Módulo 7 - Sistemas de Comunicações Móveis

MÓDULO DE:

SISTEMAS DE COMUNICAÇÕES MÓVEIS

AUTORIA:

Me. Jessé Gomes dos Santos

Copyright © 2009, ESAB – Escola Superior Aberta do Brasil


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Sistemas de Comunicações Móveis

Autor: Me. Jessé Gomes dos Santos

Primeira edição: 2011

CITAÇÃO DE MARCAS NOTÓRIAS

Várias Marcas Registradas São Citadas No Conteúdo Deste Módulo. Mais Do Que

Simplesmente Listar Esses Nomes E Informar Quem Possui Seus Direitos De Exploração Ou

Ainda Imprimir Logotipos, O Autor Declara Estar Utilizando Tais Nomes Apenas Para Fins

Editoriais Acadêmicos.

Declara ainda, que sua utilização tem como objetivo, exclusivamente na aplicação didática,

beneficiando e divulgando a marca do detentor, sem a intenção de infringir as regras básicas

de autenticidade de sua utilização e direitos autorais.

E Por Fim, Declara Estar Utilizando Parte De Alguns Circuitos Eletrônicos, Os Quais Foram

Analisados Em Pesquisas De Laboratório E De Literaturas Já Editadas, Que Se Encontram

Expostas Ao Comércio Livre Editorial.


3

Objetivo

Este é um curso horizontal, ou seja, ele objetiva apresentar ao profissional e/ou estudante

uma sólida base a respeito das principais características de Sistemas de Comunicações

Móveis.

Neste curso o aluno irá conhecer: os tipos de Sistemas de Comunicações Móveis,

mecanismos de propagação e modelagem, causas de atenuação do nível do sinal;

elementos importantes em projetos de Sistemas de Comunicações Móveis; como se constrói

um Balanço de Potência, os processos de Telecomunicação, os tipos de Modulação Digital e

técnicas de múltiplos acessos; fundamentos de Comunicação via satélite, RFID,

Comunicação Veicular, Redes WPAN, Redes WLAN juntamente com o novo padrão WiGig,

Redes WMAN, Redes WWAN Digitais.

Sobre o Autor

Engenheiro Eletricista graduado pela Faculdade Brasileira onde cursou Engenharia Elétrica

com ênfase em Telecomunicações, Computação e Eletrônica e cuja turma obteve o conceito

ENADE 4. Mestre em Engenharia Elétrica (CAPES 4) pela Universidade Federal do Espírito

Santo na área de Telecomunicação e subárea Comunicações Ópticas no Espaço Livre.

Curriculum Lattes: http://lattes.cnpq.br/6857610972823488


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SUMÁRIO

UNIDADE 1 ........................................................................................................ 7

Tipos de Sistemas de Comunicação Móvel ..................................................... 7

UNIDADE 2 ...................................................................................................... 13

Mecanismos de Propagação e Modelagem ................................................... 13

UNIDADE 3 ...................................................................................................... 18

Causas da Atenuação do Nível do Sinal ........................................................ 18

UNIDADE 4 ...................................................................................................... 23

Elementos Importantes em Projeto de Sistemas Móveis ............................... 23

UNIDADE 5 ...................................................................................................... 28

Construindo um Balanço de Potência ............................................................ 28

UNIDADE 6 ...................................................................................................... 32

Processos de Telecomunicação .................................................................... 32

UNIDADE 7 ...................................................................................................... 35

Modulação Digital .......................................................................................... 35

UNIDADE 8 ...................................................................................................... 42

Técnicas de Múltiplos Acessos ...................................................................... 42

UNIDADE 9 ...................................................................................................... 47

Sistema de Comunicações Via Satélite ......................................................... 47

UNIDADE 10 .................................................................................................... 51

Redes (WPANs) – UWB, WUSB.................................................................... 51

UNIDADE 11 .................................................................................................... 58

Redes (WPANs) – Bluetooth, ZigBee, VLC e WBAN ..................................... 58

UNIDADE 12 .................................................................................................... 63

Redes WLAN ................................................................................................. 63

UNIDADE 13 .................................................................................................... 66


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Wi-Fi .............................................................................................................. 66

UNIDADE 14 .................................................................................................... 72

Wireless Gigabit – WiGig ............................................................................... 72

UNIDADE 15 .................................................................................................... 75

RFID .............................................................................................................. 75

UNIDADE 16 .................................................................................................... 81

Comunicação Veicular ................................................................................... 81

UNIDADE 17 .................................................................................................... 83

WMAN ........................................................................................................... 83

UNIDADE 18 .................................................................................................... 88

Redes Móveis de Longa Distância (WWAN) .................................................. 88

UNIDADE 19 .................................................................................................... 91

Evolução do Sistema WWAN ........................................................................ 91

UNIDADE 20 .................................................................................................... 96

Características de Sistemas WWAN – Projeto I ............................................ 96

UNIDADE 21 .................................................................................................. 102

Características de Sistemas WWAN – Projeto II.......................................... 102

UNIDADE 22 .................................................................................................. 106

2ª Geração do Sistema WWAN – GSM ....................................................... 106

UNIDADE 23 .................................................................................................. 110

2ª Geração do Sistema WWAN – Sistema CDMAOne ................................ 110

UNIDADE 24 .................................................................................................. 113

3ª Geração do Sistema WWAN ................................................................... 113

UNIDADE 25 .................................................................................................. 117

3ª Geração do Sistema WWAN – CDMA2000 ............................................. 117

UNIDADE 26 .................................................................................................. 119

3ª Geração do Sistema WWAN – WCDMA ................................................. 119

UNIDADE 27 .................................................................................................. 124


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4ª Geração do Sistema WWAN ................................................................... 124

UNIDADE 28 .................................................................................................. 127

4ª Geração do Sistema WWAN – Wireless MAN–Advanced ....................... 127

UNIDADE 29 .................................................................................................. 129

LTE–Advanced ............................................................................................ 129

UNIDADE 30 .................................................................................................. 132

Ultra Mobile Broadband – UMB ................................................................... 132

GLOSSÁRIO .................................................................................................. 134

BIBLIOGRAFIA .............................................................................................. 135


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UNIDADE 1

Objetivo: Conhecer as principais caracteríticas dos tipos de Sistemas de Comunicações Móveis Comerciais disponíveis.

Tipos de Sistemas de Comunicação Móvel

Introdução

Os Sistemas de Comunicações Móveis Digitais, cuja evolução encontra-se apresentada na

figura 1.1, são usados em grande variedade de aplicações utilizando para isto vários tipos de

tecnologias que possibilitam a realização do transporte, tanto de voz como de dados.

Algumas das tecnologias utilizadas pelos atuais Sistemas de Comunicação Móvel podem ser

consideradas de ponta, porém, a maior parte é amparada por tecnologias, projetadas a partir

do final do século XX, ainda capazes de atender a demanda do usuário.


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Figura 1.1: Evolução dos sistemas móveis comerciais sem fio

Tipos de Sistemas

Os Sistemas de Comunicações Móveis são divididos em sete tipos de redes.

Modo Direto

Esta é uma rede em que a estação móvel pode conversar diretamente com outra estação

congênere, ou grupo de congêneres, sem a intermediação de uma estação base fixa.

Este modelo de comunicação é ainda utilizado em algumas redes como alternativa ao

método móvel-fixo-móvel em que uma estação fixa coordena a comunicação entre estações

móveis.


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A comunicação no modo direto é bastante utilizada por forças militares, equipes de resgates,

comunicações entre navios ou eventos públicos.

Dentre as vantagens de operar nesse modo de comunicação pode-se citar: inexistência de

custo com infraestrutura, rápida implantação, não limitação do serviço a uma determinada

área, simplicidade de operação e, no caso de operações militares destaca-se, a utilidade que

a comunicação de curto alcance provê em relação a não possibilidade de interceptação por

parte do inimigo.

No entanto, as restrições a seguir também são encontradas no modo direto: dificuldade de

planejamento do sistema com antecedência, adequação apenas a pequenos números de

assinantes em virtude de o tráfego limitar o desempenho do sistema e também a alta

vulnerabilidade a interferências, embora mesmo com estas limitações o sistema continua

sendo utilizado face sua utilidade em operações temporárias.

Único sítio

Este é o mais simples tipo de rede móvel. A configuração possui infraestrutura fixa capaz de

fornecer cobertura sobre uma pequena área de serviço. Esse modo caracteriza-se ainda por

realizar operações simples e também pelo fato de permitir a um grupo de assinantes acessar

um único outro assinante do serviço por vez.

Entre os aproveitamentos usuais do único sítio encontram-se: aplicações aeronáuticas e

marítimas, companhias de taxi além de serviços de emergência.

As principais vantagens atribuídas a esse sistema são: o baixo custo da estação base e das

unidades móveis, o compartilhamento do espectro entre vários usuários e padrões, e a

simplicidade do projeto já que as únicas variáveis são o tamanho e localização da antena.

Já as desvantagens são: limitada capacidade para suportar grande número de assinantes e

a possibilidade de um assinante não autorizado bloquear o sistema.


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Simulcast

Neste modo, várias estações rádio base (ERB), são implantadas na região onde o serviço

será oferecido e é utilizado quando a área a ser coberta é extensa e a demanda de fluxo é

baixa.

No simulcast cada estação móvel transmite a mesma informação sobre frequências iguais e

cada assinante situado nas áreas cobertas pelo simulcast recebe o sinal de estações Rádio

Base (ERBs) dessa região.

Nesse sistema, devido a questões de múltiplos percursos, vários sinais provenientes do

usuário acabam chegando à estação rádio base. Esses sinais são analisados e o sinal de

intensidade mais forte é aceito, sendo ignorados sinais com menor potência e diferente fase.

Esta ação contribui para um melhor uplink do sinal. Já no downlink, quando o sinal oriundo

de duas ou mais estações chegam ao dispositivo móvel com potências semelhantes o

aparelho sofre um fenômeno denominado beating, onde um ruído no áudio que dificulta a

compreensão da mensagem.

Como públicos alvo do simulcast destacam-se: os serviços de emergência, marítimos e

comunicações aeronáuticas entre terra e aeronaves.

Os principais benefícios oferecidos pelo simulcast são: baixo custo de implantação do

sistema, cobertura em grandes áreas utilizando mínima infraestrutura, diminuição dos riscos

por ser considerada uma tecnologia madura, adequada à instalação em diversos locais.

Já as limitações são: o dispositivo móvel do usuário deve está habilitado a trabalhar com

grandes atrasos de propagação além de não poder acomodar alta demanda de tráfego.

Os projetos de redes simulcast são considerados mais complexos do que os elaborados para

redes Único Sítio, em virtude da existência de mais variáveis. Frequentemente, isto exige

que sejam escolhidas áreas com reduzido número de obstruções dentro do horizonte de

cobertura. Além disso, o projeto deve incluir planejamento para deslocamento de frequência;

atraso de emissão do sinal, além disso, os ajustes de interferência são realizados longe das


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áreas operacionalmente importantes. O projeto também deve considerar a necessidade de

se efetuar a interligação das estações rádio base através de centrais de telefonia pública ou

redes privadas ponto a ponto permitindo o encaminhamento das chamadas através de tais

redes.

Sistema de Rádio Entroncado

No Sistema de Rádio Entroncado, um único circuito é compartilhado por vários assinantes,

através de técnicas de multiplexação no tempo (TDM), na frequência (FDM) ou por

codificação do sinal (CDM).

Diferente dos Sistemas Móveis Anteriores, em que uma única frequência é utilizada, no

Sistema de Rádio Entroncado existem várias frequências de uso paralelo, permitindo assim a

sobreposição dos nós de acesso. Essas frequências podem ser reutilizadas em diversas

áreas, desde que tais regiões estejam distantes o suficiente uma das outras evitando assim

interferências.

O Sistema de Rádio Entroncado apresenta algumas vantagens em relação às anteriormente

discutidas, como: a área de serviço ser de tamanho elevado; a reutilização da frequência

proporcionando eficiência espectral além de proporcionar diversos serviços como: chamada

em grupo, alerta de emergência e inibição de uso de aparelhos roubados ou perdidos, este

sistema prover ainda a capacidade roaming possibilitando aos usuários transitar entre

diversas redes sem a perda do sinal; ser, nos sistemas com baixo tráfego, mais eficiente que

o sistema celular; necessitar de infraestrutura inferior ao sistema celular possibilitando a

instalação de forma mais rápida e barata.

As principais desvantagens desta arquitetura é ter maior custo que os métodos mais simples,

além da necessidade de haver tráfego menor que o sistema celular.

Dentre os usuários desse sistema estão os serviços de emergência e redes militares.


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O projeto dessas redes deve considerar questões como: a infraestrutura, a entrega da

chamada (handover), atribuição de frequência visando minimizar interferências, ajuste de

cobertura de áreas individuais visando atender a capacidade do tráfego, capacidade

suficiente para atendimento da demanda de tráfego e seleção de áreas capazes de cobrir o

maior número de usuários.

Sistema Celular

No Sistema Celular (Figura 1.2) a área total onde será fornecido o serviço é dividida em

várias subáreas denominadas células, os usuários pertencentes a estas subáreas são

servidos por infraestrutura e frequências atribuídas a cada célula, embora tais frequências

possam ser reutilizadas em células distantes.

O projeto do Sistema Celular é considerado mais complexo que dos outros sistemas já

descritos, pois deve simultaneamente considerar a cobertura e a capacidade do tráfego sem

excluir as restrições da alocação da frequência. Na prática, os sistemas móveis instalados

em uma determinada área, dependem da composição das abordagens discutidas

anteriormente.

Figura 1.2: Representação do sistema celular


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UNIDADE 2

Objetivo: Entender a propagação e os efeitos sofridos pelo sinal de rádio móvel ao se propagar através do meio ambiente.

Mecanismos de Propagação e Modelagem

Introdução

Um enlace de Sistema Móvel é composto pelos elementos transmissor e receptor além do

canal de comunicação. Os Sistemas de Comunicações Móveis estão diretamente ligados a

modelos que preveem o comportamento das ondas de rádio transmitidas pelas redes

implantadas nesses sistemas. Assim, a correta escolha e configuração do modelo de

propagação é fator preponderante para o sucesso de qualquer projeto.

Propagação do Sinal

A literatura afirma que os serviços móveis podem utilizar faixas de frequências

compreendendo entre 0.3 MHz, correspondendo a frequência média (MF) e a 3 GHz

denominada de frequência ultra alta (UHF). No entanto, os atuais serviços móveis operam na

faixa entre 30 MHz, considerada frequência muito alta (VHF) e 3 GHz.

Em frequências acima de 3 MHz o comprimento de onda do sinal (λ ), calculado conforme a

equação (2.1), é pequeno em comparação ao tamanho das características do terreno,

construções e outras estruturas, logo estes fatores exercem um considerável efeito na

propagação da energia do sinal.

)1.2(f

c=λ


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Onde,

c é a velocidade da luz no ar (aproximadamente 3 x 108 m/s)

f é a frequência em Hz (ciclos / s)

Devido a estes atributos, a propagação nas bandas VHF e UHF possuem as seguintes

peculiaridades: existência de difusão entre transmissor e receptor em face de distância,

reflexão em superfícies planas, espalhamento nas superfícies irregulares, refração em

virtude de mudanças nos atributos da atmosfera (especialmente com a altitude), difração

originada pela presença de obstruções sólidas e absorção originada pela existência de

objetos que atenuam a energia de rádio frequência (RF).

Modelos

Com base nesses fenômenos alguns modelos de propagação foram elaborados, tais como:

• Modelo Espaço Ponto: destinado a fornecer uma estimativa geral da propagação da

onda de rádio com base em características nominais ao invés de dados do caminho

específico.

• Modelo Ponto a Ponto: fundamentado em predições matemáticas e físicas do enlace,

tendo por objetivo oferecer uma eficiente e simplificada simulação computacional do

cenário do enlace. Neste modelo, o método mais comum de atingir este objetivo é

através do Elipsoide de Fresnel e suas variações como, por exemplo, a difração do

gume de faca.

• Modelo híbrido: compartilha as características do modelo empírico (Modelo Espaço-

Ponto) e do determinístico (Modelo Ponto a Ponto). Este é o modelo mais utilizado por

oferecer um potencial computacional com menor custo de implementação além de

considerar de forma simplificada os elementos naturais e artificiais existentes na

superfície terrestre.


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Projeto

No momento da elaboração do projeto de Sistema de Comunicações Móveis alguns pré-

requisitos devem ser considerados, como:

• Distância

Qualquer sinal irradiado tem sua potência reduzida à medida que se afasta da fonte de

irradiação. Quando nenhum outro fator, além desse, está presente a perda de potência, em

função da frequência e da distância, é dada por:

)2.2(log20log2044.32),( dfdfL ++=

Onde,

L é a perda em dB

f é a frequência em MHz

d é a distância em km

• Reflexão

A Reflexão das ondas de rádios ocorre quando a onda encontra grandes superfícies planas

causando modificações na fase do sinal. Este fenômeno cria um caminho secundário entre

transmissor e receptor originando duas ondas que sofrerão interferência na antena receptora

visto que há uma diferença de tempo entre a chegada delas. Esta interferência pode ser:

construtivas ou destrutivas. O vetor soma decorrente desta interferência varia em amplitude,

fase e intensidade.


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• Espalhamento

O Espalhamento apresenta características similares à Reflexão, porém ela ocorre quando a

superfície não é lisa e, portanto os reflexos ocorrem de forma desorganizada. Na prática,

esta é a situação mais frequente. A modelagem do Espalhamento é considerada mais

complexa que a modelagem realizada para Reflexão por isso, pequenas modificações na

posição do receptor provoca grandes mudanças no nível do sinal recebido.

• Refração

A Refração ocorre sempre que a onda atravessa meios com diferentes níveis de atmosfera e,

portanto com diferentes índices de Refração Atmosférica. Em geral, a variação do índice de

Refração provoca o dobramento da onda eletromagnética para baixo fazendo com que o

horizonte da onda se estenda a uma distância maior que o horizonte ótico.

• Difração

A Difração acontece quando o caminho entre uma estação rádio base e o dispositivo móvel é

obstruído por elementos, tanto naturais como artificiais.

• Absorção

O nível do sinal pode ainda ser atenuado quando ele é consumido pelo meio. Esta Absorção

pode ser em decorrência da presença de construções, vegetação, veículos e também seres

humanos.


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• Outros itens importantes na elaboração do projeto

Além dos fenômenos naturais expostos anteriormente outros itens devem ser considerados

quando da elaboração do projeto, são eles:

• Intervalo de frequência;

• Tamanho do enlace;

• Características do ambiente de implantação;

• Altura da antena;

• Verificação de se o modelo escolhido se aplica ao que está sendo planejado e

coincide com os dados disponíveis.


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UNIDADE 3

Objetivo: Conhecer os modelos mais utilizados e as causas responsáveis pela atenuação do sinal em Sistemas de Comunicação Móvel.

Causas da Atenuação do Nível do Sinal

Introdução

Dentre os fatores que impedem uma melhor qualidade do sinal em Sistemas de

Comunicação Móvel encontra-se o fading, propagação por múltiplos percursos e propagação

inclinada. Entender as características destes fenômenos e conhecer os modelos estatísticos

já produzidos, que descrevem alguns desses acontecimentos, é essencial para elaboração

de um excelente projeto de Redes Móveis.

Tipos de Fading

A literatura especializada em sistemas móveis de comunicações classifica o fading dois tipos:

em pequena e em larga escala.

• Fading em Larga Escala

Este fenômeno inclui efeitos provenientes do relevo, vegetação e construções sendo

caracterizado pela distribuição Log Normal. O Fading em larga escala diferencia-se por

atingir dispositivos móveis a uma distância de vários comprimentos de onda.


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• Fading em Pequena Escala

O fading em pequena escala é um fenômeno que causa variações no nível do sinal em

intervalos correspondentes a ½ λ. Ele é causado por Espalhamento e Reflexões, ocorrendo

principalmente nas proximidades da antena receptora. Essa manifestação é intensificada se

a antena estiver situada próxima a obstruções.

Esse sintoma pode ser percebido quando usuário de telefonia móvel encontra-se localizado

em uma região cuja cobertura apresenta baixa qualidade, em tal situação, o usuário é

obrigado a procurar um local onde o sinal recebido possua um nível aceitável, esta elevada

variabilidade é efeito da atuação do fading em pequena escala.

Tanto medições quanto trabalhos teóricos mostram que em situações em que o elemento

móvel encontra-se em um ambiente com intenso barulho e não há linha de visada com a

estação rádio base o fading em pequena escala, possui distribuição semelhante à de

Rayleigh.

Esta manifestação é frequentemente associada a situações em que o usuário está localizado

na borda da área de cobertura. Ele também afeta sistemas aeronáuticos, contudo, nesses

casos, o efeito é decorrência de mudanças na fase da linha de visada e da existência de pelo

menos um caminho devido à reflexão, fato comum em tais enlaces.

• Correção do fading

A compensação do fading é realizada inserindo no projeto uma margem de tolerância em dB

garantindo assim, que o nível do sinal alvo seja superior a um valor mínimo em determinada

percentagem de locais.

Como exemplo, supondo-se que o nível médio do sinal em determinado setor seja “X” dBm e

a maior parte dos modelos estatísticos existentes afirme que em 50% dessa área a

intensidade do sinal é inferior a esse valor médio e outros 50% está acima desse limiar

aceitável. Para efeitos de planejamento esta situação também deve ser considerada, pois se


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a exigência for uma cobertura de 90% e só em 50% dos pontos esse nível é atingido, logo o

serviço apresentado está bem inferior ao desejado.

Projeto

Em resumo, o processo para determinar o nível de sinal real a ser utilizado em sistema

móvel é:

1. Identificar a métrica de desempenho, por exemplo, 98% de cobertura;

2. Determinar qual distribuição estatística é a melhor a ser utilizada (Log-Normal,

Rayleigh);

3. Determinar o valor do desvio padrão a ser utilizado no cálculo. Isto será baseado em

dados medidos;

4. Calcular o coeficiente do desvio padrão para alcançar a probabilidade que o valor

desejado precisa exceder (por exemplo 3σ);

5. Multiplicar o desvio padrão pelo seu coeficiente para alcançar a margem desejada em

dB. Se, por exemplo, se o desvio padrão é 4 dB e o coeficiente 3σ então a margem

desejada será 4 x 3 = 12 dB.

6. Adicionar este valor ao nível de potência do sinal emitido.

Propagação por Múltiplos Percursos

A Propagação por Múltiplos Percursos ocorre devido a reflexões, difrações e espalhamentos.

Estes múltiplos caminhos possuem diferentes comprimentos e assim ocorre uma variação no

momento da chegada do sinal no receptor. Esta variação temporal é definida como atraso de

propagação, que pode ser calculado a partir do perfil de atraso da energia do canal do rádio.


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Felizmente, a propagação por múltiplos percursos não atinge receptores GSM, pois os

dispositivos móveis que utilizam este padrão são equipados com um equalizador capaz

suprimir diferenças referentes a atraso provenientes de múltiplos percursos de até 16 µs ou

4,5 km de comprimento.

Propagação Inclinada

A Propagação Inclinada se caracteriza pelo fato da perda de potência do sinal de rádio no

espaço livre ser proporcional ao quadrado da distância (r) existente entre transmissor e

receptor.

Em um enlace entre a estação rádio base (ERB) e o dispositivo móvel, conforme dados

apresentados na tabela 3.1 dependendo do tipo do terreno o nível de potência do sinal

apresenta uma queda entre 25 e 50 dB.

Tabela 3.1: Quantificação de queda em enlace entre ERB e dispositivo móvel

Tipo de ambiente Queda (dB) Rural 25 Urbano levemente povoado 30 Urbano povoado 40 Urbano densamente povoado >45

Modelos Estatísticos

Modelos estatísticos são importantes, pois descrevem como o nível do sinal recebido varia

em torno do valor médio calculado pelo modelo de propagação e também para saber se o

sinal recebido estará abaixo ou acima da sensibilidade do dispositivo móvel. As distribuições

mais utilizadas para modelar as atenuações presentes em sistemas móveis são: Log normal

e Rayleigh.


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Log normal

A Log normal é a versão logarítmica da distribuição normal ou Gaussiana. Esta distribuição é

amplamente utilizada em sistemas móveis em virtude de representar o efeito de grandes

obstruções no caminho da propagação devido ao relevo, prédios, árvores, etc. O fading

caracterizado pela distribuição Log normal afeta a potência média do sinal transmitido. A

função de distribuição de probabilidade da distribuição log-normal é dada por:

( ) )1.3(ln

2

1exp1

2

1)(

2

−−=σπσmx

xxP

Onde,

m é a potência média do sinal

σ é o desvio padrão da potência transmitida

Rayleigh

A distribuição de Rayleigh é utilizada para caracterizar o efeito de múltiplos percursos,

sintoma observado em sistemas de comunicação em que cada raio chega ao receptor por

diferentes caminhos e fases. A taxa de variação do fading representado pela distribuição de

Rayleigh é proporcional à velocidade do dispositivo móvel. O tipo fading afeta os detalhes do

sinal transmitido.

( ) )2.3(2

1exp)(

2

2

−=σσxx

xP

σ é o desvio padrão da potência transmitida


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UNIDADE 4

Objetivo: Conhecer os principais dispositivos que compõe o enlace e também ferramentas que auxiliam a elaboração de um projeto de Redes de Comunicações Móveis.

Elementos Importantes em Projeto de Sistemas Móveis

Introdução

Para elaborar um projeto de Rede Comunicação Móvel é necessário que o projetista além de

dominar o conhecimento teórico também esteja familiarizado com os elementos que compõe

o enlace e também com as ferramentas que facilite a confecção do projeto.

Diagrama de Enlace

A Figura 4.1mostra um Diagrama de Enlace de uma típica rede móvel. Embora nem todos os

elementos apresentados estejam sempre presentes em todas as redes, esta ilustração é

bastante representativa, pois mostrar permite uma visão teórica dos diversos enlaces de uma

Rede Móvel.


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Figura 4.1: Diagrama de Enlace

Os níveis de potência coletados após os principais dispositivos presentes no enlace são

registrados em um gráfico cartesiano (Figura 4.2) permitindo aos colaboradores verificar o

comportamento do sinal ao longo do enlace através da realização do balanço de potência.

Figura 4.2: Níveis de sinal em cada dispositivo contido no enlace


25

Através da Figura 4.2 percebe-se quão grande é a diferença entre os níveis de potência

observados nos rádios transmissor e receptor, verifica-se também que a maior incidência de

perdas encontra-se no espaço livre existente entre as antenas transmissora e receptora,

embora também sejam significativas as perdas registradas no percurso entre rádio e antena

transmissora e antena e rádio receptor.

Potência Nominal

Denomina-se Potência Nominal aquela medição registrada na saída do rádio transmissor.

Esta medição pode ser apresentada em Watts (W), dB relativo a Watt (dBW) ou dB relativo a

mile Watt (dBm), sendo a versão em decibéis (dB) a mais adequada para efetuar o balanço

de potência de um enlace, uma vez que todas as outras unidades serão cotadas em dB. As

relações entre as unidades acima são:

( )

( )

( ) )3.4(30

)2.4()1

log(10

)1.4()1

log(10

+=

=

=

PdWdBmP

W

dBdBWP

mW

dBdBmP

Alimentadores e Conectores

Alimentadores são cabos elétricos que conectam o rádio à antena através dos conectores.

Amplificadores, combinadores e unidades de ajustes.

Os amplificadores são elementos ativos que proporcionam ganho ao sinal emitido pelo rádio

transmissor, e podem estar localizados após a fonte geradora ou imediatamente antes da

antena transmissora.


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Os combinadores, por sua vez, são usados quando sinais de diferentes sistemas utilizam

uma mesma antena para transmissão. Esta combinação pode ser feita por razões de

eficiência ou economia de espaço. Um exemplo disso é o sistema de múltiplas entradas e

saídas (MIMO), esse sistema requer a implantação de várias ERBs, exigência que tem sido

rechaçado por órgãos competentes. Esta reivindicação pode então ser atendida utilizando

combinadores e uma única antena.

Já as unidades de ajustes servem para corrigir eventuais descompassos existentes entre

rádios e antenas e costumam operar em faixas de frequências distintas.

Antenas

Antenas são elementos que transformam energia condutora em energia irradiada. A

conversão da energia de potência elétrica em potência irradiada acontece como resultado do

movimento dos elétrons ao longo da antena.

O desempenho nas frequências de VHF/UHF de uma determinada antena é expresso em

termos de um tipo de antena referência, no caso de sistemas móveis a antena utilizada em

estações de radio base e do tipo dipolo (Figura 4.3). Nesse tipo de antena, denominada

isotrópica, o ganho é igual em todas as direções.

Figura 4.3: Antena Dipolo com polarização horizontal


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Já para os dispositivos móveis as antenas devem ser pequenas, leves, de baixo custo e

discreta. Por isso, as atuais antenas utilizadas em aparelhos celulares são do tipo patch

(Figura 4.4) fabricadas diretamente sobre placas de circuito impresso.

Figura 4.4: Antena patch

Sensibilidade do Receptor

O desempenho de um dispositivo móvel quando não está sujeito a interferências externas é

governado por sua sensibilidade. A sensibilidade é o nível de potência do sinal na entrada do

aparelho celular – tecnicamente denominado de rádio – necessário para alcançar um

determinado grau de desempenho. Isto significa que há diferentes níveis de potência para

cada grau de desempenho.

A sensibilidade é determinada através do gráfico da taxa de erro de bit (BER), entretanto, na

prática, o usuário utiliza tabelas elaboradas pelo fabricante do equipamento a ser utilizado.

O limite inferior da sensibilidade em um receptor é definido pelo valor do ruído térmico, que é

a energia causada por movimentos aleatórios do elétron e pela corrente devido ao

movimento dos elétrons no receptor.


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UNIDADE 5

Objetivo: Aprender a técnica que possibilita realizar o balanço de potência de um Sistema de Comunicação Móvel.

Construindo um Balanço de Potência

Introdução

O Balanço de Potência é uma técnica utilizada para especificar as propriedades do enlace ou

calcular um determinado valor útil no processo de modelagem do sistema proposto.

Calculando o Nível de Potência no Receptor

Para fins de cálculo da potência no receptor será utilizado o diagrama em blocos ilustrado na

Figura 5.1.

Figura 5.1: Enlace Simplificado


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A determinação do nível mínimo de potência a ser emitido pelo transmissor é efetuada

utilizando cálculo semelhante ao existente na Tabela 5.1. Através desta tabela é possível

averiguar que para irradiar uma potência nominal de 40 dBd (dB em relação ao dipolo) no

ambiente atmosférico é necessário que o rádio transmissor emita uma potência nominal igual

a 41,5 dB e que a antena transmissora apresente um ganho em relação ao dipolo de 2,5

dBd. Essa necessidade ocorre em virtude da perda de 4 dB existente entre a fonte geradora

e a antena transmissora.

Tabela 5.1: Calculo para determinar a sensibilidade do receptor

Descrição do elemento Valor Unidade Cálculo

Elementos transmissores

A Potência nominal na saída do rádio 41,5 dBm B Total de perdas nos alimentadores do transmissor 3,0 dB C Total de perdas nos conectores do transmissor 1,0 dB D Ganho na antena transmissora em relação ao

dipolo 2,5 dBd

E Potência efetiva irradiada 40,0 dBd A – B – C + D F Perda do enlace 135 dB Elementos receptores G Nível de potência na antena receptora –95 dBd E – F H Perda na antena receptora –3 dBd I Total de perdas nos conectores do receptor 1 dB J Total de perdas no alimentador do receptor 0,5 dB Potência na entrada no receptor –93,5 dBm G + H – I – J

Observa-se também, através das informações contidas na tabela, que a propagação do sinal

através da atmosfera insere mais 135 dB de perdas, fazendo com que o nível de sinal

capturado na antena receptora seja –95 dB.

O sinal recebe então um ganho 3 dBd na antena receptora e acaba sofrendo outros 1,5 dB

de perdas fazendo com que a potência máxima registrada na entrada do receptor seja de

–93,5 dBm; que é a sensibilidade mínima necessária ao dispositivo móvel do usuário capaz

de permitir a ele desfrutar dos benefícios do sistema móvel a qual é assinante.


30

Determinando as Perdas Máximas Permitidas

Se o objetivo é determinar a perda máxima permitida em um determinado enlace, dado um

desempenho mínimo aceitável, então é preciso calcular a Potência Efetiva Irradiada a partir

do transmissor e também a sensibilidade da antena receptora tomando em seguida a

diferença entre os dois, conforme ilustrado na Tabela 5.2 a seguir.

Tabela 5.2: Cálculo para determinar as perdas máximas permitidas


Elementos transmissores

A Potência nominal na saída do rádio 41,5 dBm B Total de perdas nos alimentadores do transmissor 3,0 dB C Total de perdas nos conectores do transmissor 1,0 dB D Ganho na antena transmissora em relação ao

dipolo 2,5 dBd

E Potência efetiva irradiada 40,0 dBd A – B – C + D

Elementos receptores F Sensibilidade do receptor –104 dBd G Ganho na antena receptora –3 dBd H Total de perdas nos conectores do receptor 1 dB I Total de perdas no alimentador do receptor 0,5 dB J Nível de sinal mínimo requerido –99,5 dBm F – G + H + I Perdas máximas permitidas –139,5 dBd E – J

Em tal situação o cálculo no transmissor é o mesmo, no entanto o cálculo deve ser feito a

partir do rádio receptor para determinar qual é o nível de sinal necessário a ser emitido pela

antena transmissora, por isso é preciso somar as perdas dos alimentadores e conectores e

subtrair o ganho.


31

Determinação da intensidade do campo elétrico médio mínimo

A intensidade do campo elétrico médio mínimo é uma medição usada com frequência em

ferramentas computacionais utilizadas para efetuar balanços de enlace. Neste cálculo é

necessário adicionar a margem requerida em face da existência de eventuais perdas no

espaço. Um exemplo desse tipo de cálculo para sistema operando em uma frequência de 1.8

GHz é apresentado na Tabela 5.3.

Como a potência é calculada em dBm e a unidade do campo elétrico é dBµV/m a conversão

pode ser realizada utilizando a equação 5.1.

( ) ( ) )1.5(2,77log20 ++= fdBmPotênciamVdBE µ

f é dado em MHz

Tabela 5.3: Cálculo para determinação da intensidade do campo elétrico médio mínimo


A Sensibilidade do rádio receptor -111,0 dBm B Total de perdas nos alimentadores 2,0 dB C Total de perdas nos conectores 1,0 dB D Perdas na antena do dispositivo móvel 6,0 dBd E Potência equivalente requerida na antena

transmissora -102 dBm A + B + C + D

F Margem de segurança requerido 10 dB Valor a ser convertido para campo elétrico –92,0 dBm E + F Campo elétrico equivalente em uma f = 1,8 GHz 50,3 (dBµV/m) Equação 5.1


32

UNIDADE 6

Objetivo: Conhecer as características de um Processo de Comunicação adotada nos Sistemas de Comunicações Móveis.

Processos de Telecomunicação

Introdução

Em um Processo de Telecomunicação alguém pode estar interessado em transmitir

diretamente o sinal natural. Para isso ocorrer é preciso utilizar elementos como:

amplificadores operacionais, transístores, resistores, indutores, capacitores, etc. Esta é a

Comunicação Analógica.

Por outro lado, a Comunicação Digital é utilizada quando o sistema lida digitalmente com os

sinais pré-processados. Nesta situação os processos digitais e acessórios como memória

digital e códigos de aplicativos possuem papel de destaque no processo de transmissão e

recepção do sinal.

Embora a geração dos sinais seja analógica e a conversão para digital demande a adição de

alguns dispositivos, a comunicação digital é preferida em relação analógica devido a:

• Maior imunidade a ruído;

• Tamanho da informação inferior àquele apresentado no analógico;

• Facilidade para reconfigurar o sistema de comunicação;

• Modificação do resultado devido ao envelhecimento dos elementos presentes no

circuito da comunicação analógica.


33

Elementos da Comunicação Digital

Conforme a Figura 6.1 o sinal gerado pela fonte de informação é conduzido ao transmissor

digital através de um dispositivo denominado transdutor de entrada, este componente, um

microfone, por exemplo, é responsável por converter uma grandeza física em um sinal

elétrico.

Figura 6.1: Elementos básicos da comunicação digital

Após passar pelo transdutor de entrada o sinal chega ao codificador de fonte onde é

convertido em uma sequência binária de bits denominada Sequência de Informação.

Uma vez realizado o sequenciamento da informação, o sinal é encaminhado ao codificador

do canal para que seja introduzida uma redundância intencional na sequência da informação,

visando combater os efeitos do ruído encontrados no canal durante a transmissão. Após

esse processo, os bits são enviados ao modulador digital para executar a modulação para,

só então, ser transmitido.

Após a propagação pelo canal de comunicação que pode ser: o espaço livre, fibra óptica,

cabo metálico ou sistemas subaquáticos, o sinal é reprocessado em um dispositivo chamado

Demodulador. Depois desse passo o sinal é enviado ao decodificador do canal que tenta


34

reconstruir a sequência da informação original. Esse procedimento é realizado utilizando o

conhecimento do código e a redundância; respectivamente utilizado e inserido pelo

Codificador de Canal.

Já no decodificador da fonte é realizada a reconversão do sinal do modo digital para o

analógico e então encaminhado ao transdutor de saída que realiza a reconversão do sinal

elétrico, em grandeza física, possibilitando a recuperação da informação enviada.

Categorias

Um Sistema de Comunicação é classificado em três categorias: Simplex, Half Duplex e Full

Duplex.

No Sistema Simplex a comunicação só é realizada em uma única direção. Logo, o

transmissor envia um sinal e cabe ao receptor identificar o que está sendo enviado. Esse tipo

de comunicação apresenta maior eficiência quando há um grande fluxo de dados

unidirecional e nenhum tráfego na direção contrária. Sistemas de rádio e televisão são

considerados do tipo simplex.

Nas comunicações half duplex é possível à comunicação bidirecional, entretanto só pode

ocorrer em uma única direção por vez. Estão enquadrados nessa configuração os sistemas

utilizados pela polícia.

Já no full duplex, a comunicação pode ocorrer em ambos os sentidos ao mesmo tempo. O

Sistema De Comunicação Telefônica é um exemplo de comunicação full duplex.


35

UNIDADE 7

Objetivo: Conhecer as principais técnicas de Modulação Digital passíveis de serem utilizadas por Sistemas de Comunicações Móveis.

Modulação Digital

Introdução

Os Sistemas de Telecomunicações apresenta elevada quantidade de problemas tanto no

transmissor quanto no receptor. Para contornar esses problemas podem ser utilizados tanto

esquemas de modulação analógicas (AM e FM) quanto digitais. A modulação digital segue

organograma apresentado na Figura 7.1 e consiste na modificação individual ou conjugada

de três propriedades básicas de um sinal analógico. Amplitude, frequência e fase.

Modulação digital

Modulação de amplitude

Modulaçãode ângulo

Modulaçãoda fase

Modulação da frequência

Amplitude Shift Keying(ASK)

Phase Shift Keying(PSK)

Frequency Shift Keying(FSK)

Figura 7.1: Classificação dos principais esquemas de modulação digital


36

Conforme o tipo de modificação realizado o esquema de modulação recebe um determinado

nome, a seguir serão apresentados os principais esquemas de modulação utilizados.

Amplitude Shift Keying (ASK)

É o tipo de modulação digital mais simples e consiste em alterar a tensão do sinal permitindo

associar um determinado nível de tensão ao bit 0 e outro nível ao bit 1 sendo chamada de

binary ASK (BASK) (Figura 7.2).

Quando nenhuma tensão é gerada para representar o bit zero, o esquema de modulação

recebe o nome de on off keying (OOK) (Figura 7.3). Ela é denominada multinível ASK

(MASK) (Figura 7.4) quando o sinal apresenta uma maior quantidade de níveis de amplitude.

Figura 7.3: Representação do símbolo no domínio do tempo utilizando a modulação OOK


37

Figura 7.4: Representação dos símbolos no domínio do tempo utilizando a modulação MASK

Frequency Shift Keying (FSK)

Na modulação FSK a frequência da onda portadora é variada em função do sinal a ser

transmitido. A modulação FSK é a que exige a maior largura de faixa, pois os espectros

centrados nas frequências F0 e F1 não podem ser sobrepostos a fim de que a informação

seja preservada.

A principal vantagem desta modulação é uma maior imunidade a ruídos e a desvantagem é a

necessidade de haver um equipamento de recepção mais elaborado.

A modulação FSK é denominada BPSK (Figura 7.5) quando duas frequências diferentes são

atribuídas à portadora conforme o bit desejado. Se M frequências diferentes são atribuídas à

portadora a modulação passa a ser chamada de MFSK.

O inconveniente do esquema de modulação MFSK é o fato dela ocupar uma banda de

frequência muita alta, contudo a utilização de várias frequências aumenta a taxa de

transmissão.


38

Figura 7.5: Representação dos símbolos no domínio do tempo utilizando a modulação BFSK

Phase Shift Keying (PSK)

Neste processo a fase da portadora é alterada conforme o sinal a ser transmitido. Logo, é

possível conservar a fase da portadora em 0º quando deseja representar o bit 0 e alterar a

fase, geralmente para 180º, para representar o bit 1 (Figura 7.6). Esquema denominado

BPSK.

Figura 7.6: Representação dos símbolos no domínio do tempo utilizando a modulação BPSK

Quando a fase é modificada para indicar o bit 0 e permanece inalterada para representar o

bit 1, tem-se a Differential Phase Shift Keying (DPKS) (Figura 7.7).


39

Figura 7.7: Representação dos símbolos no domínio do tempo utilizando a modulação DPSK

Utilizada para maximizar a eficiência da largura de banda da transmissão; a técnica QPSK

(Figura 7.8) utiliza tanto os parâmetros de fase (I) como a quadratura da onda portadora (Q)

para realizar a modulação do sinal de informação. Em virtude da utilização de dois

parâmetros é possível representar outros tipos de símbolos possibilitando a transmissão de

mais bits por símbolo. Entre as variações dessa técnica está OQPSK, SQPSK e DQPSK.

0 1 2 3 4 5 6 7 8-1

0

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8-1

0

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8-1

0

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8-1

0

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8-1

0

1

φQPSK(t)

Figura 7.8: Representação dos símbolos no domínio do tempo utilizando a modulação QPSK


40

Quadrature Amplitude Modulation (QAM)

Na modulação QAM os símbolos são representados no diagrama de fase e quadratura

(Figura 7.9) apresentando uma distância pré-determinada em relação à origem do diagrama.

Desta forma, as informações são transportadas através da amplitude e da quadratura da

onda portadora.

Figura 7.9: Representação dos símbolos QAM diagrama de fase e quadratura

Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)

Utilizada em padrões como: European DVB, wireless local área network (Wi-Fi; IEEE 802.11

a/g/n), wireless metropolitan área network (WiMAX; 802.16e), asymmetric digital subscriber

line (ADSL; ITUC G.992.1) e long term evolution (LTE) o OFDM (Figura 7.10) caracteriza-se

por dividir a transmissão dos bits em vários subcanais paralelos de taxa menor, diferente de

outras técnicas que utilizam um único canal para transmitir todos os bits.

A vantagem desta forma de transmissão está no fato do tempo de cada símbolo ser maior, o

que proporciona: mais resistência a ruídos, multiplicidade de caminhos, interferência entre

símbolos e espectral.


41

Figura 7.10: Representação da modulação OFD


42

UNIDADE 8

Objetivo: Conhecer quais são e as principais características das Técnicas de Múltiplos Acessos.

Técnicas de Múltiplos Acessos

Introdução

Compartilhar recursos é uma maneira bastante eficiente para fornecer alta capacidade em

redes de comunicações, em comunicações móveis esses recursos podem ser bandas de

frequência e/ou canais e uma atitude sábia é disponibilizar mecanismos que possibilitem

designar canais a usuários conforme a demanda dos mesmos. Esta técnica é denominada

Técnica de Múltiplo Acesso e pode ser implementada de cinco formas: FDMA, TDMA,

CDMA, SDMA e CSMA.

Acesso Múltiplo por Divisão de Frequência (FDMA)

Neste tipo de acesso, representado na Figura 8.1, as estações móveis transmitem

informações de forma contínua e o canal transporta várias portadoras, simultaneamente, em

diferentes frequências, ou seja, uma banda de frequência é alocada a cada usuário. Essa

banda é alocada conforme o usuário requisita o serviço, implicando que no período de sua

utilização nenhum outro usuário pode utilizar aquele intervalo de frequência.


43

Figura 8.1: Representação do acesso FDMA

A técnica de acesso FDMA caracteriza-se por:

• Ser implementada em sistema de banda estreita;

• Possuir elevado espaço de tempo entre os símbolos possibilitando reduzida

interferência intersimbólica e necessidade de equalização;

• Utilizar menos bits no transporte das informações de cabeçalho.

Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo (TDMA)

Em sistemas móveis que utilizam TDMA, os usuários utilizam a mesma frequência para

transmitir e receber a informação, porém em tempos distintos denominados time slots. A

Figura 8.2 mostra que cada usuário ocupa um time slot que se repete em ciclos, de maneira

que um determinado canal pode ser associado a um único time slot. O qual se acontece

novamente a cada frame, em que N times slots formam um frame.


44

Figura 8.2: Representação do acesso TDMA

A transmissão em sistemas TDMA é entrelaçada em frames cíclicos. Cada frame é composto

de uma quantidade de slots que possui cabeçalho, informação útil e bit de guarda. O TDMA

também separa metade dos slots de tempo para canais de uplink e a outra metade para

downlink.

Algumas outras características relevantes desse sistema são:

• Altas taxas de transmissão;

• Necessidade de sincronização dos receptores, face às transmissões serem realizadas

por meio de rajadas;

• Obrigação da presença de intervalo de guarda para separar os usuários, devido ao

fato do TDMA necessitar de muitos bits para transportar informações do cabeçalho.

• Consentimento para alocação de diferentes números de time slots por frame a

diferentes usuários, permitindo que a largura de banda seja suprida sob demanda a

esses usuários por meio da concatenação dos time slots com base em prioridades.


45

Acesso Múltiplo por Divisão de Código (CDMA)

As principais características da técnica CDMA (Figura 8.3) são:

• Utilizar sinais com largura de banda com várias ordens de grandeza superior a largura

de banda de RF mínima necessária;

• Possuir uma sequência pseudoaleatória que converte o sinal de banda estreita em um

sinal semelhante a um ruído, de banda larga, antes da transmissão;

• Ser imune à interferência;

• Dispor de robusta capacidade de múltiplo acesso;

• Ser eficiente no aproveitamento espectral.

Figura 8.3: Representação do acesso CDMA


46

Acesso Múltiplo por Divisão de Espaço (SDMA)

Na técnica SDMA (Figura 8.4) todos os usuários encontram-se dentro do sistema e aptos a

comunicar ao mesmo tempo utilizando o mesmo canal. Além disso, um sistema de antenas

adaptativas rastreiam componentes de múltiplos percursos para cada usuário combinando-os

de forma ótima objetivando coletar a energia do sinal disponibilizado por cada usuário.

Figura 8.4 : Representação do acesso SDMA

Acesso Múltiplo por percepção de portadora (CSMA)

Esse acesso múltiplo acontece quando cada terminal, através de protocolo específico,

monitora o canal do rádio e não inicia a transmissão até que o canal esteja ocioso.

Esta tecnologia é utilizada em redes cujo padrão é o 802.11 de duas formas:

• CSMA/CA: quando todos os terminais não detectam nenhuma transmissão em curso.

• CSMA/CD: quando o terminal transmissor detecta a colisão na transmissão a

transmissão é encerrada e este terminal fica na espera até que uma nova

oportunidade de transmissão aconteça.


47

UNIDADE 9

Objetivo: Conhecer as mais importantes características de um Sistema De Comunicação Via Satélite.

Sistema de Comunicações Via Satélite

Introdução

As primeiras menções a respeito de dispositivos semelhantes a satélites são datadas de 426

A.C por Archytus de Tarentumin que construiu um foguete a jato movido a vapor que voou

em torno do seu quarto. Dispositivos similares também foram notificados na China em 1232.

Após este ultimo evento as pesquisas nessa área de estudo receberam também

contribuições de Isaac Newton. No entanto, a era dos satélites artificiais só tem início em

1957 quando a então União Soviética lança o Sputinik I.

Em 1964 a companhia aérea Pan Am juntamente com a NASA conseguiram ativar um enlace

de satélite utilizando a espaçonave Syncom III GEO utilizando a banda de frequência VHF

(117,9 a 136 MHz).

Tipos de Satélites

O organograma apresentado na Figura 9.1 mostra que um satélite pode ser classificado

como geoestacionário e não geoestacionário. Dentre as características apresentadas por um

satélite geoestacionário estão: órbita circular paralela ao equador, mesma velocidade angular

da Terra, o fato de cada satélite cobrir um 1/3 da Terra e está localizado a uma altitude de

35.786 km.


48

Figura 9.1: Tipos de satélites

Os satélites do tipo geoestacionário dividem-se em: FSS – Sistema de Comunicação Via

Satélite que atende um ponto fixo como prover comunicação a caixas eletrônicos ou

televisão – e o MSS – Sistema de Comunicação Via Satélite que atende um ponto móvel

como o celular ou GPS.

Já os satélites denominados não geoestacionários também atendem a pontos fixos (FSS) e a

pontos móveis (MSS), mas, normalmente, estão localizados em: baixa (abaixo de 2000 km),

média (entre 2000 e 5000 km) ou alta ordem (acima de 5000 km).

Configuração de um Sistema de Comunicação Via Satélite

Um Sistema de Comunicação Via Satélite é dividido em três segmentos: espacial, controle e

terrestre.

O segmento espacial contém um ou mais satélites ativos e reservas formando uma

constelação.

No segmento de controle estão localizadas as estações que realizam o controle, o comando

e a telemetria, ou seja, a gerencia do tráfego e dos recursos disponíveis no satélite.


49

Já o segmento terrestre é composto pelas estações que podem variar de alguns centímetros

– como o caso de sistemas móveis – a dezenas de metros para sistemas fixos.

Enlace de comunicação

Existem três tipos de Enlaces de Comunicação em Sistemas de Comunicação Via Satélite:

uplink, Downlink e Intersatélite. O primeiro é a porção de um Enlace De Comunicação

utilizado para transmitir sinais de uma plataforma terrestre até o satélite. Esses sinais podem

ser retransmitidos para outra estação terrestre o que se denomina downlink ou para outro

satélite, enlace conhecido como intersatélites.

O desempenho do equipamento transmissor em enlaces via satélite é medido através da

potência irradiada isotrópica efetiva (EIRP em inglês), esta é a potência emitida pela antena

vezes o ganho proporcionado pela mesma.

Por outro lado, o desempenho dos equipamentos receptores é chamado figura de mérito e é

obtida através da relação G/T em que G é o ganho da antena receptora e T é a temperatura

de ruído do sistema. Esta temperatura medida em Kelvin é a quantidade de ruído térmico

gerado pelo amplificador, quanto menor a temperatura melhor o amplificador.

Uma terceira medida importante é o desempenho do enlace. Esta medida é encontrada

dividindo o nível de potência do sinal recebido, P, pela densidade espectral de potência do

ruído, D, dada por P/D e expressa em hertz (Hz). Os resultados apresentados por esta

divisão demonstra a qualidade de serviço que em comunicações digitais é especificada pela

taxa de erro de bit (BER).

Outro parâmetro relevante neste tipo de comunicação é a largura de banda, B, ocupada pela

portadora do sinal. A largura de banda depende da taxa de transmissão da informação, da

taxa de codificação do canal (FEC) e do tipo de modulação utilizada pela portadora.


50

Frequência de alocação

Em se tratando de frequências de alocação a Terra foi divida em três regiões:

• Região 1: Europa, África, Oriente médio e a Rússia;

• Região 2: América;

• Região 3: Ásia, excluído Oriente Médio e a Rússia.

Sistemas disponíveis

Devido à proliferação do sistema celular e serviços de comunicação pessoal terrestre ainda

existem enormes áreas não atendidas por qualquer sistema de comunicação terrestre sem

fio. Estas áreas já estão começando a ser exploradas por sistemas de comunicação via

satélite tais como INMARSAT, IRIDIUM e GLOBALSAT que fornecem principalmente

serviços de telefonia celular e GPS. Os próximos serviços a serem disponibilizados são:

televisão móvel, multimídia e online (telemedicina; ensino a distância, televisão interativa

etc.).

É notório que a tecnologia 3G ainda não consegue oferecer, a maioria de seus usuários,

serviços de qualidade. Quais são os principais motivos dessa tecnologia funcionar de forma

tão precária no Brasil?


51

UNIDADE 10

Objetivo: Conhecer as características do WUSB e UWB, tecnologias utilizadas em redes pessoais sem fio.

Redes (WPANs) – UWB, WUSB

Introdução

As WPANs (Figura 10.1) são redes sem fio de pequeno alcance, normalmente utilizadas para

conectar dispositivos compatíveis que se encontram posicionados em uma região próximo a

um local central.

Figura 10.1: Exemplo de WPAN


52

As principais características desse padrão, denominado IEEE 802.15, são:

• Regular as funções e serviços necessários a dispositivos para operarem em redes Ad

Hoc;

• Utilizar a frequência não licenciada de 2.4 GHz, que se estende de 2,4 até 2,4835

GHz, para fornecer comunicação entre os dispositivos que possuem a mesma

tecnologia e que estejam dentro do raio de alcance.

WUSB

A tecnologia WUSB (Wireless Universal Serial Bus) é fruto de um consórcio entre as

empresas: HP, Intel, LSI, Microsoft, NEC, Sansumg e ST-Ericcsson. A revisão 1.1 aprovada

e publicada em 9 de setembro de 2010 registra que a motivação para utilizar a tecnologia

USB originou-se em dois principais motivos: a facilidade de uso e a possibilidade de

expansão da taxa de transmissão. O objetivo do WUSB é ser uma evolução do USB.

Características Técnicas

A tecnologia Wireless USB permite conectar até 127 dispositivos USB periféricos ao USB

host utilizando um modelo denominado “hub and Spoke”. Neste modelo, cada intervenção

(spoke) é uma conexão ponto a ponto entre o USB anfitrião (host) e o dispositivo periférico,

conforme ilustração apresentada pela Figura 10.2.


53

Figura 10.2: Possíveis utilizações de uma rede WUSBs

WUSB suporta taxas de dados iguais a 53.3, 80, 106.7, 200, 320, 400 e 480 Mbit/s através

de múltiplos canais. O padrão define que as taxas de transmissão iguais a 53.3, 106.7 e 200

Mibt/s são obrigatórias enquanto as taxas de transmissão restantes são opcionais. Para

alcançar tais taxas esta tecnologia utiliza o Time Division Multiplexing Acess (TDMA).

Na teoria, este sistema suporta taxas brutas de transmissão (excluindo a perdas, correção de

erros e atenuação) de até 480 Mbit/s para distância de até 3 metros e 110 Mbit/s a até 10

metros.

Além dos dispositivos portadores de transmissor nativo, existem dois adaptadores (figura

10.3) que possibilitam conectividade. Um é o Device Wired Adaptor (DWA) com formato

semelhante a um pen drive e serve para permite que PCs sem transmissores realizem

conexões via WUSB. O outro é um hub denominado Host Wired Adaptor (HWA) destinado

aligar dispositivos USB ao desktop.


54

Figura 10.3: WDA e WHA

Aplicações

Entre as possíveis aplicações encontra-se:

• Cluster para aplicações multimídia centralizado em um computador desktop capaz de

agrupar dispositivos como: webcam, câmeras fotográficas e de vídeo, teclados,

mouse, tocador de música, HD externo entre outros.

• Cluster para áudio centralizado em micro system aglomerando tocador de música e

celular;

• Cluster para jogos podendo ser centralizado em Xbox, Wii ou Play Station utilizando

TV de alta definição e consoles quaisquer.

• Cluster para vídeos centralizado em host capaz de conectar câmera de vídeo,

televisor de alta de definição e home theater e a internet possibilitando o download de

vídeos sob demanda tecnologia que tem por objetivo substituir as locadoras de vídeo.

• Cluster para escritório centralizado em laptop em tendo HD externo, smartphones,

tablets e impressoras multifuncionais entre os dispositivos periféricos.


55

Todos estes clusters poderiam se interligar a outros dispositivos como telefone IP sem fio,

roteador wireless, com acesso a internet em banda larga, e controle remoto universal

formando rede de longo alcance de alta conectividade conforme ilustrado na Figura 10.4.

Figura 10.4: Aplicações do WUSB

UWB

A sigla UWB significa Ultra Wide Band, ou banda ultralarga. Esta tecnologia, padronizada

pelo IEEE 802.15.3, é utilizada para designar qualquer tecnologia de rádio frequência que

utilize largura de banda igual a 500 MHz ou a 25% da frequência central.

O objetivo central do UWB é permitir transmissão em alta velocidade entre aparelhos

eletrônicos domésticos.


56

Características técnicas

O UWB além de ter um amplo espectro de atuação também transmite por rajadas de sinais

(sinais emitidos centenas de vez por segundo). Esta combinação permite menor consumo de

energia e taxas de transmissão maiores que tecnologias como wi-fi. Outras características

consideradas importantes do UWB são:

• Banda de frequência: 3,1 a 10,6 GHz;

• Largura de canal: 528 MHz, 1,368 GHz e 2,736 GHz;

• Taxa de transmissão máxima: 480 Mbit/s;

• Modulação: QPSK e BPSK;

• Acesso múltiplo utilizando a 3ª geração de CDMA e OFDM;

• Alcance inferior a 3 metros.

Aplicações

A tecnologia UWB pode ser aplicada na:

• Substituição do padrão IEEE 1394 que possibilita conectividade a dispositivos

multimídia como câmeras fotográficas ou vídeo, reprodutores de MP3, tablets,

celulares, etc.

• Permissão de conectividade de alta taxa de transmissão a periféricos como, scanner e

impressora que utilizam a tecnologia WUSB.

• Disponibilização de conexão para dispositivos bluetooth e aparelhos móveis

pertencentes as tecnologias XG.

• Utilização das larguras de banda 528 MHz ou 2736 MHz para realização de streaming

de vídeo.


57

Vantagens e Desvantagens

As principais vantagens da tecnologia UWB são:

• Imunidade à interferência;

• Segurança do usuário;

• Baixo custo;

• Não interferência em outras tecnologias sem fio.

Enquanto as desvantagens são:

• Alcance curto;

• Interferência de ruído ao longo da banda prejudica a qualidade do sinal;

• Dificuldade na transmitir em elevadas taxas.

Antes de dar continuidades aos seus estudos é fundamental que você acesse sua

SALA DE AULA e faça a Atividade 1 no “link” ATIVIDADES.


58

UNIDADE 11

Objetivo: Conhecer as características do bluetooth, zigbee, vlc e wban, tecnologias utilizadas em redes pessoais sem fio.

Redes (WPANs) – Bluetooth, ZigBee, VLC e WBAN

Introdução

Nesta segunda parte analisaremos outras redes WPANs também regulamentadas pelo

padrão IEEE 802.15.

Bluetooth

O bluetooth é padronizado pelo IEEE 802.15.1. Suas especificações foram elaboradas e

licenciadas pelo Bluetooth Special Interest Group e proveem uma forma simplificada de troca

de informações através de uma frequência de curto alcance, não licenciada e segura. A

Figura 11.1 mostra que o bluetooth é utilizado para realizar conexão entre impressora,

laptops, celulares, microcomputadores, câmeras fotográficas e IPs, além de teclados e

mouses eliminado assim a necessidade de cabos.


59

Figura 11.1: Representação do bluetooth.

Este protocolo possui como características principais os baixos, consumo de energia,

alcance e custo de cada dispositivo.

A primeira versão comercial do bluetooth (v1.2), padronizada pelo 802.15.1-2005,

possibilitava taxas de transmissão máximas iguais a 1 Mbit/s embora na prática estas taxas

não ultrapassavam 700 kbit/s; o esquema de modulação era o GFSK (Guassian Frequency

Shift Keying) o qual permite codificar um único bit por símbolo.

A integração com o padrão 802.11 permitiu que a v3.0 fosse apresentada em 21 de abril de

2009 prometendo taxas de transferência de até 24 Mbps.

A versão mais atual é o Bluetooth 4.0 disponibilizado em 30 de junho de 2010 que se

destaca por apresentar maior economia de energia, novo protocolo de segurança de 128 bits

e a possibilidade de ser utilizado em uma gama maior de dispositivos, face maior economia

de energia.


60

Zigbee

O zigbee é uma tecnologia sem fio de curto alcance regulada pelo padrão IEEE 802.15.4

cujo principal campo de aplicação é a construção de redes de sensores sem fio sendo,

portanto uma tecnologia que facilita a implantação de prédios inteligentes conforme ilustra a

Figura 11.2.

Figura 11.2: Rede de sensores comandada pelo IEEE 802.15.4

As principais características do Zigbee são:

• Baixas complexidade e taxas de transmissão;

• Baixos consumo de energia e custo.

• Utiliza a modulação Offset Quadrature Shift Keying (O-QPSK)

• Disponibiliza 16 canais para comunicação;

• Apresenta taxa de transmissão máxima de 250 kbit/s.

• Raio de atuação máximo de aproximadamente 200 m.


61

VLC

VLC é o acrônimo de Visible Light Communications, (Figura 11.3) tecnologia que utiliza

lâmpadas fluorescentes ou LED para fornecer comunicação a 10 ou 500 Mbit/s

respectivamente.

Figura 11.3: Representação do VLC

Esta tecnologia encontra-se em desenvolvimento pelo grupo IEEE 802.15.7 e tem como

objetivo principal ser aplicado em ambientes fechados através das opções de transmissão

resumidas na Tabela 11.1 abaixo. Este sistema é concorrente do UWB e Bluetooth.

Tabela 11.1: Principais características do VLC

Móvel para Móvel

Móvel para fixo Móvel para rede externa

Enlace Bidirecional Bidirecional Bidirecional ou unidirecional Alcance (m) ~1 ~1 ~1 Taxa (Mbit/s)

~100 100 10

Aplicação Compartilhamento de conteúdo

Transferência de arquivo; Streaming de vídeo; m-commerce (Comércio eletrônico através de dispositivos móveis).

Navegação; Rede de robôs; Serviços de entretenimento via dispositivo móvel


62

WBAN

As (wireless body área networks – WBAN) permitem a comunicação sem fio entre vários

dispositivos miniaturizados denominados unidades de sensores do corpo (Body Sensor Units

– BSU) e um dispositivo controlador central denominado unidade central do corpo (Body

Central Unit - BCU) e são consideradas um caso especial da WPAN.

As aplicações da WBAN estão concentradas no campo medicinal como, por exemplo,

monitorar pacientes através na iminência de um ataque cardíaco, realizar injeção de insulina

em assim que os níveis aceitáveis atingirem um valor mínimo aceitável, etc.


63

UNIDADE 12

Objetivo: Conhecer as arquiteturas das redes WLAN.

Redes WLAN

Introdução

Wireless Local Area Networks Area – WLAN é uma rede local que utiliza ondas de rádio para

prover conexão à internet e/ou dentro da própria rede sem a necessidade de utilizar cabos.

Arquitetura de conexão

A conexão nesse tipo de rede pode ser realizada das seguintes formas:

Infraestrutura

Nesta configuração (Figura 12.1) para os dispositivos sem fio denominados clientes

(netbook, smartphone) realizarem a comunicação entre si é necessário inicialmente

comunicarem um ponto de acesso central conhecido como hot spot. Este ponto de acesso

além de prover esta comunicação interna também possibilita o acesso à internet.


64

Figura 12.1: Representação rede configurada no modo infraestrutura

Peer to Peer ou Ad Hoc

Nesta modalidade (Figura 12.2), a comunicação entre dois os dispositivos clientes sem fio é

realizada par-a-par inexistindo, portanto um ponto central. A conexão à internet também pode

ser realizada desde que uma das estações tenha acesso a rede mundial de computadores e

compartilhe tal acesso com as demais.


65

Figura 12.2: Representação de rede Peer to Peer ou Ad Hoc

Wireless Distribution System

Na situação demonstrada na Figura 12.3 ocorre a interconexão entre pontos de acesso sem

que para isto seja necessário a utilização de cabos.

Figura 12.3: Alguns modelos de pontos de acesso interligados através do modo System Distribution


66

UNIDADE 13

Objetivo: Conhecer as características do Wi-Fi padrão IEEE 802.11x, que governa as redes WLANs.

Wi-Fi

Introdução

O comitê 802.11, cujo exemplo de rede encontra-se apresentada na Figura 13.1, foi criado

na metade da década de 1990 com objetivo de elaborar um padrão para redes sem fio

similar ao padrão ethernet que na época iniciava o seu domínio sobre as redes cabeadas.

No entanto, problemas como fading por múltiplos percursos, conflito de transmissões,

indisponibilidade de software para aplicações móveis e ausência de mecanismo gerencia a

transferência de um dispositivo entre células fizeram com que esse comitê só apresentasse a

primeira geração deste padrão em 1997. Nessa primeira versão uma das características

principais é o fato das taxas de transmissão estarem entre 1 e 2 Mbit/s, o que deixou os

usuários bem insatisfeitos.

Após duras críticas dos clientes, o grupo de trabalho foi dividido em dois subgrupos (802.11a

e 802.11b). Esta divisão visou pesquisar outras opções com o objetivo principal de obter

taxas de transmissão maiores. O resultado desta divisão foi alcançado 2 anos depois em

formas de dois padrões com características distintas porém com o objetivo de realizar

transmissões sem fio.


67

Figura 13.1: Exemplo de uma rede utilizando wi-fi

802.11a (Wi-Fi 5.2 GHz)

O padrão 802.11a foi concebido buscando aproveitar uma nova porta disponibilizada pelo U-

NII (Unlicensed National Information Infrastructure). Os intervalos de frequência (Figura 13.2)

utilizando nesse padrão foram: (5.15 – 5.25 GHz) para operações em ambiente fechado,

(5.25 – 5.35 GHz) para operações em ambientes fechados e abertos e (5.725 – 5.825 GHz)

para ambiente aberto utilizando conexão ponto a ponto.


68

Figura 13.2: Layout dos canais disponibilizados pelo IEEE 802.11a

A partir dessa ideia o padrão surgiu oferecendo taxas de transmissão teórica de até 54 Mbit/s

e 8 bandas não sobrepostas foram definidas, possibilitando que até 8 redes WLANs –

802.11a operassem de forma simultânea e sem interferência.

A técnica de transmissão utilizada para obter taxas de transmissão téoricas de até 54 Mbit/s

foi a Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) que permite a modulação do sinal

utilizando 52 subportadoras, cada uma com 312,5 kHz de largura. Das 52 subportadoras

existentes, 48 são utilizadas na transmissão da informação enquanto as 4 remanescentes

são utilizadas como subportadora de treinamento também conhecidas como Piloto. Esta

modulação como é característica do OFDM é realizada modificando tanto a amplitude como

a fase de cada subportadora.

802.11b (Wi-Fi 2.4 GHz)

Enquanto o objetivo do grupo 802.11a era aproveitar uma nova característica disponibilizada

pelo 802.11, o grupo 802.11b objetivou acrescentar o máximo possível a taxa de dados em

2.4 GHz mantendo compatibilidade como o padrão 802.11 original.


69

Por isso, o novo padrão manteve inalterada a camada MAC e redefiniu a camada física para

trabalhar somente com (Direct Sequence Spread Spectrum – DSSS) elevando a eficiência

espectral dos três canais (Figura 13.3) para 11 canais (Figura 13.4). Estas características

permitiram uma rápida disseminação desse padrão em cafés e aeroportos.

Figura 13.3: Canais sem sobreposição

Figura 13.4: Canais sobrepostos

802.11g

Aprovado em novembro de 2001 e comercializado apartir de 2004, para acabar com a

disputa existente entre os padrões 802.11a e 802.11b disponibilizados em 1999, o padrão

802.11g opera no intervalo de frequência compreendido entre 2,4 e 2,4835 GHz utilizando

OFDM como técnica de transmissão.

A compatibilidade com o 802.11b foi fator preponderante para a aprovação do 802.11g. Isto

permite que ele identifique três tipos de equipamentos distintos, a saber:

• Somente dispositivos g, usuários do OFDM;

• Somente dispositivos b preparados para utilizar a modulação High Rate Direct

Sequence Spread Spectrum (HR-DSSS);


70

• Dispositivos b e g capazes de suportar os dois tipos.

Essas características aliada ao baixo custo e grande desenvolvimento possibilitaram a

elevação deste padrão à condição de mais utilizado. Mesmo sendo popular o 802.11g

enfrenta algumas adversidades, tais como: elevada concorrência do canal atmosférico,

menor largura de banda (20 MHz) e potência máxima de transmissão (15 dBm) que as

existentes no 802.11b, 22 MHz e 18 dBm respectivamente, sendo este último em virtude do

menor alcance do 802.11g.

802.11n

Mantendo a compatibilidade com o padrão 802.11g e visando atender a demanda dos

usuários por taxas de transmissão mais elevadas foi aprovado em 11 de setembro de 2009 o

padrão IEEE 802.11n.

Este padrão também opera nas frequência de 2,4 e 5 GHz, mas promete oferecer taxas de

transmissão de até 600 Mbits/s utilizando para isso a tecnologia MIMO (Multiple-Input

Multiple-Output) (Figura 13.5). Esta tecnologia consiste na utilização de várias antenas para

transmissão e recepção simultâneos dos sinais em vez de uma única antena.

Figura 13.5: Exemplo de ponto de acesso utilizado no padrão 802.11n


71

A Figura 13.6 apresenta um resumo com as principais características do diversos padrões

Wi-Fi.

Figura 13.6: Principais características do IEEE 802.11x


72

UNIDADE 14

Objetivo: Conhecer as características do WiGig novo padrão compatível com o IEEE 802.11 capaz de prover taxas superiores de até 7 Gbit/s.

Wireless Gigabit – WiGig

Introdução

A elevada disponibilidade e utilização de conteúdos digitais e multimídia criaram uma

necessidade por conexões com taxas de transmissão maiores que as existentes no mercado.

Isso tem impulsionado a demanda por um padrão que suporte aplicações avançadas como

monitores sem fio.

Características

Lançado em julho/2010, o novo formato compatível com o padrão Wi-Fi (WiGig) promete

velocidade de até 7 Gbit/s, mais de 10 vezes superiores ao atual padrão 802.11n. O WiGig

opera na frequência não licenciada de 60 GHz que possui mais espectro disponível que 2.4 e

5 GHz permitindo canais e taxas de transmissão maiores.

Esta especificação é baseada no padrão 802.11 o que permite compatibilidade entre os

mesmos. Outra novidade do padrão é o fato dos novos dispositivos baseados nele oferecer

três faixas de rádio sobre 60 GHz, possibilitando uma elevada integração com as frequências

2.4 e 5 GHz permitindo que a comunicação seja rapidamente transferida entre o canal de 60

GHz e os canais de 2.4 e 5 GHz.

A revisão aprovada em Maio/2010 do padrão IEEE802.11ad será o elo de ligação entre o

WiGig e o 802.11.


73

A especificação do WiGig suporta tanto técnicas de transmissão de portadora única

resultando em baixa potência e consumo, ideal para pequenas distâncias, capaz de oferecer

taxas de transmissão de até 4.6 Gbit/s quanto de múltiplas portadoras (OFDM) para longas

distâncias capaz de proporcionar taxas de até 7 Gbit/s.

Para combater as elevadas perdas existentes em altas frequências, a tecnologia WiGig

possui uma técnica que emprega antenas direcionais para reduzir a interferência e

concentrar o sinal entre dois dispositivos dentro de um feixe permitindo taxas de transmissão

maiores sobre longas distâncias (superiores a 10 metros), tal técnica é denominada

beamforming (Figura 14.1).

Durante a formação do feixe (beamforming) os dois dispositivos estabelecem comunicação e

em seguida ambos ajustam suas antenas até a maximização da qualidade do sinal. Um

benefício dessa tecnologia é que se alguém caminha entre os dispositivos o sistema do

controlador estabelece novas comunicações através de feixes refletidos nas paredes ou

outros objetos.

Figura 14.1: Exemplos de beamforming


74

Aplicações

A especificação permite uma ampla gama de avançadas utilizações, incluindo backup sem

fio instantâneo, sincronização e transferência de arquivos entre dispositivos a elevadas

velocidades, conexão sem fio com monitores possibilitando ao usuário criar um ambiente

computacional completamente sem fio. Além disso, o WiGig também permite a

implementação sem fio de HDMI, USB, PCI-Express, DisplayPort. Também será possível

através de uma técnica denominada Protocol Adaptation Layer (PALs) a troca de vídeos

entre câmeras digitais e TV ou projetor. A figura 14.2 apresenta um resumo das aplicações

possíveis com WiGig.

Figura 14.2: Possíveis aplicações do WiGig


75

UNIDADE 15

Objetivo: Conhecer as principais características da tecnologia RFID e suas possíveis aplicações.

RFID

Introdução

O RFID (Radio Frequency Identification) é o processo de transferência de informação entre

dois pontos através de onda de rádio frequência em 915 MHz. A identificação por rádio

frequência é considerada a tecnologia mais avançada em gerenciamento de inventário.

Ela consiste na implantação de microchips em recipientes de produtos, caixas e embalagens

combinado com a utilização de sensores especiais em depósitos ou nas prateleiras das lojas

que alertam um sistema de gestão de inventário central sobre a chegada, saída e reposição

de produtos do estoque através de conexões sem fio.

Infraestrutura RFID

O sistema mais simples de RFID é composto por três componentes principais: Uma etiqueta

RFID, um leitor RFID e um protocolo de transferência da informação. Já no mundo real o

protocolo é substituído por um aplicativo de leitura e o banco de dados (Figura 15.1).


76

Figura 15.1: Sistema RFID

Etiqueta

As etiquetas (tags) de um sistema RFID são compostas por dois principais elementos

(circuito integrado e antena) e um componente adicional (memória).

O circuito integrado é composto por um microprocessador, memória e um transponder. A

antena é utilizada para realizar a comunicação com o leitor. Já a memória é utilizada para

armazenar na etiqueta informações enviadas pelo leitor.

Existem três tipos de etiquetas: passivas, semiativas e ativas.

As etiquetas passivas (Figura 15.2) não possuem fonte de alimentação. A alimentação é

gerada pelas ondas de rádio emitidas pelo leitor que induz na antena uma micro corrente

elétrica capaz de ativar a etiqueta. A desvantagem dessa etiqueta é que o alcance está

restrito a uma reduzida quantidade de centímetros.


77

Figura 15.2: Etiquetas RFID passivas.

As etiquetas ativas (Figura 15.3) possuem uma fonte de alimentação interna (bateria) que

fornece potência necessária para que a etiqueta opere por um período de tempo. A

vantagem destas etiquetas é um alcance maior e as desvantagens são: tamanho e custo

maiores e menor tempo de vida devido a utilização frequente da bateria.

As etiquetas semiativas (Figura 15.4) é uma combinação das etiquetas ativas e passivas. O

componente passivo da etiqueta é energizado pelo campo eletromagnético emitido pelo

leitor. Essa energização desperta o componente ativo da etiqueta possibilitando o envio do

sinal de rádio frequência ao leitor.

Figura 15.3: Etiquetas RFID ativas

Figura 15.4: Etiquetas RFID semi-ativas.


78

Outra classificação dessas etiquetas é quanto a sua inteligência. Em tal classificação as

etiquetas podem: permitir que o leitor só realize a leitura e nesse caso a comunicação é

unidirecional ou possibilitam que o leitor leiam as informações nelas contidas e também

altere essas informações. Neste caso a comunicação é bidirecional.

Leitor

Os leitores (Figura 15.5) são componentes eletrônicos que transmitem e/ou recebem as

ondas de rádio frequência utilizadas para comunicar com as etiquetas. Os leitores possuem

dois principais elementos: a antena e um leitor de circuito impresso embarcado.

A antena é o dispositivo responsável por transmitir e receber as ondas de rádio frequência.

Enquanto o leitor de circuito impresso é utilizado para processar a informação necessária à

comunicação com a etiqueta.

Figura 15.5: Leitores RFID.

Controladores

O controlador RFID é o dispositivo de interface (aplicativo) que controla todo o sistema RFID (antena, leitora e transponder).


79

Tipo especial de RFID

Um tipo especial de rede RFID é denominada rede de auto-formação (figura 15.6). Esta

infraestrutura é composta por etiquetas especiais que podem tanto transmitir suas próprias

informações como também retransmitir e ler informações de outras origens permitindo o

aumento da área de atuação do sistema RFID.

Figura 15.6: Rede de auto formação RFID.

Aplicações

Dentre as possíveis aplicações desta tecnologia encontra-se:

• Substituição do código de barras por um código eletrônico do produto, que será

armazenado nos microchips RFID;

• Eliminação da necessidade do escaneamento individual dos itens em caixas de

supermercados ou lojas, pois estações equipadas com receptores calcularão

automaticamente as compras efetuadas pelo cliente;

• Eliminação das filas em estradas com pedágio, pois um dispositivo fixado no para-

brisa permite que o motorista passe a uma determinada velocidade possibilitando a

leitura da etiqueta RFID através de um leitor instalado em determinado local;

• Rastreamento de recém-nascidos através da fixação de pulseiras contendo microchips

nos braços de mãe e bebê;


80

• Utilização em empresas aéreas para localizar objetos de alto valor;

• Utilização em postos de combustíveis permitindo o pagamento do recurso energético

adquirido;

• Localização de crianças em parque de diversões.

Implantes humanos

O sistema RFID já é utilizado em animais para evitar sua perda. Agora a experiência foi

estendida a seres humanos. Este experimento foi iniciado pelo professor de cibernética Kevin

Warwick o qual implantou um chip semelhante ao apresentado na Figura 15.7 em seu braço

em 1998.

Figura 15.7: Comparação entre um Chip RFID para implante em pessoas e um grão de arroz


81

UNIDADE 16

Objetivo: Conhecer as características de uma nova rede de comunicação móvel aplicada a veículos.

Comunicação Veicular

Introdução

No início, a indústria automobilística, tipos de veículos e estradas eram considerados

sistemas autônomos. Hoje, o crescente número de acidentes e engarrafamento requer a

criação de uma inteligência capaz de gerenciar de forma mais eficiente os atuais sistemas.

Por isso, a comunicação veicular (Car to Car) tem por objetivo principal criar uma extensa

rede virtual de informações que possa alertar motoristas de possíveis incidentes reduzindo

assim a quantidade de acidentes atualmente considerados inevitáveis.

Arquitetura

A transmissão da informação em redes veiculares pode ser realizada de várias maneiras

conforme a aplicação. Existem três tipos de regime de comunicação: bidirecional, único salto

e múltiplos saltos.

A bidirecional é a forma em que a comunicação é realizada em ambos os lados. Os demais

regimes são de única forma de comunicação. Nesta situação a comunicação por único salto

é mais rápida que a de múltiplos saltos.

O envio da informação, utilizado nas aplicações, só é possível através de um protocolo

responsável por manipular as mensagens transmitidas e evitar as possíveis colisões. Este

“gerente” encontra-se situado na sub camada MAC (Medium Access Control). A transmissão


82

dessas mensagens também requer a presença da camada física e os respectivos intervalos

de frequência. O padrão que prover estas características é o 802.11p denominado

comunicações de curto intervalo dedicado. Este sistema opera na frequência de 5.9 GHz.

Aplicações

São três as principais aplicações de um sistema de comunicação veicular: segurança,

eficiência de recursos (de tráfego e ambiental) além do serviço de assistência avançado ao

motorista.

Segurança

Este domínio refere-se às aplicações ou sistemas que acrescentarão a proteção das pessoas

que utilizam o veículo e também do próprio veículo.

Eficiência de recursos

Objetiva aumentar a fluência do tráfego significando menos congestionamento e consumo de

combustível, minimizando o impacto ambiental causado pela queima de tal elemento.

Serviço de assistência avançado ao motorista

Este serviço procura oferecer mais conforto aos usuários do veículo disponibilizando

pagamentos sem a necessidade de parar o veículo, chamadas celulares, interface via

comando de voz ou sistemas com telas sensíveis ao toque etc.


83

UNIDADE 17

Objetivo: Familiarizar-se com as principais características de uma rede metropolitana sem fio (WMAN).

WMAN

Introdução

Redes metropolitanas são redes que interconecta usuários em uma região geográfica ou

regiões maiores que uma rede de local (LAN) e menores que uma rede de grandes áreas

(WWAN). Ela é também utilizada para interconectar várias redes locais através de pontes.

Categorias

As redes metropolitanas são divididas em três categorias:

Ponto a Ponto

Em uma ligação ponto a ponto os extremos são interligados de forma direta (Figura 17.1).


84

Figura 17.1: WMAN ponto a ponto

Ponto Multiponto

Em uma ligação ponto/multiponto, vários dispositivos compartilham uma única linha de

comunicação (Figura 17.2).

Figura 17.2: WMAN ponto-multiponto


85

Malha

Na configuração em malha, vários dispositivos estão conectados com algumas interconexões

redundantes (Figura 17.3).

Figura 17.3: WNAN em malha

Tecnologias Comerciais

As duas tecnologias comerciais para redes WMANs são: WiMAX e MBWA.

WiMAX (IEEE 802.16)

Padronizado pelo IEEE 802.16 o WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Acess)

(Figura 17.4) tem como principal objetivo prover conectividade sem fio entre o usuário e o

núcleo central da rede. Após a complementação do IEEE 802.16 em 2002 o grupo de

trabalho continuou o trabalho de pesquisa gerando revisões discutidas a seguir.


86

802.16a

Esta revisão foi licenciada utilizando o intervalo de frequências entre 2 e 11 GHz e a técnica

de modulação OFDM permitindo a comunicação sem linha de visada.

Figura 17.4: Representação de uma rede WiMAX

802.16d

Dentre as alterações apresentadas nesta revisão encontram-se:

• Utilização da banda de frequência entre 10 e 66 GHz para prover um ambiente físico

onde, devido ao curto caminho, a linha de visada é necessária e o desvanecimento

por múltiplos caminhos é desprezível.

• Uma frequência abaixo de 11 GHz pode prover um ambiente físico onde, devido ao

maior comprimento de onda, a linha de visada é desnecessária: Neste ambiente, a

configuração de WMAN mais indicada é a rede em malha.

• No intervalo de frequência não licenciada entre 5 e 6 GHz são introduzidos

mecanismos, como seleção de frequência dinâmica para detectar e evitar

interferências.


87

802.16e

Revisão apresentada em 2004 adiciona o suporte móvel ao WiMAX, contribuindo para que o

padrão 802.16 dispute de forma agressiva o mercado de banda larga sem fio em áreas

urbanas.

MBWA (IEEE 802.20)

O Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) é uma tecnologia WMAN em

desenvolvimento que opera em bandas licenciadas abaixo de 3.5 GHz, otimizada para o

transporte de dados por IP, com taxas de pico por usuário acima 1Mbit/s. Ela permite que os

usuários se mantenham conectados, dentro de uma rede metropolitana, mesmo estando a

uma velocidade de até 250 km/h.

Entre as aplicações desse padrão está a oferta de vídeo, navegação web, e-mail, upload e

download de arquivos sem limite de tamanho, streamings de vídeo e áudio, VoIP, conexões

através de redes virtuais privadas, etc.


88

UNIDADE 18

Objetivo: Conhecer as características das redes móveis de longa distância, responsável por atender uma extensa área geográfica.

Redes Móveis de Longa Distância (WWAN)

Introdução

Redes móveis de longa distância (Figura 18.1) também denominadas de redes móveis

geograficamente distribuídas são aquelas capazes de abranger uma grande área geográfica,

podendo ser um país ou continente.

Figura 18.1: Exemplo de uma rede WWAN

Modelo

O subsistema básico de uma rede móvel de longa distância (WWAN) é constituído pelos

seguintes elementos: subsistema da estação rádio base (Radio Station Subsystem – RSS),

subsistema de rede e comutação (Networking and Switching Subsystem – NSS) e o


89

subsistema operacional e de manutenção (Operational and Maintenance Subsystem -

OMSS).

O RSS é responsável pelo fornecimento e gestão de vias de transmissão entre o

equipamento do usuário e o subsistema de rede e comutação (NSS). Entre as ações

realizadas por este gerenciamento inclui a gestão da interface de rádio entre o equipamento

do usuário e o restante do sistema WWAN.

Ao NSS compete à gerência das comunicações e conexões entre o equipamento de um

determinado usuário e outras redes ou outros usuários. Este subsistema não está em contato

direto com o equipamento do usuário nem o subsistema rádio em contato direto com a rede

externa.

O OMSS fornece os meios a um prestador de serviços para controlar os todos os

subsistemas.

A Figura 18.2 mostra o modelo de um sistema WWAN. Através da mesma, percebe-se que a

interação entre os subsistemas pode ser agrupada em duas partes principais: operacional e

controle/manutenção.

Figura 18.2: Modelo de WWAN


90

A parte operacional está encarregada de fornecer e estabelecer vias de transmissão

enquanto a parte de manutenção e controle interage com a atividade de manipulação do

tráfego realizando o monitoramento e eventuais modificações a fim de manter ou melhorar

suas funções.

O subsistema de rádio (RSS), equipamento do usuário e o subsistema de rede e comutação

(NSS) compõe a parte operacional de um sistema WWAN.

O equipamento do usuário consiste em um equipamento físico utilizado pelo assinante para

acessar uma WWAN. Funcionalmente, o equipamento consiste de um terminal móvel e

dependendo do serviço ele pode suportar vários equipamentos terminais e/ou combinações

de equipamentos e adaptadores terminais.

A aplicação mais comum de redes WWAN são redes celulares.


91

UNIDADE 19

Objetivo:Conhecer a evolução do sistema móveis de longa distância.

Evolução do Sistema WWAN

Introdução

Embora a comunicação móvel seja conhecida desde o início do século XX os modernos

sistemas de telefonia celular só iniciaram seu funcionamento em 1979 quando Japão e

Suécia implantaram seus respectivos sistemas. No Brasil o primeiro o sistema celular só foi

implantado em 1990 no Rio de Janeiro.

A literatura aponta que desde a sua concepção em 1979 os modernos sistemas de telefonia

móvel pode ser dividido em quatro gerações.

Primeira Geração

Todos os sistemas da primeira geração concebidos em 1979 e boa parte implantados no

início da década de 1980 realizava a transmissão de voz de forma analógica utilizando em

sua maior parte a modulação por frequência (FM).

Entre os sistemas 1G implantados na época estão:

• Advanced Mobile Phone Service (AMPS): Sistema adotado por EUA e Brasil foi

projetado apenas para transmitir voz. O sistema foi utilizado inicialmente em 1983

operando em bandas de 850 MHz e canais com intervalo de frequência de 30 kHz.

• Total Access Communication System (TACS): Utilizado em países europeus como

Irlanda, Inglaterra e Escócia além de países asiáticos como Japão e Hong Kong, o


92

TACS utilizou bandas de operação descontínuas entre 872 a 950 MHz com intervalo

de frequência de 25 kHz.

• Nordic Mobile Telephony (NMT): Também adotado na Europa, especialmente nos

países nórdicos, o sistema NMT foi ainda empregado em países do Oriente Médio e

Ásia. Este sistema foi utilizado nas frequências de 150 MHz, 450 MHz e 900 MHz.

Devido a seu amplo alcance o NMT é ainda utilizado para realizar comunicações

marítimas em regiões inóspitas.

• Radiocom 2000: Utilizada na França esta tecnologia operava em 400 MHz e teve

grande parte dos seus aparelhos montados em veículos.

• Radio Telefono Mobile (RTM): Sistema utilizado na Itália operou nas frequências de

160 MHz e 450 MHz.

• Japanese Total Access Communication System (JTACS): Baseado TACS foi utilizado

no Japão na faixa de 900 MHz.

Segunda Geração

A segunda geração da telefonia iniciada no início da década de 1990 apresenta como

principal característica o fato de ser quase totalmente digital. Os principais exemplos de

sistema 2G são:

• Narrow Advanced Mobile Phone System (NAMPS): Desenvolvida pela Motorola o

NAMPS apesar de ser considerado um sistema 2G em virtude de aumentar a

capacidade do tráfego, este sistema manteve a transmissão de voz de forma

analógica. Nele o canal de 30 kHz utilizado no AMPS foi dividido em três canais de 10

kHz triplicando o número de canais e minimizando a interferência entre canais através

do reuso de frequências.

• IS-54 (Interim Standard 54) ou D-AMPS: Adotado nos EUA o D-AMPS contava com

uma vazão de dados de 48 kbps, seis time-slots por portadora, modulação DPSK,


93

codificação de voz VSELP dentre outras características. Por apresentar deficiências

durante a implantação a norma IS-54 foi substituída pela IS-136.

• IS-136 (Interim Standard 136) ou TDMA: Sistema substituto do IS-54, o TDMA obteve

enorme sucesso no Brasil chegando a dominar mais de 50% do mercado de

assinantes. O sucesso pode ser creditado a inovações como: controle digital do canal

com capacidade de envio SMS, operação em 1900 MHz e codificação ACELP.

• IS-95 Interim Standard 95 ou CDMA: Inventada pela Qualcomm e disponibilizada em

1993 o CDMA utiliza largura de banda de 1,25 MHz e canalização através códigos

Walsh além de reutilizar as frequência em todos os setores utilizando códigos pseudo

aleatórios.

• Personal Digital Cellular (PDC): Desenvolvido e implantado no Japão utiliza acesso

TDMA, modulação DQPSK, três slots de portadoras de 25 kHz podendo operar nas

frequências de 800 e 1500 MHz.

• Global System for Mobie Communication (GSM): Sistema desenvolvido a partir de

1982 e implantado em 1989 possui como características principais o fato da largura de

banda do canal físico igual a 200 kHz, compressão de voz digital e o acesso realizado

por TDMA de 8 slots por portadora.

Terceira Geração

A principal vantagem do sistema 3G foi oferecer elevada quantidade de serviço possível pelo

aumento da largura de banda e implantação de políticas de qualidade de serviço (QoS).

Dentre os serviços oferecidos estão: as transações multimídia, vídeo conferência e serviços

de entretenimento. No Brasil a 3G iniciou a sua operação em 2004 utilizando a tecnologia

CDMA 1X-EVDO.


94

As principais tecnologias de terceira geração são:

• CDMA 1X-EVDO: evolução do IS-95 com largura de banda de 1,25 MHz.

• Universal Mobile Telecommunicaitons System (UMTS): Evoluído do GSM este padrão

utiliza o sistema W-CDMA com largura de banda de 5 MHz e codificação CDMA para

embaralhamento e canalização. O embaralhamento é pseudoaleatório e a canalização

é realizada de forma ortogonal utilizando OVSF. O OVSF traz várias melhorias quando

comparado com o sistema 2G, especialmente no que se refere a fluxo de dados e

qualidade de serviço.

Dentre as várias tecnologias originadas do UMTS estão:

• HSDPA

• HSUPA

• MIMO

• UMTS LTE

• WCDMA

Quarta Geração

Segundo a padronização realizada em 2008 pelo ITU-R um sistema para ser considerado 4G

deve oferecer taxa de dados igual a 100 Mbit/s para comunicação em alta mobilidade – tais

como carros e trens – e 1 Gbit/s para comunicações em baixa mobilidade (pedestres e

usuários estacionários).

Este padrão também necessita prover comunicação móvel a laptops utilizando modem sem

fio, smartphones e tablets permitindo facilidades como a internet ultra velocidade (acima de

280 MBit/s) telefonia IP, jogos on-line e streamed multimídia.


95

Em tal situação se enquadram. O sistema WirelessMAN-Advanced (WiMAX 2), regido pela

norma IEEE 802.16m, que oferece downloads a 100 MBit/s. Este sistema é uma evolução do

WiMAX normatizado pelo IEEE 802.16e o qual fornece taxas de dados até 40 Mbit/s e é

considerado uma tecnologia pre – 4G.

Outro a se enquadrar em tais exigências é o Long-Term Evolution Advanced (LTE-Advanced)

padrão que permite taxas máximas 1 Gbit/s. Este padrão evoluiu do LTE o qual é compatível

com o GSM e o HSPA e oferece taxas máximas de downloads a 100 Mbit/s e upload a 50

Mbit/s. O LTE também é reconhecida com uma tecnologia pré – 4G.

Ainda em desenvolvimento, também o sistema Ultra Mobile Broadcast (UMB).


96

UNIDADE 20

Objetivo: Aprender as técnicas de elaboração de um projeto para montagem de um sistema de longa distância.

Características de Sistemas WWAN – Projeto I

Introdução

Quando os sistemas de rádios móveis começaram a ser projetados, o objetivo principal era

que uma elevada área fosse coberta com um único transmissor, de grande potência,

instalado em uma determinada torre. No entanto, essa elevada potência inviabilizava a

reutilização da frequência em outras partes do sistema, em função da interferência. Assim, o

conceito de operar em células foi concebido a fim de aproveitar a limitação do espectro e

permitir enormes áreas de cobertura.

Conceito

Um sistema móvel celular consiste na inserção de vários transmissores de baixa potência

possibilitando a cada um iluminar uma pequena área. Esses transmissores, denominados de

estação rádio base, recebe uma parcela da quantidade total de canais pertencentes ao

sistema total. As estações rádio bases vizinhas recebem diferentes grupos de canais

objetivando manter os níveis de interferências aceitáveis e tornando possível a reutilização

das frequências quantas vezes forem necessárias.


97

Reuso de frequências

O reuso de frequências é o processo de selecionar e agrupar canais para as estações rádio

base, dentro de um sistema celular. A Figura 20.1 apresenta o conceito de reuso de

frequências em um sistema móvel celular.

Figura 20.1: Ilustração do conceito de reutilização de frequências.

As células que possuem o mesmo número utiliza a mesma frequência, enquanto as células

de mesma cor representa um cluster.

Os três melhores formatos geométricos para adoção de uma célula são: o quadrado, o

triângulo equilátero e o hexágono. Esse último é o mais utilizado por facilitar a análise do

sistema celular, ter maior área, logo demanda uma menor quantidade de células para

atender aos usuários localizados em regiões periféricas.

A utilização de hexágonos permite que os transmissores sejam posicionados no centro da

célula ou em três dos seis vértices existentes nela. A medida entre o centro de duas células

adjacentes é denominada distância celular. Considerando duas células hexagonal com


98

coordenadas centrais iguais a (u1,v1) e (u2,v2) a distância celular é calculada analiticamente

por:

)()(

)1.20(),(

1212

22

vvjeuui

jijijid

−=−=

++=

Para o caso mostrado na Figura 20.1, a determinação do número de células por cluster é

dado por:

)2.20(),( 22 jijijiN ++=

O fator de reuso de frequência (Q) de um sistema celular é dado por em virtude

de cada célula dentro de um cluster ser atribuído apenas 1/N dos canais totais disponíveis

para o sistema. A maximização da capacidade do sistema é tão maior quanto menor for o

valor de N.

Para determinar os vizinhos cocanais, mais próximos, de uma particular célula (Figura 20.2)

adota-se o seguinte algoritmo:

1. Mover “i” células ao longo de qualquer cadeia de hexágonos,

2. Virar 60 graus no sentido contrário ao sentido dos ponteiros do relógio e mover j

células.

NQ 3=


99

Figura 20.2: Método de localização de células co-canais em um sistema celular com N = 19 (i=3 e j=2)

Atribuição de canais

As estratégias para atribuição de canais podem ser classificadas em fixas e dinâmicas. A

escolha da estratégia para atribuição dos canais tem impacto no desempenho do sistema,

em particular na forma com quais as chamadas são gerenciadas quando um usuário móvel

transita de uma célula para outra.

Na estratégia conhecida como fixa é alocado para cada célula um pré-determinado conjunto

de canais de voz. Cada tentativa de ligação dentro da célula só pode ser servida por canais

disponíveis na célula. Caso todos os canais estejam sendo utilizado, a chamada é

bloqueada.

Uma variação desta estratégia é denominada de borrowing stategy (estratégia de

empréstimo) e consiste em pedir canais emprestados às células vizinhas. Este pedido é

supervisionado pelo centro de comutação e controle (CCC) garantindo que o empréstimo de

um determinado canal não resulte na interrupção ou na interferência das chamadas em

progresso na célula cedente.

Já na estratégia dinâmica, a cada solicitação de chamada realizada, a estação rádio base

solicita um canal ao CCC que aloca o canal conforme algoritmo que considera principalmente


100

a probabilidade de bloqueio futuros dentro da célula, a frequência de utilização do canal

candidato e a distância de reutilização do canal.

A alocação de uma dada frequência só é efetuada se ela não está em uso na célula

solicitante ou em outra célula, dentro da distância mínima de reuso. Este tipo de estratégia

reduz a probabilidade de bloqueio e aumenta a capacidade de troca do sistema, a partir do

instante em que todos os canais estejam disponíveis a todas as células.

Handoff

Handoff é a transferência automática, realizada pela CCC, de uma chamada para um novo

canal pertencente a uma nova estação base a qual o dispositivo móvel acaba de adentrar.

Além da identificação da nova estação base é necessário também que os sinais de voz e

controle sejam alocados a canais associados com a nova estação base.

Os handoffs devem ser imperceptíveis aos usuários e tão infrequentes quanto possível,

assim é preciso que o projetista especifique um nível ótimo do sinal para o qual esta

operação seja iniciada. Após a especificação do nível aceitável é necessário definir um nível

de sinal um pouco superior (limiar) onde a partir do qual o handoff é realizado.

Essa margem é calculada por:

)3.20(limiarhandoff PP −=∆

A diferença deve ser tal que a CCC não seja sobrecarregada com handoff desnecessários

nem o tempo de realização desta operação seja insuficiente ocasionando a queda da

ligação.

Entre as estratégias para evitar um número excessivo de handoffs está à adoção da célula

guarda-chuva (Figura 20.3), que permite que sejam criadas grandes áreas de cobertura para

os usuários que trafegam em elevadas velocidades e pequenas áreas para os que trafegam

a baixas velocidades.


101

Figura 20.3: Representação de uma célula guarda-chuva

Antes de dar continuidades aos seus estudos é fundamental que você acesse sua

SALA DE AULA e faça a Atividade 2 no “link” ATIVIDADES.

Entre as tecnologias já consideradas 4G, É possível afirmar qualquer uma delas é superior?

Ou todas são iguais?


102

UNIDADE 21 Objetivo: Conhecer novos elementos presentes em projetos de sistemas móveis de longa distância.

Características de Sistemas WWAN – Projeto II

Introdução

Nesta segunda parte, serão analisados outros elementos que devem ser considerados

quando da elaboração de um sistema móvel celular os quais são: Interferência, trunking,

grau de serviço e otimização da qualidade da área de cobertura.

Interferência

A interferência é considerada o principal fator responsável por limitar o desempenho de

sistemas móveis celulares, pois impede o aumento da capacidade do sistema contribuindo

decisivamente para elevar o número de chamadas perdidas.

Dentre as fontes de interferência existentes estão: presença de outros telefones móveis na

mesma célula, chamada em progresso em célula vizinha, operação de outras estações rádio

base na mesma frequência, existência de outro sistema não celular em frequências próximas

àquelas utilizadas pelo sistema, etc.

A interferência mais severa em áreas urbanas é aquela em que o assinante escuta a

interferência ao fundo em virtude de transmissões indesejadas. Esta interferência é

denominada linhas cruzadas.


103

Os tipos de interferências mais gerados pelo próprio sistema móvel celular são:

• Interferência cocanal: ocorrida entre sinais associados a células cocanais, cuja

redução é possível através da separação física por uma distância mínima de forma a

garantir um isolamento adequado entre elas.

• Interferência por canal adjacente: originadas em função da imperfeição dos filtros

presentes nos receptores permitindo às frequências próximas ultrapassarem a banda

passante do canal adjacente em utilização. A redução deste problema é realizada

através da manutenção de uma separação, tão grande quanto possível, entre as

frequências utilizadas pelos canais em determinada célula.

Trunking

Em sistemas celulares baseados em trunking (troncalização), cada usuário recebe um canal

para cada chamada, que, após a finalização da chamada, é imediatamente devolvido ao

conjunto de canais disponíveis.

Grau de Serviço

É uma medida de congestionamento que especifica as probabilidades da chamada ser

bloqueada (cálculos realizados pelo modelo Erlang B) ou ser atrasada, por um tempo maior

que o pré-estabelecido (cálculos realizados pelo modelo Erlang C).

Otimização da área de cobertura

A crescente demanda por serviços sem fio implica na impossibilidade do sistema projetado

atender o número de clientes que solicitam serviços. A solução desse problema consiste no

aumento do número de canais por área de cobertura. As duas técnicas utilizadas para isso

são divisão celular e a setorização.


104

Divisão Celular

Nesta técnica, representada pela Figura 21.1, ocorre à subdivisão de uma célula

congestionada em células menores possuindo cada uma sua própria ERB dotada

evidentemente de uma potência de transmissão menor.

Figura 21.1: Divisão celular

Esta técnica acrescenta a capacidade de um sistema celular por meio do aumento do

número de vezes em que os canais são reutilizados. Entretanto, o processo de divisão

celular aumenta a quantidade de ERBs, pois a redução do raio da célula por um fator k

implica no aumento do número de ERBs por um fator k².

Setorização

A utilização desta técnica permite o aumento da relação Sinal / Interferência (SIR), de tal

maneira que o tamanho do cluster possa ser reduzido, e a melhora da capacidade do

sistema.

aumento da relação sinal / interferência é realizado pela utilização de antenas direcionais. Já

o aumento da capacidade do sistema é alcançado através da redução do número de células

clusters.


105

Conforme Figura 21.2 uma célula é frequentemente dividida em 3 setores de 120º ou 6

setores de 60º.

Figura 21.2: Células setorizadas em (a) 120º e (b) 60º


106

UNIDADE 22

Objetivo: Entender o funcionamento do Sistema Global de Comunicações Móveis, sistema WWAN de 2ª geração.

2ª Geração do Sistema WWAN – GSM

Introdução

O GSM, sistema de telefonia WWAN de segunda geração, foi precedido pelo sistema

analógico denominado Advanced Mobile Phone System (AMPS) baseado em FDMA com

banda de 30 kHz.

O sistema GSM atua nas faixas de frequências iguais a 900 e 1800 MHz. Na faixa de 900 o

uplink acontece entre as frequências de 890 a 915 MHz e o downlink entre 935 e 960 MHz,

logo possui uma banda de 25 MHz com 124 canais disponíveis. Já na frequência de 1900

MHz o uplink é realizado entre as frequências 1710 e 1785, enquanto o downlink utiliza o

intervalo de 1805 a 1880 MHz e, portanto dispõe de 75 MHz de banda possibilitando a

disponibilização de 374 canais.

Arquitetura

Conforme é possível observar, através da Figura 22.1, o sistema GSM possui três

subsistemas básicos: Estação móvel, subsistema estação base e o subsistema de rede.


107

Figura 22.1: Configuração de uma rede GSM

Estação Móvel

A Estação Móvel é composta pelo aparelho celular, o qual possui uma identificação mundial

chamada International Mobile Equipment Identifier (IMEI). Este número torna-se inválido se

for declarado roubado ou incompatível com a rede. Além do IMEI a estação móvel possui um

cartão denominado módulo de identificação do assinante (SIM – Subscriber Identity Module),

que também possui uma identificação denominada de International Mobile Subscriber Identity

(IMSI) empregada para identificar o assinante ao sistema. Tais códigos são independentes

proporcionando uma maior mobilidade e segurança contra eventuais utilizações não

autorizadas.


108

Subsistema Estação Base

O Subsistema Estação Base é o responsável pelo controle da ligação realizada pela Estação

Móvel sendo composto pela Estação Rádio Base de Transmissão (BTS – Base Transmition

Station) mais a estação rádio base de controle (BSC – Base Station Control).

O protocolo conhecido como Abis é o que torna possível a comunicação entre duas estações

quaisquer. A BTS serve para armazenar os receptores e transmissores de rádio e a BSC

gerencia as soluções para uma ou mais BTS. Entre as soluções disponibilizadas pela BSC

está a configuração dos canais de rádio e handoff.

É a BSC que realiza a conexão entre as estações móveis e o centro de comutação móvel

(MSC – Mobile service Switching Center).

Subsistema de Rede

O Subsistema de Rede é formado pelos seguintes elementos:

• Centro de Comutação de Serviços Móveis (MSC): realiza a comutação das chamadas

entre as estações móveis ou entre um dispositivo móvel e um telefone fixo. Além

disso, também realiza o registro, autenticação, handoff, atualização da localização e

gerenciamento de um assinante em roaming.

• Registro de localização de unidade móvel (HLR): detém as informações

administrativas dos assinantes e também suas respectivas redes GSM além da

localização atualizada do dispositivo móvel.

• Registro de localização de unidade móvel visitante (VLR): registra algumas

informações administrativas selecionadas pelo HLR indispensáveis ao controle de

chamadas e a providência de serviços a cada assinante estabelecido dentro de sua

área de controle.


109

• Equipamento de Identificação de Registro (EIR): banco de dados que armazena a lista

dos equipamentos móveis ativos na rede.

• Centro de autenticação de unidade móvel (AuC): banco de dados onde está contido

uma cópia da chave de código secreta de cada SIM utilizada para autenticar e

encriptar o canal de rádio.


110

UNIDADE 23

Objetivo: Conhecer as principais características do cdmaOne, considerado também uma tecnologia utilizada na 2ª geração do sistema WWAN.

2ª Geração do Sistema WWAN – Sistema CDMAOne

Introdução

Conforme descrito no capítulo 8 o CDMA é uma tecnologia que prover acesso múltiplo

baseado na utilização de técnicas de espalhamento espectral em banda larga possibilitando

a separação dos sinais coincidentes em tempo e frequência.

Funcionamento

O sinal emitido por cada dispositivo móvel é codificado através de um código específico para

cada usuário e depois espalhado em toda largura de banda. Esta codificação faz com que o

sinal apresente-se como um ruído para todos os outros usuários.

A identificação e demodulação do sinal acontecem no receptor. Neste momento é aplicada

uma réplica do código utilizado para espalhar o sinal na transmissão. Este procedimento

recupera o sinal de interesse e descarta todos os outros sinais.

O sistema CDMAOne também funciona em 800 e 1900 MHz além de possuir taxa de

transmissão de até 14,4 kbit/s.


111

Arquitetura

Os principais elementos de um sistema móvel CDMAOne, representado na Figura 23.1, são:

Figura 23.1: Sistema CDMA

• Estação móvel: terminal utilizado pelo assinante, identificada por um número chamado

MIN (Mobile Identification Number) e detentor de um número de série eletrônico

(ESN).

• Estação rádio base: Equipamento responsável por realizar a comunicação com as

estações móveis em cada célula.

• Controlador de estação rádio base (BSC): Controla grupos de estações rádio base.

Este controle em alguns sistemas CDMA é realizado pela central de comutação e

controle (CCC).


112

• Central de Comutação e Controle (CCC): Realiza as funções de comutação e

sinalização para as estações móveis situadas em uma determinada área geográfica

denominada área da CCC.

• Registro de assinantes locais (HLR): base de dados com as informações sobre os

assinantes de um sistema móvel celular.

• Registro de assinantes visitantes (VLR): base de dados dos assinantes em visita a um

sistema celular.

Vantagens

Entre as vantagens apresentadas pelo sistema CDMAOne está o fato de apresentar mais

qualidade e privacidade na comunicação, maior autonomia de baterias, redução da

interferência e serviços de voz e dados mais velozes.

Desvantagem

Maior custo na implantação que o GSM.


113

UNIDADE 24

Objetivo: Conhecer as principais características presentes da tecnologia 3G no Brasil e no mundo.

3ª Geração do Sistema WWAN

Introdução

A União Internacional de Telecomunicação (ITU – International Telecomunication Union)

iniciou a elaboração do padrão par a terceira geração do sistema WWAN (3G) em 1980 com

o nome de futuro sistema de telecomunicação móvel terrestre público (FPLMTS – Future

Public Land Mobile Telecommunications Systems).

Em 1992 durante o congresso mundial de administração de rádio (WARC – 92) foi definido

uma faixa de frequência de 230 MHz para o FPLMTS que passou a ser denominado IMT –

2000 (International Mobile Telecommunicaition – 2000). Este evento é considerado o estágio

inicial para a especificação do IMT – 2000.

Em 1996 as atividades de padronização para o IMT – 2000 foram iniciadas na Europa e

depois se espalhou por Japão, Estados Unidos e Coreia do Sul tendo como base os

conceitos WCDMA (Wideband CDMA).

Em 1998 os organismos de padronização, criados em 1996, juntaram-se formando o projeto

de parceria de terceira geração (3GPP – Third Generation Partnership Project).


114

Características

A tecnologia 3G possui como atributo principal a condição de suportar mais clientes de voz e

dados, além de maiores taxas de transmissão a um custo significativamente inferior que na

2G. As taxas de transmissão definidas para os sistemas 3G são:

• 2048 kbit/s para redes internas;

• 384 kbit/s para redes externas;

• 144 kbit/s para usuários de veículos;

• 9,6 kbit/s para satélites.

O 3G opera em torno da banda de frequência de 2 GHz, fornecendo um intervalo de serviço

multimídia, tanto para usuários fixos como móveis, com uma qualidade de serviço (QoS)

quase comparável a rede fixa.

3G no Brasil

A rede 3G encontra-se disponibilizada desde 2008 e o UMTS, utilizando WCDMA/HSDPA, foi

o padrão adotado no Brasil.

A ANATEL (Agência Nacional de Telecomunicações) alocou as frequências entre 1,9 e 2,1

GHz para o funcionamento do 3G no Brasil. A Figura 24.1 mostra o espectro detalhado das

frequências de 3G no Brasil.


115

Figura 24.1: Frequências de 3G utilizadas no Brasil

A Tabela 24.1 detalha as subfaixas em 1,9 e 2,1 GHz disponibilizadas pela Anatel para a

implantação do sistema 3G.

Tabela 24.1: Detalhamento das subfaixas de frequências utilizadas no Brasil

Subfaixa Transmissão da

Estação Móvel ERB F 1920 – 1935 2110 – 2125 G 1935 – 1945 2125 – 2135 H 1945 – 1955 2135 – 2145 I 1955 – 1965 2145 – 2155 J 1965 – 1975 2155 – 2165

Subfaixa de

extensão

1885 – 1890* 1890 – 1895*

* Sistemas que utilizam a duplexação por divisão de tempo (TDD)

Serviços

Dentre os serviços oferecidos pelo 3G está: Serviços de mensagens via email e mensagem

instantânea, entretenimento (TV, vídeo, música, jogos), redes sociais, pagamentos, banking

e serviços de localização.


116

Padrões

O ITU selecionou cinco padrões para o 3G móvel, são eles: W-CDMA, CDMA2000, TD-

CDMA/TD-SCDMA, DECT e EDGE. Dentre os cinco citados, apenas três fornecem cobertura

total, sendo, portanto considerados 3G: W-CDMA, CDMA2000, TD-SCDMA. O DECT é

utilizando em telefones sem fio caseiros e o EDGE é considerado como 2.5 G. Dos três

padrões considerados 3G só dois evoluíram W-CDMA e CDMA2000.


117

UNIDADE 25

Objetivo: Apresentar as principais características e as evoluções do CDMA2000.

3ª Geração do Sistema WWAN – CDMA2000

Introdução

O cdma2000 é uma família de padrões desenvolvido pelo 3GPP2 possuindo como membros

as evoluções cdma2000 1xRTT e cdma2000 1xEV-DO. Este padrão evoluiu da tecnologia de

segunda geração cdmaOne apresentada na unidade 23.

CDMA2000 x WCDMA

Embora atenda os pré-requisitos e ofereça vantagens e serviços semelhantes, o cdma2000 e

o wcdma juntamente com suas respectivas evoluções são tecnologias 3G consideradas

incompatíveis.

CDMA2000 1xRTT

O CDMA2000 1xRTT é considerado o cerne do padrão cdma 2000. A designação “1xRTT”

significa 1 times Radio Transmission Technology e indica a utilização de mesma largura de

banda de 1,25 MHz utilizada em cdmaOne.

No entanto, a estrutura da banda é diferente, devido à adição de outros 64 canais de tráfego.

Esta adição possibilita ao 1xRTT quase dobrar a capacidade disponibilizada pelo cdmaOne

oferecendo assim, velocidade de dados de até 153 kbit/s.


118

Outras alterações contidas no 1xRTT foram executadas na camada de enlace de dados,

permitindo maior utilização de serviços de dados e a inclusão de protocolos de controle na

qualidade de serviço.

Na arquitetura cdma2000-1xRTT a comutação é realizada tanto por circuito como por

pacotes.

CDMA2000 EV-DO

EV-DO significa Evolution-Data Optimized ou Evolution-Data Only. Este padrão utiliza as

técnicas de multiplexação CDMA e TDMA com o objetivo de maximizar o fluxo de dados de

cada usuário e consequentemente do sistema.

A primeira propriedade que diferencia um canal EV-DO de um 1xRTT é a multiplexação no

tempo. Este atributo possibilita tanto a realização de serviços que requeiram técnicas de

modulação mais complexas como aqueles que demandam metodologias mais simples.

Este padrão também opera na banda de frequência de 1,25 MHz permitindo taxas de

transmissão de até 3,1 Mbit/s no uplink e 1,8 Mbit/s no downlink. O EV-DO foi projetado para

ser operado com uma rede baseada em IP podendo assim suportar qualquer aplicação

destinada a este tipo de rede.

Uma evolução alternativa e compatível com cdma200, chamada EV-DV, em que o DV

significa: dados e voz, foi proposta ao 3GPP2. Algumas poucas operadoras aderiram a essa

melhora por conta da desnecessária separação da banda, no entanto a falta de

equipamentos e uma maior complexidade da evolução fez com que a Qualcomm, uma das

idealizadoras do novo padrão, interrompesse o desenvolvimento do chipsets EV-DV e

concentrasse no EV-DO.


119

UNIDADE 26

Objetivo: Conhecer as principais características do WCDMA e também das tecnologias consideradas evoluções dessa arquitetura.

3ª Geração do Sistema WWAN – WCDMA

Introdução

Elaborado pelo 3GPP esta é a arquitetura de redes mais utilizada nos sistemas de

comunicações móveis de terceira geração.

WCDMA

O wideband code-division multiple acess (WCDMA), originado no release 1999, é uma

arquitetura de rede de acesso via rádio que utiliza técnica de modulação de espalhamento de

frequência e usa canais com largura de banda muito superior aos dados a serem

transferidos.

O WCDMA é baseado no acesso múltiplo por divisão de código utilizando uma taxa de chip

de 3.84 Mchip/s. Ele é projetado para um espectro de 5MHz e prover taxas de uplink e

downlink de até 384 kbit/s utilizando tanto comutação por circuito quanto por pacotes. Está

técnica (WCDMA) suporta também as duplexações por divisão de frequência e tempo.

HSPA

O High-Speed Packet Access (HSPA) foi uma evolução do WCDMA iniciada no release 5 em

2002 e concluída no release 6 (a literatura especializada denomina de razões históricas os


120

motivos que levaram a mudança da numeração dos releases). As principais características

desta tecnologia são:

• Compartilhamento do canal de transmissão;

• Adição de um controle na rede de rádio;

• Agendamento dependente do canal: consiste em agendamentos realizados pelo nó B

(Figura 26.1) a cada 2 ms. Este agendamento é utilizado devido à rápida adaptação a

diferentes condições do tráfego e das estações de rádio base.

• Solicitação de repetição automática híbrida (hybrid automatic repeat request – HARQ)

no processo de uplink retransmissões com duração de 2ms são realizadas a cada

16ms (Figura 26.1), já no downlink as retransmissões são realizada em intervalos de

16 ms;

• Taxa de transmissão de até 5.8 Mbit/s, utilizando o agendamento dependente do canal

e solicitação de repetição automática híbrida.

• Taxa de recepção de até 14 Mbit/s, fazendo uso da multiplexação espacial,

agendamento dependente do canal e solicitação de repetição automática híbrida.

• Redução do tamanho do frame;

Estas modificações elevaram a vazão e reduziram a latência para 100 ms.

Figura 26.1: Downlink HSPA


121

HSPA+

O HSPA+ é uma evolução do HSPA especificado com base em estudos apresentados no

release 7 em 2005. As principais modificações dessa especificação foram:

• Inclusão de antenas para múltiplas entradas e saídas (MIMO – Multiple Input Multiple

Output);

• Utilização da modulação 16 QAM na transmissão possibilitando taxas de dados até 11

Mbit/s;

• Utilização da modulação 64 QAM na recepção possibilitando taxas de dados até 42

Mbit/s;

LTE (Long Term Evolution)

O LTE é ultimo passo em direção a quarta geração dos sistemas WWAN e é considerada

uma tecnologia bastante estável. O long term evolution originou-se no release 8 publicado

em dezembro de 2008 e tornou-se funcional a partir do release 9 publicado em dezembro de

2009.

Motivação

Entre os motivos que motivaram o LTE está: a necessidade de assegurar a continuidade da

competitividade do sistema 3G para o futuro, a demanda do usuário por melhores taxas e

qualidade de serviço, prosseguimento da redução de custos, a necessidade de uma

arquitetura com menor complexidade, otimização da comutação de pacotes e a eliminação

de uma possível fragmentação das tecnologias já desenvolvidas.


122

Características

As características do LTE são:

• Aumento da eficiência espectral através da utilização do OFDM na execução do

processo de recepção dos dados, utilizando QPSK, 16 QAM ou 64 QAM,

proporcionando, robustez contra múltiplos percursos e elevada afinidade com técnicas

como agendamento dependente do canal no domínio da frequência e MIMO e

aplicação de múltiplas antenas;

• Subtração da latência através de utilização de curtos períodos de atraso e de tempo

de setup;

• Permissão de até 10 vezes mais usuários por célula que o permitido no WCDMA;

• Suporte a várias larguras de banda: 1.4, 3, 5, 10, 15 e 20 MHz;

• Permitir taxas de até 75 e 300 Mbit/s na transmissão e recepção respectivamente.

• Utilização de subportadoras com espaçamento igual a 15 kHz;

• Simplificação da arquitetura do protocolo por meio compartilhamento do canal e

utilização do VoIP;

• Compatibilidade com os releases publicados pelo 3GPP e outros sistemas coo

CDMA2000;

• Elevação da eficiência de Multicast / Broadcast;

• Suporte a automação de processo de redes – Self-Organising Network (SON) –

permitindo as redes se autoconfigurarem e sincronizarem com redes adjacentes;

• Utilização do protocol IP.


123

Aplicações

• Intensificação da convergência entre serviços, tornando viáveis aplicações em tempo

real;

• Utilização como modo complementar permitindo ao usuário transitar entre a rede

móvel e fixa;

• Transmissão de dados em alta definição;


124

UNIDADE 27

Objetivo: Conhecer as principais características das redes móveis consideradas de quarta geração.

4ª Geração do Sistema WWAN

Introdução

O conceito 4G, cujo exemplo de rede é apresentado pela Figura 27.1, não se encontra

restrito a telefonia móvel, pois esta nova tecnologia não pode ser considerada como uma

evolução apenas dos padrões existentes na telefonia celular uma vez que os modelos em

desenvolvimento permitirão o ingresso aos dados em dispositivos que operam com IP.

Figura 27.1: Rede 4G


125

Características

Para serem consideradas de quarta geração as redes comerciais devem apresentar algumas

características essenciais.

• Ser fundamentada totalmente em IP;

• Oferecer velocidades entre 100 Mbit/s e 1 Gbit/s;

• Manter uma qualidade de serviços de ponta a ponta de alta segurança permitindo

oferecer serviços de qualquer natureza e qualquer instante e local;

• Apresentar compatibilidade com redes cabeadas assim como entre computadores e

dispositivos eletrônicos;

• Utilizar equipamentos conhecidos mundialmente;

• Largura de banda de pelo menos 40 MHz.

Vantagens

Entre os grandes atrativos da implantação de uma rede 4G encontra-se:

• Redução de custos;

• Ampliação da banda larga e o consequente oferecimento de serviços tais como:

Multimedia Message Service (MMS), vídeo chat, tv móvel, digital vídeo broadcasting

(DVB), além de serviços básicos de dados e voz.

Tecnologias

Existem três tecnologias que vem sendo especificadas com objetivo de fornecer suporte a

redes 4G. O primeiro é denominado Wireless MAN – Advanced (WiMAX 2) padrão

desenvolvido pelo IEEE. Já o segundo é o LTE – Advanced, padrão especificado pelo 3GPP.


126

Enquanto o terceiro é o UMB (Ultra Mobile Broadband), tecnologia ainda especificação pelo

grupo 3GPP2. Até maio/2011 só os dois primeiros padrões encontram-se aprovados e

podem ser considerados 4G.


127

UNIDADE 28

Objetivo: Conhecer as principais características do Wireless MAN–Advanced tecnologia já considerada 4G.

4ª Geração do Sistema WWAN – Wireless MAN–Advanced

Introdução

Aprovado pelo IEEE em abril/2011 o padrão IEEE 802.16m conhecido como WiMAX 2 ou

Wireless MAN-Advanced é uma outra tecnologia que pode ser utilizada na implantação de

uma rede 4G.

Através da Figura 29.1 percebe-se que a distinção mais significativa do WiMAX 2 em

relação ao seu antecessor (WiMAX) está na possibilidade de atender tantos os dispositivos

móveis como os fixos.

Figura 29.1: Comparação entre WiMAX e WiMAX2


128

Características

Buscando atingir as condições aprovadas pelo IMT-Advanced em janeiro/2007, para que

uma rede seja considerada 4G, o WiMAX 2 apresenta-se com as seguintes propriedades:

• Compatibilidade com sistemas anteriores: o padrão 802.16m prover suporte e

interoperabilidade com a rede WiMAX possibilitando a coexistência dos dois padrões

sem qualquer perda;

• Serviços: o Wireless MAN Advanced prover serviços mais eficientes assim como

facilita a introdução de novos tipos de serviços;

• Suporte a avançadas técnicas de transmissão: o 802.16m utiliza a técnica MIMO para

realizar a transmissão/recepção das informações. A quantidade mínima de antenas

utilizadas para transmitir e receber dados são 2 X 2 em ERBs e 1 X 2 em dispositivos

móveis.

• Mobilidade: o WiMAX 2 fornece conexões a usuários mesmo que eles estejam se

deslocando a uma velocidade de até 350 km/h. Próxima ao centro da célula a

promessa é de desempenho bastante satisfatório caindo suavemente com o aumento

da velocidade e/ou distância.


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UNIDADE 29

Objetivo: Conhecer as principais características do LTE–Advanced reconhecida com uma tecnologia verdadeiramente 4G.

LTE–Advanced

Introdução

Adotada pelos principais fabricantes de dispositivos móveis como uma legítima tecnologia

4G, o LTE–Advanced pode considerar como sua certidão de nascimento o release 10

aprovada em março/2011.

Características

As qualidades mais importantes do LTE–Advanced são:

Agregação de portadora

No release 10 a largura de banda da transmissão pode ser estendida através de uma técnica

denominada agregação de portadoras, que é a junção de portadoras contíguas ou não.

Multiplexação espacial

Esta técnica, denominada MIMO (figura 28.1), permite a emissão do sinal através das várias

antenas presente no transmissor.


130

Figura 28.1: Técnica MIMO

Relaying

O relaying permite que o terminal comunique com a rede através de um nó intermediário

(Figura 28.2).

Figura 28.2: Relaying


131

Implantações heterogêneas

Consistem em montar células com ERBs possuindo diferentes potências de transmissão no

downlink. Um exemplo desta técnica é implantar uma pequena célula dentro de uma macro

célula (Figura 28.3).

Figura 28.3: Implantações heterogêneas

Uma das exigências para que uma tecnologia seja considerada 4G é apresentar taxas de

dados superiores a 100 Mbit/s. Pode-se afirmar então que o WiGig possa vim a ser

considerado uma tecnologia 4G; já que ele oferece taxas de dados nesse intervalo?


132

UNIDADE 30

Objetivo: Adquirir conhecimento sobre um novo padrão, ainda em estudo, capaz de servir de suporte a redes 4G.

Ultra Mobile Broadband – UMB

Introdução

O Ultra Mobile Broadband (UMB) é uma tecnologia 4G proposta pelo 3GPP2 para ser o

sucessor natural do 1xEVDO. O UMB está sendo projetado para fornecer acesso de banda

larga móvel com alta eficiência espectral e curta latência utilizando; modulação avançada,

adaptação de enlace e técnicas de transmissão por múltiplas antenas. Além disso, essa

tecnologia promete prover, rápido handoff, controle rápido de potência e gerenciamento de

interferência entre setores que foi incorporado no projeto para facilitar a comunicação em

ambientes altamente móveis.

Características

O sistema UMB utiliza OFDM como principal técnica de modulação possibilitando elevadas

capacidade e confiabilidade. Além disso, o UMB possui codificação adaptativa, modulação

com sincronia HARQ e codificação turbo com pequena latência de retransmissão.

O enlace direto do UMB é realizado utilizando a tecnologia MIMO (Multiple Input Multiple

Output) utilizando o SDMA como técnica de múltiplo acesso. A taxa máxima de transmissão

é de 260 Mbit/s. O link reverso é baseado nas técnicas de acesso OFDMA e também na

utilização de múltiplas antenas receptoras. Ele ainda emprega CDMA para o controle de

segmentos do canal e rápido acesso, eficiente handoff e agendamento de sub-banda.


133

UMB fornece gerenciamento de interferência através do reuso da frequência, controle de

potência visando atender a possível usuário que se encontram na borda da célula. O

dinâmico reuso da frequência também possibilita a otimização da largura de banda.

Este padrão pode ser utilizado em um grande número de aplicações proporcionado aos

usuários de redes 4G que utilizam esta técnica mais flexibilidade.

Objetivos

Os principais objetivos do UMB são: fornecer melhor desempenho aos sistemas celulares

existentes mantendo-se competitivo em relação aos sistemas WiMAX2 e LTE-Advanced.

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Atividades dissertativas

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Bons Estudos!


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GLOSSÁRIO Caso haja dúvidas sobre algum termo ou sigla utilizada, consulte o link Glossário em sua

sala de aula, no site da ESAB.


135

BIBLIOGRAFIA Caso haja dúvidas sobre algum termo ou sigla utilizada, consulte o link Bibliografia em sua

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Módulo 7 - Sistemas de Comunicações Móveis