sistemas celulares
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Seminário sobre Sistemas Celulares, inclui: conceitos básicos, história e gerações.TRANSCRIPT
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SISTEMAS
CELULARES
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Introdução
Mobilidade Flexibilidade
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Introdução
Um sistema de telefonia móvel é definido como uma
rede de comunicações por rádio que permite
mobilidade contínua por meio de muitas células [2].
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Descobrindo a história...
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Celular no Brasil
2,20
0,90
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Bandas de Frequência para o Celular
no Brasil
850 MHz
Banda A e B
1900 MHz 1800 MHz 1700 MHz 900 MHz 2100 MHz
Banda D e E Bandas de Extensão do
GSM
(Transmissão do
Terminal)
Maior parte
para o 3G
890 MHz 915 MHz
935 MHz 960 MHz
Bandas de Extensão do
GSM
(Transmissão da rede)
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Constituição do Sistema Celular
Terminal Móvel (TM) (aparelho celular)
Estação Rádio Base (ERB)
Central de Comutação e Controle (CCC)
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Prover a interface entre o usuário e o sistema;
Converter sinais de áudio em sinais de
rádiofrequência (RF) e vice-versa;
Alerta o usuário sobre chamadas recebidas;
Alerta o sistema sobre tentativas de originação
de chamadas.
Terminal Móvel (TM)
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Estação Rádio Base (ERB)
Prover a interface de rádio entre TM’s e o sistema;
Converte sinais de rádio em sinais de áudio e vice-versa;
Controla e informa os TM’s em sua área de cobertura;
Verifica e reporta a qualidade do sinal em sua área de
cobertura;
Verifica e reporta a presença de novos TM’s em sua
área;
Responde a comandos recebidos da CCC.
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Prover a interface entre a rede telefônica e o sistema
celular;
Comunicar-se com outros sistemas celulares;
Controlar as ERB’s;
Monitorar e controlar as chamadas;
Interligar as várias ERB’s;
Supervisionar o estado do sistema;
Controlar e comutar o handoff de chamadas;
Administrar o sistema.
Central de Comutação e Controle
(CCC)
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Figura: Representação da estrutura de um sistema celular
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Célula
A principio, uma determinada região ou área de cobertura
geográfica a ser atendida pelo serviço móvel celular é
dividida em sub-regiões, que são chamadas de células.
Cada célula utiliza um determinado conjunto de sinais de
rádio freqüência;
Cada uma é atendida por uma ERB;
Figura: Representação gráfica de uma célula.
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Célula
As dimensões de uma célula dependem de:
Do grau de urbanização;
Da altura das edificações;
Do grau de arborização;
Das irregularidades do relevo;
Da altura da torre;
Da potência dos transmissores;
Do ganho das antenas.
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• Células Omnidirecionais
Nas células omnidirecionais, a ERB é equipada com uma
antena omnidirecional que transmite a mesma potência em
todas as direções.
Figura: Antena omni com seus diagramas de radiação horizontal e vertical.
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• Células Setorizadas
Nas células setorizadas, a ERB é equipada com antenas
diretivas, de tal forma que cada uma cubra determinada
área.
Figura: Antena diretiva com seus diagramas de radiação horizontal e vertical.
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Cluster e Location Area
Cluster: é um conjunto de células. Dentro de um cluster não
existe reutilização de frequências [6].
Location Area (LA): É definida como um grupo de células,
todavia quando uma estação móvel ultrapassa um limite de uma
célula pertencente a uma LA, e entra em uma célula pertencente a
uma outra LA, esta deve relatar sua nova localização à rede.
Figura: Representação de cluster e Location Area.
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Reutilização de Frequência
O reuso de frequência corresponde á utilização de uma
mesma frequência em dois conjuntos distintos.
A distância de reuso é limitada pela máxima interferência co-
canal permitida no sistema.
Evidentemente, a qualidade de transmissão cai á medida
que os clusters ficam menores, mas a capacidade de tráfego
aumenta em virtude da possibilidade de distribuir toda a
canalização em poucas células.
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Reutilização de Frequência
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Quando a demanda de tráfego cresce dentro de
uma determinada célula, existem duas soluções
possíveis: divisão de células ou setorização
das células já existentes.
Expansão de Capacidade
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Divisão de Células – As células congestionadas são
divididas em várias célula de tamanho menor. A potência
dos transmissores das células existentes é diminuída para
cobrir aproximadamente metade da área original.
Expansão de Capacidade
Figura: Divisão de células.
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Setorização de Células – Os canais de uma célula são
separados em setores e são utilizados apenas dentro dos
setores. Normalmente uma célula é dividida em 3 setores
de 120 ou 6 setores de 60.
Expansão de Capacidade
Figura: Setorização de Células.
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Evolução
1ª Geração
2ª Geração
3ª Geração
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1ª Geração AMPS (Advanced Mobile Phone Service):
Utilizado pela primeira vez em 1983;
Utilizava Células grandes e antenas unidirecionais nas
ERBs;
Permitia setorização e divisão de células;
Permitia apenas a transmissão de voz;
Operava na frequência de 850 MHz, banda A;
O padrão ETACS é praticamente igual ao AMPS,
distinguindo-se apenas na formatação da identificação
do usuário (MIN, Mobile Identification Number).
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1ª Geração
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Evolução
1ª Geração
2ª Geração
3ª Geração
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2ª Geração
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2ª Geração
Codificação digital de voz mais poderosas;
Maior eficiência espectral;
Facilidade a comunicação de dados e a criptografia;
Foi possível navegar na internet;
As redes 2G utilizam frequências de operação de 900Mhz,
1800Mhz e 1900Mhz.
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2ª Geração
TDMA (Time Division Multiple Access):
A técnica de acesso utilizada para esta tecnologia divide
o canal digital em 3 ou em 6 “time slots” permitindo a
ocupação simultânea de 3 ou 6 usuários diferentes
numa transmissão;
Capacidade do sistema é maior;
Cada usuário usa um espaço específico;
Impede problemas de interferências;
Utilizava TDMA + FDMA
Não é mais usada no Brasil, suas redes foram
desligadas desde o dia 05 de Janeiro de 2009.
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TDMA Home Location
Register
Visitor Location
Register
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2ª Geração
CDMA (Code Division Multiple Access):
Sistema digital que permite o acesso de muitos usuários
simultaneamente em um único canal de estação-base;
Funciona em banda larga, diferentemente do TDMA e do
GSM;
Divide a informação em vários pacotes;
Codificação digital do sinal de voz;
Muitas chamadas podem trafegar por toda a banda;
Os celulares que operam em CDMA são mais
suscetíveis a clonagem.
Opera na faixa de 800 MHz nas Bandas A e B e na faixa
de 1900 MHz.
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CDMA Home Location
Register
Visitor Location
Register Base Station
Controler
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2ª Geração
GSM (Global System for Mobile Communication):
FDMA + TDMA
25 MHz
124 canais, largura de 200 KHz,
capacidade de transmissão de 270
Kbps
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2ª Geração
GSM (Global System for Mobile Communication):
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GSM
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2,5ª Geração
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2,5ª Geração
GPRS (General Packet Radio Service):
Elevou as taxas de transferência de dados;
Permite o transporte de dados por pacotes;
O foco do GPRS é a conexão com a internet;
Utilização de voz e dados simultaneamente no mesmo
canal;
Compatível com o protocolo IP;
Aumento significativo na velocidade de transmissão de
dados;
Acesso imediato e permanente para os dados;
Redução de custos.
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2,75ª Geração
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2,75ª Geração
EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution):
A transmissão de dados melhorou e aumentou a
confiabilidade;
Resultado de um melhoria feita nas redes 2,5G (GPRS);
Aumento na velocidade de transmissão de dados;
EDGE pode ser usada para qualquer troca de pacotes
como uma conexão com a internet;
Custo de implementação reduzido;
Opera nas bandas mais comuns: 850, 900, 1800 e 1900
MHz.
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Evolução
1ª Geração
2ª Geração
3ª Geração
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3ª Geração
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3ª Geração
W-CDMA (Wide-Band Code-Division Multiple Access):
Baseado nos mesmos conceitos de comunicação do
CDMA;
Provê velocidades de transmissão de dados de até 2
Mbps;
Permite ainda o uso mais eficiente do espectro de
rádio.
Sistemas W-CDMA habilitam uma nova geração de
serviços que misturam diferentes elementos de mídia.
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3ª Geração
HSPA (High Speed Packet Access):
É um tecnologia de acesso que alcança teoricamente taxas de
velocidade de 7,2 Mbps;
É uma evolução dos padrões GPRS e EDGE;
Suporta uma quantidade muito maior de usuários;
É uma coleção de dois protocolos de telefonia móvel: High Speed
Downlink Packet Access (HSDPA) e High Speed Uplink Packet Access
(HSUPA), que ampliam e melhoram o desempenho dos protocolos
existentes W-CDMA. HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access): O HSDPA é um serviço de
transmissão de pacotes de dados que opera dentro do W-CDMA, no enlace
direto (downlink), permitindo a transmissão de dados até 14,4Mbit/s em uma
banda de 5MHz. Usa modulação QPSK e 16QAM.
HSUPA (High Speed Uplink Packet Access): é um protocolo da família
HSPA com velocidades de UP-Link superiores a 5.76Mbit/s.
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3ª Geração
HSPA+ :
O HSPA+ ou HSPA Evoluído na teoria trabalha com
taxas de até 168Mbps;
Oferece um menor tempo para o estabelecimento de
chamadas;
Capacidade para o uso do VoIP;
Melhor suporte para aplicações que exigem grandes
quantidades de informações;
Aproveita toda a estrutura do padrão HSPA já
existente.
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4ª Geração
Vide apresentação de LTE.
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A Evolução das Tecnologias de Celular no Brasil de
2000 a 2011:
Fonte: http://www.teleco.com.br/tecnocel.asp
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Handoff
Processo de transferência automática de ligações de uma
célula (ERB) para outra.
Motivos para realização do handoff:
Para garantir a continuidade da chamada;
Quando o sinal está abaixo do limiar de potência;
Por razões operacionais.
Tipos de handoff:
Handoff Abrupto
Handoff Suave
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Handoff Abrupto
O terminal móvel deve mudar o canal de rádio
(frequência) para o novo caminho, com uma curta
interrupção da conexão em andamento.
Figura: Representação de Handoff Abrupto.
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O terminal móvel é simultaneamente conectado com duas
estações-base e ambos os fluxos são considerados, tanto
do lado do terminal móvel, quanto do lado da estação-
base, para recuperar um único fluxo de informação.
Handoff Suave
Figura: Representação de Handoff Suave.
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Roaming
Diferentemente do handoff, não trata da mudança de ERBs,
mas sim define o fato de assinantes móveis poderem se mover
de uma área de controle para outra e ainda assim ter o serviço
mantido.
Figura: Representação de roaming.
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Tipos de Canais de Rádio
Existem dois tipos de canal de transmissão entre a
Estação Rádio Base e o Terminal Móvel:
Canal de Voz (CV).
Canal de Controle ou Canal Setup (CC).
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Canal de Voz
Durante o processo de estabelecimento de uma chamada, a
CCC seleciona um canal de voz que transportará a
conversação (sinal de voz) e outros sinais de controle, os quais
são transmitidos enquanto o canal de voz está em uso, porém
fora da faixa de voz. Os mesmos são:
Tom de Áudio de Supervisão (TAS)
Tom de Sinalização (TS)
Dados em Banda Larga
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Canal de Voz Direto: Mensagens enviadas das ERBs,
podem ser de dois tipos:
Ordens (aumento de potência, liberação de chamada, etc)
Designação de canal de voz durante um handoff.
Canal de Voz Reverso ou Inverso: Mensagens enviadas do
TM, também podem ser de dois tipos:
Confirmação de ordens
Endereço chamado (realização de consulta, conferência e
ativação / desativação de um serviço de assinante).
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Canal de Controle
Normalmente, existe somente um canal de controle em cada
célula. De um modo geral, o canal de controle é utilizado para:
Transmitir mensagens gerais dos parâmetros do sistema.
Transmitir mensagens de busca e informações gerais.
Transmitir mensagens de designação de canal de voz e
informações gerais.
Receber mensagem do TM.
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Canal de Controle Direto:
Busca de um TM.
Transmissão contínua de mensagem aos TMs.
Designação de um canal de voz.
Tentativa dirigida (indica condição de célula adjacente).
Overhead.
Canal de Controle Reverso ou Inverso:
Acesso de um TM para originar chamada.
Confirmação de ordens.
Resposta ao sinal de busca
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Interferências
Interferências no canal de voz ocasiona "linhas cruzadas", onde
o assinante escuta a interferência no fundo devido a transmissões
indesejáveis.
No canal de controle, a interferência conduz a chamadas perdidas ou
bloqueadas devido a erros no fluxo de sinais digitais de controle.
Três tipos de interferência:
Co-canal
Canal adjacente
Multipath fading
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Interferência co-canal
Interferência canal adjacente
Interferência multipath fading
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Referências Bibliográficas
[1] C. J. A. BASTOS-FILHO. Capitulo VIII – Sistemas de Telefonia Celular. Apostila. Escola Politécnica de Pernambuco, UPE.
Recife:2013.
[2] M. S. ALENCAR. Sistemas de Comunicação. Ed. Èrica Ltda. (2001).
[3] WIKIPÉDIA. A Enciclopédia Digital. Disponível em <https://pt.wikipedia.org/wiki/Telefone_celular> Acesso em: 03 maio 2013.
[4] TELECO. Inteligência em Telecomunicações. Disponível em<http://www.teleco.com.br/Bandac.asp >Acesso em: 16 maio 2013.
[5] ____________. Inteligência em Telecomunicações. Disponível em <http://www.teleco.com.br/tutoriais/re1.asp >Acesso em: 18 maio
2013.
[6] GTA/UFRJ. Grupo de Teleinformática e Automação. Disponível em <http://www.gta.ufrj.br/~flavio/commovel/Handover.htm> Acesso
em: 03 maio 2013.
[7] INFOSIL. Soluções Integradas em Tecnologi@. Disponível em
<http://www.infosil.com.br/entele/images/stories/07_Telefonia%20Movel%20Celular.pdf> Acesso em: 03 maio 2013.
[8] OLHAR DIGITAL. Tecnologias para você. Disponível em <http://www.youtube.com/watch?v=DwA9Nek3AIw> Acesso em: 03 maio
2013.
[9] WIKIPÉDIA. A Enciclopédia Digital. Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/EDGE> Acesso em: 03 maio 2013.
[10] ________. A Enciclopédia Digital. Disponível em
<http://pt.wikipedia.org/wiki/Servi%C3%A7o_de_R%C3%A1dio_de_Pacote_Geral>Acesso em: 03 maio 2013.
[11] ________.A Enciclopédia Digital. Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/W-CDMA> Acesso em: 03 maio 2013.
[12] ________. A Enciclopédia Digital. Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/HSPA> Acesso em: 03 maio 2013.