Módulo 7 - Sistemas de Comunicações Móveis
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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.
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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
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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.
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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
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
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.
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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
Descrição do elemento Valor Unidade Cálculo
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
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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.
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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
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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.
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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
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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
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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.
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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).
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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
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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.
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Figura 7.10: Representação da modulação OFD
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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?
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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);
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• 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
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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
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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.
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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
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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
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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).
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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.
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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.
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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).
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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;
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• 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
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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
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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.
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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).
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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
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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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.
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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
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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,
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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.
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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.
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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).
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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.
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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
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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=
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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
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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.
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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?
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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• 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.
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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.
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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).
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• 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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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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.
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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.
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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;
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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
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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.
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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.
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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
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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.
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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
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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?
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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.
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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.
Antes de iniciar sua Avaliação Online, é fundamental que você acesse sua SALA
DE AULA e faça a Atividade 3 no “link” ATIVIDADES.
Atividades dissertativas
Acesse sua sala de aula, no link “Atividade Dissertativa” e faça o exercício proposto.
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.
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BIBLIOGRAFIA Caso haja dúvidas sobre algum termo ou sigla utilizada, consulte o link Bibliografia em sua
sala de aula, no site da ESAB.