os canais estão
perfeitamente síncronos ao nível do símbolo. As perdas na correlação cruzada (por
efeito de multipercurso, por exemplo) são compensadas com operações adicionais de
scrambling. Com as operações de scrambling a parte I (real) e a parte Q (imaginário),
do sinal espalhado são multiplexadas com valores complexos dos códigos scrambling.
Os códigos scrambling são usados para separar as diferentes células em downlink e os
diferentes terminais em uplink. Estes apresentam boas propriedades de correlação
(interferência média) e são usados sempre no topo da árvore de códigos de
espalhamento, pelo que não afectam a largura de banda.
Códigos scrambling
O conceito de espalhamento da informação em CDMA é introduzido na secção 2.5.
Em adição ao espalhamento existe o scrambling, cujo o objectivo é separar os
terminais uns dos outros (em uplink) ou as estação base umas das outras (em
downlink). Resumindo existem:
Códigos scrambling
uplink:
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 37
- usados para distinguir os terminais;
- 224 códigos diferentes.
downlink:
- usados para distinguir as estação base;
- 512 códigos diferentes.
Códigos de canal
- usados para distinguir os diferentes canais;
- um código de canal é definido pelo factor de espalhamento.
O processo de scrambling não altera os sinais em termos de ocupação da banda, mas
torna os sinais que resultam de origens distintas separáveis uns dos outros. Na Figura
4.7, pode-se ver a relação da taxa de chips no canal com os processos de
espalhamento e scrambling em WCDMA. A taxa de chips é activada para o
espalhamento do sinal pelos códigos de canal, sendo que a taxa de símbolos não é
afectada pelo scrambling.
Dados
Codigode Canal
CodigoScrambling
DebitoBinario Chip Rate Chip Rate
Figura 4.7.Relação da taxa de chips no canal.
Os sinais de dados são modulados com o código de canal, resultando num sinal com
determinada taxa de chips, espalhado pela banda de frequência. Esse sinal é depois
modulado por um código de scrambling, resultando no sinal a ser transmitido.
Códigos de canal
O objectivo dos códigos de canal é separar os canais físicos uns dos outros bem como
os canais de transporte que são mapeados nos canais físicos. A técnica usada para
gerar os códigos de canal é baseada no OVSF. O uso de códigos OVSF garante a
ortogonalidade entre os diferentes sinais dado que os códigos resultantes do OVSF
são ortogonais entre si. Na Figura 4.8 pode-se visualizar a árvore de códigos OVSF. O
factor de espalhamento é representado por Spreading Factor (SF), que está
directamente relacionado com o débito binário, e, consequentemente com o tipo de
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 38
serviço requerido. A forma de funcionamento do algoritmo OVSF é a seguinte:
suponha-se que, para downlink, se deseja usar determinado serviço com um débito
binário de 1920 kbps. Nesta situação será necessário um SF = 4. Se pensarmos em
uplink e num serviço de 960 kbps é também preciso um SF = 4. A questão coloca-se:
para débitos binários diferentes em uplink e downlink o SF é o mesmo? Não deveria
ser diferente? De facto, não. A razão porque diferentes débitos binários em uplink e
downlink têm o mesmo SF, é porque os dados em downlink são comprimidos,
existindo para cada dois bits em downlink, um bit em uplink. Assim, 2x960 kbps =
1920 kbps. Em termos de utilização de código, se suposermos que este serviço está
alocado com o código do ramo (C4,4), todas as outras ramificações que têm como
origem o ramo C4,4 ficam indisponíveis. Neste caso seriam suportados quatro serviços
de débito 1920 kbps simultaneamente. Os códigos ortogonais em downlink estão em
cada estação base e são geridos pelo RNC. Os códigos OVSF preservam a
ortogonalidade entre diferentes canais físicos.
C 1,1 = (1)
C 2,1 = (1,1)
C 2,2 = (1,-1)
C 4,1 = (1,1,1,1)
C 4,2 = (1,1,-1,-1)
C 4,3 = (1,-1,1,-1)
C 4,4 = (1,-1,-1,1)
SF=1 SF=2 SF=4
Figura 4.8. Árvore de códigos OVSF.
Todos os códigos constituintes da árvore são ortogonais entre si. Com isto garante-se
que, ao ser atribuído um código a cada sinal, todos os sinais espalhados na banda de
frequências mantêm essa característica entre si.
Os códigos são os mesmos que foram usados em uplink, OVSF, que mantêm a
ortogonalidade entre canais de downlink com diferentes débitos e diferentes SF. Com
o SF = 512, é aplicado uma restrição específica, durante o pedido de procedimento de
Soft Handover, (Shandover), afim de evitar problemas nos ajustes temporais.
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 39
Pode-se assim, fazer um resumo das características dos códigos de canal e de
scrambling, apresenta-se essas características na Tabela 4.2.
Tabela 4.2. Resumo das características dos códigos de canal e de scrambling.
Códigos de canal Códigos Scrambling Utilização
uplink: para separação dos canais físicos de dados (DPDCH) e dos canais de controlo (DPCCH) do mesmo terminal. downlink: para separação da ligações de diferentes utilizadores da mesma célula.
uplink: para separação do terminal. downlink: para separação dos sectores das células.
Número de códigos
O número de códigos é igual ao factor de espalhamento
uplink: vários milhões. downlink: 512
Espalhamento Incrementa a largura de banda da transmissão.
Na afecta a largura de banda da transmissão
4.2 Comparação entre o GSM e UMTS
As interfaces de 2G são baseadas em TDMA, e providenciam basicamente apenas
serviços de voz, ao contrário dos sistemas 3G que usam CDMA.
Resumo de caracteristicas do WCDMA, não existentes no GSM:
• O WCDMA é um sistema DS-CDMA (Wideband Direct-Sequence Code
Division Multiple Access), ou seja, os dados são codificados por um
código quasí-aleatorio (código formado por bits, que se passam a chamar
de chips) e depois são espalhados ao longo de toda a banda (sendo esta
uma sequência directa de modulação);
• A taxa de chips é de 3.84 Mcps e a largura de banda para cada portadora é
de 5MHz;
• O WCDMA suporta débitos binários variáveis, ou seja, suporta o conceito
de “banda a pedido”;
• Suporta também quer comutação de pacotes quer de circuitos;
• O WCDMA tem 2 modos de operação: FDD (temos 5MHz para uplink e
5MHz para downlink) e TDD (temos 5MHz para uplink e downlink);
• O comprimento de uma trama WCDMA é 10ms;
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 40
• O WCDMA opera com as estação base assíncronas, o que torna muito
mais simples em termos de cobertura indoor, pois nos outros sistemas
celulares as estação base tinham de estar síncronas entre si, o que era
possível recorrendo ao Global Positioning System (GPS). Para sincronizar
uma estação base indoor seria problemático pois dentro dos edifícios não
existe a recepção de sinal GPS;
• Diferentes algorítmos de gestão de recursos.
Na Tabela 4.3 pode-se ver as diferenças entre o UMTS e o GSM. As diferenças de
tecnologia, nomeadamente no que diz respeito aos novos serviços introduzidos pelo
UMTS, requerendo novos conceitos não existentes até hoje nos sistemas de 2G,
nomeadamente GSM. Por exemplo, a largura de banda, para que seja possível
suportar elevados débitos binários, é de 5MHz com capacidade para suportar tráfego
assimétrico (a largura de banda do UMTS é 25 vezes maior que a largura de banda do
GSM). Isto revela-se numa diversidade de transmissão não existente em GSM. Os
diferentes débitos binários associados a diferentes serviços e os elevados requisitos de
qualidade que são questões fundamentais em UMTS, constituem novidades em
relação ao GSM. Estas características avançadas de rede necessitam de algorítmos de
gestão de recursos rádio e algoritmos para garantir Qualidade de Serviço (QoS). De
salientar, também, que deixou de existir somente a comutação de circuitos, passando a
existir, paralelamente a comutação de pacotes. Isto deve-se à introdução de novos
serviços de dados Internet Protocol Oriented (IP Oriented).
Analisando a Tabela 4.3, pode-se reparar em alguns pormenores interessantes. Em
termos de reutilização de frequências, pode-se reparar na característica de frequência
única do UMTS, em relação ao GSM, que apresenta reutilizações das frequências
disponíveis. Além disso, dado que a potência é o recurso partilhado em UMTS, pode-
se ver, igualmente, que o rítmo de controlo de potência é bastante superior ao do
GSM.
Tabela 4.3. Comparação entre UMTS e GSM.
UMTS GSM Espaçamento entre
frequências 5MHz 200kHz
Factor de reutilização de frequências
1 3, 5, 7, 12
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Mestre Eng. Luís Pires 41
Frequência do controlo de potência
1500Hz 2Hz ou menos
Controlo de qualidade Algorítmos para gestão de recursos
Planeamento da rede
Diversidade de frequência
Largura de banda de 5MHz, geram diversidade de multipercurso: Diversidade de
frequência feita pelo receptor RAKE
Saltos na frequência (Frequency Hopping)
Transmissão por pacotes Baseado em comutação de pacotes
Baseado em combinações com timeslots, GPRS
Diversidade na transmissão em downlink
Para melhorar a capacidade em downlink
Não suportado
Em relação à elevada taxa de chips usada em UMTS, esta permite uma maior
diversidade em multipercurso, especialmente em micro células e em ambientes
urbanos. Essa diversidade pode tomar duas formas distintas: diversidade de
multipercurso e de antenas (na transmissão e na recepção). A diversidade de antenas,
independentemente da direcção dos dados (uplink ou downlink) existe na estação
base, através da utilização de múltiplos receptores, ou antenas, e também no terminal,
através do receptor RAKE. Este tipo de diversidade pode ser também referido por
diversidade espacial.
4.3 Arquitectura do Sistema
A arquitectura da rede UTRAN é apresentada na Figura 4.9. Nesta figura pretende-se
apresentar a arquitectura UTRAN, tendo por base a utilização da rede existente
GPRS.
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 42
RedesExternas
USIM
ME
RNC
RNC
NODE B
NODE B
NODE B
NODE B
MSC/VLR
HLR
GMSC
SGSN GGSN
PSDN
Internet
Cu
UE UTRAN CN
Uu Iu
Iub Iur
UTRAN
Figura 4.9.Arquitectura UTRAN.
A rede GSM pode ser reutilizada para os serviços de Voz e dados GPRS, sendo
implementadas redes paralelas para suportar os novos serviços e requisitos do UMTS,
nomeadamente o suporte ao Internet Protocol Over The Air (IP-OTA), ou, mais
comumente, Internet Móvel. Às CN já existentes acrescenta-se a parte do UTRAN,
que esta detalhada na Figura 4.9. Na Figura 4.10, apresenta-se a arquitectura de rede,
com a coexistência das actuais três redes (GSM, GPRS e UMTS).
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 43
Figura 4.10. Arquitectura GSM/GPRS/UMTS.
No 3GPP a arquitectura UMTS é dividida basicamente nas entidades, apresentadas na
Figura 4.9 e que são: User Equipment (UE), que é o terminal móvel; as estação base,
que se designam por Node B; os controladores de rede, Radio Network Controller,
(RNC); a Core Network (CN), onde existe a diferenciação dos dados de comutação de
pacotes e circuitos. As interfaces principais são a interface rádio (Uu) e a interface
entre a CN e o UTRAN, (Iu).
O Uu e o Iu são pontos de referência entre subsistemas. Os protocolos acima das
interfaces Uu e Iu estão divididos em duas estruturas: protocolos do plano de
utilizador, que são os protocolos que implementam o serviço de acesso aos recursos
rádio (Radio Access Bearer, RAB) e os protocolos no plano de controlo, controlo esse
de acesso aos recursos rádio e às ligações entre o UE e a CN. Ambos os protocolos
Uu e Iu providenciam uma transferência transparente de mensagens Non-Access
Stratum.
O sistema UMTS consiste num número lógico de elementos e cada um deles tem uma
funcionalidade definida. Em termos de funcionalidade global os elementos da rede
estão agrupados no UTRAN que se ocupa de toda a funcionalidade da interface rádio.
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 44
A CN é responsável por comutar e encaminhar chamadas e ligações de dados para as
redes exteriores. Para completar o sistema temos o UE que serve de interface para o
utilizador e também para com a interface rádio.
Uma outra forma de agrupar os elementos da rede UMTS é dividi-los em sub-redes. O
sistema UMTS é modular, por forma a ser possível ter vários elementos de rede do
mesmo tipo. Cada sub-rede é chamada de UMTS Public Land Mobile Network,
(PLMN). Tipicamente uma PLMN é uma rede que pertence a um operador e que está
ligada a outras PLMNs, bem como a outros tipos de rede (ISDN, PSTN, Internet).
Passe-se, então, à descrição dos elementos da rede UMTS PLMN.
O UE é formado por duas partes:
• O Mobile Equipment (ME) que é um terminal rádio usado para
comunicações rádio sobre a Interface Uu;
• O UMTS Subscriber Indentity Module (USIM) é um smartcard que
identifica o utilizador perante a rede, faz a autenticação dos algoritmos e
contém as chaves de encriptação e alguma informação de subscrição
necessária ao terminal.
O UTRAN é formado por:
• Node B que converte o fluxo de dados entre a interface Iub e a interface
Uu, e participa na gestão dos recursos rádio (Shandover e controlo de
potência interno). É o ponto de acesso do terminal à rede UTRAN;
• RNC que possui e controla os recursos rádio. O RNC disponibiliza Service
Access Point (SAPs) para todos os serviços UTRAN, providenciados pela
CN. Por exemplo, a gestão das ligações com o UE (controlo de potência
externo, controlo de handovers, de admissão, de carga e packet
scheduling).
A CN consiste no seguinte:
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 45
• Home Location Register (HLR), que é uma base de dados, que guarda os
perfis dos utilizadores, também guarda a localização do UE ao nível do
MSC/VLR e/ou SGSN;
• Mobile Services Switching Centre/Visitor Location Register (MSC/VLR)
é um comutador (MSC) e uma base de dados (VLR), que serve o UE na
sua localização actual para serviços de comutação de circuitos. O MSC é
usado para serviços de comutação de circuitos. A função do VLR é
guardar uma cópia dos perfis do utilizador visitante, herdado do GSM;
• Gateway MSC (GMSC) é o ponto através do qual a rede UMTS se
interliga às outras redes de comutação de circuitos, sendo semelhante ao
GSM;
• Serving GPRS Support Node (SGSN), cuja funcionalidade é similar à
funcionalidade do MSC, mas para serviços de comutação de pacotes
herdado do GPRS;
• Gateway GPRS Support Node (GGSN), cuja funcionalidade é completar o
GMSC, mas apenas relativamente aos serviços de comutação de pacotes. É
o ponto onde a rede UMTS esta ligada às redes de comutação de pacotes
exteriores, sendo semelhante ao GPRS.
As redes exteriores podem ser divididas em dois grupos:
• Redes com comutação de pacotes: nas quais o transporte da informação
não implica comunicação previa entre o emissor e o receptor. Cada pacote
de dados é encaminhado para um determinado endereço, via routers
podendo ou não ser entregue. Neste tipo de comunicação não existe
garantia de entrega em caso de congestionamento, mas existem algorítmos
de controlo de fluxo e de erros, como por exemplo, o checksum. É uma
rede que apresenta uma maior velocidade que a rede de comutação de
circuitos. A fiabilidade é baixa comparativamente com a comutação de
circuitos;
• Redes com comutação de circuitos: são redes que requerem comunicação
entre o emissor e receptor antes de a informação ser enviada. É então
estabelecido um circuito virtual entre os dois, activando o controlo de
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 46
fluxo e de erros. É usada quando se tem de garantir fiabilidade, quando
esta é mais importante que a velocidade.
A rede de comutação de pacotes fornece ligação para disponibilizar serviços de
entrega de dados por pacotes, como acontece com a Internet, por exemplo. A rede de
comutação de circuitos, por sua vez, providencia ligações end-to-end, como acontece
nas redes ISDN e PSTN.
A arquitectura UTRAN é constituída por diversas interfaces, que podem-se observar
na Figura 4.9:
• Interface Cu, interface eléctrica entre o smartcard USIM e o ME (terminal);
• Interface Uu, interface rádio WCDMA. É através desta interface que o UE
acede ao sistema, sendo por isso a interface mais importante no UMTS;
• Interface Iu, que liga o UTRAN à CN. Simultaneamente corresponde à
interface para comutação de circuitos e para a interface de comutação de
pacotes;
• Interface Iur, esta é uma interface aberta, que ajuda o Shandover entre Radio
Network Controller, (RNCs);
• Interface Iub, que liga o Node B ao RNC. O UMTS é o primeiro sistema de
comunicações móvel comercializado em que a interface Iub, tem um open-
standard Controlador-estação base, completamente disponível, por forma a
suportar outro tipo de sistemas móveis.
Um Radio Network Sub-system (RNS) é uma sub-rede dentro do UTRAN e consiste
num RNC e numa ou mais estação base, ou Node Bs. Os RNCs estão ligados uns com
os outros via interface Iur, os RNCs e os Node Bs estão ligados via interface Iub.
Antes de entrar na descrição dos elementos da rede UTRAN, faça-se um resumo das
características do UTRAN e quais as funcionalidades e protocolos da mesma:
• Suporte a todas as funcionalidades de uma rede como a WCDMA,
particularmente Shandover, bem como os algorítmos de gestão de recursos
rádio;
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 47
• Maximizar as manipulações entre/para comutação de circuitos e comutação de
pacotes de maneira simples, eficiente e de maneira que seja transparente para o
utilizador, isto é, de maneira a que este não se aperceba de nada;
• Suportar as manipulações existentes entre GSM e UMTS, quando forem
possíveis e de uma maneira eficiente e simplificada. Uma vez mais, este
processo deverá ser transparente para o utilizador;
• A UTRAN deverá utilizar o protocolo Asynchronous Transfer Mode, (ATM)
como um meio de transporte.
Radio Network Controller
O RNC é o elemento da rede responsável pelo controlo de todos os recursos rádio no
UTRAN, tem interfaces com a CN, normalmente com um MSC e um SGSN, e
processa os protocolos Rádio Resource Control (RRC), que definem as mensagens e
procedimentos entre o terminal e o UTRAN. Fazendo a analogia com a norma GSM,
corresponde ao BSC existente nessa rede.
• Um RNC que esteja a controlar um ou mais Node Bs chama-se de Controlling
RNC (CRNC). O CRNC é responsável pelo controlo da congestão e da carga
das suas células, (Controlo de Carga, LC – Load Control e Controlo de
Congestão, CC – Congestion Control), executa o controlo de admissão (AC-
Admission Control) e o alojamento das novas ligações rádio que são
estabelecidas com essas células.
Node B
As funções do Node B são: executar os processos de codificação do canal, adaptação
ao débito binário do serviço, e espalhamento. Cabe-lhe, também, a gestão dos
recursos rádio e controlo de potência interno. Fazendo a analogia com o GSM
representa a BTS. É o ponto de acesso à rede por parte do terminal.
Tendo como objectivo a implementação de redes UMTS, os operadores devem definir
estratégias para o desenvolvimento das mesmas. Estas devem ser suportadas no plano
do negócio, em termos da estimação dos serviços futuros, bem como em termos do
investimento das infra-estruturas necessárias para a rede. A avaliação dos requisitos
para as infra-estruturas da rede deve ser estimada usando ferramentas de planeamento
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 48
e dimensionamento, capazes de simulações de uma forma quasí-real. Uma ferramenta
de planeamento rádio deve ser capaz de modular/estimar o sistema, consoante o perfil
de tráfego e ambiente operacional.
O perfil do tráfego assim como a tecnologia de acesso rádio, formam os planos mais
importantes para o dimensionamento e planeamento em UMTS. Descreve, também a
forma como a população utiliza os vários serviços de UMTS. Esta descrição é feita
recorrendo a modelos próprios que espelham o comportamento da população em
geral. Para estimar a cobertura existem aspectos no sistema que devem passar por um
processo de estudo, especialmente a caracterização dos canais e a implementação dos
mecanismos de controlo de interferência. Na rede UMTS podem coexistir múltiplos
serviços de voz e de dados, tendo esses mesmos serviços diferentes ganhos de
processamento, Eb/No, débitos binários, requisitos de sensibilidade e potência pedida.
Por aqui se compreende o nível de exigência que o processo de planeamento deste
tipo de redes obriga. Em WCDMA existem também outros parâmetros que necessitam
de especial atenção: a caracterização da carga, a parametrização dos handovers e os
efeitos do controlo de potência.
No GSM o processo de planeamento da cobertura é baseado na sensibilidade
constante das estação base, sendo o threshold de cobertura o mesmo para cada estação
base. Para o serviço de voz existente no GSM o nível de potência da portadora em
relação à interferência, C/I, deverá tomar um valor superior a 9dB. No caso do UMTS
esse threshold de cobertura é dependente do número de utilizadores e dos débitos
binários usados, sendo especifico da célula e do serviço.
O processo de planeamento da rede UMTS pode ser dividido em três fases:
planeamento inicial (dimensionamento), planeamento detalhado da rede rádio e
optimização da rede. Cada uma destas fases requer parametrizações adicionais como
as medições de sinal recebido e indicadores de desempenho para suportar alguns
algorítmos específicos da rede, entre outros. Num sistema celular, onde todas as
ligações na interface rádio operam na mesma banda de frequência, o número de
utilizadores em simultâneo é directamente limitado pelo ruído/interferência gerada
pelos mesmos.
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 49
A rede GSM está relacionada apenas com o serviço de voz sendo a cobertura propícia
para esse único serviço. Existe como medida de qualidade do serviço a probabilidade
de bloqueio e o nível de qualidade do sinal, sendo o planeamento feito em função
destes dois parâmetros. No caso do UMTS o problema é muito mais complexo. Esta
complexidade deriva do facto deste sistema ser interpretado como multi-dimensional.
Esta multi-dimensionalidade resulta do facto de existirem múltiplos serviços, cada um
com o seu QoS alvo e com a sua cobertura própria. Este conceito leva a outro que
apresenta a cobertura de uma estação base como um conjunto de coberturas dispostas
sobre camadas, em que cada é uma cobertura de um determinado serviço.
Em GSM as ligações tendem a ser balanceadas uma vez que a informação em uplink e
downlink têm a mesma dimensão (transportando informação semelhante). No UMTS
vão existir ligações não balanceadas como acontece com o tráfego assimétrico de
WWW, no qual existem maior tráfego em downlink do que em uplink. Assim,
existem determinados algorítmos de gestão de recursos que são implementados no
RNC que vão permitir o suporte a esse tipo de tráfego. Por outro lado, a própria
característica de limitação por interferência da rede UMTS vai limitar a capacidade
dessas ligações e, consequentemente da rede.
Tanto para o GSM como para o UMTS, os cálculos ao nível da propagação do sinal
são efectuados da mesma forma, recorrendo a modelos de propagação, diferindo
apenas nos modelos utilizados em função do ambiente em causa. Um outro aspecto
comum é a análise da interferência que no caso do WCDMA, é necessária para a
análise da carga.
4.4 Balanço de Potência
Os cálculos para o balanço de potência, tradicionalmente usado para o cálculo da
sensibilidade do terminal, nas comunicações móveis são apresentados pelas equações
que se seguem, sendo a equação (4.2), a equação da formula de Friis, usada para
projectos de ligações rádio.
Assim, recorrendo a formula de Friis, temos que:
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 50
∑ ∑ ∑∑ −−−+= MFLGPP jiER (4.2)
SPR = (4.3)
Onde:
REi GGG +=∑ (4.4)
∑ ++= bCarJ LLLL int (4.5)
RapidoDesvLentoDesvF __ +=∑ (4.6)
SHO Body _ Loss FadingM M M M= + +∑ (4.7)
Apresentam-se, em seguida, os parâmetros mais importantes para o balanço de
potência. Inicialmente, serão apresentados os parâmetros já existentes em GSM (que
continuam a existir para o UMTS) e os novos introduzidos pelo UMTS. Tanto nas
redes GSM como UMTS, quando se efectua um projecto para uma ligação rádio, não
basta considerar os níveis de sensibilidade dos terminais. Várias margens têm de ser
adicionadas de forma a obter a cobertura desejada. As margens tipicamente usadas
para o balanço de potência nas redes GSM são os descritos seguidamente.
Desvanecimento rápido
O desvanecimento rápido existe devido à interferência causada pelo multipercurso e
tem uma distância de pico a pico de aproximadamente λ/2. As especificações GSM
permitem pior qualidade para terminais lentos relativamente aos rápidos, dado que são
os lentos são mais afectados pelo desvanecimento do que os rápidos. Esta situação
também se verifica em UMTS. Existe, por isso, uma margem de desvanecimento
rápido de forma a que se obtenha uma boa qualidade para terminais lentos (3dB de
margem). No caso do UMTS como existe controlo de potência – que evita os
afundamentos de sinal devido ao desvanecimento rápido – não é necessária essa
margem para terminais rápidos, sendo-o para lentos. A margem de desvanecimento
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 51
(protecção contra o desvanecimento) é menor em UMTS do que em GSM (entre 7 e 9
dB) pelo facto de a largura de banda em UMTS ser cerca de 25 vezes maior que a
largura de banda de GSM, o que implica que o desvanecimento rápido não tenha um
efeito tão notório sobre essa mesma largura de banda.
Desvanecimento lento
O modelo de propagação utilizado retorna um valor de atenuação de percurso. Esse
valor deverá ser interpretado como um valor médio de atenuação numa determinada
área, valor esse baseado na resolução e fiabilidade do modelo que o devolve. No
entanto esse valor é apenas médio, verificando-se, na realidade uma flutuação da
atenuação de percurso em seu redor. Essa flutuação obedece a uma distribuição
lognormal, com um valor médio de distribuição dado pela margem associada ao
desvanecimento lento. A margem para o desvanecimento lento é calculada da mesma
forma quer para UMTS quer para GSM.
Margem de interferência
A margem de interferência não se aplica nas redes GSM, pois existe reutilização de
frequências. Isso revela-se suficiente, na maioria dos casos para combater o ruído e a
interferência, desde que se cumpra a relação C/I ≥ 9dB. No caso dos sistemas UMTS,
a interferência é um problema, sendo mesmo a principal limitação do sistema. O valor
típico para a margem de interferência é 2dB.
Margem devido as perdas causadas pelo corpo humano
O corpo humano afecta de diversas formas o funcionamento do terminal móvel, dado
que a cabeça absorve energia, diminuindo a eficiência dos terminais. Daí que apareça
uma margem de BodyLoss cujo valor típico é 3dB.
Os parâmetros importantes para o cálculo do balanço de potência em WCDMA são:
Margem de interferência
A margem de interferência é necessária no balanço de potência devido ao nível de
carga da célula que afecta directamente a cobertura (ver secção 3.3.7). O aumento da
carga permite saber que margem de interferência é necessária para uplink, para se
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 52
obter a mínima cobertura (carga máxima ⇒ margem de interferência máxima ⇒
mínima cobertura).
Para os casos de cobertura limite é sugerida uma baixa margem de interferência dado
que esta representa a folga entre o nível de potência disponível e a interferência total
gerada pelos terminais no sistema. Esta é retirada no balanço de potência à atenuação,
pelo que se trata, na realidade de um acréscimo de potência, dado que a atenuação é
reduzida. Ao se baixar essa margem está-se, necessariamente, a aumentar a potência
recebida pelo terminal, logo a aumentar o raio da célula. Para os casos de limite de
capacidade deve ser usada uma elevada margem de interferência, dado que assim
garante-se uma folga (margem) maior entre o sinal recebido e a interferência total do
sistema. Ao se conseguir essa garantia, a interferência nunca se sobrepõe ao sinal
recebido, conseguindo o pretendido, que é o sistema funcionar sem problemas de
interferência, sabendo à priori que o sistema WCDMA é limitado por interferência.
Margem de Desvanecimento Rápido
O controlo de potência rápido (inner loop PC) existe para que se possam minimizar os
efeitos do desvanecimento rápido. No entanto, como o controlo de potência rápido
nem sempre consegue esse objectivo, recomenda-se a existência de uma margem.
Essa margem é a chamada margem de desvanecimento rápido, e é aplicada para
compensar as falhas do controlo de potência rápido no controlo do desvanecimento
rápido. Como o controlo de potência rápido nem sempre resolve o problema,
recomenda-se a existência de uma margem.
Ganho de Soft Handover
O soft handover fornece um ganho de forma a combater o desvanecimento lento. No
soft handover o terminal recebe um sinal proveniente de duas estação base, no
mínimo. Com a utilização do receptor RAKE consegue-se combinar os sinais
recebidos das estação base, resultando num ganho de potência do sinal recebido, a que
se chama o ganho de Shandover.
Eficiência da Cobertura
A eficiência da cobertura em WCDMA é definida como a média da cobertura por site
em km2/site, para um ambiente de propagação predefinido, suportando uma densidade
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 53
de tráfego predefinida. Essa eficiência está, portanto, dependente do ambiente de
propagação e do modelo de propagação melhor adaptado para esse ambiente.
Eficiência Espectral
A eficiência espectral pode ser medida conforme o número de chamadas (voz e/ou
dados) a decorrer em simultâneo, usando os débitos binários que correspondem aos
vários serviços. Em sistemas UMTS a eficiência espectral mede-se de acordo com a
capacidade que a camada física tem por forma a suportar para cada célula, por cada
portadora com largura de banda de 5MHz, os vários serviços em simultâneo. A
eficiência espectral é função do ambiente de propagação, da mobilidade do terminal,
da localização do terminal, do tipo de serviço e da qualidade de serviço.
Balanço de Potência em WCDMA
Neste ponto, pretende-se descrever o balanço de potência para uplink e downlink. No
cálculo do balanço de potência são tidos em conta os ganhos das antenas, os ganhos
de diversidade, as perdas nos cabos, as margens de desvanecimento, a atenuação
resultante do modelo de propagação, entre outros. O resultado do cálculo do balanço
de potência é o nível de potência recebida em cada ponto, (em cada pixel do mapa, no
caso da ferramenta de simulação desenvolvida) com base na sensibilidade do terminal
para cada serviço. Pode-se determinar ainda o raio da célula, bem como o número de
sites necessários para cobrir determinada área, depois de calculado o raio de cobertura
de cada célula.
4.4.1 Balanço de Potência em Uplink
A degradação da carga da célula é função da margem de interferência imposta. Um
aumento da carga do sistema implica uma maior margem de interferência em uplink
para que os sinais interferentes (interferência) nunca ultrapassem os sinais
transmitidos em termos de potência. Em suma, com o aumento da carga do sistema
temos uma diminuição da cobertura. A potência de saída do terminal típicamente
entre 21dBm (125mW) e 24dBm (250mW) no máximo, para voz e dados, enquanto
que a estação base macro tem valores de potência entre 40-60dBm (10-40W) por
sector, dependendo da área a cobrir.
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 54
A carga em uplink deriva do desempenho do factor de actividade do serviço, v. Para
se encontrar os requisitos ao nível da potência transmitida em uplink e a potência
recebida num terminal (K) ligado a uma determinada estação base, é necessário usar a
equação (4.8) que estima o Eb/No para determinado serviço.
C K
K OWN K OTH
R pR I p I N
⎛ ⎞= ⎜ ⎟− + +⎝ ⎠
(4.8)
onde IOTH é a interferência recebida de outros terminais ligados a outras células, sendo
directamente proporcional (constante de proporcionalidade, i) a IOWN, sendo esta a
interferência recebida pelo terminal ligado à estação base, para a qual se esta a
calcular IOWN.
OTH OWNI i I= ⋅ (4.9)
CBfCO RTKNRNN ⋅⋅⋅=⋅= 0 (4.10)
onde, Nf é a potência de ruído do receptor, KB é a constante de Boltzmann
( 231.381 10 /−× Ws k ) e T0 é a temperatura absoluta.
C KK
K OWN K OWN
R pR I p i I N
ρ⎛ ⎞⋅ ≥⎜ ⎟− + ⋅ +⎝ ⎠
(4.11)
Então a potência recebida no terminal K, pK é dada pela equação (4.12).
O resultado da equação (4.12) deve ser interpretado como sendo um valor médio,
devido à interferência de multipercurso, às flutuações ao nível da potência causadas
pelo controlo de potência rápido e devido igualmente ao desvanecimento rápido. Com
esta equação tem-se por objectivo obter um valor mínimo para a potência recebida
(sensibilidade do terminal), pK.
( )1 11
ρ
= ⋅ + ⋅ +⎡ ⎤⎣ ⎦+
⋅
K OWNC
K K
p i I NRR
(4.12)
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 55
onde ρK é a energia de bit em relação a densidade espectral de ruído, Eb/N0.
Se se realizar o somatório de todas as sensibilidades que estão ligadas à estação base,
surge a equação (4.13).
( )
( )
( )
1
1
1
1 11
1
11 11
ρ
ρ
=
=
=
⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥⋅ + ⋅⎢ ⎥+⎢ ⎥⋅⎣ ⎦⋅ + =
⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥− ⋅ +⎢ ⎥+⎢ ⎥⋅⎣ ⎦
∑
∑
∑
K
CkK
k kk
kK
Ck
k k
i NRR
p i
iRR
(4.13)
onde,1
K
OWN kk
I p=
=∑ (4.14)
o factor de carga em uplink, é dado pela equação (4.15)
( )1
1 11
K
ULCk
k k
iRR
η
ρ=
= ⋅ ++
⋅
∑ (4.15)
A equação (4.15) pode ser modificada, se se incluir o efeito da sectorização (ganho de
sectorização, ξ e o número de sector NS) e o factor de actividade do serviço, vK.
Resulta então, na equação (4.16),
1
1 11
KS
UL kCk
k k
Nv iRR
ηξ
ρ=
⎛ ⎞= ⋅ ⋅ + ⋅⎜ ⎟
⎝ ⎠+⋅
∑ (4.16)
Na Tabela 4.4, apresentam-se os parâmetros que devem ser usados para o cálculo do
factor de carga em uplink.
Tabela 4.4.Parâmetros usados para o cálculo do factor de carga em uplink.
Definições Valores recomendados K Número de utilizadores. - Vk Factor de actividade do
utilizador K ao nível físico.
0.6 ⇒ Actividade de voz.
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Mestre Eng. Luís Pires 56
1 ⇒ Actividade para dados.
Eb/No Energia de bit por densidade espectral de ruído.
Depende do serviço, do multipercurso e da velocidade do terminal.
RC Taxa de chips em WCDMA.
3.84Mcps
Rk Débito binário do utilizador k
Depende do serviço.
I Razão entre a interferência da célula com as vizinhas.
55% (macro células), antenas omnidireccionais.
Para o clássico serviço de voz, onde todos os K utilizadores da célula têm um débito
binário baixo, R, tem-se que,
1>>⋅⋅ vR
RC
ρ (4.17)
logo o factor de carga em uplink, é simplificado para
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅+⋅⋅⋅=ξ
ρη S
CUL
NivK
RR 1 (4.18)
A partir da equação (4.18), pode-se concluir que o número de utilizadores da célula,
K, é dado por:
ξ
ηρ S
UL
C
NivRR
K⋅+
⋅⋅⋅=1
11 (4.19)
O número máximo de utilizadores KPOLE, possível na célula é atingido quando ULη =1,
pelo que:
ξρ S
C
POLE NivRR
K⋅+
⋅⋅=1
11 (4.20)
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Mestre Eng. Luís Pires 57
Em vez de ser representado o número de utilizadores, pode-se apresentar de uma
forma mais geral a capacidade total por célula com todos os utilizadores em
simultâneo.
ξ
ηρ S
ULC
POLE NivRRKCapacidade
⋅+⋅⋅=⋅=1
11 (4.21)
Sendo esta equação apenas válida para o mesmo tipo de serviço. Na Figura 4.11,
pode-se ver os factores que afectam a atenuação de propagação máxima do percurso,
influenciando o balanço de potência.
Requisitosda
Capacidadeem UL
DébitoBinário
Diversidade
Sens.Receptor
- Receptor Banda Base;- Receptor RF;- Solução para Antenas;
Controlede Pot.
Pot.Trans.
GanhoProces.
MargemInter.
Atenuação depropagaçãomáxima [dB]
Limite Máximoda Célula [km]
Modelo dePropagação(ambiente)
RequisitosProbabilidadede Cobertura
Figura 4.11. Factores que afectam a cobertura em uplink.
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Mestre Eng. Luís Pires 58
4.4.2 Balanço de Potência em Downlink
O dimensionamento em downlink segue a mesma lógica do dimensionamento em
uplink. Para determinar o raio máximo da estação base é necessário estimar a potência
de transmissão total. Se a carga for excessiva é necessário limitar o raio da célula ou
reduzir o número de utilizadores na célula. A carga em downlink é apresentada
segundo a expressão (4.22), que se sugere,
( )1 1,
1I N
pmii i iDL i
i n n mC pni
LR vR L
ρη α= = ≠
⎡ ⎤⎛ ⎞⋅ ⋅= ⋅ − +⎢ ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦∑ ∑ (4.22)
onde pmiL é a atenuação em espaço livre, ou seja, atenuação ao longo da ligação rádio,
desde a estação base servidora (BSm) até ao terminal (MSi), pniL a atenuação ao longo
da ligação rádio, desde outra estação base (BSn) até ao terminal (MSi), ρi o (Eb/N0)i
para o terminal (MSi), N é o número de estação base, sendo I o número de ligações a
um sector, αi o factor de ortogonalidade dependendo das condições de multipercurso
(0 ≤ α ≤ 1). O termo idownlink, define a interferência entre as células vizinhas e a célula
servidora, em downlink.
1,
Npmi
DLn n m pni
Li
L= ≠
= ∑ (4.23)
Na Tabela 4.5 apresentam-se os parâmetros que devem ser usados para o cálculo do
factor de carga em downlink.
Tabela 4.5.Parâmetros usados para o cálculo do factor de carga em downlink.
Definições Valores recomendados K Número de utilizadores. - vk
Factor de actividade do utilizador k ao nível físico.
0.67 ⇒ Actividade para o serviço de Voz. 1 ⇒ Actividade para o serviço de Dados.
Eb/No
Energia de bit dividida pala densidade espectral de ruído.
Depende do tipo de serviço, do débito binário, do multipercurso, da velocidade do terminal.
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Mestre Eng. Luís Pires 59
RC Taxa de chips em WCDMA.
3.84Mcps.
Rk Débito binário do utilizador k.
Depende do serviço.
ik Razão entre a interferência da célula com as vizinhas.
55% (macro células), antenas omnidireccionais.
αk
Factor de ortogonalidade do utilizador k.
Depende do multipercurso: 1- Sinais ortogonais. 0 – Sinais não ortogonais.
ITU–Veiculo A–0.6 [ETSI98] e ITU–Pedestre A–0.9 [ETSI98]
Para o dimensionamento em downlink é importante estimar a potência que as estação
base estão a transmitir que deverá ser baseada numa média da potência de transmissão
por utilizador, e não na potência máxima de transmissão na fronteira da célula, dado
pelo balanço de potência. A expressão matemática para a potência total transmitida
pela estação base é dada pela equação (4.24).
DL
k
C
kK
kkULC
RRvRN
TxPBSη
ρη
−
⋅⋅⋅⋅
=
∑=
1_
10
(4.24)
onde N0 é definido por
0 108.2= − +N dBm NF (4.25)
onde –108.2dBm é o nível de ruído térmico para a taxa de chips em WCDMA,
3.84Mcps e NF é a figura de ruído do terminal, que tipicamente assume valores entre
5 e 9dB. O factor de carga em downlink passa a ser,
( )∑ ∑= ≠= ⎥
⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡+−⋅⋅=
I
i mnn pni
pmi
i
C
iiDL L
L
RRv
1 ,11 αρη (4.26)
onde ULη ,é o factor de carga médio para uplink, por utilizador e DLη o factor de carga
médio para downlink.
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Mestre Eng. Luís Pires 60
Em ambas as direcções (uplink e downlink), a interferência afecta a cobertura, mas
esse efeito não é exactamente o mesmo. O factor de carga não afecta tanto a cobertura
em uplink, com em downlink. A de downlink depende mais do factor de carga do que
a cobertura em uplink, dado que em downlink a potência máxima de transmissão é
partilhada pelos vários utilizadores, enquanto que em uplink, cada utilizador
adicional, tem a sua potência própria.
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Mestre Eng. Luís Pires 61
5. Modelos de Propagação e Equipamento Utilizado em Redes Celulares Móveis
O planeamento das áreas de cobertura das BSs requer a estimação do sinal dessas
estações, bem como das outras funcionando nas mesmas frequências ou frequências
adjacentes. É essencial prever as zonas limites onde o nível de sinal é mínimo, e as
zonas onde pode haver interferência. Nos sistemas de telefone celular usam-se muitas
estações base (BSs), o que põe problemas na gestão do espectro de frequências e no
dimensionamento da extensão das células. A previsão do sinal envolve a estimativa do
valor mediano e da variação em torno deste. As coberturas são estabelecidas para
determinadas percentagens de locais e de tempo. É muito importante que os modelos
de propagação se aproximem da realidade o melhor possível de forma a que se
possam tornar ferramentas fidedignas e indispensáveis no planeamento celular de uma
rede de comunicações móveis.
A maioria dos modelos fornece o valor mediano do sinal. Torna-se assim necessário
conhecer a estatística do sinal para determinar a sua variação. A abordagem do
problema da estimação do sinal não pode ser feita de modo exclusivamente
determinístico. A estimação correcta do sinal, e o desenvolvimento de modelos para o
efeito implica o conhecimento de todos os factores que influenciam a propagação em
comunicações móveis. O sinal está normalmente sujeito a dois tipos de
desvanecimento:
• lento, dependente essencialmente da distância, com distribuição log-normal.
• rápido, associado ao movimento do terminal e ao multipercurso, com
distribuição de Rice.
Os modelos de Propagação dividem-se em duas grandes categorias:
• Empíricos, baseados em medidas, e conduzindo a relações simples entre a
atenuação e a distância.
• Teóricos, requerendo a utilização de bases de dados topográficas, e utilizando
os métodos das ligações fixas.
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Mestre Eng. Luís Pires 62
Os modelos Empíricos:
• Conduzem a curvas e equações que melhor se ajustam às medidas.
• Têm a vantagem de contabilizar todos os factores que afectam a propagação.
• Necessitam de ser sujeitos a validação para locais, frequências e condições
diferentes dos ambientes de medida.
Os modelos Teóricos:
• Não contabilizam todos os factores.
• Não têm em consideração o ambiente em que o móvel se desloca.
• Permitem uma fácil alteração para outros valores dos parâmetros.
• Dependem da definição de bases de dados geográficas.
Os modelos usados actualmente são modelos híbridos e contemplam as perspectivas
empíricas e teórica. Estes modelos têm alguma flexibilidade podendo ser aferidos com
medidas reais realizadas nos ambientes de propagação específicos onde vão
utilizados. Desta forma, minimiza-se o erro entre a estimação do sinal previsto pelo
modelo de propagação e a posterior realidade, quando da implementação física da
BTS. Não existe um modelo de aplicação genérico em todos os tipos de ambientes,
frequências e parâmetros.
Classificação de Ambientes
A aplicação de modelos com uma componente empírica requer a classificação de
ambientes. É usual distinguir três grandes categorias:
• Rural.
• Suburbano.
• Urbano.
Existem vários tipos de classificações, geralmente associadas a modelos de
propagação distintos. A classificação de ambientes considera, entre outros, os
parâmetros seguintes:
• Ondulação do terreno.
• Densidade da vegetação.
• Densidade e altura dos edifícios.
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 63
• Existência de áreas abertas.
• Existência de superfícies aquáticas.
Propagação em Ambientes Urbanos
Os edifícios vão provocar a existência de numerosos raios reflectidos (causando
desvanecimento), e de zonas não iluminadas directamente (onde a atenuação é
grande). A atenuação e reflexão variam de acordo com os materiais de construção. A
existência de ruas conduz a fenómenos de propagação guiada, com características
diferentes nas ruas radiais e nas circunferenciais. A proximidade dos edifícios entre si,
e destes ao terminal (MT) pode conduzir a erros elevados na aplicação dos modelos
de obstrução múltipla por lâminas usados nas ligações fixas. Devido a estas
características, a tarefa de aferição do modelo de propagação com base em medidas
reais é extraordinariamente dificultada, pelo que ocorrem sempre desvios
significativos entre a previsão de sinal e a realidade posteriormente implementada.
5.1 Modelo COST 231 Walfisch-Ikegami
O COST 231 desenvolveu um modelo que conjuga os modelos de Ikegami e de
Walfisch-Bertoni com os resultados de medidas realizadas na cidade de Sueca de
Stockholm. O modelo assume os pressupostos dos modelos em que se baseia no que
diz respeito à estrutura urbana, ver Figura 5.1.
Figura 5.1. Modelo COST 231 – Walfisch-Ikegami.
Em termos de orientação do sinal propagado ao longo das ruas, o modelo prevê o
apresentado na Figura 5.2.
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 64
Figura 5.2. Modelo COST 231 – Walfisch-Ikegami orientação do sinal propagado.
A grande inovação do modelo do COST 231 está relacionada com a consideração de
fenómenos de propagação guiada quando existe linha de vista entre a estação base e o
móvel na direcção de uma rua cercada por edifícios. A propagação desta forma é
diferente que a propagação em espaço livre. Nesta situação tem-se:
[ ]( ) [ ]( )42.6 26 log 20 log para 20 .b km MHzL d f d m= + ⋅ + ⋅ ≥ (5.1)
Onde,
• Lb é a atenuação em espaço livre para d < 20 m.
Nos outros casos o modelo COST 231 Walfisch-Ikegami é composto por três termos e
restringido pela atenuação de espaço livre:
0
0
, para >0 , para 0
RTS MSD RTS MSDb
RTS MSD
L L L L LL
L L L+ + +⎧
= ⎨ + ≤⎩ (5.2)
[ ]( ) [ ]( )0 32.4 20 log 20 log .km MHzL d f= + ⋅ + ⋅ (5.3)
O primeiro termo representa a atenuação de espaço livre, o segundo termo a
atenuação por difracção e dispersão no topo dos edifícios (“roof-top-to-street
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 65
diffraction and scatter loss”) e o terceiro a atenuação já ao nível das ruas devido às
múltiplas difracções e reflexões que ocorrem (“multi-screen diffraction loss”).
A atenuação “roof-top-to-street diffraction and scatter” é dada por:
[ ]( ) [ ]( ) [ ]( )16.9 10 log 10 log 20 log .RTS ORIs m MHz MOBILE mL w f h L= − − ⋅ + ⋅ + ⋅ Δ + (5.4)
Onde,
[ ]
[ ]( )[ ]( )
º
º
º
10 0.354 para 0 35º
2.5 0.075 35 para 35 55º
4.0 0.114 55 para 55 90º
ORIL
ϕ ϕ
ϕ ϕ
ϕ ϕ
⎧− + ⋅ ≤ ≤⎪⎪= + ⋅ − ≤ ≤⎨⎪⎪ + ⋅ − ≤ ≤⎩
(5.5)
,MOBILE ROOF MOBILEh h hΔ = − (5.6)
.BASE BASE ROOFh h hΔ = − (5.7)
A atenuação “multi-screen diffraction” é dada por:
[ ]( ) [ ]( ) ( )log log 9 log ,MSD BSH a d f Bkm MHzL L k k d k f w= + + ⋅ + ⋅ − ⋅ (5.8)
0.5 ,S Bw w= ⋅ (5.9)
O termo ka representa o aumento de atenuação sofrido pelas estações base situadas
abaixo do nível médio dos edifícios circundantes. Os termos kd e kf controlam a
dependência de LMSD com a distância e a frequência respectivamente.
[ ]( )18 log 1 para
0 para BASE ROOFBASE m
BSH
BASE ROOF
h h hL
h h
⎧− ⋅ + Δ >⎪= ⎨≤⎪⎩
(5.10)
18 para .
18 15 para
BASE ROOF
d BASEBASE ROOF
ROOF
h hk h h h
h
>⎧⎪= Δ⎨ − ⋅ ≤⎪⎩
(5.11)
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 66
[ ]
[ ][ ]
54 para 54 0.8 para 0.5 e
54 0.8 para 0.5 e 0.5
BASE ROOF
a BASE ROOFBASE m
kmBASE ROOFBASE m
h hk h d km h h
dh d km h h
⎧⎪ >⎪⎪= − ⋅Δ ≥ ≤⎨⎪⎪ − ⋅Δ ⋅ < ≤⎪⎩
(5.12)
[ ]
[ ]
0.7 1 para cidades medias e centros suburbanos925
4
1.5 1 para centros urbanos925
MHz
fMHz
f
kf
⎧ ⎛ ⎞⋅ −⎪ ⎜ ⎟⎜ ⎟⎪ ⎝ ⎠= − + ⎨⎛ ⎞⎪ ⋅ −⎜ ⎟⎪ ⎜ ⎟⎝ ⎠⎩
(5.13)
O modelo é válido para:
[ ][ ][ ][ ][ ][ ]
[ ][ ]
800;2000
4;50
1;3
0.02;5
BASE
MOBILE
f MHz
h m
h m
d km
∈
∈
∈
∈
Na ausência de dados concretos, são recomendados os seguintes valores:
[ ][ ]
{ }
20;50
23 Nº de pisos
3 , se inclinado0, se plano
90º
B
B
ROOF TELHADO
TELHADO
w mww
h m h
mh
ϕ
∈
=
= ⋅ +
⎧= ⎨⎩
=
O modelo do COST 231 Walfisch-Ikegami tem sido verificado na prática nas bandas
dos 900 e 1800 MHz e para distâncias compreendidas entre os 100 m e 3 km. Os erros
de previsão aumentam consideravelmente para:
BASE ROOFh h≈ (5.14)
quando comparados com
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 67
BASE ROOFh h (5.15)
Logo, este modelo não deve ser utilizado com a certeza de bons resultados para:
BASE ROOFh h≤ (5.16)
Para além disso, este modelo não deve ser utilizado para previsão de cobertura de
micro-células. Quando estamos a considerar este tipo de BTSs, pensamos em sistemas
de antenas colocadas abaixo do topo dos edifícios, e é um facto que o termo ka não
considera fenómenos de propagação guiada em ruas cercadas por edifícios nem
difracção nos cruzamentos. Os parâmetros b, w ϕ não estão dimensionados de uma
forma credível para micro-células. Logo, os erros de previsão serão bastante grandes.
O modelo do COST 231 Walfisch-Ikegami tem sido verificado na prática nas bandas
dos 900 e 1800 MHz e para distâncias compreendidas entre os 100 m e 3 km. O erro
de cálculo é de cerca 0.5 dB para frequências até 2200 MHz.
5.2 Equipamento Utilizado em Comunicações Móveis
Todos os valores representados constituem valores típicos e podem ser utilizados no
dimensionamento da ligação (uplink/downlink) em planeamento celular. Para um
projecto mais rigoroso é indispensável a consulta de documentação específica dos
fornecedores de equipamento de modo a que o projecto seja implementado com a
maior fiabilidade possível.
5.2.1 Estação Base
Existem actualmente no mercado vários fornecedores de equipamento que oferecem
um vasto leque de soluções possíveis para o tipo de implementação pretendido pelos
operadores. Existem BTSs para instalação outdoor e indoor, configurações mono-
sector e multi-sector, soluções específicas para cobertura de estradas, etc. Não existe
um produto único que possa satisfazer todos as combinações possíveis, em termos de
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 68
tamanho, alcance rádio e capacidade. A aquisição deste equipamento constitui uma
parcela fundamental no orçamento dos vários operadores, pelo que deve ser estudada
com algum cuidado, principalmente no que diz respeito às suas características
técnicas. São estas, bem como a sua correcta utilização as peças fundamentais no bom
funcionamento da rede.
A BTS é constituída, de uma forma geral, por uma série de unidades substituíveis, ver
Figura 5.3:
• Distribution Switch Unit (DXU).
• Transceiver Unit (TRU).
• Combining and Distribution Unit (CDU).
• Power Supply Unit (PSU).
• Battery Fuse Unit (BSU).
• Energy Control Unit (ECU).
Figura 5.3. Diagrama de blocos da BTS.
A DXU constitui a interface do sistema com a linha exterior de 2 Mbit/s. A DXU
também retira alguma informação de sincronização da PCM link e gera uma
referência de tempo para a BTS.
O TRU inclui toda a funcionalidade necessária para gerir 8 time slots em Time
Division Multiple Access (TDMA), no que diz respeito ao processamento do sinal,
emissão/recepção rádio e amplificação de potência.
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 69
O Combining and Distribution Unit (CDU), tem por objectivo combinar sinais
transmitidos (TX) de vários TRUs bem como encaminhar os sinais recebidos (RX)
para todos os TRUs. Os sinais são filtrados antes da transmissão e após a recepção
através de filtros passa-banda. Logicamente que a razão da existência da combinação
é agrupar no mesmo sistema de antenas a emissão/recepção de vários sinais, na Figura
5.4, apresenta-se um exemplo de configuração Outdoor (Ericsson).
Figura 5.4. Exemplo de configuração Outdoor (Ericsson).
Na Figura 5.5, apresenta-se um exemplo configuração Indoor (Ericsson) e um
exemplo de BTS micro (Ericsson).
Figura 5.5. Exemplo configuração Indoor (Ericsson) e um exemplo de BTS micro (Ericsson).
5.2.2. Mobile Station (MS)
Existem quatro classes de MSs descritas na especificações do GSM 900. Os valores
típicos de potências máximas de emissão e sensibilidades encontram-se na Tabela 5.1.
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 70
Tabela 5.1. Classes dos MSs.
Não se consideram perdas ou ganho na antena do MS, assim o Ganho da antena do
MS é 0 dBi.
5.2.3 Equipamento Adicional
Cabos e Conectores
Quando da realização do power budget (downlink/uplink), a atenuação nos cabos de
ligação entre a BTS e o sistema de antenas deve ser considerada. Os cabos
normalmente utilizados são de 7/8’’ e 1/2’’.Na Tabela 5.2, pode-se observar valores
típicos para as atenuações dos cabos implementados em macro e micro-células.
Adicionalmente à atenuação nos cabos, deve-se considerar as perdas nos conectores
de ligação entre os vários constituintes do sistema (BTS, antena, ligação entre cabos
de espessura diferente, etc). Deve-se considerar uma atenuação de 0.1 dB por cada
conector.
Tabela 5.2. Atenuação dos cabos.
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 71
Duplexers Externos
Os duplexers possibilitam a utilização da mesma antena para emissão e recepção.
Quando um duplexer externo é utilizado (não integrado na CDU unit) teremos que
contar com uma atenuação adicional no uplink e no downlink. Atenuação típica do
External duplex filter é de 0.5 dB.
Antenas
Existe uma variedade enorme de antenas disponíveis. As antenas podem ter diferentes
dimensões e formas, bem como diagramas de radiação bastante diversificados. Podem
possuir downtilt eléctrico ou não, ter diversidade de polarização ou mesmo serem
antenas dual-band. As antenas devem ser escolhidas cuidadosamente a partir das suas
características físicas e de radiação. Não existe uma única antena que satisfaça
condições gerais de cobertura, tráfego e controlo de interferência.
Diversidade
Uma das formas de reduzir a influência do fading multipercurso é a utilização de
diversidade, espacial ou de polarização. No que diz respeito ao uso de diversidade
espacial (duas antenas receptoras no uplink), o método normalmente utilizado é o
maximal ratio que maximiza a relação sinal-ruído.
A diversidade de polarização corresponde à utilização de uma única antena
constituída por dois agregados com polarizações diferentes. Foi demonstrado que
Redes Celulares Móveis
Mestre Eng. Luís Pires 72
devido a características de propagação diferentes, a atenuação de propagação da
componente horizontalmente polarizada é maior que a componente vertical. Isto tem
como consequência a necessidade de se adicionar um atenuação de 1.5 dB quando se
utilizarem antenas de diversidade de polarização de +/- 45º. Por outro lado, o uso de
antenas com diversidade de polarização oferece melhores resultados (pequena
correlação entre as duas componentes) em ambientes críticos, tais como dentro do
veículo ou edifícios. Nestes casos o ganho de diversidade é aproximadamente 1.5 dB
superior ao ganho de quando se utiliza diversidade espacial. Logo, isto é o suficiente
para compensar a atenuação adicional.
Em conclusão, quando se utilizar diversidade espacial ou de polarização, deve-se
incluir no uplink um ganho de 3.5 dB e deve-se desprezar a atenuação mencionada no
uso de diversidade de polarização.
LNA (Low Noise Amplifier)
LNA (Low Noise Amplifier) é a designação genérica de dispositivos amplificadores
de sinais recebidos na estação base, caracterizados por terem um baixo factor de
ruído. É fundamental que a sua instalação seja feita o mais próximo possível da antena
de recepção por forma a baixar o patamar de ruído do sistema. Isto porque num
sistema de quadripolos em cadeia, como é o caso de uma BTS, o factor de ruído
global do sistema é fortemente influenciado pelo factor de ruído do primeiro
quadripolo. Os principais benefícios técnicos atribuídos pelos fornecedores à
utilização dos LNAs são os seguintes:
• Extensão de cobertura existente para móveis de 8 W aos portáteis de 2 W.
• Maior duração das baterias com a utilização do uplink power control.
• Melhoria da sensibilidade do receptor, logo melhoria geral da qualidade das
chamadas.
• A instalação de LNAs deve ser feita preferencialmente em BTSs situadas em
zonas rurais ou suburbanas (fora de áreas urbanas densas). A instalação deve
ter prioridade em células em que o tráfego e/ou quantidade de chamadas
caídas sejam elevados.
• A extensão de cobertura em zonas rurais/suburbanas pode corresponder a uma
melhoria da cobertura indoor nas estações de áreas urbanas. No entanto, a
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utilização de LNA nestas condições poderá agravar o risco de saturação da
BTS. Dado o elevado ganho introduzido pelo LNA, uma chamada realizada
próximo das antenas de recepção poderá levar o receptor à saturação,
provocando má qualidade e até mesmo chamadas caídas em time-slots
adjacentes.
Exemplo LNA
A seguir, apresenta-se um diagrama para ilustrar este facto (amplificação do sinal e do
ruído pelo ganho do LNA). Para o efeito desprezam-se as perdas no cabo e conectores
(os valores de C/N são dados em relação à sensibilidade). Supondo,
• Sensibilidade da BTS: -105 dBm.
• Sinal recebido no conector da antena= PR = -100 dBm.
• GLNA = 14 dB; Gsensibilidade = 7 dB.
• Na situação em que se utiliza um LNA, o patamar de ruído à entrada da BTS
passa a ser igual a: Sensibilidade = -105 -Gsensibilidade+ GLNA= -98 dBm
Desta forma pode ser adicionada a parcela de ganho do LNA no balanço de potência.
5.3 Balanço de Potência
O balanceamento da ligação implica que a cobertura do downlink e do uplink sejam
iguais. O balanço de potência indica qual das duas ligações é a mais fraca. Quando o
downlink é o mais forte, A EIRP usada no projecto deverá corresponder à potência de
saída balanceada da BTS. Quando o uplink é o mais forte, a potência máxima de
emissão da BTS deve ser utilizada. Dados experimentais revelam que quando o
downlink é o mais forte é vantajoso ter uma EIRP 2-3 dB superior ao balanceado,
uma vez que o ganho de diversidade ultrapassa em determinados casos os 3.5 dB.
Downlink ( downlink) indica a direcção BTS -> MS enquanto que Uplink (uplink)
indica a direcção MS -> BTS.
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Exemplo
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Repetidores
O objectivo do repetidor é efectuar reforço de cobertura em determinadas áreas que,
por exemplo, se encontram bloqueadas por obstáculos. As zonas de aplicação são
estradas existentes em terreno montanhoso, túneis, soluções indoor e outros locais de
baixo ou médio tráfego. O sinal é tipicamente amplificado de 10 a 85 dB, podendo-se
ajustar. O uso sistemático de repetidores com o objectivo de poupar estações não se
tem demonstrado muito positivo. É fundamental efectuar um planeamento celular
tentando não deixar “gaps” entre as BTSs e só em último caso utilizar repetidores. Os
repetidores podem ser selectivos:
• À banda – todos os sinais recebidos são amplificados.
• Ao canal – amplifica apenas os canais seleccionados.
O repetidor, de uma forma genérica é constituído por duas antenas e por um
amplificador. A antena direccionada para a BTS é muito directiva, normalmente uma
YAGI-UDA, enquanto que a antena destinada à generalidade dos MSs pode ser
omnidireccional ou sectorial.
• As antenas devem ser colocadas preferencialmente costas com costas de forma
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a evitar fenómenos de realimentação.
• As distâncias típicas de cobertura dos repetidores exteriores oscilam entre os
0.5 e 3 km.
Figura 5.6. Exemplo de uma ligação ponto-a-multiponto com repetidor.
Margem de Interferência
• A sensibilidade do receptor depende da relação sinal-ruído. No entanto,
quando são reutilizadas frequências a potência da portadora recebida deve ser
suficientemente grande para combater tanto o ruído como a interferência, isto
é, o C/ (N+I) deve exceder o limiar do receptor. De forma a atingir uma boa
previsão de cobertura num sistema real é necessário adicionar uma margem de
interferência (IFmarg).
• A margem de interferência depende do padrão de reutilização, do tráfego
existente e da percentagem de cobertura desejada. Frequency Hopping,
Downlink power Control e DTX reduzem o nível de interferência.
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Esta margem (IFmarg) tem tipicamente o valor de 2 dB.
Body Loss
O corpo humano afecta de várias formas o funcionamento do MS:
• A cabeça absorve energia.
• A eficiência da antena de alguns MSs pode ser reduzida.
O body loss recomendado pela ETSI, é 3 dB. No entanto este assunto ainda não se
encontra completamente investigado. Para 900 MHz até 2100 MHz, é necessário a
existência de uma margem mais elevada. Esta margem (BL) tem o seguinte valor: 5
dB.
Car Penetration Loss
Quando o MS se situa no interior do veículo não utilizando antena exterior (situação
bastante frequente) uma margem extra deve ser adicionada de forma a ter em conta
com a perdas de penetração do sinal no interior do veículo. Esta margem (CPL) tem
o seguinte valor: 6 dB.
A própria montagem da antena no exterior do carro pode ter influência. A melhor
posição é no tejadilho onde possui a melhor cobertura omnidireccional possível
constituindo o ponto mais alto e menos obstruído em todas as direcções. Os valores
apresentados na figura ao lado representam as perdas associadas a cada uma das
posições de montagem da antena tendo como referência a situação ideal referida
anteriormente.
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