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Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 2
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
NOTA DO AUTOR
Este manual destina-se a ser utilizado como documento de apoio a cursosde Telecomunicações.
Alguns dos conceitos e circuitos aqui apresentados obrigam aconhecimentos básicos nas áreas de electricidade e electrónica, mas não énecessária formação avançada nessas áreas.
Não se desenvolvem os temas exaustivamente, antes se faz uma súmulatão clara e concisa quanto possível, que permita ao formando ter umaideia genérica de com um sinal de rádio é emitido, transmitido e recebido.
A parte de interpretação de circuitos é sobretudo baseada em diagramasde blocos por ser menos complexa e mais didáctica.
Alguma da terminologia técnica utilizada encontra-se em inglês, não setendo considerado nem lógico, nem adequado, fazer a sua tradução paraportuguês quer por os termos ainda não se encontrarem generalizadosentre nós, quer sobretudo pelo facto de que a maioria dos manuais epáginas Web, independentemente do seu idioma, também usarem ostermos ingleses como referenciais.
Dado que o grafismo deste manual faz uso intensivo da cor, aconselha-sea que sejam feitas cópias em cor, ou que na sua impossibilidade, sejamdistribuídas cópias em CD. O tamanho da letra utilizado, permite aimpressão de duas páginas por folha.
Paulo Azevedo
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ÍNDICE
Capítulo 1 - Introdução 7
1.1. Redes sem fios e redes móveis 7
1.2. Cronologia e evolução 8
1.3. Cronologia da rede móvel em Portugal 9
1.3.1. Rede Analógica 10
1.3.2. GSM 10
1.3.3. UMTS 10
1.3.4. MvNO 11
1.3.5. Número total de assinantes 11
1.3.6. Número de assinantes por operador 12
1.4. Gerações 13
1.4.1. Mobile Satellite Systems - MSS 14
1.5. Organismos reguladores das telecomunicações 15
1.5.1. ITU (International Telecomunications Union) 15
1.5.2. ANACOM 16
Questionário de revisão 18
Capítulo 2 - Sistemas de Comunicação Móvel 19
2.1. Conceito de comunicação rádio 19
2.2. Conceito de plano de frequências 21
2.3. Conceito de célula 22
2.4. Conceito de cluster 25
2.5. Sectores 27
2.6. Factor de reuso 29
2.7. Estrutura Básica do sistema móvel 30
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2.8. Questionário de revisão 32
Capítulo 3 - Sistema GSM 33
3.1. Estrutura GSM 33
3.2. Atribuição de frequências 34
3.3. Estrutura da rede GSM 37
3.4. Componentes da rede GSM 38
3.4.1. Rádio Sub-System (RSS) 39
3.4.1.1. Subsistema de estações de base (BSS) 40
3.4.1.2. Estação Móvel (MS) 41
3.4.2. Network and Switching Subsystem (NSS) 42
3.4.2.1. Central de comutação móvel (MSC) 42
3.4.3. Operation Subsystem (OSS) 44
3.4.3.1. Centro de Operação e Manutenção (OMC) 45
3.4.4. Protocolos GSM 45
3.5. Técnicas de acesso ao meio 46
3.6. Canal de difusão e canal de tráfego 49
3.6.1. Procedimento de “handover” 52
3.6.1.1. Tipos de “handover” 53
3.6.2. Procedimento de roaming 55
3.6.3. Estabelecimento de comunicação fixo-móvel 55
3.6.4. Estabelecimento de comunicação móvel-fixo 56
3.7. Questionário de revisão 58
Capítulo 4 - Sistema UMTS 60
4.1. Introdução ao UMTS/IMT2000 60
4.2. Plano de frequências 61
4.3. Comparação GSM-UMTS 62
4.4. Técnicas de acesso ao meio 63
4.5. Soft Handover 63
Capítulo 5 - O Telemóvel GSM 65
5.1. Esquema funcional em emissão 65
5.2. Esquema funcional em recepção 67
5.3. A emissão 68
5.3.1. Digitalização de sinais 68
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5.3.2. Vocoder GSM 71
5.3.3. Encriptação 72
5.3.4. Protecção de erros - entrelaçamento 73
5.3.5. Modulação 0.3 GMSK 75
5.3.6. A portadora 77
5.3.7. Multiplexagem temporal (TDD) 79
5.3.8. Anatomia do telémovel 79
5.4. Questionário de revisão 82
Capítulo 6 - Projecto do sistema 83
6.1. Aspectos de projecto do sistema 83
6.1.1. Volume de Tráfego 83
6.1.2. Área de serviço 84
6.1.3. Localização da primeira BTS 85
6.1.4. Padrão de reuso 86
6.1.5. Localização das BTS 86
6.1.6. Diagrama de cobertura 87
6.1.7. Teste de campo 88
6.1.8. Aspectos de tráfego 88
6.2. Questionário de revisão 90
Capítulo 7 - Glossário, Links, e Bibliografia 91
7.1. GLOSSÁRIO 91
7.2. LINKS Internet 98
7.2.1. Regulamentação e Operadores 98
7.2.2. GSM 98
7.2.3. UMTS 99
7.2.4. DIVERSOS 99
7.3. BIBLIOGRAFIA 99
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Capítulo 1 - Introdução
Hoje em dia já nem nos apercebemos de como estamosdependentes dos sistemas móveis de comunicações. Estecapítulo introduz os conceitos elementares associados áscomunicações móveis e às suas diferenças em relação aos outrossistemas de comunicações fixos.
1.1. Redes sem fios e redes móveis
Diz-se que uma rede é sem fios quando a comunicação é possível sem recurso a
ligações directas por meio físico (cabo, tomadas, etc) entre utilizadores ou entre utilizadores
e equipamentos mas dentro da mesma rede.
Diz-se que uma rede é móvel quando um utilizador é capaz de se movimentar para
fora da sua rede de assinatura, conservando a comunicação e o seu endereço original.
A Fig. 1-1 mostra alguns dos exemplos mais comuns no dia a dia. Repare que a
maioria dos sistemas que utilizamos são sem fios, e o único que é realmente móvel é o
sistema utilizado pelo telemóvel.
Capítulo
Sistema Sem Fios Móvel
Telemóvel
Bluetooth x
Telefone sem fios (casa) x
Walkie-talkie x
Fig. 1-1 – Redes sem fios e redes móveis
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1.2. Cronologia e evolução
As comunicações móveis são o fruto de cerca de 100 anos de evolução nas
telecomunicações, desde os tempos longínquos (1876) em que Graham Bell transformou a
voz em sinais eléctricos e inventou o telefone, tal como hoje o vemos nos museus e nos
filmes de época (Fig. 1-2).
Seguiu-se o telégrafo e em 1987 Marconi fez a primeira
transmissão morse sem fio. As transmissões de voz e música
via rádio seriam o passo seguinte, mas demoraria muito até
que a tecnologia, o mercado e os preços permitissem o
verdadeiro advento das comunicações móveis.
Pode considerar-se o sistema AURORA (1978) como
tendo sido o primeiro sistema móvel comercialmente viável.
Logo a seguir, surgiram muitos outros sistemas, sem critérios de estandardização, em que os
países tecnologicamente mais desenvolvidos tentaram fazer singrar os seus próprios
sistemas como se evidencia na tabela da Fig. 1-3.
Fig. 1-2 – Telefone de 1987
Ano Sistema / Banda Países
1978 (1984) AURORA 400 (800) Canadá
1979 NTT 800 Japão
1981 (1986) NMT 450 (900)Dinamarca, Noruega, Suécia, Finlândia,
Bélgica, Hungria, Holanda, Espanha,Turquia e Suíça
1983 AMPS 800EUA, Canadá, México, Austrália, Nova
Zelândia, Taiwan, Coreia do Sul, Brasil, etc.
1984 RTMS 450 Itália
1985 TACS 900 Reino Unido, Irlanda
1985 Radiocom2000 450 França
1985 C-450 Alemanha, Áustria, Portugal e África do Sul
1987 GSM 900 Europa, Ásia, África, Oceânia
1989 TDMA 800 EUA
1991 PDC Japão
Fig. 1-3 – Cronologia dos sistemas de comunicação móvel
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A multiplicidade de sistemas levou a que houvesse a tentativa de uniformização
universal mas tal não veio a ser conseguido pois Europa, EUA e Japão quiseram fazer
prevalecer os seus interesses económicos e proteccionistas acima dos interesses universais.
A Europa adoptou o sistema GSM (que viria a ser aceite na maioria dos países), os EUA
adoptaram o AMPS e o Japão adoptou o sistema PDC.
Dado o fracasso da uniformização em relação às redes móveis iniciais, e porque um
sistema só será realmente móvel se poder ser utilizado em qualquer parte do mundo, tentou
estandardizar-se a geração seguinte, adoptando-se o sistema IMT2000/UMTS. Este processo
de convergência de sistemas móveis é ilustrado na Fig. 1-4 e oportunamente se fará a sua
descrição técnica.
1.3. Cronologia da rede móvel em Portugal
Na cronologia das redes móveis em Portugal [fonte: ANACOM em www.anacom.pt] são
importantes as seguintes datas e eventos:
Fig. 1-4 – Evolução das redes móveis
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1.3.1. Rede Analógica
1989 - Lançamento do Serviço Móvel Terrestre, em tecnologia analógica (primeirageração), pelo operador constituído pelos CTT e TLP, em consórcio, que dariaposteriormente origem à TMN. Sistema alemão C-450 que veio a ser adoptado emPortugal e na Alemanha.
31 de Outubro de 1999 – Abandono pela TMN da tecnologia analógica que no seuperíodo áureo, antes dos telemóveis digitais, atingira apenas cerca de 20.000 clientes.
1.3.2. GSM
1991 – Concurso público para atribuição de uma licença em tecnologia de segundageração – GSM (faixa de 900 MHz). Apresentaram-se a concurso 8 candidatos. A Telecelfoi a vencedora.
1992 – Início da actividade do segundo operador móvel, a Telecel, e entrada emfuncionamento da rede GSM do operador TMN, a quem foi automaticamente atribuídauma licença GSM.
1997 – Atribuição de frequências em DCS 1800 aos operadores móveis presentes nomercado – TMN e Telecel.
1998 – Início da actividade do terceiro operador móvel, a Optimus.
1.3.3. UMTS
Abril de 1999 – Consulta Pública para recolha de manifestação de interesse sobre aprestação de serviços e/ou a constituição de redes no âmbito do Sistema Universal deTelecomunicações Móveis (UMTS).
1 de Agosto de 2000 – Abertura do concurso público para atribuição de quatro licençasde âmbito nacional para os Sistemas de Telecomunicações Móveis internacionais(IMT2000/UMTS).
11 de Janeiro de 2001 -Emissão das licenças UMTS.
Outubro de 2001 – Arranque do UMTS adiado para 31 de Dezembro de 2002.
3 de Dezembro de 2002 – Celebração de acordos (três) entre a ONI SGPS e a OniWay,por um lado, e a TMN, a Optimus e a Vodafone, por outro, na sequência da decisão daOniWay sobre a descontinuação da sua actividade.
30 de Dezembro de 2002 – Prorrogação, até 31 de Dezembro de 2003, do prazo parao início da actividade licenciada pelos operadores UMTS.
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13 de Janeiro de 2003 –Revogação, por despacho do Ministro da Economia, da licençade UMTS da OniWay. E atribuição, por despacho do Ministro da Economia, de frequênciasadicionais aos outros três operadores UMTS – Optimus, TMN e Vodafone.
21 de Abril de 2004 – Início da oferta comercial do sistema UMTS pelo operador TMN.
5 de Maio de 2004 – Início da oferta comercial do sistema UMTS pelo operadorVodafone.
4 de Junho de 2004 – Início da oferta comercial do sistema UMTS pelo operadorOptimus.
1.3.4. MvNO
9 de Fevereiro de 2007 – ANACOM esclarece o enquadramento regulatório daactividade dos operadores de rede móvel virtual (sigla inglesa, MVNO- Mobile VirtualNetwork Operator ).
Trata-se de operadores independentes que suportam a sua oferta de serviços decomunicações electrónicas na rede de outro operador móvel, não possuindo rede própria(os direitos de utilização de frequências e infra-estruturas associadas à rede de acessorádio). Estes operadores:
possuem clientes directos, isto é, são responsáveis exclusivos pela relação com osutilizadores finais, assegurando directamente, perante estes e perante a ANACOM, ocumprimento das regras de protecção dos utilizadores e assinantes específicas dosector das comunicações electrónicas, tais como a portabilidade, a utilização decontratos de adesão aprovados pelo regulador e a disponibilização de serviços deapoio ao cliente, incluindo a prestação de informações e o tratamento dereclamações, facturação e cobrança, assim como as demais condições do Decreto-Lei n.º 10/2004, de 10 de Fevereiro.
concebem e colocam no mercado uma oferta retalhista própria, tendo a liberdade dea diferenciar da do operador em que se suportam, definindo a sua própria estratégiacomercial.
1.3.5. Número total de assinantes
O número de assinantes das redes móveis em Portugal no fim de cada ano [fonte:
ANACOM] mostra bem como foi rápida e fulminante a adopção desta nova tecnologia.
1989 – 2.800 assinantes (rede analógica).
1990 – 6.500 assinantes (rede analógica).
1991 – 12.600 assinantes (rede analógica).
1992 – 37.300 assinantes (rede analógica + rede digital).
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1993 – 101.200 assinantes.
1994 – 173.500 assinantes.
1995 – 340.800 assinantes.
1996 – 663.700 assinantes.
1997 – 1,5 milhões de assinantes.
1998 – 3,1 milhões de assinantes.
1999 – 4,7 milhões de assinantes.
2000 – 6,7 milhões de assinantes.
2001 – 8 milhões de assinantes.
2002 – 8.670 milhões de assinantes.
2003 – 10.030 milhões de assinantes.
2004 – 10.362 milhões de assinantes.
2005 – 11.447 milhões de assinantes.
2006 – 12,2 milhões de assinantes (taxa de penetração de 115,7%)
2007 – 12,941 milhões de assinantes (3º trimestre 2007)
1.3.6. Número de assinantes por operador
A Fig. 1-5 mostra o número de assinantes das redes móveis em Portugal por operador
[fonte:WIKIPEDIA http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_mobile_network_operators_of_Europe#Portugal ]
Comparando com os outros 24 países da UE, Portugal evidencia no final de 2007 uma
das maiores penetrações de mercado, perto dos 120% (Fig. 1-6).
Operador Tecnologia Assinantes (milhões)
TMN GSM, GPRS, UMTS, HSDPA 6.004 (Setembro 2007)
Vodafone GSM, GPRS, UMTS, HSDPA 4.775 (Junho 2007)
Optimus GSM, GPRS, UMTS, HSDPA 2.60 (Janeiro 2007)
Radiomóvel (ZAPP) CDMA 0.040 (Janeiro 2007)
Fig. 1-5 – Distribuição de assinantes por operador [fonte: Wikipedia]
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1.4. Gerações
Os primeiros sistemas de comunicação móvel (analógicos) eram equipamentos
volumosos, pesados, caros e de grande consumo de energia. Por essas características, eram
normalmente instalados nos carros sendo raramente utilizados como equipamentos
realmente portáteis.
O boom dos sistemas de comunicação móveis deu-se na década de 90 com o avanço
das tecnologias digitais proporcionado pelas centrais digitais, técnicas de sinalização por
canal comum e os enlaces digitais.
A substituição dos sistemas analógicos pelos sistemas digitais proporcionou melhor
eficiência do espectro, qualidade de voz e integração de serviços.
Por facilidade, tem-se descrito a evolução dos sistemas de comunicação móvel em
termos de gerações.
A 1ª geração foi analógica ao que se seguiram as gerações digitais. Neste momento
estamos na geração 3,5 como evidenciado na Fig. 1-7.
Fig. 1-6 – Penetração dos sistemas móveis na UE25 [fonte ANACOM]
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 14
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Ao longo deste manual estas gerações serão abordadas em pormenor.
1.4.1. Mobile Satellite Systems - MSS
Embora ainda com muito poucos utilizadores, sobretudo pelos elevados custos de
utilização, as comunicações móveis por satélite oferecem ao utilizador um serviço global
porque cobre qualquer ponto do mundo sobretudo aqueles em que não há qualquer sistema
Fig. 1-7 – Gerações das redes móveis
Fig. 1-8 – Mobile Satellite System
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terrestre móvel como por exemplo nos Himalaias, nos desertos ou nos pólos.
Os operadores satélite mais conhecidos são o GLOBALSTAR e o IRIDIUM ambos com
apenas cerca de 250.000 assinantes cada e em riscos de falência.
O sistema IRIDIUM utiliza 66 satélites de orbita baixa (LEOS) a cerca de 750km de
altitude (Fig. 1-8). Como a esta altitude cada satélite cobre apenas uma pequena parte da
superfície terrestre, são necessários muitos satélites para cobrir toda a superfície terrestre, o
que por si só justifica os elevadíssimos valores de instalação e manutenção destes sistemas
satélite.
1.5. Organismos reguladores das telecomunicações
Tal como em muitas das áreas da nossa vida, também desde o advento das
telecomunicações, se sentiu a necessidade de uma regulamentação nacional e internacional.
Os sinais de rádio ultrapassam fronteiras e mesmo dentro do próprio país facilmente
interferem entre si.
O ITU (international Telecomunications Union) é o organismo regulador internacional.
É uma agência das Nações Unidas e actua no sector das telecomunicações em 3 áreas
distintas: fiscalização, estandardização e desenvolvimento.
A Anacom é o organismo regulador em Portugal e faz cumprir as normas definidas
pelo ITU, regulamentando as especificidades nacionais.
1.5.1. ITU (International Telecomunications Union)
O primeiro órgão regulador das telecomunicações internacionais data da época do
telégrafo. Foi criado em 1865 e designava-se também por ITU (International Telegraph
union).
Com o advento do telefone e da telegrafia, foram criados em 1925 dois comités
consultivos internacionais (CCI), um para serviços de telefone (CCIF) e outro para a
telegrafia (CCIT).
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Dois anos mais tarde (1927) criou-se o comité consultivo internacional para a rádio
(CCIR).
Em 1934 a ITU manteve a sigla mas passou a ser a International Telecomunications
Union e em 1947 tornou-se numa agência das Nações Unidas.
Em 1956 e com o declinar do telégrafo, os comités CCIF e CCIT fundiram-se num só, o
CCITT.
Em 1992 na grande reforma da ITU o CCITT mudou o nome para ITU-T e passou a ser
o responsável pela estandardização das telecomunicações. O CCIR originou o ITU-R e
passou a ser o responsável pela regulamentação e fiscalização. Simultaneamente criou-se o
ITU-D com funções de incentivar e tutelar o desenvolvimento das comunicações mundiais.
ITU-R – ITU Radiocomunications sector
ITU-T – ITU Telecomunications Standards
ITU-D – ITU Telecomunications Development
O ITU divide o mundo em três regiões para coordenação de suas actividades:
Região 1: Europa, Antiga URSS, Ásia Menor e África
Região 2: Américas e Hawai
Região 3: Oceânia e o restante da Ásia
1.5.2. ANACOM
O ICP – ANACOM (Autoridade Nacional de Comunicações) é a autoridade reguladora
do sector das comunicações - telecomunicações e correios - em Portugal. Inicialmente
designada por ICP (Instituto das Comunicações de Portugal), tem a nova designação e
estatutos desde 6 de Janeiro de 2002 após a publicação a 7 de Dezembro do Decreto-Lei n.º
309/2001.
A ANACOM tem por objecto a regulação, supervisão e representação do sector das
comunicações. A ANACOM é, pois, a autoridade reguladora das comunicações postais e das
comunicações electrónicas, conforme resulta da própria lei de bases dos serviços postais
(artigo 18º da Lei n.º 102/99, de 26 de Julho) e da lei das comunicações electrónicas
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 17
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(artigos 4º e 5º da Lei n.º 5/2004, de 10 de Fevereiro).
Para o efeito, são atribuições da ANACOM:
Regulação de mercado
Supervisão de mercado
Representação do sector das telecomunicações
Mais detalhes sobre as atribuições da ANACOM e para consulta de algumas estatísticas
extremamente interessantes das telecomunicações em Portugal, visite www.anacom.pt
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 18
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Questionário de revisão
1. Qual a diferença entre redes sem fios e redes móveis?
2. Quais as gerações de comunicações móveis utilizadas em Portugal?
3. Porque razão os sistemas de comunicações móveis por satélite (MSS) estão com
dificuldade em se impor no mercado?
4. Qual é o organismo regulador das telecomunicações nacionais?
5. Qual é o organismo regulador das telecomunicações internacionais?
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Capítulo 2 - Sistemas de Comunicação
Móvel
Este Capítulo tem por objectivo apresentar os conceitosprevalecentes aos sistemas de comunicações móveis e à suaestrutura celular.
2.1. Conceito de comunicação rádio
O telemóvel é na sua essência um equipamento emissor/receptor porque recebe e
emite sinais de rádio.
As comunicações de rádio entre um emissor e um receptor podem ser do tipo simplex,
half-duplex ou duplex.
Em simplex, a comunicação é feita numa única direcção ou seja, somente do emissor
para o receptor, como mostra a Fig. 2-1.
Um exemplo simplex é o de uma emissora de rádio FM. Ela emite mas os rádios que
captam a estação, não têm qualquer possibilidade de comunicar com ela.
Capítulo
Fig. 2-1 – Comunicação Simplex
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Em half-duplex a comunicação pode ser feita em ambos os sentidos, mas de modo
alternado, ou seja, num determinado instante a informação só vai ou só vem, tal como
indicado na figura Fig. 2-2.
Um exemplo half-duplex é a comunicação utilizando walkie-talkies. Quando uma
pessoa fala a outra deve escutar. Quando a primeira pessoa termina de falar, diz
"terminado" e liberta o canal para a outra pessoa poder então comunicar.
A impossibilidade de falarem ao mesmo tempo é derivada de se utilizar a mesma
frequência para emitir e receber.
Não há actualmente tecnologia que permita ao mesmo equipamento estar a emitir e a
receber sinais na mesma frequência porque os sinais emitidos são muito fortes e se
sobrepõem aos sinais recebidos que são sempre muito mas mesmo muito mais fracos.
Para que uma comunicação rádio possa ser feita em ambos os sentidos é necessário
utilizar duas frequências diferentes, uma para emissão, outra para recepção (Fig. 2-3).
Estas frequências têm que ser suficientemente afastadas entre si para que não façam
interferência uma na outra durante a emissão/recepção.
Chama-se CANAL ao conjunto de frequências utilizado para fazer uma transmissão de
sinal.
Um canal simplex ou half-duplex necessita apenas de um conjunto de frequências que
Fig. 2-2 – Comunicação Half-duplex
Fig. 2-3 – Comunicação Full duplex
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 21
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será comum à emissão e à recepção.
Um canal duplex obriga a dois conjuntos de frequências, um para emissão, outro para
recepção. O canal duplex é portanto formado por dois canais simplex.
À comunicação emissor receptor chama-se downlink ou ligação descendente e à
comunicação receptor emissor chama-se uplink ou ligação ascendente (Fig. 2-4).
Sempre que ligamos um telemóvel para receber ou para fazer uma chamada
telefónica, ele comunica com uma estação base próxima e é a partir dessa estação que o
sinal será reencaminhado para outros telemóveis ou para a rede fixa.
Nunca se faz comunicação entre telemóveis directamente.
2.2. Conceito de plano de frequências
Os sistemas de comunicação móvel usam frequências de rádio para emissão e
recepção em duplex.
Nas comunicações móveis, o sistema adoptado em Portugal utiliza três bandas de
frequências:
Banda GSM: [890-935 MHz] uplink e [935-960 MHz] downlink
Banda DCS: [1.710-1.785 MHz] uplink e [1805-1880 MHz] downlink
Banda UMTS: [1920-1980 MHz] uplink e [2110-2170 MHz]
A banda GSM900 foi posteriormente ampliada entre [880Mhz-890MHz] e [925MHz-
935MHz].
Fig. 2-4 – Downlink-Uplink
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 22
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A frequência de uplink é sempre menor que a de downlink, porque as frequências mais
baixas se atenuam menos na propagação o que compensa o facto de o telemóvel emitir com
potência muito mais baixa do que a estação base à qual vai se ligar.
2.3. Conceito de célula
Os primeiros sistemas de comunicação por rádio móvel possuíam uma única estação
base, com uma antena num ponto elevado e dominante e alta potência de transmissão,
cobrindo uma grande área e utilizando todo o espectro de frequências.
A comunicação ficava assim restrita à área coberta por essa antena e o volume de
tráfego era limitado pelo número de canais disponíveis.
Os sistemas deveriam estar geograficamente separados para evitar a interferência co-
canal, mas isto gerava descontinuidade das chamadas em andamento sempre que o
utilizador necessitava de percorrer duas áreas de serviço distintas servidas por antenas e
frequências diferentes.
O conceito de célula patenteado em 1972 pelos laboratórios Bell (EUA), foi a chave que
Fig. 2-5 – Comunicação 1ª geração
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veio revolucionar as comunicações móveis. Em vez de utilizar um emissor de alta potência
para cobrir uma área, utilizam-se vários emissores de baixa potência para cobrir a mesma
área de modo a que não interfiram entre si.
As antenas não precisam de ser instaladas tão altas e por isso a mesma frequência
pode ser reutilizada em distâncias pequenas permitindo maior cobertura para mais
assinantes.
A contrapartida destas vantagens é a necessidade de instalar muito mais antenas e
equipamentos aumentando o custo das infraestruturas.
A Fig. 1-1 dá um exemplo da diferença do conceito tradicional para o conceito célula. A
área da figura pode ser coberta por só estação rádio de alta potência com por exemplo 100
canais.
Se utilizarmos estações de menor potência poderemos então atribuir 25 canais para
cada uma dessas antenas e repetir os canais atribuídos desde que a distância entre estações
seja suficiente para eles não interferirem.
Assim as estações [1 e 7], [2 e 4], [3 e 5] e [6], ao transmitirem 25 canais cada uma
Fig. 2-6 – Conceito celular
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totalizarão 175 canais em vez de 100 canais da estação de antena de alta potência.
Este conceito celular permite portanto a reutilização de frequências e o aumento
substancial de capacidade de tráfego dentro da mesma área.
[Curiosamente o conceito celular influenciou até o nome dos equipamentos pois na
maioria dos países, utiliza-se a designação de “telefone celular” para o que em Portugal
designamos por “telemóvel”].
Na sua essência cada uma destas células pode ter o formato que se quiser, mas o
formato mais intuitivo seria o formato circular, tal como indicado na Fig. 2-7, porque a
antena da célula, se fosse uma antena do tipo isotrópico, transmitiria por igual em todas as
direcções.
Contudo, o projecto de redes móveis, fica mais fácil e aproxima-se mais da realidade
prática se for utilizada a célula hexagonal, como se mostra na Fig. 2-8.
Fig. 2-7 – Célula circular
Fig. 2-8 – Célula hexagonal ou circular?
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 25
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Uma célula representa a área geográfica coberta pelo sinal de rádio emitido pela(s)
antena(s) que comunica(m) com os telemóveis. Quando se projecta um sistema celular
idealiza-se uma área (célula) totalmente abrangida pelo sinal de rádio que só cobre essa
área e não interfere na área (célula) vizinha.
Repare que o formato circular deixaria zonas sem cobertura. O formato hexagonal é
mais adequado porque permite visualizar muito melhor, em teoria, a forma como o sistema
está implementado no terreno.
Acresce que ao longo de todos estes anos de projectos e ensaios de redes móveis,
provou realmente ser o formato que mais se aproxima da realidade no terreno e por isso é o
formato normalmente adoptado.
2.4. Conceito de cluster
As células são agrupadas em clusters (Fig. 2-9).
Chama-se cluster ao conjunto das células que utiliza todas as frequências disponíveis
pelo operador, sem que haja repetição de frequências.
Neste exemplo o tamanho do cluster é de 7 células por isso n=7, mas poderia ser de
qualquer outro valor. Os valores mais utilizados são 3, 4 e 7 (Fig. 2-10).
Fig. 2-9 – Cluster
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 26
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No próximo capítulo voltaremos a este exemplo para explicar detalhadamente quais as
vantagens ou desvantagens de utilizar diferentes clusters.
Ao fazer o projecto de uma rede de comunicações móveis, a distância entre centros de
clusters é um dos factores principais a calcular. Ela depende de vários factores,
nomeadamente da potência de emissão, do relevo do terreno/obstáculos e do volume de
tráfego previsto.
Por essa razão o tamanho das células não é predefinido, sendo o projectista da rede
quem determina quantas células vai haver e que tamanho vão ter.
A Fig. 2-11 mostra um exemplo de células de tamanho diferente fazendo parte da
Fig. 2-10 – Clusters de n=3, n=4 e n=7
Fig. 2-11 – Macro, micro e pico-células
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 27
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mesma rede.
As células maiores (também chamadas de macrocélulas) utilizam-se em zonas de
pouco tráfego (poucos utilizadores) e dispersos por grande área como acontece nos meios
rurais. Podem ter diâmetros de 3 a 35Km embora na prática raramente excedam 10km.
Nos meios mais densamente povoados são habituais as microcélulas cobrindo áreas de
ruas ou quarteirões (300m a 3 Km).
Em grandes edifícios como centros comerciais ou em casos como o metropolitano
utilizam-se picocélulas (30m a 300m) uma vez que as próprias paredes internas dos edifícios
limitam o alcance da transmissão e a interferência entre células vizinhas, que assim podem
ficar muito juntas. Excepcionalmente podem utilizar-se nanocelulas (3m-30m).
As distâncias referidas são apenas indicativas e o sinal não fica totalmente confinado
dentro da célula pelo que haverá sempre uma certa sobreposição entre células (Fig. 2-12).
Contudo, isso até tem vantagens pois permite ao sistema detectar que um utilizador
em movimento está a sair de uma célula e a entrar noutra, dando assim tempo para fazer a
comutação entre células sem que a comunicação seja interrompida.
2.5. Sectores
Frequentemente, as células são divididas em sectores o que as torna mais eficientes
pois permite maior reutilização de frequências ou seja maior número de chamadas em
simultâneo.
As antenas transmitem para dentro da célula e nas células divididas em sectores,
Fig. 2-12 – Célula hexagonal real
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 28
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cobrem apenas uma parte da célula não a célula inteira. Tudo depende da localização da
antena em relação à célula.
Na Fig. 2-13, mostram-se 3 exemplos de possível cobertura. O ponto representa a
localização das antenas que cobrem as células. As antenas podem estar localizadas no meio
de 3 células (3 sectores), no meio de duas células (2 sectores) ou no centro da célula.
Na Fig. 2-14 mostra-se uma torre com antenas de 3-sectores
muito comum nas instalações que nos rodeiam.
Embora possamos imaginar cada célula como tendo as suas
antenas no centro, e a apontarem em todas as direcções, na
prática a célula é o hexágono a tracejado na Fig. 2-15 e portanto as antenas estão nos
cantos da célula e não no seu centro.
Fig. 2-13 –Sectores
Fig. 2-14 – AntenasFig. 2-15 – Multisectores
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 29
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2.6. Factor de reuso
A reutilização de frequências é feita dividindo-se todo o espectro disponível em grupos
de frequências. Estes grupos são utilizados em células separadas entre si o suficiente para
não haver interferência. As células que contêm o mesmo grupo de frequências são
denominadas co-células. Na Fig. 2-16 as células 1 e 2 são co-células.
Define-se Factor de Reuso (N) como sendo o número de células adjacentes que
utilizam o espectro original, ou seja, o número de grupos de frequências.
Quanto menor o factor de reutilização, maior o número de canais por grupo, portanto
mais canais por célula e maior volume de tráfego oferecido por cada célula.
Podemos obter o factor de reuso N, dividindo a área total do cluster pela área de uma
célula.
Matematicamente é possível obter uma relação entre D (distância entre cocélulas), R
(o raio maior do hexágono) e o factor de reuso N.
Á medidas que aumentamos o factor de reuso N, ou seja, o número de células por
cluster, estaremos diminuindo o número de canais por célula, diminuindo o volume de
tráfego por célula.
Fig. 2-16 – Factor de reutilização
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 30
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Por outro lado, estaremos aumentando a relação D/R (podemos entender que estamos
aumentando a distância de reutilização ou que estamos diminuindo o raio das células). Isto
implica na diminuição da interferência entre co-células, uma vez que a potência transmitida
decresce com a distância.
Considerando a diminuição do factor de reutilização, estaremos aumentando o tráfego
nas células para um maior número de canais. O oposto é a diminuição da relação D/R
implicando uma menor qualidade do sinal recebido. A tabela seguinte, ilustra bem a relações
do factor de reuso com o tráfego e a qualidade do sinal recebido.
Factor dereuso N
RelaçãoD/R
Canaispor Célula
Tráfego porCélula
Qualidadena recepção
3 3.00 138 alto baixa
4 3.46 104 ↓ ↑
7 4.58 59 ↓ ↑
9 5.2 46 ↓ ↑
12 6.00 34 baixo alta
Podem-se utilizar células de outro formato que não o hexagonal. Para o planeamento
de microcélulas em região urbana, por exemplo, padrões triangular, quadrado ou até de
outras formas podem ser utilizados.
2.7. Estrutura Básica do sistema móvel
Um sistema móvel celular, na sua forma mais elementar está representado na Fig.
2-17.
Ao efectuar uma chamada, o telemóvel comunica com a Estação de Base (BTS - Base
Station Transceiver) mais próxima ou com a que tenha sinal mais forte.
A BTS encaminha o sinal para uma Controladora de Estações de Base (BSC). Existem
cerca de 20 a 30 BTS por cada BSC.
A mobilidade do sistema é garantida pelos conceitos de handover, que permite a
continuidade da chamada em andamento quando se atravessa a fronteira entre células, e de
roaming, que permite o acesso ao sistema em outra área de serviço que não àquela em que
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 31
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o assinante mantém seu registo.
O telemóvel transmite por rádio para a BTS da célula mais próxima
A chamada é enviada por cabo, fibra óptica ou feixe hertziano para uma BSC que a
envia para o destinatário (telemóvel ou fixo)
A comunicação nunca se faz directamente entre telemóveis
Fig. 2-17 – Estrutura básica de um sistema móvel
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 32
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2.8. Questionário de revisão
1. Qual a diferença entre comunicação half-duplex e duplex?
2. Qual a grande do sistema celular sobre o sistema convencional?
3. Qual a diferença entre macro-celula e microcelula?
4. Quais as bandas de frequência utilizadas nas comunicações móveis em Portugal?
5. O que é um cluster?
6. O que é o Hand-off?
7. O que é o Roaming?
8. O que é a BTS (Base Transceiver Station) e qual a sua função?
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 33
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Capítulo 3 - Sistema GSM
Este Capítulo tem por objectivo apresentar a arquitecturabásica dos sistemas GSM na sua estrutura celular. Daremosdestaque também ao plano de frequências, aos métodos deacesso ao meio e a sinalização de controle.
3.1. Estrutura GSM
O conceito celular tal como descrito no capítulo anterior, tem grandes vantagens que
podem ser resumidas nos seguintes pontos:
Permite reduzir a potência de transmissão.
Permite descentralizar toda a informação.
Os problemas de cada célula são tratados dentro dela própria.
Permite um maior número de utilizadores por possibilidade de reutilização de
frequências.
Cada célula (macrocélula) tem uma Estação de Base (BTS) equipada com antenas que
normalmente ficam em pontos altos (edifícios, postes montes, etc.), e que têm potências de
emissão de 2,5 a 300W, cobrindo distâncias até cerca de um máximo de 35 km.
No sistema GSM, várias Estações Base (BTS) são controladas por uma BSC (Base
Station Controler) que encaminha as chamadas de e para a rede fixa ou para outros
telemóveis da mesma rede ou de diferentes redes
Capítulo
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 34
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A Fig. 3-1 mostra a estrutura simplificada da rede GSM e que detalharemos
oportunamente.
A BSC tem acesso aos registos de assinantes, visitantes e faz as operações de
autenticação e detecção da identidade do telemóvel.
3.2. Atribuição de frequências
As frequências atribuídas à rede GSM foram (Fig. 3-2):
Fig. 3-1 – Estrutura GSM
Fig. 3-2 – Frequências atribuídas à rede GSM
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 35
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BANDA GSM 900 – [890-935 MHz] uplink e [935-960 MHz] downlink.
BANDA DSC 1800 – [1.710-1.785 MHz] uplink e [1805-1880 MHz] downlink.
Mais tarde, a banda GSM foi posteriormente alargada em 10 MHz (880-890 MHz e
925-935 MHZ) - Banda EGSM
As frequências em que o telemóvel emite e recebe (uplink e downlink) estão portanto
separadas de 45MHz.
A banda GSM900 tem uma largura de banda uplink de 935-890=25 MHZ. Como cada
canal tem 200KHz de largura de banda, então na banda GSM900 existem 124 pares de
canais (uplink + downlink).
Através do AFRCN (Absolute Radio Frequency Channel Number) a cada canal é
atribuído um número, por ser muito mais fácil referenciar esse canal por números do que
por frequências. O número obtém-se fazendo o seguinte cálculo
GSM : [890+nx0.2] MHz canal n=1 f=890,02MHz (up) e 935,02MHz (down)
DCS : [1710,2+(n-512)x0.2] MHz para 512n885
Utilizando esta forma de cálculo, a banda GSM900 tem canais 124 canais, numerados
de [1 a 124] e a banda DCS1800 tem 373 canais numerados de [512 a 885] (Fig. 3-3).
Fig. 3-3 – Atribuição de frequências GSM (AFRCN)
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 36
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A banda EGSM acrescentou 10MHz ou seja mais 50 canais de 200KHz que foram
numerados de [975 a 1023].
Em Portugal, os 120 canais GSM900 foram distribuídos pelos 3 operadores nacionais
como indicado na Fig. 3-4.
Fig. 3-4 – Atribuição de frequências aos operadores nacionais
Fig. 3-5 – Atribuição de frequências GSM (uplink)
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 37
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A Fig. 3-5 mostra mais em pormenor quais os canais e frequências atribuídos aos
operadores nacionais em GSM900.
3.3. Estrutura da rede GSM
Uma rede GSM tem uma arquitectura tal como indicado simplificadamente na Fig. 3-6.
Devido às características inerentes a uma rede de comunicações móveis, a estrutura
requerida é extremamente complexa porque nas redes celulares, devido à natureza móvel
dos terminais, é imprescindível uma série de procedimentos a nível de tráfego e de
sinalização que não existiam na rede fixa tradicional.
O sistema GSM engloba os seguintes componentes:
Estação móvel (MS - Mobile Station), constituída pelo telemóvel (ME – Mobile
Equipment) e pelo cartão SIM.
Estações de base (BTS - Base Transceiver Stations) que asseguram as comuni-
cações com as Estações Móveis em cada célula.
Fig. 3-6 – Estrutura da rede GSM
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 38
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Controlador de estações de base (BSC – Base Station Controler) que gere entre 20
a 30 BST e que possui o registo de todos os visitantes locais nesse momento
(VLR) e a sua localização em cada uma das BST
Central Comutadora de Serviços Móveis (MSC - Mobile Service Switching Center)
que endereça as ligações para o correspondente MSC ou para outras redes (rede
fixa, internet, etc)
Registo de assinantes nominais (HLR – Home Location Register) base de dados
que gere os assinantes e contem informação sobre a sua localização.
A Fig. 3-7 mostra de uma forma mais explicita a estrutura da rede GSM e as suas
ligações para o exterior.
3.4. Componentes da rede GSM
Da análise da figura Fig. 3-7, ressaltam 3 grandes blocos constituintes do sistema:
RSS – Radio Sub-System (engloba todos os circuitos que utilizam sinais rádio)
Fig. 3-7 –Rede GSM global
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 39
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NSS – Network and Switching Sub-system (engloba todos os circuitos de
encaminhamento de chamadas, handover e comutação)
OSS – Operation Sub-System (engloba todos os circuitos que fazem a gestão
da rede)
Analisaremos de seguida cada um destes blocos:
3.4.1. Rádio Sub-System (RSS)
O subsistema de rádio é constituído pelos circuitos que utilizam ou controlam a
comunicação rádio (Fig. 3-8).
Para maior facilidade de compreensão, o RSS=BSS+MS ou seja o Subsistema de
Rádio é constituído pela Base Station Subsystem (1 BSC + várias BTS) + a estação móvel
(MS).
Fig. 3-8 – RSS (rádio sub-system)
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 40
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3.4.1.1. Subsistema de estações de base (BSS)
O BBS encarrega-se do controle da ligação rádio com as estações móveis (MS). É
dividido em duas partes: o controlador de estações base (BSC) e as estações base (BTS)
como indicado na Fig. 3-9.
A BTS aloja as antenas, os emissores/receptores de rádio e o restante equipamento
que permite comunicar com as estações móveis (telemóveis). Normalmente são as antenas
que vemos ao longo das auto-estradas ou no alto de edifícios ou mastros (Fig. 3-10).
Fig. 3-9 –Sub-Sistema de Estações base (BSS)
Fig. 3-10 – BTS (Base Transceiver Station)
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 41
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A BTS é responsável por monitorar os sinais recebidos das MS comunicando à BSC
qualquer alteração indesejável em relação a potência ou a interferência no sinal recebido.
Desempenha também outras funções, mas disso falaremos oportunamente.
Numa área urbana a quantidade de BTS é grande para permitir que haja muitas
células e assim aumentar o volume de tráfego. Numa zona rural a distância entre BTS é
muito maior porque há pouco volume de tráfego (Fig. 3-11).
Cada BTS pode suportar até cerca de 150 canais de voz, dependendo do projecto da
célula, do sistema e de sua aplicação.
A BSC, por sua vez, faz a gestão dos recursos para cerca de 15 a 30 BTS, tais como,
configuração dos canais rádio, saltos de frequência e transição entre células (handover). É a
BSC que faz a ligação entre as estações móveis (telemóveis) e o coração do sistema GSM, o
MSC (Centro de Comutação Móvel).
3.4.1.2. Estação Móvel (MS)
A Estação Móvel (MS - Mobile Station) é constituída pelo telemóvel propriamente
dito (ME - Mobile Equipment) e pelo cartão SIM (Subscriber Identification Module).
A estação móvel só funciona se tiver inserido um cartão inteligente designado por SIM
(Fig. 3-12). O cartão providencia mobilidade pessoal, de tal forma que o assinante consegue
Fig. 3-11 – Malha urbana e malha rural
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 42
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ter acesso aos serviços subscritos independentemente do terminal utilizado, isto é, ao inserir
o cartão SIM num terminal diferente, o assinante pode usufruir dos serviços a partir desse
terminal.
O cartão SIM tem uma identificação única mundial (IMSI), e o mesmo se passa com
como o telémovel (IMEI). Estes códigos são independentes entre si permitindo uma maior
mobilidade e uma segurança pessoal contra o uso não autorizado.
No capítulo 5 descreveremos mais em pormenor como funciona o telemóvel.
3.4.2. Network and Switching Subsystem (NSS)
O subsistema de rede e comutação (NSS) engloba todos os circuitos de encaminha-
mento de chamadas, handover e comutação e inclui os componentes marcados na Fig. 3-13
que analisaremos a seguir.
3.4.2.1. Central de comutação móvel (MSC)
A Central de Comutação Móvel (MSC) faz o interface entre o Sistema Móvel e a Rede
Pública. A sua estrutura é parecida com a das centrais telefónicas de comutação automática.
É responsável pelas funções de comutação e sinalização para as estações móveis
localizadas em uma área geográfica designada como a área do MSC. A diferença principal
entre uma MSC e uma central de comutação fixa é que a MSC tem que levar em
Fig. 3-12 – MS (Mobile Station)
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 43
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consideração a mobilidade dos assinantes (locais ou visitantes), e o handover da
comunicação quando estes assinantes se movem de uma célula para outra.
O MSC encarregado de encaminhar as chamadas para outros MSC e para as redes
fixas externas é chamado de Gateway MSC (GMSC).
Adicionalmente, providencia toda a funcionalidade necessária para o tratamento de um
assinante móvel, realizando o registo, autenticação, actualização da localização, transição
entre células (Handover) e controlando os assinantes de outras redes em roaming. Estes
serviços são providenciados em conjunto com várias entidades funcionais que juntas formam
o subsistema rede: HLR, VLR, GMSC e ISC.
O HLR, o VLR e o MSC, em conjunto providenciam as capacidades de roaming do GSM.
O HLR (Home Location Registrer) contém toda a informação administrativa de todos os
assinantes registados na correspondente rede de GSM, juntamente com a localização da
estação móvel onde residem. É a base de dados mais importante do sistema GSM porque
mantém um registo permanente e sempre actualizado dos dados de todos os assinantes da
rede.
Fig. 3-13 –NSS Network Switching subsystem
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 44
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O VLR (Visitior Locantion Registrer) é uma base de dados que contém informação
temporária sobre os assinantes que o MSC necessita para poder servir os assinantes
(visitantes) que entram na área. O VLR está sempre integrado com a MSC. As informações
fornecidas pelo VLR, são necessárias para controlar a chamada e providenciar os serviços de
cada assinante, situada dentro de uma determinada área de controle. Quando um telemóvel
entra numa área servida por uma nova MSC, o VLR ligado a essa MSC fará um pedido de
informação ao HLR. Mais tarde, se o telemóvel fizer uma chamada o VLR tem toda a
informação para estabelecer a chamada sem ter que interrogar o HLR de cada vez.
O MSC administra o sistema em termos de comutação, atribuição de canais, supervisão
das ERB, encaminhamento de tráfego, estatística de tráfego, procedimento de handoff ,
procedimentos de registo de EM locais, registo de roaming para EM visitantes, e tarifação do
sistema. O MSC é portanto o cérebro do sistema de comunicação móvel celular.
3.4.3. Operation Subsystem (OSS)
O subsistema de operação (OSS) engloba todos os circuitos que fazem a gestão da
rede e inclui os componentes marcados na Fig. 3-14, que analisaremos a seguir.
Fig. 3-14 –Operation Subsystem (OSS)
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 45
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3.4.3.1. Centro de Operação e Manutenção (OMC)
A central de Operação e Manutenção (MSC) está ligada a todos os equipamentos no
sistema de comutação e às BSC.
É a entidade functional a partir da qual o operador da rede controla e monitoriza todo
o sistema. Dela estão dependentes dois registos usados para segurança e autenticação:
O AuC (Autentication Center – central de autenticação) é uma base de dados protegida
que guarda uma cópia do código de cada SIM, que é usado para autenticar e encriptar a
comunicação.
É responsável pela autenticação dos assinantes no uso do sistema. O Centro de
Autenticação está associado a um HLR e armazena uma chave de identidade para cada
assinante móvel registado naquele HLR possibilitando a autenticação do IMSI do assinante. É
também responsável por gerar a chave para encriptar a comunicação entre MS e BTS.
O EIR (Equipment Identity Register) é uma base de dados que contém listagens de
todos os telemóveis válidos na rede, onde todas as estações móveis são identificadas pelo
IMEI. Um IMEI é considerado como inválido se declarado como roubado ou incompatível
com a rede e portanto é-lhe negado acesso à rede.
3.4.4. Protocolos GSM
Embora saia fora do âmbito deste manual, a Fig. 3-15 mostra que as várias partes
anteriormente descritas, ligam entre si, através de protocolos bem definidos e diferentes.
Os protocolos são fundamentais pois permitem que equipamentos de fabricantes
diferentes possam ser sempre interligados sem depender de marca ou de critério. Os
protocolos representados na figura são o Um, Abis, Asub, A e SS7.
Por ainda não ter sido anteriormente referido, o TRAU – Transcoder and Adaptation
Unit é uma unidade que se destina apenas, como o próprio nome indica, a fazer o interface
entre as BSC e a MSC respectiva.
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 46
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3.5. Técnicas de acesso ao meio
Procurando uma maior eficiência do uso do espectro disponível aos serviços de rádio
móvel, foram criadas técnicas que permitem o acesso de múltiplos utilizadores ao meio de
transmissão, ou seja, à partilha de canais de rádio.
Há três métodos de acesso ao meio nos sistemas de comunicação móvel celular
diferenciados apenas pela manipulação adequada da frequência, do tempo ou de códigos.
O Frequency Division Multiple Access (FDMA) é caracterizado pela atribuição de
diferentes frequências para os canais de voz (Fig. 3-16) .
Fig. 3-15 – Protocolos GSM
Fig. 3-16 – FDMA
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 47
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O Time Division Multiple Access (TDMA) faz uso do processamento digital do sinal
de voz e multiplexa a informação de diferentes usuários em slots de tempo diferentes dentro
de um mesmo canal físico (Fig. 3-17).
O Code Division Multiple Access (CDMA) multiplixa a informação digital por códigos
de taxa mais elevada espalhando o espectro do sinal em uma faixa larga compartilhada com
outros códigos (Fig. 3-18).
Fig. 3-17 – TDMA
Fig. 3-18 – CDMA
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 48
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A comparação entre os três sistemas pode ser feita na Fig. 3-19.
Como as comunicações nos sistemas móveis são feitas em duplex, então essa
comunicação duplex pode ser feita por divisão de frequência, de tempo ou de código, ou
seja, utilizando Frequency Division Duplex (FDD), Time Division Duplex (TDD) ou Code
Division Duplex (CDD).
Os sistemas também podem ser classificados com relação a largura de banda do canal.
O FDMA é intrinsecamente uma arquitetura de banda estreita, enquanto CDMA é uma ar-
quitetura de banda larga. O TDMA, por outro lado, pode ser implementado como de bnada
estreita ou de banda larga.
A escolha do método de acesso para sistemas de rádio móvel é uma tarefa um tanto
complexa pois todos os métodos FDMA, TDMA e CDMA apresentam vantagens e
desvantagens.
O GSM adoptou um misto de FDMA com TDMA (Fig. 3-20).
O TDMA permite que oito utilizadores partilhem o canal ao mesmo tempo. O FDMA
permite que as comunicações se façam em simultâneo em 124 canais de 200KHz de largura
de banda cada um.
O GSM permite portanto um máximo de 8x124=992 canais.
No capítulo 5 detalharemos o funcionamento do telemóvel.
Fig. 3-19 – FDMA, TDMA, CDMA
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 49
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3.6. Canal de difusão e canal de tráfego
A Fig. 3-22 é uma visão detalhada de uma célula GSM típica. As células podem ter um
raio de até 35 km no GSM900 e 2 km no DCS1800 (devido à menor potência das unidades
móveis do DCS1800).
A parte mais óbvia da célula GSM é a estação base e a sua torre de antena. É comum
ter diversos sectores ao redor de apenas uma torre de antena. A torre terá diversas antenas
direccionais, cada uma destas cobrindo uma área em particular.
Cada BTS possuirá um certo número de pares Tx/Rx ou módulos transceptores. Este
número determinará o número de canais de frequência que poderão ser usados na célula, o
que dependerá do número esperado de usuários.
Todas as BTSs produzem um BCH (Canal de Broadcast).
Fig. 3-20 – GSM (FDMA+TDMA)
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 50
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O BCH é como um farol ou sinal luminoso. Ele está ligado todo o tempo e permite que
as unidades móveis encontrem a rede GSM. A intensidade do sinal BCH é também usada
pela rede em diversas funções relacionadas ao usuário, sendo um meio útil para dizer qual é
a BTS mais próxima da unidade móvel. Este sinal também carrega informações codificadas,
como a identidade da rede, mensagens de paging para as unidades móveis que devam
aceitar uma chamada telefónica e diversas outras informações.
O BCH é recebido por todas as unidades móveis “acampadas” na célula, estejam estas
no meio de uma chamada ou não.
O canal de frequência usado pelo BCH é diferente em cada célula. Os canais podem
ser reutilizados por células distantes, nas quais o risco de interferência é baixo. As unidades
móveis em chamada usam um TCH (Canal de Tráfego). O TCH é um canal bidireccional
usado para a troca de informações de conversação entre a unidade móvel e a estação base.
As informações são divididas em uplink e downlink, dependendo da direcção do fluxo. O
GSM separa o uplink e o downlink em bandas de frequência distintas. Dentro de cada banda,
o esquema de numeração de canais usado é o mesmo. Na verdade, um canal do GSM é
formado por um uplink e um downlink.
É interessante observar que, enquanto que o TCH usa um canal de frequência no
Fig. 3-21 – Canal de difusão (BCH) e canal de tráfego (TCH)
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 51
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uplink e no downlink, o BCH somente ocupa um canal no downlink. O canal correspondente
no uplink é, na verdade, deixado desocupado. Este canal pode ser usado pela unidade móvel
para canais não programados ou canais de acesso aleatório (RACH). Quando a unidade
móvel quiser chamar a atenção da estação base (para fazer uma chamada, por exemplo),
ela poderá fazê-lo usando este canal de frequência desocupado para enviar um RACH. Como
mais de uma unidade móvel pode querer chamar a atenção da estação ao mesmo tempo, é
possível que haja uma colisão de canais RACH, e talvez seja necessário que as unidades
móveis façam diversas tentativas para serem ouvidas
Os canais dos sistemas de comunicação móvel celular podem ser classificados como
canais de voz ou de controle.
Os canais físicos também podem ser subdivididos em outros canais lógicos nos
sistemas digitais TDMA e CDMA, carregando tanto voz quanto informação, nos canais de
voz, ou carregando mensagens específicas em canais lógicos dentro dos canais de controle.
Os canais do sistema móvel ainda podem ser classificados quando a direcção de
propagação como Canal Directo (Forward Channel), da BTS para as EM; ou Canal Inverso
(Reverse Channel), da EM para a BTS. Assim teremos basicamente:
FOCC – Forward Control Channel
RECC – Reverse Control Channel (também conhecido como Canal de Acesso)
FVC – Forward Voice Channel
RVC – Reverse Voice Channel
Os FOCC ficam o tempo todo no ar levando informações inerentes ao sistema a todos
as EM. São mensagens como de Identificação do Sistema (SID), quantos e quais RECC estão
disponíveis na região, informação de paging quando a CCC procura por uma determinada
EM, o número do primeiro canal de voz que a EM deve sintonizar para atender uma
chamada, dentre outras.
O RECC é o canal de aceso do móvel ao sistema, tanto para dar início a uma chamada,
como para responder ao paging.
Assim teremos as mensagens de confirmação de ordens recebidas pelo FOCC, de
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 52
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origem de chamada, de ordem de registo, etc.. Quando uma EM precisa enviar uma
mensagem, esta busca o RECC de mais alta potência recebida, sintoniza-o e envia a
chamada no primeiro slot livre. Perceba que todas as EM de uma mesma região tentarão
transmitir pelo mesmo RECC.
Os canais de voz também carregam mensagens de controle. Em canais lógicos, nos
sistemas digitais, ou através de rajadas de dados de aproximadamente 0,1 segundo nos
sistemas analógicos. Neste último caso, utiliza-se o esquema FSK a 10 kbps.
O FVC transmite ordens da CCC ou da ERB à EM. O RVC responde às ordens e envia
outras informações como o término da chamada.
3.6.1. Procedimento de “handover”
O procedimento de handover é iniciado quando a BTS detecta que o nível do sinal
recebido da MS está a aproximar-se do limiar permitido ao sistema e, em sequência:
A BTS informa a BSC que há a necessidade de handover.
A BSC determina que as BTS adjacentes à primeira monitorem o sinal
recebido da EM pelo RVC.
As BTS retornam à BSC a informação do nível do sinal recebido.
Com base no nível do sinal em cada BTS e considerando a disponibili-
dade de canais nestas BTS, a BSC reserva um novo par FVC/RVC nesta
BTS.
A BSC determina que a primeira BTS informa à EM via FVC, em burts, o
número do novo par FVC/RVC e que os sintonize.
A EM envia uma sinalização à primeira BTS confirmando a ordem e
sintoniza o novo par e começa transmitir.
A nova ERB começa a receber o sinal da EM e informa à CCC.
A CCC comuta o tronco para a nova ERB dando prosseguimento à
conversação e determina que a primeira ERB libere o antigo par
FVC/RVC.
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 53
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3.6.1.1. Tipos de “handover”
A – Handover na mesma BTS
É necessário se o canal em utilização for distorcido por uma interferência. A MS tem
que lhe atribuir um novo canal dentro da mesma célula (Fig. 3-23).
B – Handover na mesma BSC
É necessária se a MS se move para fora da fronteira entre duas células pertencendo à
Fig. 3-22 – Procedimento de handover
Fig. 3-23 – Handover na mesma BTS
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 54
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mesma BSC. O handover é controlado pela BSC e a correspondente MSC só é informada da
nova atribuição de célula (Fig. 3-24)
B – Handover na mesma MSC
É necessária se a MS se move para fora da fronteira entre duas células pertencendo a
diferentes BSC mas com a mesma MSC. A ligação é comutada para a nova BSC, mas
permanece sob a alçada da MSC que controlou o handover.
B – Handover em diferentes MSC
É necessária se a MS se move para fora da fronteira entre duas células pertencendo a
diferentes MSC.
Operação mais complexa porque é necessário estabelecer uma ligação e comutar para
um outro centro de controle (MSC). O controle é tomado pela MSC que controlava a ligação
antiga (Fig. 3-26)
Fig. 3-24 – Handover na mesma BSC
Fig. 3-25 – Handover na mesma MSC
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 55
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3.6.2. Procedimento de roaming
Quando uma EM sai de sua área de localização, seja dentro do sistema controlado pelo
mesmo operador, ou para a rede de outro operador, dá-se início ao procedimento de
roaming.
O processo começa quando a EM verifica que a identificação do sistema não
corresponde àquela em que está registada. Então:
A EM solicita a MSC o seu registo no sistema.
A MSC verifica que esta EM não se encontra no seu Home Location
Register (HLR) nem no seu Visit Location Register (VLR).
Esta MSC contacta a MSC original da EM informando que está agora
cadastrada no seu VLR.
A MSC original da EM actualiza o seu HLR, para que qualquer chamada
para esta EM seja comutada para a outra MSC.
O VLR da nova MSC atribui à EM uma identificação fictícia para efeito de
tarifação.
Através do VLR a nova MSC faz a tarifação diferenciada para a EM em
roaming.
3.6.3. Estabelecimento de comunicação fixo-móvel
Quando um telefone fixo tenta comunicar com um telemóvel, dá-se inícioa à seguinte
Fig. 3-26 – Handover diferentes MSC
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 56
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sequência de operações ( Fig. 3-27)
1. O telefone disca um número de um telemóvel.
2. A rede fixa encaminha a chamada para a GMSC do operador do indicativo
3. A GMSC usa o HLR para descobrir qual a MSC responsável por esse telemóvel.
4. Obtida a resposta a GMSC faz a comutação para a MSC onde se encontra o
assinante de destino
5. A MSC de destino recebe a chamada.
6. A MSC consulta a sua VLR para saber em que BSS se encontra esse assinante.
7. Obtém a resposta com a localização do assinante.
8. Encaminha a chamada para a BSC respectiva
9. A comunicação é estabelecida.
3.6.4. Estabelecimento de comunicação móvel-fixo
Quando uma EM dá início a uma chamada, efectua a seguinte sequência :
1. Procura picos de energia dentro da banda autorizada
2. Memoriza os 5 mais fortes
Fig. 3-27 – Handover diferentes MSC
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 57
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3. Tenta captar o mais forte
Uma vez obtida a ligação a comunicação será estabelecida pelo caminho inverso do
anteriormente mencionado.
935 960
Fig. 3-28 – Início de chamada
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 58
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3.7. Questionário de revisão
1. Qual a diferença entre comunicação half-duplex e duplex?
2. Qual a grande do sistema celular sobre o sistema convencional?
3. Qual a diferença entre macrocélula e microcelula?
4. Quais as bandas de frequência utilizadas nas comunicações móveis em Portugal?
5. O que é um cluster?
6. O que é o Hand-off?
7. O que é o Roaming?
8. O que é a BTS (Base Transceiver Station) e qual a sua função?
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 59
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Capítulo 4 - Sistema UMTS
Este Capítulo tem por objectivo apresentar ao leitor uma visãosimples do que é o sistema UMTS e quais as diferenças em relação aoGSM.
4.1. Introdução ao UMTS/IMT2000
O sistema GSM teve um crescimento que poucos mesmo os mais optimistas poderiam
prever e esse sucesso veio trazer novas necessidades em termos de comunicações
individuais.
O que de início era apenas um telefone começou a evoluir no sentido de agora se
poder já prever que dentro de poucos anos o telemóvel será o dispositivo mais completo dos
que utilizamos pois terá funções multimédia completas (telefone, computador e TV).
Temos assistido a esta evolução cujo primeiro denominador foi aumentar as
velocidades para viabilizar a internet no telemóvel. Foi a geração GPRS cujas velocidades
máximas teóricas eram de 111Kbits/s embora na prática raramente excedessem 30Kbits/s.
O GPRS aproveitava de 2 a 8 slots da trama TDMA do GSM (Fig. 4-1)
A introdução do sistema UMTS (Universal Mobile Telephon System) em 2005 foi um
grande passo em frente embora com as limitações de não ter sido “universal” como o nome
indica e como se desejaria.
A filosofia é bastante diferente da filosofia de rede do GSM e as frequências atribuídas,
Capítulo
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 61
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as técnicas de acesso ao meio e até os nomes dos componentes do sistema são muito
diferentes.
4.2. Plano de frequências
A Fig. 4-2 mostra o plano de frequências que foi adoptado a nível mundial para o
UMTS.
O interessante deste plano é verificar que uma vez mais, não houve unanimidade
universal pois nestas decisões muitas vezes o interesse nacional se sobrepõe à
universalidade.
Fig. 4-1 – GPRS – aumento débito binário
Fig. 4-2 – plano de frequências UMTS
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 62
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Exemplo flagrante é o caso dos Estados Unidos que frequentemente sobrepõem os
seus interesses às directivas emanadas da ITU.
Na Europa foram adoptadas as frequências de:
Uplink – [1920MHz – 1980MHz]
Downlink – [2110MHz – 2170MHz]
Repare que o ITU atribuiu ao UMTS frequências que actualmente estão ocupadas pelo
GSM, mas isso faz parte de um plano futuro para quando o GSM ficar “obsoleto” essas
frequências poderem ser dispensadas para a nova tecnologia.
4.3. Comparação GSM-UMTS
O UMTS utiliza uma tecnologia de acesso ao meio diferente do GSM.
Da mesma forma, embora o conceito e a estrutura celular se mantenham, no UMTS as
Fig. 4-3 – Rede mista UMTS-GSM
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 63
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partes constituintes do sistema também terão denominações e especificações diferentes.
A Fig. 4-3 representa uma rede mista UMTS-GSM.
A estação base (BTS) da rede GSM designa-se na rede UMTS por Node B.
GSM utiliza uma técnica de acesso ao meio que conforme vimos anteriormente se
4.4. Técnicas de acesso ao meio
GSM utiliza uma técnica de acesso ao meio que conforme vimos anteriormente é um
misto de FDMA e TDMA.
Em UMTS utiliza-se o CDMA (Fig. 4-4)
4.5. Soft Handover
O Handover ocorre quando uma chamada tem que ser passada de uma célula para
outra à medida que o utilizador se move entre células.
Num "hard" handover tradicional, a ligação com a célula actual é quebrada primeiro e
só depois é feita a ligação à nova célula.
Fig. 4-4 – GSM e UMTS
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 64
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Chama-se a isto em inglês "break-before-make" handover o que poderia ser traduzido
por “quebrar antes de fazer” mas o utilizador praticamente não se apercebe disso.
Uma vez que todas as células no CDMA usam a mesma frequência, é agora possível
fazer a ligação à nova célula antes de deixar a célula actual. Isto é conhecido como "make-
before-break" ou "soft" handover.
Este tipo de handover permite o telemóvel ligue a mais do que uma célula (Fig. 4-5) e
requer muito menos potência, o que reduz a interferência e aumenta a capacidade. "
Fig. 4-5 – Soft handover
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 65
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Capítulo 5 - O Telemóvel GSM
Este Capítulo tem por objectivo descrever, de forma sucinta e semrecurso a conhecimentos profundos de electrónica, o modo como otelemóvel se comporta na emissão e na recepção. Abordaremostambém as suas principais características técnicas em termos de sinaispresentes e seu tratamento.
5.1. Esquema funcional em emissão
Um telemóvel é na sua essência, um telefone sem fios, Quando falamos ao
microfone ele comporta-se como emissor, emitindo a nossa voz, já digitalizada, e
modulada num dos canais uplink disponibilizados pela BTS.
Quando escutamos o nosso interlocutor, o telemóvel funciona como receptor
recebendo um sinal no canal downlink (que faz par com o de uplink da emissão). O
sinal recebido também vem modulado e digitalizado numa portadora e precisa
portanto de ser desmodulado e convertido novamente em analógico para o
podermos ouvir no altifalante.
Uma vez que a descrição detalhada da electrónica interna do telemóvel sai
fora do âmbito deste manual, faremos a descrição do seu funcionamento utilizando
um diagrama de blocos e aí analisaremos o seu comportamento na emissão e na
recepção.O diagrama de blocos completo de um telemóvel GSM, trabalhando nas
bandas GSM900 e DCS1800 está representado na Fig. 5-1.
Capítulo
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 66
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Fig. 5-1 – Diagrama de blocos de um telemóvel GSM
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 67
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Na emissão:
O som é captado pelo microfone (ponto A), amplificado, convertido de analógico
para digital e entra no processador de sinal (DSP).
No DSP, o sinal binário é comprimido pelo vocoder e encriptado, sendo depois os
dados reagrupados em pacotes (burst) de 155 bits de duração de 577s.
Estes pacotes ou bursts passam num filtro gaussiano e são depois tratados para
produzirem os sinais TXI e TXQ (ponto B)
Uma portadora auxiliar (ponto D) é modulada pelos sinais TXI e TXQ.
Este sinal é transportado à frequência de emissão por um outro sinal sinusoidal
(ponto E).
O sinal modulado (ponto G), saindo do VCO será filtrado (ponto H) amplificado,
(ponto I) e enviado para a antena
5.2. Esquema funcional em recepção
Na recepção o processo é inverso do da emissão e é constituído portanto
pelos seguintes passos (ver Fig. 5-1):
O sinal captado pela antena (ponto Q) sofre uma primeira filtragem de banda
(ponto M) e uma amplificação (ponto N).
Este sinal é misturado com uma sinusóide obtida no oscilador local (ponto O) e
transposta para a frequência intermédia (ponto P)
Atravessa o filtro FI (ponto Q) sofre uma amplificação controlada para obter um
nível de sinal adequado para a desmodulação.
O circuito de desmodulação recupera RXI e RXQ (ponto R) dos quais o DSP extrai
o sinal de áudio (ponto S)
Analisaremos a seguir mais detalhadamente estas sequências, começando pelo
esquema funcional de emissão.
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 68
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5.3. A emissão
Para analisar as partes que interferem na emissão do sinal de voz gerado no telemóvel
é aconselhável olhar a Fig. 5-2, que representa de forma simplificada as etapas do processo.
O som captado pelo microfone é convertido de analógico para digital obtendo-se uma
taxa de 104kBits/s. No “vocoder” essa taxa é reduzida para 13Kbits/s. Depois ao sinal são
adicionados códigos correctores de erros e feita a encriptação, obtendo-se uma taxa de
270,833Kbits/s. O sinal é então filtrado e dividido em dois para modular uma portadora e ser
amplificado e enviado para a antena.
Analisemos então cada um destes blocos individualmente.
5.3.1. Digitalização de sinais
Dado que as grandezas da nossa vida real (som, imagem, etc) são analógicas, para
que a partir delas se obtenham sinais digitais é sempre necessário proceder a uma
conversão de analógico para digital (ADC) para que o sinal possa então ser processado
(DSP). Contudo, como os nossos sentidos são apenas sensíveis a grandezas analógicas, no
Fig. 5-2 – Esquema blocos da emissão (simplificado)
ConversãoD/A
(DAC)
ConversãoA/D
(ADC)
PROCESSAMENTODIGITAL DO SINAL
(DSP)
MICROPROCESSADOR
Vin Vout
Fig. 5-3 – Diagrama de blocos de um telemóvel GSM
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 69
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final do processo, será sempre necessária uma nova conversão, agora de digital para
analógico (DAC), tal como indicado na Fig. 5-3.
O sinal analógico original, embora processado e transmitido na forma digital, terá
sempre que ser, no final, reconvertido para analógico, pois só dessa forma será
compreendido pelo utilizador. Na prática, estas 3 fases, estão resumidas na Fig. 5-4.
Fig. 5-4 – Processo de digitalização de sinais
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 70
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Repare que na conversão ADC o sinal analógico original não vai ser todo digitalizado.
Apenas alguns dos seus pontos (amostras) vão ser medidos e só esses valores serão
convertidos para digital.
O valor de tensão obtido em cada uma das amostras é comparado com níveis de
amplitude possível e incluído dentro de um desses níveis (quantização). na Fig. 5-4 existem
8 níveis (0 a 7) e como em digital oito níveis se podem representar por 3 bits, então cada
amostra pode ser representada pelos 3 bits do nível onde se situa (codificação), obtendo-se
assim um sinal digital que será utilizado no DSP.
Quando for necessário converter o sinal digital para analógico (DAC) o processo é
inverso. Na descodificação, os bits são de novo convertidos em níveis e estes reconstituirão
o sinal original.
A vantagem da digitalização do áudio é que se torna muito mais fácil transmiti-lo em
canais partilhados (melhor aproveitamento do espectro) e tornar esse sinal muito mais
imune ao ruído ou seja de melhor qualidade.
No telemóvel e sempre reportando às Fig. 5-1, Fig. 5-4 e agora também Fig. 5-5
pode verificar-se que quando se fala ao telefone, acontece a seguinte sequência:
O som é captado pelo microfone e amplificado
Depois de amplificado o som da voz é filtrado num passa banda de 360Hz a
3,6KHz. Embora a voz humana tenha frequências dos 100Hz até cerca de 12KHz,
Fig. 5-5 – Processo de amostragem e codificação
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 71
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desde a invenção do telefone que se utilizam apenas as frequências dos 360Hz
até aos 3.600Hz porque é suficiente para reconhecermos a voz do interlocutor e
assim poupar e muito em largura de banda.
O sinal analógico já filtrado, é a seguir amostrado a 8KHZ (8000 amostras por
segundo) e cada uma dessas amostras é codificada em 13 bits. O valor da
frequência de amostragem (clock=8KHz) cumpre o teorema de Nyquist onde se
estipula que a amostragem deve ser feita com uma frequência pelo menos dobro
da frequência máxima do sinal (fa 2x3.6KHz=7.2KHz). O facto de cada amostra
ser transformada em 13 bits é porque se concluiu que com 13 bits o erro de
codificação se mantém num nível mínimo aceitável. Se fosse para música ou voz
de alta-fidelidade seriam necessários 16 bits no mínimo.
Estes bits são entao enviados em série com um débito binário de
D=8000x13=104Kbits/s
O valor de 104Kbits/s é um valor extremamente elevado e portanto a fase seguinte vai
ser reduzir significativamente esse valor fazendo a compressão e o tratamento do sinal no
vocoder (voice coder) que vai conseguir obter um débito de apenas 13Kbits/s ou seja uma
redução de 8 vezes.
5.3.2. Vocoder GSM
Os vocoders são sistemas que a partir de voz já digitalizada, fazem uma análise do
sinal e determinam as suas características procurando prever qual o som que se vai seguir
(predição) e descobrir padrões de repetição ou redundâncias que permitam eliminar
pormenores que não serão audíveis.
Através do vocoder é assim possível reduzir drasticamente um débito binário de áudio
sem que haja perda aparente de qualidade para o utilizador.
Para tratar o sinal áudio, o vocoder analisa a voz digitalizada (104Kbits/s) em fatias de
20ms, ou seja 160 amostras codificadas de 13 bits cada num total de 160x13=2080bits
conforme indicado na Fig. 5-6.
Estes sistemas são complexos, mas actualmente a sua electrónica é reduzida a um
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 72
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pequeno circuito integrado e a preços muito baixos.
Os vocoders analisam uma sequência de amostras de voz para derivar um padrão
conhecido de geração da voz humana. Existem na voz vibrações quase periódicas como os
fonemas m, n e v, enquanto outras vibrações são produzidas por turbulências do fluxo de ar
na cavidade bucal através de constrição como em s, f e ch. Assim, pelo ajuste preciso desses
parâmetros pode obter-se a mesma informação com menos bits.
O vocoder GSM consegue reduzir o fluxo binário de 104kBits/s para apenas 13Kb/s
(Fig. 5-7).
O fluxo de bits assim obtido (13Kbits/s) vai agora ser trabalhado para incluir protecção
contra erros e encriptação.
5.3.3. Encriptação
O áudio obtido à saída do vocoder não tem qualquer protecção contra erros de
Fig. 5-6 – Vocoder
Fig. 5-7 – Redução de taxa binária
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 73
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transmissão nem protecção de confidencialidade, mas estas duas protecções estão
contempladas no sistema GSM (Fig. 5-8)
Protecção de erros – utilização de códigos correctores de erros que permitam na
recepção reparar alguns erros que possam ter ocorrido durante a transmissão por
efeito de ruído.
Encriptação – a aplicação de algoritmos de encriptação para assegurar a protecção
das comunicações para que não possam ser escutadas por terceiros.
Repare que o áudio protegido tem um débito binário de 22,8 KHz, muito superior ao
do áudio não protegido.
5.3.4. Protecção de erros - entrelaçamento
De uma forma geral, as perturbações que introduzem erros no canal de transmissão
Fig. 5-8 – Encriptação e entrelaçamento
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 74
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são de curta duração, mas por mais curto que esse intervalo possa ser, afectará certamente
uma sequência de vários bits impossibilitando a sua recuperação.
Para evitar este tipo de erro, usa-se o entrelaçamento (interleaving) que consiste em
distribuir (entrelaçar) os bits de uma trama, por outras tramas. Assim, caso haja um erro
que destrua 10 bits consecutivos, como esses bytes viajam em tramas diferentes será fácil
reconstituir o sinal original.
A título de exemplo, considere que 5 pacotes de 5 bits (aqui representadas por 5
palavras de 5 letras) são transmitidos e que a transmissão introduz um erro de 5 bits
seguidos. O descodificador já não identificará as palavras CAÇAM e RATOS pois elas foram
severamente truncadas.
GATOS CAÇAM RATOS NOITE CLARA pacotes originais
GATOS CA TOS NOITE CLARA idem com erro de 5 bytes
Contudo, se os pacotes originais forem entrelaçados, será fácil recuperar o sentido das
palavras originais mesmo depois dos erros.
GCRNC AAAOL TÇTIA OAOTR SMSEA pacotes entrelaçados
GCRNC AA TIA OAOTR SMSEA idem com erro de 5 bits
GAOS CAAM RTOS NITE CARA pacotes depois de desentrelaçados
O entrelaçamento permitiu repartir os erros distribuindo-os por vários pacotes. Apenas
um bit em cada trama foi afectado e pode facilmente se r corrigido. Sem entrelaçamento,
seriam as palavras completas que teriam sido afectadas sem qualquer hipótese de
recuperação posterior.
Este ordenamento entrelaçado dos bits que carregam a informação codificada visa
proteger de erros eventuais na propagação, isto porque as técnicas de correcção de erros
são eficientes apenas quando os erros de transmissão ocorrem aleatoriamente.
Os sistemas baseados em TDMA fazem uso do Interleaving sobre dois slots adjacentes
do sinal de voz de um usuário. Cada slot passa então a conter a metade de dados de cada
slot original. A matriz utilizada tem dimensões de 26x10. Os dados são inseridos nas colunas,
sendo que a cada linha é inserido a informação de um dos dois quadros alternados.
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 75
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5.3.5. Modulação 0.3 GMSK
O GSM usa um formato de modulação digital chamado 0.3 GMSK em que GMSK
significa Gaussiam Minimum Shift Keying - Comutação por Desvio Mínimo Gaussiano)
O 0.3 indica a relação entre a largura de banda do filtro gaussiano e a taxa de bits.
O GMSK é um tipo especial de modulação FSK. Os "1" e "0" são representados pelo
deslocamento da portadora de RF em mais ou menos 67,708 kHz..
No caso do GSM a taxa de dados de 270,833 kbit/s foi escolhida por ser exactamente
quatro vezes o deslocamento de frequência de RF. Isto tem o efeito de minimizar o espectro
de modulação e aumentar a eficiência do canal. Quando a taxa de bits do sinal modulador é
exactamente quatro vezes o deslocamento da frequência da portadora consegue-se
minimizar o espectro e a modulação é chamada de MSK (Minimum Shift Keying).
É o desvio em frequência, ou alteração do estado de fase, que transporta as
informações. Às vezes, entretanto, é útil tentar visualizar o MSK num diagrama I/Q (Fig.
5-9).
Sem o filtro gaussiano, se um feixe constante de "1s" estiver sendo transmitido, o MSK
permanecerá efectivamente 67,708 kHz acima da frequência central da portadora. Se a
frequência central da portadora for tomada como uma referência de fase estacionária, o
sinal de +67,708 kHz causará um aumento estável de fase.
Fig. 5-9 – Modulação 0.3 GMSK
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 76
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A fase irá girar +360 graus a uma taxa de 67.708 revoluções por segundo.
No período de um bit (1/270,833 kHz) a fase será deslocada em um quarto de círculo no
diagrama I/Q, ou 90 graus.
Os "1" são vistos como um aumento de fase de 90 graus. Dois "1" causam um
aumento de fase de 180 graus, três "1", de 270 graus, e assim por diante.
Os "0" causam a mesma mudança de fase, na direcção oposta (Fig. 5-10).
A inclusão do filtro gaussiano não afecta esta transição média de 90 graus para "0" e
Fig. 5-10 – Modulação MSK
Fig. 5-11 – Modulação GMSK
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 77
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"1". Como a taxa de bit e o deslocamento em frequência estão relacionados por um factor
de 4, a filtragem não afecta as relações de fase médias.
O espectro de modulação é reduzido com o uso de um filtro gaussiano de pré-
modulação (Fig. 5-11) .
Este filtro reduz a velocidade das rápidas transições de frequência que, caso contrário,
espalhariam a energia pelos canais adjacentes mas não reduz a taxa de mudança de
velocidade de fase (a aceleração da fase).
Analisando a forma de onda num analisador de espectros veriamso que a largura de
banda ocupada pelo sinal deposi do filltro gaussiano se reduz substancialmente e se
aproxima do que o standard GSM preconiza (Fig. 5-12)
5.3.6. A portadora
A Fig. 5-13 mostra o resumo do que até aqui se falou.
Reagrupamento dos dados em pacotes de 156 bits cada e com duração de 577s
para a constituição da trama.
Os pacotes de 156 bits saem na forma de dois sinais analógicos TXI(t) e TXQ(t) e
são esses sinais que vão modular a portadora
Fig. 5-12 – Efeito do filtro gaussiano
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 78
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O sinal de 270,833 kbit/s é dividido no domínio do tempo em 8 intervalos (slots) de
tempo possibilitando o múltiplo acesso por divisão no tempo (TDMA) das Estações Móveis.
Período Composição
Sinal de 270,833 kbit/s 4,615 ms 8 slots de tempo
Slot de tempo 576,9 us 156,25 bits
Bit 3,692 us -
A portadora no momento de ser emitida tem então o aspecto indicado na Fig. 5-14.
Fig. 5-13 – Tratamento completo do sinal de Voz
Fig. 5-14 – Portadora GSM
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5.3.7. Multiplexagem temporal (TDD)
A Fig. 5-15 mostra uma característica muito interessante do sistema GSM e que é
possível por se ter adoptado o método TDMA.
As frequências de emissão e recepção estão separadas de 45MHz e estão desfasadas
no tempo em 3 time-slots.
O telemóvel recebe o sinal emitido pela BTS na frequência descendente F durante um
time slot de 577µs, e 3 time-slots depois ou seja 1,7ms mais tarde, emite o seu sinal para a
BTS na frequência ascendente (F-45 MHz).
Assim, durante uma conversação normal, para além de só ser transmitida 1/8 da nossa
conversação, também não falamos e ouvimos em tempo real. Mas quem é que já se
apercebeu disso?
5.3.8. Anatomia do telémovel
Nas figuras seguintes mostra-se um telemóvel aberto para dar uma indicação de quais
as partes que o constituem.
Fig. 5-15 – Multiplexagem temporal
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1- blindagem
2- conector do microfone
3- teclado
4- préampli e misturador DCS
5- filtro de entrada DCS
6- conector
7- contactos do altifalante
8- quartzo
9- buzzer
10- roda de navegação
11- filtro GSM
12- circuito RF de recepcção
13- filtro fi de recepção
14- PCB
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15- oscilador de referência 13 MHz
16- cartão SIM
17- circuito de alimentação
18- conector
19- bateria de memória
20- VCO que produz a portadora
21- CI sintetizador da portadora
22- VCO do sintetizador de canais
23- ampli de saída DCS
24- ampli de saída GSM
25- memória
26- DSP
27- Controlador
28- Conector de antena
29- Comutador de antena
30- Conversor DC/DC
31- bobina do conversor
32- conector
33- CI sintetizador dos canais
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5.4. Questionário de revisão
1. Qual a finalidade do vocoder?
2. Qual a frequência de amostragem do sinal de voz?
3. Qual a técnica usada na protecção de erros?
4. Qual a modulação utilizada no GSM?
5. Quantos time-slots existem entre o uplink e o downlink de uma conversação?
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Capítulo 6 - Projecto do sistema
Este Capítulo tem por objectivo apresentar ao leitor alguns parâmetrosimportantes para o panejamento dos sistemas de comunicação móvel celular.São levantados aspectos de transmissão e propagação do sinal de rádiomóvel, a administração do espectro, tráfego e características de antenas
6.1. Aspectos de projecto do sistema
O planeamento de um sistema começa pela definição da área de serviço a ser atendida a
partir da distribuição geográfica do tráfego a ser atendido. Em seguida, em ambiente
computacional de simulação, localiza-se a primeira BTS. A partir de um plano de reuso, localizam-
se as outras BTS em função do tráfego oferecido por cada BTS. Todo o sistema deve ser
projectado para permitir expansões tanto em área atendida como em tráfego oferecido.
Para fins de custo procura-se projectar com a quantidade mínima de BTS cobrindo a área
definida, GoS e QoS compatíveis com o anseio do utilizador padrão.
6.1.1. Volume de Tráfego
A primeira coisa a ter em consideração é o volume de tráfego previsto para a área consoante
a hora do dia e se possível determinar o perfil do utilizador para determinar os tempos médios de
comunicação
Pode então constituir-se um primeiro mapa quadriculado (Fig. 6-1) em que cada quadricula
está numerada de acordo com o tráfego previsto (por exemplo de 1 a 5) e com o grau de
mobilidade.
Capítulo
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 84
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Ao determinar o volume de tráfego é importante determinar as horas de ponta e ter em
conta que a hora de ponta numa quadrícula pode não coincidir com a da quadrícula vizinha nem
com a hora de ponta média da rede.
Outro procedimento importante é associar às quadrículas o seu factor de mobilidade, isto é
se os utilizadores nessa quadrícula normalmente ficam estacionários durante a chamada ou se têm
mobilidade a pé ou em veículo.
6.1.2. Área de serviço
A definição da área que será abrangida pela rede a projectar leva em consideração tanto as
áreas de maior volume de tráfego quanto as de menor volume para que o grau de satisfação do
cliente seja igual (Fig. 6-2).
Se por um lado as áreas de serviço extensas oferecem grande mobilidade aos usuários, por
outro, quanto maior a área, maior a quantidade de estações a serem utilizadas, mais caro fica a
implantação do sistema. Daí a importância de obter informações sobre perfil do assinante.
A determinação do número de BTS necessárias ao sistema depende, da área de serviço e
também do número de canais atribuídos por BTS e das condições de propagação do sinal.
Fig. 6-1 – Quadrícula de volume de tráfego
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6.1.3. Localização da primeira BTS
O primeiro passo para a implementação da rede é sempre a localização da primeira BTS na
região de maior importância, que normalmente é a região de maior volume de tráfego (Fig. 6-3)
A localização está muitas vezes dependente de terrenos ou edifícios onde colocar a BTS e
suas antenas pelo que a localização exacta depende normalmente de terceiros e de negociações
fora do âmbito técnico.
Fig. 6-2 – Área a abranger pelo serviço
Fig. 6-3 – Localização da 1ª BTS
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6.1.4. Padrão de reuso
A definição do raio da célula, é feito levando em consideração a disponibilidade de canais
para a STB e as características da propagação a partir do local onde estão as antenas da BTS.
Já tínhamos visto anteriormente que existe uma relação entre D (distância entre co-células),
R (o raio maior da célula) e o factor de reutilização N.
O raio da célula, depende do padrão de reuso N a ser adoptado e deve levar em
consideração a interferência, o tráfego a ser atendido por cada célula e, principalmente, a
possibilidade de expansão do sistema.
Quanto menor o padrão de reuso N, menor será a relação D/R implicando em pior qualidade
do sinal devido à interferência co-canal. Por outro lado, maior será a quantidade de tráfego
oferecido por célula, pois terá mais canais.
Normalmente no inicio do projecto utiliza-se um N mais elevado, com menor tráfego
oferecido por célula. Caso se torne necessário, basta alterar para um padrão de reuso menor para
termos um maior número de canais por BTS.
6.1.5. Localização das BTS
Estando já definida a localização da primeira BTS e decidido qual o factor de reuso N da
Fig. 6-4 – Localização das BTS
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 87
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rede, a localização das restantes BTS, com células de mesmo raio da primeira e ao redor da
original deve, devem-se posicionar N BTS em torno da primeira. (Fig. 6-4)
Podem ser definidas células de tamanhos maiores para cobrir regiões com menor volume de
tráfego ou menores para cobrir maiores volumes de tráfego.
6.1.6. Diagrama de cobertura
A partir das definições de localização das BTS, do raio das células e do perfil do terreno, é
possível calcular a área realmente coberta por cada BTS (Fig. 6-5).
Os resultados assim obtidos dão uma primeira impressão se o projecto está ou não correcto.
A partir destes resultados reavalia-se tanto a posição das BTS como o raio de suas células.
Devem ser observados as sombras de cobertura e regiões com maior incidência de interferência
co-canal.
A célula pode ser totalmente remodelada dividindo-a em sectores e utilizando antenas
direccionais ou mais simplesmente fazendo ajustes na altura das antenas e na potência de
transmissão.
O mapa de um projecto redefinido indica-se na Fig. 6-6.
Com o projecto concluído, é então altura de passar à fase de ensaios de campo para
confirmar ou alterar os valores obtidos no projecto.
Fig. 6-5 – Diagrama de cobertura
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6.1.7. Teste de campo
Os testes de campo são normalmente demorados e complexos pois obrigam à instalação de
BTS provisórias e torres de antenas provisórias nos locais previamente definidos.
Os sinais transmitidos são capturados em equipamentos de medida normalmente instalados
em veículos e que determinam potências, qualidade de sinal, interferências, diagrama de
cobertura etc.
A quantidade de medições, é normalmente maior nas zonas mais críticas e menor nas zonas
de boa recepção.
Depois dos testes é possível corrigir detalhes do projecto, como por exemplo posicionamento
das antenas ou utilização de frequências e tornar o projecto definitivo.
6.1.8. Aspectos de tráfego
Os sistemas de comunicação móvel celular são projectados para que as chamadas realizadas
tenham boa probabilidade de sucesso nas horas de maior movimento do sistema. Para isto define-
se o Grau de Serviço (GoS) e que representa a percentagem de tentativas de comunicação mal
sucedidas devido ao congestionamento do sistema, ou seja, é a relação entre o tráfego perdido e
o tráfego oferecido. Valores típicos de GOS em sistemas de telefonia celular atingem de 2% a 5%.
A Hora de Maior Movimento (HMM) é definida como o período de 60 minutos do dia nos
Fig. 6-6 – Redefinição do projecto
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 89
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quais a intensidade de tráfego de um grupo de canais atinge o seu valor máximo, tomada a média
dos valores nos dias da semana. O GOS determina a quantidade de troncos e equipamentos de
comutação necessários para atender adequadamente o tráfego telefônico durante as horas de
maior movimento. Podemos em certas condições, considerar a HMM do sistema, de um cluster ou
de uma célula mais congestionada.
O objectivo de qualquer sistema é atender o maior número de assinantes possível mantendo
um aceitável GOS. No caso de dimensionamento prático de um sistema deve-se observar a
Acessibilidade e Graduação, o perfil do tráfego, suas propriedades estatísticas e GOS exigido.
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 90
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6.2. Questionário de revisão
6. No projecto de um sistema celular qual a primeira coisa a ter em conta?
7. A localização das BTS depende de factores que podem ser externos ao projecto. Quais são
esses factores?
8. O que é o GoS?
9. O que é a QoS?
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Capítulo 7 - Glossário, Links, e Bibliografia
.Fornecem-se as referências dos documentos contendo as normas dascomunicações móveis, bem como glossário e os principais links de internet, ebibliografia. Os termos utilizados são predominantemente em inglês mas são acópia do original o que facilita a pesquisa e análise.
7.1. GLOSSÁRIO
AGCH Access Grant CHannel
AMPS Advanced Mobile Phone Service
AUCAuthentication Center. Centro de Autenticação dos assinantes duma redeGSM
BACKBONEConjunto de circuitos, geralmente de alta velocidade, que formam ossegmentos principais de uma rede de comunicações, e onde os segmentossecundários se ligam
BAUD
Unidade de medida de velocidade de transmissão de dados, calculada nonúmero de elementos/símbolos trocados por segundo. O débito em Baud éa velocidade a que os computadores podem transmitir dados através de ummodem usando software de comunicações
BCCH Broadcast Control CHannel
BCH Broadcast CHannel
BER Bit Error Rate
bpsbits per second. Unidade de medida da velocidade de transmissão binária.É usual a utilização de múltiplos, tais como KBits/s e MBits/s.
BSCBase Station Controller. Controlador de estações de Base. Esteequipamento comanda uma ou mais BTS e faz a gestão das ligações rádio(atribuição de um canal para uma chamada, decisão de hand-over, etc.).
Capítulo
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BSS
Base Station Subsystem. Sub-sistema da estação de base. È composta poruma BSC e uma BTS. Uma BSS corresponde geralmente a uma BSC e àsBTS que dela dependem. Pode-se utilizar este termo quando não sepretende fazer uma distinção muito clara entre as funções específicas daBTS e da BSC.
BTS
Base Transceiver Station. Estação Transceptora de Base ou maissimplesmente, Estação de Base. Equipamento que tem os emissoresreceptores de rádio e as antenas para comunicar com os telemóveis.Constitui assim a interface entre a BSC e os ME (equipamentos móveis).
Burst
Burst é um termo raramente traduzido para os manuais em português, maspoderia ser traduzido como rajada ou salva (de tiros). Elemento do sinaltransmitido por um equipamento no interior de um SLOT em TDMA. Aduração de um burst normal GSM é de 148 bits e portanto148×3/812500s=546µs.
BYTEBinarY Term - Conjunto de "bits" que representam um único caracter. Cadabyte possui oito bits, podendo também designar-se octeto
C/I Carrier-to-Interference ratio
Canal deretorno
Meio adicional que permite proporcionar a interactividade em determinadossistemas de comunicações com algumas limitações de bidireccionalidade.Através deste canal os utilizadores podem enviar instruções de comando,mensagens ou informação ao operador (por exemplo, a rede telefónicapode ser utilizada para proporcionar o canal de retorno a um serviço detelevisão por cabo ou de televisão digital terrestre, de modo a poderem serprestados serviços bidireccionais).
Canal duplexUm par de canais físicos simplex, um para via ascendente (uplink) outropara via descendente (downlink). Têm frequências diferentes.
Canal logique Suite de slots dédiés à une fonction particulière.
Canal simplex
Canal formado por um número de slots na trama TDMA sobre umafrequência determinada ou uma sequência de frequências. Faz-se distinçãoentre os canais físicos de débito pleno (1 slot por trama TDMA) dos canaisde meio-débito (1 slot a cada 2 tramas TDMA).
CC Call Control
CCCH Common Control CHannel
CDMA
Code Division Multiple Access. Sistema de acesso múltiplo a umdeterminado recurso, a utilizar, por exemplo, na transmissão digital dossistemas de comunicações móveis de 3.ª geração, para permitir o acessosimultâneo, e sem interferências, de um grande número de utilizadores, auma única faixa de radiofrequências, através da atribuição de códigos deutilização diferentes a cada utilizador.
Célula
Área servida por uma estação de base rádio, num sistema celular decomunicações móveis. Também pode ser definida como a área onde umtelemóvel pode comunicar com uma dada estação de base com qualidadesuficiente
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CGI Cell Global Identity
circuito Canal de transmissão bidireccional entre dois pontos.
CodecCOdeur DECodeur. Circuit réalisant la conversion d'un signal analogique deparole en une suite de données numériques et réciproquement.
Codificação
Em telecomunicações designa o processo de conversão de informaçãopara um formato adequado ao canal de transmissão utilizado, possibilitandoa sua posterior reconversão ao formato inicial.O termo "codificação da informação" é também utilizado para designar otratamento apropriado do sinal de molde a possibilitar um adequado grau deprotecção no acesso ao conteúdo informativo do mesmo, embora para sedistinguir de codificação este processo se possa melhor designar porencriptação
DCCH Dedicated Control CHannel
DCS 1800Digital Cellular System 1800. Sistema GSM mas utilizando a banda defrequência de 1800 MHz, mais adaptada às células microcelulares.
DownlinkVoie descendanteSens de transmission de la BTS vers la MS.
EDGEEnhanced Data Rates for GSM/DCS Evolution - Evolução do sistema GSMque possibilita a transmissão a velocidades até 384 Kbps
EIR Equipment Identity Register
EMSEnhanced Message Service - Tecnologia que permite aos utilizadores detelemóveis enviar e receber texto, imagens, animações e som.
ETSI European Telecommunications Standards Institute
FACCH Fast Associated Control CHannel
FCCH Frequency-Correction CHannel
FDMA
Frequency Division Multiple Access. Acesso múltiplo dppor divisão nafrequência. Sistema de acesso múltiplo a um determinado recurso, parapermitir o acesso simultâneo, e sem interferências, de um grande númerode utilizadores, a uma única faixa de radiofrequências, através da atribuiçãode frequências diferentes a cada um deles.
FEC Forward Error Correction code
FNFrame Number. Numéro de la trame courante dans l'hypertrame défini pourune BTS et variant de 0 à 2 715 647.
GMSCGSM Mobile services Switching Center.Gateway MSC. MSC passerelle réalisant l'interface entre le PLMN et leRTCP pour les appels à destination d'un mobile.
GMSK Gaussian Minimum Shift Keying
GSM Global System for Mobile communications. Sistema global para
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comunicações móveis foi inicialmente chamado Groupe Spécial Mobile.Nome do standard europeu do sistema de rádio celular digital.
Norma utilizada em sistemas de comunicações móveis digitais de 2.ªgeração, nomeadamente na Europa e na maior parte dos países do mundo.Especifica como se codificam e se transferem os dados através doespectro. O GSM digitaliza e comprime os dados relativos a uma ligação,transmitindo-os através de um canal junto com os de outros utilizadores,por via de um método de acesso múltiplo por divisão de tempo.
Handover
Mécanisme grâce auquel un mobile peut transférer sa connexion d'unestation de base vers une autre (handover inter station de base) ou, sur lamême station, d'un canal radio vers un autre (handover intra station debase). On l'appelle également Transfert automatique inter / intra cellulaire.
HLRHome Location Register. Registo de localização nominal. Base de dadosque contém os perfis e as localizações dos assinantes de uma dada.
IMEIInternational Mobile Equipment Identity. Identificação internacional eespecífica de um terminal MS (telemóvel).
IMSIInternational Mobile Subscriber Identity. Identificação internacional de umassinante inscrita no cartão SIM
ISDN Integrated Services Digital Network. Designação inglesa para RDIS
JDC Japanese Digital Cellular
Macrocélula Célula com raio superior a 1km
Microcélula Céluls com raio inferior a 1 Km
MSMobile Station. Estação Móvel. Terminal GSM (telemóvel) equipado decartão SIM e habilitado para funcionar numa determinada rede.
MSCMobile services Switching Center. Central de comutação que permite geriras entradas e saídas de chamadas GSM.
MSISDN Mobile Station ISDN number
MSRN Mobile Station Roaming Number
NADC North American Digital Cellular
NMT Nordic Mobile Telephone
NSSNetwork and Switching Subsystem. Network Sub-System. Sub-rede fixa deuma rede GSM e que inclui principalmente as bases de dados HLR e VLR eos comutadores móveis MSC.
OAM Operation, Administration and Maintenance
OMCOperation and Maintenance Centre. Centre d'administration, en généralassocié à un sous-système particulier (par exemple un BSS).
OSS Operation and Support Subsystem
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PCH Paging CHannel
PCS Personal Communications Services
PDC Personal Digital Cellular
PINPersonal Identification Number. Code secret défini par l'utilisateur et stockésur la carte SIM pour accéder aux services.
PLMNPublic Land Mobile Network. Rede GSM operada por um determinadooperador num determinado território ou país.
PorteuseFréquence sur laquelle est transmise un signal modulé. Les porteuses GSMsont espacées de 200kHz.
PSPDN Packet Switched Public Data Network
PSTN Public Switched Telephone Network
RACH Random Access CHannel
RF Radio Frequency
Roaming
Capacité pour un terminal d'être utilisable en tout point du réseau (roaming).Ce terme a tendance à désigner maintenant la capacité d'un abonné d'unréseau à utiliser un autre réseau pour lequel il n'a pas d'abonnementparticulier.
SACCH Slow Associated Control CHannel
SCH Synchronisation CHannel
SDCCH Standalone Dedicated Control CHannel
Separaçãoduplex
Diferença de frequência entre a via ascendente (uplink) e a via descendente(downlink). Esta separação é constante para uma banda dada por exemploé de 45 MHz na banda GSM900 e de 95MHz na banda DCS1800.
SIMSubscriber Identity Module. Cartão que inserido num terminal GSM contémtodas as informações referentes ao assinante que a está a utilizar.
Slot Intervalle de temps élémentaire en TDMA qui peut accueillir un burst.
SMS Short Message Services. Serviço bidireccional de mensagens curtas.
SNR Signal to Noise Ratio
TACS Total Access Communication System
TCH Traffic CHannel
TCH/F Traffic CHannel/Full rate
TCH/H Traffic CHannel/Half rate
TDMA Time Division Multiple Access. Sistema de acesso múltiplo a um
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determinado recurso, utilizado na transmissão digital de sistemas decomunicações sem fios, para permitir o acesso simultâneo, e seminterferências, de um grande número de utilizadores, a uma única faixa deradiofrequências, através da repartição dos recursos no tempo.
Telemóvel Ver MS
TMSI Temporary Mobile Subscriber Identity
UMTS Universal Mobile Telecommunications System
UplinkVoie montanteSens de transmission de la MS vers la BTS.
VLRVisitor Location Register. Registo de localização dos visitantes usado emparticular nas redes de comunicações móveis para identificar a localizaçãodo utilizador
AutenticaçãoProcessus permettant au réseau de vérifier qu'un abonné est autorisé àutiliser le réseau en contrôlant la présence d'une clé secrète dans sa carteSIM.
ErlangUnidade de volume de tráfego correspondente ao número de chamadas emsimultâneo em curso num dado momento ou à média apurada em dadoperíodo de tempo
ETSIEuropean Telecomunications Standardization Institute. Instituto Europeu deNormas de Telecomunicações
FDMFrequency Division Multiplexing - Multiplexagem por divisão na frequência -método de transmissão simultânea de diversos sinais, num mesmo canal,através da utilização de frequências distintas.
FDDFrequency Division Duplex - Sistema utilizado para fornecer um canal deuplink e outro de downlink entre a rede de rádio e o utilizador
GPRSGeneral Packet Radio Service - Evolução do sistema GSM, baseada emcomutação de pacotes, que possibilita a transmissão a velocidades até 115Kbps.
HSCSDHigh Speed Circuit Switched Data - Evolução do sistema GSM quepossibilita a transmissão a velocidades até 57 Kbps.
IMT-2000
International Mobile Telecommunication - 2000 - Conjunto de normasrelativas à 3.ª geração de sistemas de comunicações móveis. O UMTS é osub-conjunto da família de normas IMT2000, que foi adoptado em Portugale na Europa.
Largura debanda
Característica física de um sistema de telecomunicações que indica avelocidade a que a informação pode ser transferida. Em sistemasanalógicos, mede-se em ciclos por segundo (Hertz) e em sistemas digitaisem bits por segundo (Bits/s).
MODEM
Modulator / DEModulator - Equipamento que basicamente efectua amodulação e a desmodulação de sinais digitais. Na modulação modifica osinal a enviar, por forma a poder ser transmitido no meio desejado. Nadesmodulação reconstitui o sinal recebido, de modo a poder ser perceptível
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para o utilizador. É muito utilizado em particular na conversão dos sinaisdigitais dos computadores em sinais analógicos e vice-versa, por forma apoderem ser enviados e recebidos dados (por exemplo em ligações àInternet) através das linhas telefónicas analógicas.
Modulação
Processo de modificação de determinadas características de uma ondaportadora, em função das de outra onda, por forma a adaptar um sinal a serenviado por uma rede de comunicações, ao meio de transmissão a utilizar.Pode efectuar-se modulação para transmitir dados provenientes desistemas informáticos através de linhas telefónicas (utilizando um modem)
Multiplex
Processo que designa o agrupamento dos elementos referentes a diversasfontes de informação, sobre um mesmo canal físico, nomeadamente pordivisão na frequência (FDM), no tempo (TDM) ou em comprimentos de onda(WDM).
MVNO
Mobile Virtual Network Operator - Operador de rede móvel virtual. Operadorque suporta a sua oferta de serviços de comunicações electrónicas na redede outro operador móvel, não possuindo rede própria (os direitos deutilização de frequências e infra-estruturas associadas à rede de acessorádio).
3GPP
3rd Generation Partnership Project, um projecto criado em 1998 por cincoempresas de tecnologia móvel, a ETSI (Europa), ARIB/TTC (Japão), CCSA(China), ATIS (América do Norte) e TTA (Coreia do Sul). Esta tecnologiavisa padronizar a criação, envio e reprodução de arquivos multimédia(vídeos) em telefones celulares.
QoSQuality of Service – Qualidade de serviço. Designação utilizada para umconjunto de parâmetros que caracterizam o desempenho, por exemplo, deum circuito, de uma rede ou de um serviço.
RDIS
Rede digital integrada de serviços - Conjunto de infra-estruturas detelecomunicações que possibilitam a oferta de ligações digitais entre pontosterminais, para suporte de uma gama variada de serviços detelecomunicações, tais como telefone e vídeo conferência. O acesso a estarede pode efectuar-se mediante acesso básico ou primário, a quecorrespondem velocidades de 128 Kbit/s e 2 Mbit/s, respectivamente, eexcluindo a sinalização
TDM
Time Division Multiplexing - Multiplexagem por divisão no tempo -método de transmissão simultânea de diversos sinais, num mesmo canal,através da divisão em pequenos blocos de tempo, que vão sendo atribuídosde forma intercalada a cada sinal
A digital data transmission method that takes signals from multiple sources,divides them into pieces which are then placed periodically into time slots,transmits them down a single path and reassembles the time slots back intomultiple signals on the remote end of the transmission.
WCDMAWide-Band Code-Divison Multiple Access - Sistema de banda larga deacesso múltiplo por divisão do código.
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7.2. LINKS Internet
Links activos e confirmados em 11/11/2007
7.2.1. Regulamentação e Operadores
http://www.anacom.pt/
www.tmn.pt
www.vodafone.pt
www.otimus.pt
www.zapp.pt
7.2.2. GSM
http://www.ta-formation.com/cours-gsm/x-gsmreseau.html
http://www.inf.unisinos.br/~roesler/disciplinas/0_comunicdados/55_celular/GSM_copiadoTeleco.pdf
http://www.wirelessbrasil.org/wirelessbr/colaboradores/agilent_gsm/gsm_05.html
http://www.niit.edu.pk/~ndgohar/Support/Help%20Notes/GSM%20Notes/LECTURE_06.pdf
http://www.wirelessbrasil.org/wirelessbr/colaboradores/bruno_maia/repetidores/repet_gsm_2007.pdf
http://www.wirelessbrasil.org/wirelessbr/
http://www.ta-formation.com/diapo.htm
http://rfdesign.com/mag/radio_introduction_gsm_gsm/
http://www.wirelessbrasil.org/wirelessbr/colaboradores/agilent_gsm/gsm_04.html
http://www.ulg.ac.be/telecom/publi/publications/mvd/Demoulin2004Principes/
http://www.gta.ufrj.br/seminarios/semin2002_1/roberta/gsm/indice.htm
http://www.inforede.net/Technical/Layer_1/Wireless_Mobile/GSM_(POR).pdf
Manual de Sistemas de Comunicações Móveis Pág. 99
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7.2.3. UMTS
http://www.ta-formation.com/cours-lignes/x-lignes.html
http://professores.unisanta.br/santana/downloads%5CTelematica%5CMicroondas_2%5CLinhas%20e%20Guias%20de%20transmisspo%5C01-Introducao.pdf
http://www.monografias.com/trabajos38/lineas-de-transmision/lineas-de-trasmision.shtml
http://paginas.fe.up.pt/~amoura/comunicacoes/GSM_UMTS.pdf
http://www.umtsworld.com/technology/cdmabasics.htm
http://www.iaik.tugraz.at/teaching/03_advanced%20computer%20networks/ss2004/vo4/GSM.pdf
7.2.4. DIVERSOS
http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_mobile_network_operators_of_Europe#Portugal
http://www.mpirical.com/companion/mpirical_companion.html
http://engr.smu.edu/~levine/ee8320/celpcs4.ppt
http://www.csie.ndhu.edu.tw/~robert/96fall_wireless.htm
http://www.esnips.com/web/Forouzan?docsPage=1#files
http://www.gsmworld.com/technology/glossary.shtml
7.3. BIBLIOGRAFIA
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Harri Holma and Antti Toskala editors, “WCDMA for UMTS – Rádio Access For ThirdGeneration Mobile Communications”, John Wiley & Sons, 2000
Jennifer Bray, Charles F. Sturman, “Bluetooth: connect without cables”, Prentice Hall PTR,2001
Bruce Hopkins, Ranjith Antony, “Bluetooth for Java”, Apress, 2003Gilbert Held, “Data over wireless networks Bluetooth, WAP, and wireless LANs”, McGraw-Hill, 2001
P. Nicopolitidis, et al., “Wireless Networks”, John Wiley & Sons, 2003
Matthew S. Gast, “802.11 wireless networks: the definitive guide”, O’Reilley, 2002
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John Hjelm, “Creating location services for wireless web”, John Wiley & Sons, 2002
Yi-Bing Lin, Imrich Chlamtac, “Wireless and mobile network architectures”, John Wiley &Sons, 2001
Curso BSS Overview – MN1790. Academy, Siemens; 2003
Behrouz A. Forouzan, Sophia Chung Fegan - Data Communications and Networking,Mcgraw Hill, 2006