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Evolução
Até à data existem 3 gerações distintas de redes celulares móveis. As gerações diferencia-se entre si principalmente pelo tipo de modulação (analógico ou digital), pelos interfaces aéreos utilizados e pelas tecnologias de transporte adoptadas. No entanto, cada geração, proporciona ao utilizador final um leque de aplicações que só por si bastariam para as diferenciar.
A imagem abaixo mostra a evolução do sistema celular. As tecnologias a sombreado são as que verificam maior sucesso. Pode clicar directamente sobre a tecnologia.
Primeira Geração 1G
A primeira geração de sistemas de comunicação celular móvel, surgiu em 1980. Antes dessa data, já existiam sistemas de comunicação móvel mas não eram sistemas baseados em células. A capacidade dessas redes era baixa e o suporte para mobilidade era fraco. Nas redes 1G, a área de cobertura é dividida em pequenas células. Cada célula possui uma frequência de operação, permitindo que se reutilizem frequências ao longo da rede sem que existam interferências entre células. Utiliza técnicas de modulação analógica (AM, FM,..) e o tráfego previsto para a rede é praticamente de voz. A comunicação de dados é também possível nestes sistemas mas, a maior parte só a utiliza para mensagens de controlo devido à baixa capacidade oferecida. Os serviços 1G utilizam ligação orientada à conexão para cada utilizador, dedicando um canal de conversação ao ser estabelecida a chamada.
Ao contrário da segunda geração, na primeira geração nenhuma tecnologia se tornou dominante. De todas as que estavam disponíveis no mercado, as que obtiveram maior sucesso foram o NMT (Nordic Mobile Telephone), TACS (Total Access Communications System) e o AMPS (Advanced Mobile Phone Service). Outras tecnologias foram desenvolvidas para atender especificamente aos requisitos de cada país.
O NMT foi inicialmente utilizado na Escandinávia e mais tarde adoptado por alguns países Europeus. Esta tecnologia surgiu disponível em duas versões: NMT-450 e NMT-900. O NMT-450 foi a 1ª versão e opera nos 450MHz. O NMT-900 foi lançado mais tarde e utiliza a banda dos 900 MHz. Ambas permitem a possibilidade de roaming internacional.
TACS é um standard inglês que foi adoptado por vários países a nível mundial. É baseado no protocolo da tecnologia AMPS mas opera na banda dos 900MHz.
AMPS é um standard Norte-Americano que utiliza a banda dos 800MHz e ainda é utilizado no continente Americano, Austrália e Nova Zelândia.
Apesar de actualmente a maior parte das operadoras estarem a evoluir as suas redes para 3G ou 3.5G, a verdade é que ainda existem operadores 1G. Aliás, há países do terceiro mundo onde esta tecnologia está a ser implementada.
Segunda Geração 2G
Os sistemas de segunda geração (2G) utilizam técnicas de modulação digital para transmissão via rádio. A grande diferença relativamente às redes 1G prende-se principalmente na evolução analógico/digital e consequentemente pelas novas aplicações possíveis graças ao aumento da taxa de bit. O aumento da capacidade é outras das novas propriedades dos sistemas 2G. Um canal de frequência é agora partilhado por vários utilizadores, por CDMA ou TDMA, e é introduzido um novo sistema hierárquico de células: as macro-cells, as micro-cells e as pico-cells.
Opção de evolução das várias redes 1G
Existem fundamentalmente 4 standards principais 2G:
- GSM – Global System for Mobile
- CDMAOne – IS-95
- D-AMPS – Digital AMPS
- PDC – Personal Digital Cellular
O GSM é de longe o standard que obteve maior sucesso a nível mundial. Com 1000 milhões de subscritores em 2004 abrange 71% de todas as comunicações móveis celulares. Originalmente foi descrito como um standard Europeu mas, rapidamente se alastrou por quase todos os países mundiais. Apenas não obteve uma posição dominante nos EUA principalmente devido à sua concorrente CDMAOne. O sistema básico GSM utiliza a banda dos 900MHz, 1800MHz (DCS-1800) e 1900 MHz (PCS-1900).A modificação para os 1900 MHz permitiu a entrada do GSM na América do Sul principalmente no Chile. Aumentando a frequência aumentamos a capacidade do sistema mas diminuímos o seu alcance. Para permitir uma maior interoperabilidade entre sistemas iguais mas que funcionam a diferentes bandas de frequência, utilizam-se terminais Dual-Band (900 e 1800 MHZ) ou Tri-Band que inclui a gama dos 1900 MHz. Mais tarde o ETSI (European Telecommunications Standards Institute) definiu especificações adicionais para a operação nas bandas 400 e 800 MHz.
CdmaOne (IS-95) é a segunda tecnologia com maior sucesso num total de 12.8% das comunicações móveis celulares. Foi desenvolvido pela Qualcomm e utiliza um interface aéreo totalmente diferente das outras três tecnologias 2G. Em vez de dividir a portadora em diferentes slots de tempo, o CDMA usa diferentes códigos para separar as transmissões na mesma frequência. Os princípios do CDMA foram adoptados mais tarde nas tecnologias 3G. O sistema CdmaOne fez sucesso nos EUA, Coreia do Sul, Hong Kong, Japão, Singapura e outros países asiáticos.
D-AMPS, também conhecido por NA-TDMA, IS-136 ou apenas TDMA, é utilizado na América, Israel e em alguns países Asiáticos num total de 10.1% das comunicações móveis celulares mundiais. Evolui a partir do sistema analógico AMPS do qual é 100% compatível. D-AMPS foi especificado inicialmente pelo standard IS-54 e utiliza o mesmo canal de controlo analógico utilizado em AMPS. Por sua vez, o canal de Voz é inteiramente digital. Mais tarde foi proposto um novo standard, o IS-136. No IS-136 ambos os canais são 100% digitais. D-AMPS opera nos 850 MHz tal qual o AMPS mas a versão IS136 também permite operar nos 190 MHz.
PDC é um standard 2G japonês. Originalmente foi utilizado o acrónimo JDC (Japanese Digital Cellular) mas foi modificado com o objectivo de se utilizar um nome mais atractivo fora do Japão. Esta modificação não trouxe vantagens à tecnologia visto que é utilizado apenas no Japão apesar de significar uma fatia de 5.6% do total das comunicações móveis celulares mundiais. As especificações RCR STD-24 definem as bandas 800 MHz e 1500 MHz como frequências de funcionamento. Os parâmetros da camada física são muito semelhantes ao D-AMPS mas a pilha protocolar lembra o GSM.
Geração 2.5G
A geração 2.5G normalmente designa sistemas que evoluíram a partir dos sistemas 2G e que começaram a oferecer sérias soluções de comunicação de dados.
Num sistema GSM denominam-se por 2.5G as tecnologias:
- HSCSD – High-Speed Circuit-Switched Data
- GPRS – General Packet Radio Services
- EDGE – Enhanced Data Rates for Global Evolution
Num sistema D-AMPS a evolução para uma tecnologia 2.5 inclui a migração para:
Num sistema CdmaOne considera-se uma tecnologia 2.5G:
- IS-95B (versão actualizada do protocolo original)
- CDMA2000 1xRTT
A maior limitação da tecnologia GSM são as baixas taxas de dados. O sistema básico fornece 9.6Kbps e mais tarde uma nova versão (pouco implementada) oferece 14.4Kbps. Estas taxas dificultam e muito a simples tarefa de aceder a um conteúdo na Internet. O HSCSD veio acelerar um pouco o sistema inicial. Em vez de utilizar uma slot de tempo, um terminal pode utilizar várias slots para conexão de dados. Os sistemas comerciais existentes permitem a utilização de 4 slots no máximo, oferecendo uma taxa até 38.4 Kbps ou 57.6 Kbps dependendo da versão original. Esta melhoria apenas necessita de um upgrade a nível de software e é claro novos terminais móveis. Apesar de ser uma solução barata, continua a ser uma solução por comutação de circuitos, onde o canal é reservado mesmo em instantes de baixa ou nula transmissão. Assim, utilizo 4 vezes mais recursos, obrigando a um aumento da estrutura da rede para manter os mesmos utilizadores. Além disso, existem poucos terminais compatíveis com HSCSD devido ao maior interesse por parte dos fabricantes em saltar directamente para o GPRS, já que oferece um maior débito. O HSCSD é uma boa opção em aplicações em tempo real que necessitem de atrasos pequenos.
Outro upgrade ao sistema GSM chama-se GPRS. O sistema GPRS não suporta todas as aplicações possíveis no HSCSD. Por exemplo: GPRS tem piores desempenhos em relação a aplicações em tempo-real. Mas tem vantagens, a taxa de dados aumentou para os 115Kbps em condições óptimas de link utilizando 8 slots de tempo. Um aspecto muito importante do GPRS é a utilização de técnicas de comutação de pacotes em vez da tradicional comutação de circuitos. Assim, apesar de possibilitar a utilização de 8 slots de tempo, permite também liberta-los caso não estejam a ser utilizados mesmo que a conexão continue activa. O GPRS é ideal para aplicações que não necessitem de “cuidados” em tempo real já que não garante tempos mínimos de atraso. Destaca-se para aplicações de acesso à Internet, Email ou dados bursty. A implementação de uma rede GPRS é bem mais dispendiosa do que um sistema HSCSD. Novos componentes são necessários na rede e alguns dos existentes necessitam de modificações. Mas, apesar de dispendiosa, é o caminho a seguir por qualquer operadora que aspire implementar uma rede 3G, já que a rede core 3GPP é baseada em GPRS e GSM.
A terceira evolução 2.5G do GSM é o EDGE. Originalmente era um acrónimo para Enhanced Data-Rates for GSM Evolution mas actualmente traduz Enhanced Data-Rates for Global Evolution já que pode ser utilizada em outros sistemas além do GSM. A ideia base do EDGE é a implementação de uma nova técnica de modulação digital, a 8PSK (Eight-Phase Shift Keying) que permite altas taxas de débito (384 Kbps). EDGE é um upgrade atractivo para redes GSM já que apenas requer o upgrade a nível de software das Estações Base (caso os amplificadores RF suportarem uma técnica de modulação não constante). 8-PSK não substitui mas, coexiste com a técnica de modulação utilizada pelo GSM, o GMSK (Gaussian Minimun Shift Keying). Assim um utilizador, que não necessite de um melhor serviço, pode perfeitamente utilizar os seus terminais GSM sobre uma rede EDGE. Além disso é obrigatório manter o GMSK, já que o 8-PSK só pode ser utilizado eficazmente a curtas distâncias.
Se o EDGE é implementado sobre uma rede GPRS, o que normalmente acontece, então esta combinação é conhecida por EGPRS ( Enhanced GPRS). A taxa de dados máxima, utilizando 8 slots de tempo é de 384Kbps. Nota: 384Kbps é apenas possível utilizando todos os recursos da portadora e se o Terminal Móvel estiver suficientemente próximo da Estação Base. ECSD é uma combinação de EGGE com HSCSD e permite taxas 3 vezes superiores às HSCSD. A combinação entre HSCSD, GPRS e HSCSD permite ainda um sistema potente que pode facilmente competir com as primeiras versões das redes 3G.
As redes de segunda geração D-AMPS (que utilizem o standard IS-136) suportam a evolução para os sistemas GPRS e EDGE.
O standard IS-95 (CDMA) fornece 14.4 Kbps para transferência de dados. Efectuando o upgrade para a versão IS-95B, é possível fornecer taxas até 64Kbps utilizando canais com código múltiplo. No entanto vários operadores decidiram esperar e migrar para o standard cdma2000 1xRTT. A primeira versão (Release 0) é normalmente considerada como uma tecnologia 2.5G por apenas permitir taxas até 153Kbps enquanto que a Release A já permite alcançar 307 Kbps. I interface aéreo IS-95B e cdma2000 são compatíveis permitindo uma leve migração de sistemas. Uma outra solução baseada no IS-95 é o HDR (High Speed Data-Rate). Esta solução é propriedade da QUALCOMM e oferece débitos de 2.4 Mbps.
Finalmente o PDC também evolui em direcção a um serviço proprietário denominado por iMODE. Este sistema utiliza o mesmo interface aéreo PDC mas agora numa rede de pacotes. A um utilizador, após a ligação, é cobrada a quantidade de dados descarregados em serviços de acesso à Internet e E-mail. A ideia por detrás do iMODE é semelhante ao WAP, já que as páginas Web compatíveis também utilizam linguagem HTML. O sistema iMODE foi um sucesso no Japão. Lançado em 1999, contava com 33 milhões de subscritores em 2002
Terceira Geração 3G
As comunicações móveis de Terceira Geração definem vários serviços móveis que proporcionam melhorias na qualidade de voz, internet de alta velocidade e serviços multimédia. O ITU (International Telecommunication Union) define e aprova standards técnicos e de serviço sob o programa IMT-2000. Para ser aprovada como um sistema IMT-2000 (ou mais vulgarmente chamado de sistema 3G), uma tecnologia necessita verificar um conjunto de requisitos obrigatórios:
- Taxas mínimas de 144 Kbps (outdoor) ou 2Mbps (indoor).
- Transferência de dados simétricos e assimétricos.
- Transferência adicional de comutação de pacotes obrigatória.
- Suporte para serviços IP.
- Alta qualidade de Voz.
- Alta eficiência espectral.
Baseado nestas premissas, em 1999 o ITU aprovou 5 tecnologias para o interface rádio:
- W-CDMA WideBand-Code Division Multiple Access
- UMTS Terrestrial Radio Access – Frequency Division Duplexing (UTRA-FDD)
- Foi definida sob o nome técnico de IMT-DS (Direct Spread).
- É a evolução dos sistemas GSM/GPRS e é promovida pelo projecto de parceria de 3ª geração 3GPP.
- Versões disponíveis: W-CDMA Rel.99, W-CDMA Rel.4 e HSDPA Rel.5.
- CDMA2000 Code Division Multiple Access
- CDMA Multiportadora
- Foi definida sob o nome técnico IMT-MC (Multi Carrier)
- É a evolução do sistema IS-95 e é promovida pelo projecto de parceria de 3ª geração 3GPP2.
- Versões disponíveis: CDMA2000 1xRTT, 3xRTT, 1XEV-DO e 1xEV-DV.
- TD-CDMA Time Division - Code Division Multiple Access
- UMTS Terrestrial Radio Access – Time Division Duplexing (UTRA-TDD)
- É definida sob o nome técnico IMT-TC (Time Code)
- Versões disponíveis: TD-CDMA, TD-SCDMA.
- Sem perspectivas de evolução.
- EDGE – Enhanced Data-Rates for Global Evolution
- Single Carrier UWC-136
- Foi definida sob o nome técnico IMT-SC (Single Carrier)
- Evolução do sistema GSM/GPRS
- Sem perspectivas de evolução.
- DECT+
- FDMA/TDMA
- É definida sob o nome técnico IMT-FT (Frequency Time)
- Evolução do sistema DECT tradicional
- Sem perspectivas de evolução
Resumo
