Interatividade da TV Digital - II

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1 Interatividade da TV Digital - II Esta séries de tutoriais tem por objetivo mostrar os conceitos e tecnologias da TV digital, e enfatizar algumas transmissões da TV digital, e o sistema adotado no Brasil. Foi dado foco à interatividade, descrevendo seus aplicativos, forma de transmissão e o canal de retorno, mostrando que a TV interativa poderá ser transmitida em um software Ginga, Ginga-J e NCL, uma plataforma bastante avançada em seu segmento. Devido a esse aplicativo, o teleusuário poderá obter informações mais detalhadas sobre o produto anunciado e, se desejar, efetuar a compra deste, através de alguns toques no controle remoto. O teleusuário navegará por menus na tela, da mesma forma que o faz com os DVDs. Os tutoriais foram preparados a partir do trabalho de conclusão de curso Interatividade da TV Digital, elaborado pelo autor, e apresentado à diretoria do curso de graduação do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Amazonas (Campus Manaus Distrito), como requisito parcial para a obtenção do grau de Tecnologia em Sistemas de Telecomunicações. Foi orientadora do trabalho a Profa. Úrsula Vasconcelos Abecasis. Este tutorial parte II apresenta uma visão do canal de retorno, os conceitos das tecnologias WiMAX e Wi- Fi, que são alternativas para implementação do canal de retorno, os softwares para simulação do canal de retorno utilizados para implementar o sistema de simulação implementado neste trabalho, e as conclusões finais. Aron Jorge Cruz Najar Tecnólogo em Telecomunicações pelo Instituto de Federal do Amazonas, e Técnico em Telecomunicações pela Fundação Centro de Análise, Pesquisa e Inovação Tecnológica (FUCAPI). Atou na Philips da Amazônia Ind. Eletrônica Ltda., como cabineiro de vídeo fazendo convergia em monitores, ajuste de branco e de geometria, e ajuste de foco, brilho e contraste, na Brinquedos Estrela, como conferente de materiais, almoxarife e reserva de equipe na produção, na Sondai Eletrônica Ltda., como testador de áudio, almoxarife e reserva de equipe na produção, e novamente na Philips da Amazônia Ind. Eletrônica Ltda., como inspetor de confiabilidade, inspetor do controle da qualidade e inspetor de processo. Atuou também na Samsung Eletronic, como analista de novos produtos (TRC, LCD, Plasma, Home - system, DVD, Blu-ray, Micro System) e inspetor de QA (Análise de Qualidade), na Teikon da Amazônia, como líder de análise da qualidade, na RM Telecomunicações (prestadora de serviços da Oi), como supervisor da equipe de instalações e consertos de telefones fixos, na LG Eletrônica, como inspetor de qualidade, e na H-Buster da Amazônia, como analista de engenharia de produto. 1

2 Foi também Instrutor de Eletrônica para o Curso de Leitura de Componentes no Projeto Trabalho e Renda (CETAM) e no Projeto Cidadão, e Professor do Curso Técnico em Eletrônica para turmas do curso do Pós-Médio na Fundação Centro de Análise, Pesquisa e Inovação Tecnológica (FUCAPI). Categoria: TV e Rádio Nível: Introdutório Enfoque: Técnico Duração: 20 minutos Publicado em: 20/08/2012 2

3 TV Digital II: Introdução Com o ciclo de constantes mudanças na área tecnológica e cada vez mais rápido, a TV não poderia ficar para traz. Haja vista que as mudanças vêm ocorrendo de forma veloz, imprevisível e mais essencial do que nunca. Uma verdadeira explosão de pressões tecnológicas, geradoras de competitividade, além de um enriquecimento cultural. Os futuristas já observavam a formação dessas nuvens há tempos, onde então muitos escritores lançaram termos para explicar e orientar tais mudanças: mudança de paradigma, transformação, reinvenção, reengenharia e revitalização. Todos eles são apenas indícios sugestivos perdidos no meio de uma tempestade cujas origens estão ficando claras. Pois atualmente conta-se com três forças propulsoras que vem acelerando o processo comunicacional, a saber: tecnologia, novo papel do governo na sociedade da informação e a globalização. A tecnologia principalmente, a da informação, encontra-se em constante processo de evolução, com o surgimento da internet o salto foi maior ainda. Pois a maneira de reconhecer como verdadeira uma coisa é exatamente o fim de todo método cientifico e, em última análise, o objetivo da própria ciência, ou seja, ainda não foi possível uma aplicação dos princípios gerais para o emprego dos métodos ao estudo da cultura, senão a algumas de suas modalidades. A Televisão é o meio de comunicação mais presente na casa dos brasileiros, isso faz dela um grande instrumento de inserção social, sobretudo num país como o Brasil, onde ocupa um lugar de destaque. A Televisão atinge todas as camadas sociais e culturais por isso se torna uma das principais fontes de informação da população. A informação segundo os dicionários de português é o ato de informar, sob a visão de "algo" advindo de uma ação, do verbo informar. Quando assistimos televisão estamos absorvendo informação. Afinal, a televisão é ao mesmo tempo um meio de entretenimento, notícias e formação de cultura. Dai a importância de se discutir as perspectivas e desafios desse meio de comunicação no cenário digital. Em meio a toda essa tecnologia e importância que a televisão ganhou com as famílias surge a TV Digital, com potencial elevado comparado a TV Analógica. A TV Digital surge para representar um novo paradigma nos produtos comunicacionais sob diversas óticas. Sendo assim, cabe indagar que meios a TV Digital transforma o sistema de mídias e imagem no âmbito televisivo? E qual perspectiva futura para a interatividade digital? Quais as dificuldades encontradas para a produção da TV Digital? Toda transformação tecnológica digital impulsionou o surgimento de novos formatos lógicos e com isso a TV passou por transformações no ecossistema midiático e foi redesenhada de forma acelerada e irreversível. A alta definição se tornou uma questão de suma importância da TV digital. Um novo modelo de transmissão de conteúdo surge e tende a ser mais participativo e segmentado. Nesse contexto, os desafios brasileiros são desenvolver novas narrativas não lineares e intensificar a colaboração, através de práticas interativas inovadoras e criativas. Mesmo diante de inúmeras vantagens, de estabelecimento legislativo como o Decreto 5.820, de 2006 e encerramento de transmissões analógicas projetadas para 2016, o Brasil assim como outros países não registra uma adesão significativa por parte dos telespectadores. Outro ponto importante é a produção da TV Digital por parte de produtores independentes que encontram barreiras financeiras e de implantação. Contudo, apesar das limitações, financeiras ou não, o Brasil está bem, avançado com a introdução da TV Digital quando comparado a outros países. Acredita-se que o processo de digitalização poderá favorecer um remodelamento da cultura e do cotidiano dos telespectadores, cuja postura será mais ativa, é nesse sentido que este trabalho se torna de execução viável. 3

4 Objetivos O objetivo geral deste trabalho é analisar as perspectivas e tendências apresentadas pelas condições da construção da TV digital interativa. Os objetivos específicos são Descrever o processo de descobrimento e evolução da interatividade. Definir através de referenciais bibliográficos o que é interatividade. Analisar os aplicativos interativos existentes. Material e Métodos Tipo de pesquisa O presente estudo será realizado com base na pesquisa bibliográfica integrativa, a qual será utilizada para identificar e qualificar a situação tática do problema apresentado. Busca bibliográfica As palavras chaves utilizadas foram: interatividade, meios de comunicação e informação. Para a coleta de dados realizou-se o levantamento bibliográfico. Os critérios para a seleção dos artigos foram os seguintes: Artigos publicados em periódicos nacionais e internacionais. Artigos indexados com a palavra-chave em telecomunicações. Artigos publicados nos últimos quinze anos. Também serviram de fontes de pesquisa, obras de autores que abordam assuntos relacionados ao tema do presente estudo pesquisados nos locais acima indicados. Tutoriais O tutorial parte I apresentou uma visão geral da evolução da TV analógica para a TV digital, os conceitos básicos da TV digital, o conceito de interatividade, e o Ginga, o middleware (software) usado no set-top box (conversor) no Brasil. Este parte II apresenta uma visão do canal de retorno, os conceitos das tecnologias WiMAX e Wi-Fi, que são alternativas para implementação do canal de retorno, os softwares para simulação do canal de retorno utilizados para implementar o sistema de simulação implementado neste trabalho, e as conclusões finais. 4

5 TV Digital II: Canal de Retorno O telespectador passa a ter um canal para se comunicar com a emissora, tirando-o da inércia a qual está submetido (...). O grau dessa interatividade vai depender dos serviços oferecidos e, principalmente, da velocidade do canal de retorno (MONTEZ e BECKER, 2004, p.13) [14]. Canal de Retorno ou de Interatividade Figura 1: Canal de retorno [19] O canal de retorno, também conhecido como canal de interatividade, pode ser simplificado como conexão à Internet. Chama-se assim por ser o canal (meio de comunicação) que os telespectadores usam para retornar informações às emissoras [14]. Por exemplo, a emissora envia até você o vídeo de um jogo de futebol e uma enquete interativa, perguntando quem você acha que ganhará a partida. Para poder responder esta enquete você precisará retornar à emissora a informação com sua resposta. Para tanto, você precisará do canal de retorno [1]. Na prática é um mecanismo capaz de viabilizar a comunicação entre o TV/Conversor e uma emissora. O meio não importa, pode ser via Internet comum, mensagens de texto ou 3G. Um fato que poucas pessoas sabem é que o canal de interatividade oferece os mesmos mecanismos de segurança usados para acessar o seu banco pela Internet. Por causa disso, comprar pela televisão usando o cartão de crédito sem o risco de expor dados na Internet é uma operação viável [1]. 5

6 Figura 2: Modelo de um sistema de televisão digital Interativa [15] Como Obter o Canal de Retorno Para receber a interatividade, são necessários televisores ou conversores (set-top box) que recebam o sinal digital capazes de executar as aplicações. Para tanto, estes aparelhos precisam explicitamente ter interatividade (normalmente exibem selos escritos Ginga ou DTVi ) [1]. Figura 3: TV interativa [1] O Menu do Controle Remoto como Canal de Retorno Toda interatividade que você vê na TV Digital se dá por meio de aplicativos executados ou instalados no televisor. Mas este aplicativo (ou aplicação) para TV nada mais é do que um programa (software) que você utiliza na sua televisão, através do controle remoto [1]. Pense no menu de seu televisor, pelo qual poderá fazer algumas tarefas como alterar o brilho ou contraste da TV. Em um aplicativo a forma de uso é semelhante, mas ele pode fornecer opções muito mais interessantes para você, como: ver textos e fotos, responder enquetes, acessar redes sociais, ver a previsão do tempo, etc. O sistema é semelhante ao iphone, onde você pode instalar diversos aplicativos que lhe agradem. Do Twitter a jogos, as possibilidades são várias [1]. TV Digital aberta, os aplicativos são enviados pelas emissoras, no momento em que está assistindo um canal. Algumas emissoras, como são os casos da SBT, Bandeirantes e Rede Globo, já estão disponibilizando aplicações interativas em sua programação. No entanto, parte do público se pergunta: como fazer para acessar as aplicações interativas [1]? Geralmente quando existe uma aplicação interativa em determinado canal um pequeno i é exibido no canto da tela. Normalmente se o telespectador apertar o botão OK do controle remoto ele terá acesso ao conteúdo interativo. Geralmente existe uma relação entre o programa exibido pela emissora e o aplicativo interativo [1]. 6

7 Figura 4: i de interatividade [1] O ícone de interatividade é uma pequena imagem ou animação que aparece em algum dos cantos da tela, indicando para o telespectador que a interatividade está disponível naquele canal. Como já falamos anteriormente, o ícone pode ser desde um discreto i até animações elaboradas [1]. Tecnologias que Podem Ser Usadas como Canal de Retorno A seguir apresentamos uma relação de tecnologias que podem ser usadas como canal de retorno para a TV digital interativa. Fazemos também uma conexão entre a banda e os serviços que podem ser por ela atendidos [2]: TELEFONIA CELULAR: com o GSM (Global System for Mobile Communication), já ultrapassando os 144 kbps. Essa taxa de transmissão é suficiente para acessar a internet em banda larga. Basta uma conexão com o set top box. Nos casos de transmissão ser mais baixa, podemos usar a tecnologia, CDMA (Code Division Multiple Access) ou TDMA (Time Division Multiple Access), todos podem servir de canal de retorno para aplicações simples, como votações ou consultas a bases de dados de t-governo, cujo tráfego se resume a poucos bytes[2]. TELEFONIA FIXA: meio mais usado no país para o acesso à internet, deve ser o carro chefe do acesso via TV, apesar de menos de um terço da população ter acesso a essa tecnologia. Também é a tecnologia de canal de retorno mais usada na Europa. A maior vantagem está na consolidação da tecnologia como meio de acesso à internet. Além da baixa penetração, outro problema é a banda, que por restrições da própria tecnologia, não supera os 56 kbps. Apesar disso, pode ser amplamente utilizada para prover o acesso à internet em banda baixa [2]. ADSL: (Assymetrical Digital Subscriber Line) uma alternativa para o aumento da taxa de transmissão de dados pelas linhas da telefonia fixa é a ADSL, que, por usar outra frequência das chamadas telefônicas, pode chegar até a 8 Mbps. Com essa velocidade pode-se inclusive transmitir vídeos de alta definição ao vivo. É a tecnologia usada pela maioria das empresas de telecomunicações que oferecem serviços de banda larga, é uma ótima alternativa devido à alta velocidade que pode atingir [2]. RÁDIO: a transmissão de dados por rádio pode ser uma boa alternativa para conjuntos ou condomínios residenciais, uma vez que os custos são excessivamente altos, praticamente inviabilizando essa tecnologia para usuários domésticos. Pode prover acessos em banda larga dependendo da capacidade e potência dos transmissores. A velocidade da transmissão dos dados varia usualmente entre os 128kbps e os 2 Mbps [2]. SATÉLITE: alternativa que pode atingir todos os lares do país tem no preço o principal problema. Os custos de manutenção dos satélites e dos transmissores são excessivamente altos para permitir a ampla difusão desse tipo de acesso. Atualmente, a transmissão de dados para pessoas físicas é 7

8 praticamente usada exclusivamente para acesso à telefonia celular em lugares afastados, onde as redes normais não são rentáveis por falta de assinantes [2]. PLC: (Power Line Communication): ainda em estudo, essa tecnologia promete revolucionar a transmissão de dados. O PLC permite usar a rede elétrica, presente em quase 100% dos lares, para transmitir dados. Seria o meio ideal para ser usado como canal de retorno na TV interativa. Porém, apesar do tempo de pesquisa, que já passa dos 30 anos, os resultados concretos ainda são mínimos. Há poucas perspectivas de uso dessa tecnologia em curto prazo [2]. 8

9 TV Digital II: Tecnologias WiMax e Wi-Fi A tecnologia escolhida para o eventual simulação do canal de retorno nesse estudo de caso é, Wi-Fi, ira ser abordado, suas vantagens e desvantagens sua tendência para o futuro, e suas adaptações para atender o mercado tecnológico, mas também se faz necessário fazer uma pequena abordagem sobre WiMAX. Fundamentação Teórica O WiMAX é a evolução do Wi-Fi (Wireless Fidelity) que por sua vez é um padrão de tecnologia para acesso de uso sem fio e também é conhecida como padrão IEEE sendo baseado em WMAN (Wireless Metropolitan Area Network). Fornece taxas de dados até 75 Mbps em uma distância de 50 km. WiMAX utiliza faixas de frequência de GHz, que abrangem grandes áreas geográficas, usando espectro licenciado ou sem licença. O WiMAX usa OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) como técnica de multiplexação em direções uplink e downlink. O modo de operação utilizado para comunicação entre várias estações de assinante e a estação base é ponto-multiponto (PMP), enquanto que o modo de operação utilizado entre duas estações de base é ponto a ponto (PTP). Outras versões que incluem WiMAX são: IEEE e IEEE O IEEE é conhecido como WiMAX fixo, não tem mobilidade e é utilizado para os acessos fixos e nômades e não suporta handovers. O IEEE é conhecido como WiMAX móvel, que é uma extensão do WiMAX fixo, uma introdução de vários recursos para suporte avançado de Qualidade de Serviço - QoS (Quality of Service) para proporcionar alta mobilidade. O WiMAX móvel suporta taxa de dados de até 75 Mbps [28]. Conceitos do WiMax WiMAX, também conhecido como padrão IEEE , fornece serviços de dados sem fio usando a faixa de GHz e oferece taxas de dados até 70 Mbps em distância de 50 km. WiMAX abrange grandes áreas geográficas, usando espectro licenciado ou sem licença para fornecer serviços de Internet sem fio para usuários com altas taxas de dados. É baseado em WMAN que não é apenas uma alternativa para fios T1 e DSL (Digital Subscriber Lines), mas também fornece serviços de banda larga sem fio dentro de um edifício de um ISP (Internet Service Provider) e pode ser usado para conectar várias redes Wi-Fi em diferentes campos ou cidades. O WiMAX funciona como qualquer outra tecnologia celular e utiliza uma estação de base para estabelecer a conexão sem fio para o assinante, como a UMTS (Universal Mobile Telecommunication Systems). A comunicação entre duas ou mais estações rádio base WiMAX pode ser ponto a ponto / LOS (Line of Sight) linha de visada, enquanto entre a estação base e o assinante pode ser ponto a Multi ponto / NLOS (Non Line of Sight) [28]. IEEE e-2005 O IEEE e-2005 é a alteração do padrão IEEE d-2004 e fornece suporte para a mobilidade dos assinantes, que podem se mover a uma velocidade de veículos e oferece serviços como de alta velocidade handoffs devido a seus avanços tecnológicos. Ele aumenta o desempenho geral do sistema devido ao apoio da AAS (Adaptive Antenna Systems) e MIMO. Facilita aos usuários móveis, fixos e portáteis. O padrão atualizou o recurso de segurança incluindo a subcamada de privacidade [31]. Comparativo de WiMax Fixo e Móvel IEEE é conhecido como WiMAX fixo. O padrão foi originalmente desenvolvido como uma extensão sem fio da infraestrutura cabeada. Ele usa OFDM para minimizar os efeitos do multipath e melhora a propagação de sinais em NLOS. O WiMAX fixo não tem mobilidade e esta é a razão pela qual ele não suporta handovers. O IEEE , também conhecido como WiMAX móvel, utiliza SOFDMA (Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access),que divide a transportadora 9

10 em até 2048 subportadoras. Essa divisão do sinal de portadora torna possível melhorar a penetração do sinal em prédios e devem oferecer produtos mais baratos para o assinante final, como placas de PC e USB. A diferença básica entre as variantes fixa e móvel do WiMAX é a sua mobilidade. O WiMAX móvel oferece suporte a usuários em movimento a velocidades de 120 km / h, e ativa o mecanismo de entrega, quando um usuário se move de uma estação base para outra. As principais diferenças entre os padrões WiMAX fixo e móvel são mostrados na tabela 3 [28]. 10

11 PADRÃO IEEE IEEE Lançamento Junho 2004 Dezembro 2005 Espectro 2-11 GHz Fixa: 2 a 11 GHz Mobile: 2 a 6 GHz Técnicas de 16-QAM, 64-QAM e 16-QAM, 64-QAM e QPSK modulação QPSK Esquemas de Propagação NLOS Portadora única NLOS Portadora única Camada PHY 256-OFDM 2048-OFDM OFDM escalável com subportadoras 128, 256, 512, 1024 e 2048 Método Duplex TDD TDD FDD Taxa de Dados Taxa Máxima de 70 Mbps (para canal de 20 MHz) FDD Taxa Máxima de 15 Mbps (para canal de 5MHz) Aplicações Voz sobre IP (VoIP) VoIP Móvel Serviços fixo, nomádico e móvel, fixo e portátil suportados portátil Operadores Provedores de Serviços Wired ISP Wireless ISP Digital Subscriber Line (DSL) Wired e Wireless ISP Provedores de Serviços de Modem Interface do usuário Cartões PCMCIA para Notebooks Cartões PCMCIA Smartphones Mobilidade Não Sim Cobertura Até 50 km (máximo) 2-5 km aproximadamente Tabela 1: Comparativo entre WiMAX fixo e móvel [28] IEEE Camadas de Protocolo O IEEE usa as duas primeiras camadas do modelo OSI (Open System Interconnection). A camada de PHY usa OFDM e o OFDMA como técnicas de transmissão enquanto que a camada de enlace de dados é dividida nas sub-camadas MAC e LCC (Logical Link Control). A camada MAC é mais adiante dividida em três sub-camadas chamadas de Subcamada de Segurança, MAC subcamada de parte comum (CPS) e Subcamada de Convergência (CS). A pilha de protocolos da tecnologia WiMAX é mostrada na Figura 5, e consiste das duas primeiras camadas (PHY e de link de dados) do modelo OSI de referência. As camadas superiores incluem rede, transporte, sessão, apresentação e as camadas de aplicação do modelo OSI [31]. Figura 5: 16[29] 11

12 A camada física do WiMAX não só estabelece a conexão entre dispositivos de comunicação, mas também é responsável por definir a modulação / demodulação tipo de transmissão da sequência de bits de entrada. Ele usa OFDM e OFDMA como esquemas de transmissão, que utiliza a faixa de frequência entre 2-11 GHz. A faixa de frequência abaixo de 11 GHz torna a comunicação sem fio e NLOS possível o uso de OFDM reduz os efeitos de multipath Interferência Inter Simbólica (ISI). A camada física usa FDD e TDD como técnicas de duplexação. MAC fornece a interface entre a camada física e a de transportes. A partir de uma perspectiva de transmissão, a camada MAC recebe os pacotes das camadas superiores e as organiza em Unidades de Protocolos de Dados (PDU's) para a transmissão através do meio livre. A SC da camada MAC pode fazer interface com os protocolos das camadas superiores. Portanto, o WiMAX suporta tanto protocolo IP e Ethernet. O CPS MAC é a parte central da camada MAC e é responsável pela manutenção da conexão, a alocação de largura de banda, enquadrando PDU, duplex e canalização. A subcamada de segurança liga o CPS da camada MAC e física e fornece os métodos necessários para criptografia e descriptografia de dados. Subcamada de segurança também é usada para autenticação e troca segura de senhas [29]. Resumo de OFDM OFDM é baseado em uma técnica de modulação multiportadora que, por sua vez, é baseado no conceito de divisão de fluxos de dados de entrada de altas taxas de bits de dados em vários fluxos de menores taxas de bits. OFDM modula cada fluxo em frequências de portadoras separadas, conhecido como subportadoras. Modulação multiportadora (MCM) utiliza técnicas de banda de guarda para eliminar ou reduzir a ISI. A ideia de OFDM é ligeiramente diferente da MCM. No OFDM, subportadoras são colocados de tal maneira que elas são ortogonais entre si. Por conseguinte, o ICI (Inter Carrier Interference) é reduzido e a largura de banda disponível é utilizada de forma mais eficiente [30]. Figura 6: Comparação entre FDM convencional e OFDM [40] O uso de OFDM economiza largura de banda em relação à multiplexação por divisão de frequência (FDM), conforme mostrado na figura 6. A natureza ortogonal da sobreposição de subportadoras OFDM não só reduz o ISI, mas também economiza a largura de banda do sistema que é diferente do FDM onde ISI é reduzido pela introdução de bandas de guarda. A adição de banda de guarda é o desperdício de energia e largura de banda [30]. 12

13 Vantagens e Desvantagens do OFDM As principais vantagens do OFDM são: É simples de implementar, devido ao uso da FFT. É eficiente no espectro, devido à sobreposição de espectros e ortogonalidade. É robusto, em transmissões NLOS. Reduz os efeitos da ISI por meio do uso de um prefixo cíclico em um símbolo transmitido. Cada subportadora OFDM pode usar diferentes técnicas de modulação, como BPSK, QAM e QPSK. É robusto contra interferências de banda estreita. É útil para demodulação coerente, pois as estimativas de canal baseadas no piloto são fáceis de implementar [30]. As principais desvantagens do OFDM são: É muito sensível ao ruído de fase aguda, que ocorre em frequências mais elevadas. Tem pico de média potência (PAPR), que provoca não-linearidades e distorções. É muito sensível ao tempo e offset da frequência [30]. Arquitetura de Rede WiMax IEEE e especifica a interface aérea, mas não define a arquitetura de rede ponto a ponto para o WiMAX. O Grupo de Trabalho de rede (GNT) desenvolveu uma arquitetura de rede de referência utilizada para a implantação do WiMAX. A interoperabilidade entre diversos equipamentos WiMAX e operadores pode ser assegurada por este quadro. A arquitetura da rede é baseada em serviços IP e pode ser dividido logicamente em três partes: MS (Mobile Station), CSN (Conectivity Service Network) e ASN (Access Service Network) [29]. Figura 7: Arquitetura de rede WiMAX [29] 13

14 Referência de Modelo de Rede WiMax O modelo de referência de rede do WiMAX foi desenvolvido pelo NWG Network Working Group. O modelo define a rede WiMAX inteiro. O NRM garante a interoperabilidade entre os vários dispositivos habilitados para o WiMAX e operadores. A arquitetura da rede é baseada em serviços IP e pode ser logicamente dividido em três partes; Estação Móvel, Serviço de Acesso e conectividade de rede [29]. Frequência de Banda Figura 8: Referência de rede do modelo WiMAX [29] As faixas de frequências desempenham um papel importante para a prestação de serviços de banda larga sem fio. WiMAX usa faixas de frequências isentas de licenças e licenciadas para permitir um acesso banda largas sem fio. Cada faixa de frequência tem características únicas que têm um impacto significativo sobre o desempenho geral do sistema. As faixas de frequência licenciadas usadas pelo WiMAX são: 2,3 GHz, 2,5 GHz, 3,3 GHz e 3,5 GHz. WiMAX usa faixa de frequência não licenciada de 5GHz. O perfil do WiMAX fixo criado em 2004 usou 5,8 GHz não licenciada. Além disso, várias faixas de frequência de 5 GHz e 6 GHz estão sob consideração para o WiMAX não licenciado [29]. REGIÕES BANDAS PARA O WIMAX (GHz) BANDAS LICENCIADAS EUA 2,3 e 2,5 5,S Europa 3,5 e 2,5 5,8 Sudeste da Ásia 2,3, 2,5, 3,3 e 3,5 5,8 Oriente Médio 3,5 5,8 África 3,5 5,S BANDAS ISENTAS DE LICENÇA América Central e 2,5 e 3,5 5,8 do Sul Tabela 2: Frequências usadas para WiMAX global [28] 14

15 WiMAX usam FDD e TDD como modos de acesso via rádio. Em FDD a banda base é um usuário móvel transmitindo e recebendo simultaneamente, devido à atribuição de faixas de frequências distintas. Enquanto em TDD downlink e uplink de transmite em horários diferentes, devido compartilhar a mesma frequência. O modo de rádio atualmente especificado pelo WiMAX é TDD, considerando. As explorações espectrais das operadoras será um fator chave de decisão para a seleção da tecnologia (com base em FDD e TDD). As taxas de pico de dados do WiMAX depende de configuração de múltiplas antenas o esquema de modulação utilizado [29]. Tecnologia de Acesso Múltiplo A tecnologia de acesso utilizada pelo WiMAX é o OFDMA. OFDMA É uma extensão OFDM e é utilizado para uplink/downlink do WiMAX. Em OFDMA as subportadoras são atribuídas dinamicamente aos usuários em diferentes horários. OFDMA tem várias vantagens em relação ao OFDM, onde um único usuário pode transmitir / receber no período de tempo maior. Devido a isso, OFDM sofre relação de pico de potencia media. OFDMA reduz a relação de pico de potencia media distribuindo a banda inteira a múltiplas estações móveis com baixo poder de transmissão. Além disso, OFDMA acomoda múltiplos usuários com aplicações muito diferentes, os requisitos de QoS e as taxas de dados [28]. Parâmetros de Modulação O WiMAX suporta larguras de banda flexíveis de 1,25MHz até 20MHz. Devido à flexibilidade da largura de banda das duas tecnologias, elas utilizam vários parâmetros de modulação, como por exemplo, espaçamento entre subportadoras [29]. Modulação PARÂMETRO WIMAX FIXO WIMAX MÓVEL Banda de Transmissão (MHz) 3,5 1, Tamanho da FFT (FFT Size) Espaço entre Subportadora (khz) 15,625 10,94 Duração do Subframe (ms) 5 2 a 20, mas com foco em 5 Prefixo Cíclico (Cyclic Prefix) 1/32, 1/16, 1/8 (típico para o WiMAX móvel) e 1/4 Número de Símbolos OFDM/SC FDMA Duração do Símbolo OFDM/SC ,9 FDMA (µs) Tabela 3: Parâmetros de modulação do WiMAX WiMAX usa esquemas de modulação como QPSK, 16-QAM ou 64-QAM em uplink e downlink. No entanto, o uso de 64-QAM no uplink do WiMAX é opcional [28]. Mobilidade O WiMAX móvel suporta o modo ocioso e modo de hibernação de conectividade. No modo ocioso, o equipamento do usuário não está registrado com a estação base, enquanto que no modo de hibernação o equipamento do usuário pode procurar estações base vizinhas ou pode desligar. WiMAX móvel suporta 15

16 três tipos de entregas; HHO (Hard Handover), MDHO (Macro Diversity Handover) e FBSS (Fast Base Station Switching). HHOs são obrigatórios em WiMAX móvel enquanto FBSS e MDHO são utilizados opcionalmente. A velocidade de mobilidade suportada pelo WiMAX móvel é de até 120 km / h [29]. Wi-Fi Wireless Fidelity O que é Wi-Fi? Wi-Fi é uma jogada com o antigo termo de áudio "Hi-Fi" (High Fidelity). Este termo foi registrado pela Wi-Fi Alliance. Atualmente, Wi-Fi é o termo mais comumente utilizado para descrever uma rede local wireless baseada nas séries IEEE de padrões, que tratam de um conjunto de especificações técnicas emitidas pelo Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) [31]. Os padrões IEEE especificam uma interface "over-the-air consistindo de tecnologia de RF (radio frequência) para transmitir e receber dados entre um clientes wireless e uma estação base ou acesso point (na configuração "infraestrutura"), assim como entre dois ou mais clientes wireless que estejam dentro da faixa de comunicação entre eles (na configuração "ad hoc"). Os padrões IEEE resolvem os problemas de compatibilidade entre fabricantes de equipamentos de rede wireless operando em faixas de frequências específicas dentro do espectro não licenciado de 2.4 GHz e 5 GHz. Este sistema flexível e wireless de comunicação de dados pode ser implementado tanto como uma extensão ou como uma alternativa para as LANs cabeadas [31]. Um usuário de redes sem fio somente terá verdadeira liberdade de ser conectado em qualquer lugar se o seu equipamento, ou computador, estiver configurado com um Wi-Fi CERTIFED radio (um PC card, ou dispositivo similar). Certificação Wi-Fi significa que o dispositivo é capaz de se conectar em qualquer lugar (em casa, no escritório ou campus corporativo, em aeroportos, hotéis e etc.) onde exista um produto Wi-Fi CERTIFIED. Graças à Wi-Fi Alliance, um usuário não precisa ler todo um manual técnico. Basta olhar para o Logotipo Wi-Fi CERTIFIED para encontrar produtos interoperáveis [31]. Vantagens do Espectro não Licenciado O Espectro Não Licenciado possui duas vantagens principais: Dado que não existe o procedimento de licenciamento, o desenvolvimento pode ser rápido e sem ser oneroso. Isto torna prático o desenvolvimento de sistemas wireless baratos para mercados de massa. De outra forma, o custo de uma única licença poderia representar uma parte significativa dos custos de desenvolvimento; É compartilhado, o que é essencial para sistemas wireless que suportem dispositivos que se movam de um local para outro, como laptops, PDAs, e telefones [31]. Promessas do Wi-Fi As promessas do Wi-Fi são: Velocidade (que pode ser maior do que 54 Mbps); Confiabilidade; 16

17 Mobilidade on-the-go ; Fácil integração com redes existentes; Interoperabilidade entre diferentes fabricantes; Comunicação livre de interferências; Segurança. Com o amadurecimento da tecnologia Wi-Fi, torna-se fácil constatar as suas vantagens: velocidade (que pode ser maior do que 54 Mbps), confiabilidade, mobilidade, e de fácil integração com redes cabeadas existentes. Outro benefício inclui interoperabilidade entre diferentes fabricantes, comunicações livre de interferências a uma distância razoável e mesmo segurança que pode ser contemplada por várias tecnologias emergentes. Wi-Fi, com a promessa de mobilidade abre uma nova dimensão para a liberdade de seus usuários. O Wi- Fi é o próximo passo lógico na evolução das comunicações, pois este disponibiliza liberdade para se alcançar o seguinte: Mobilidade física enquanto se mantém conectividade nos lugares de trabalho, lar, vizinhança e eventualmente, o mundo; Para crescimento de redes sem a necessidade de instalação de cabos ou fios. Para se mudar um escritório ou negócio sem as duras despesas normalmente associadas com as instalações de local área network (LAN) cabeadas [31]. Uma vez que o access point Wi-Fi tenha sido instalado estrategicamente em um prédio, campus, vizinhança, região, ou mesmo nacionalmente, usuários podem simplesmente inserir um wireless network interface card (NIC) em seus computadores, carregar o software e mover-se de uma localização para outra com seus computadores habilitados. Tão logo tais equipamentos possam receber um sinal, poderão acessar a Internet. Isto é apenas o início do que pode ser feito com o Wi-Fi [31]. Arquitetura WLAN Todas as redes Wi-Fi possuem uma arquitetura especificamente desenhada para suportar uma rede onde as decisões são tomadas de forma distribuída entre todas as estações componentes (que podem ser móveis, portáteis ou estacionárias). Os blocos que compõem qualquer rede Wi-Fi incluem: Suporte a todas as estações (computadores, impressoras, scanners, etc.). Os serviços incluem autenticação, de- autenticação, privacidade, e entrega de dados (MAC service data unit). Basic Service Set (BSS): conjunto de estações (ex.: dispositivos computadorizados) que se comunicam entre si. Quando todas as estações em um BSS se comunicam diretamente entre si e não existe conexão a uma rede física, o BSS é chamado de "Independent BSS" (IBSS), mas é mais comumente conhecido como rede ad hoc (tipicamente uma pequena rede, de pouca extensão com um pequeno número de estações em comunicação direta). Quando um BSS inclui um access point (AP), este BSS não é mais independente e é chamado de Infrastructure BSS" ou simplesmente BSS. Neste modo de operação, todos os dispositivos computadorizados (estações) comunicam com o AP. O AP providencia tanto a conexão para uma LAN (se existir) e a função local de relay dentro do BSS [28]. 17

18 Extended Service Set (ESS): composto por um conjunto de Infrastructure BSSs, onde os APs comunicam entre si para encaminhar o tráfego de um BSS para outro. Os APs executam esta comunicação através do que se conhece como um Distribution System (DS). O DS é obackbone da WLAN e pode ser construído tanto por redes cabeadas quanto por redes wireless. Família Wi-Fi A família Wi-Fi é composta pelas seguintes recomendações: RECOMENDAÇÃO b a g n 2009? TAXA DE BITS 11 Mbps 54 Mbps 54 Mbps FREQUÊNCIA COMENTÁRIOS 2,4 GHz Primeira revisão com taxas aceitáveis 5,8 GHz Revisão com nova técnica de modulação e maior taxa de transmissão e operando em frequências diferentes. 2,4 GHz Revisão com nova técnica de modulação e maior taxa de transmissão. Opera na mesma frequência do b >100 Mbps 2,4 GHz Ainda não padronizado, permitirá utilização de técnica MIMO, aumentando a taxa de transmissão Tabela 4: Família Wi-Fi [31] 18

19 TV Digital II: Softwares para Simulação do Canal de Retorno VMware Player É um software/máquina virtual que permite a instalação e utilização de um sistema operacional dentro de outro dando suporte real a software de outros sistemas operativos. Usando software de virtualização como o VMware é possível executar um ou mais sistemas operacionais simultaneamente num ambiente isolado, criando computadores completos (virtuais) a executar dentro de um computador físico que pode rodar um sistema operacional totalmente distinto. Do ponto de vista do utilizador e do software nem sequer se nota a diferença entre a máquina real e a virtual. É muito usado em centros de dados, pois permite criar redundância e segurança adicional sem recorrer a tantas máquinas físicas e distribuindo e aproveitando melhor os recursos das máquinas hospedeiras [20]. O VMWARE é útil para: Ambientes de desenvolvimento, onde é necessário testar uma aplicação em várias plataformas: Muitas empresas têm produtos multiplataforma, que precisam ser testados em Windows e em diversas distribuições do Linux. Ambientes de suporte, onde é necessário dar suporte a diversas aplicações e sistemas operacionais. Um técnico de suporte pode rapidamente usar uma máquina virtual para abrir um ambiente Linux ou Windows. Simulação de instalações complexas de rede. Apresentação de demonstrações de sistemas completos prontos a usar, tipicamente referidas como VMware appliances [20]. Eclipse Galileo Figura 9: Tela inicial da maquina virtual vmware Fonte: Autor É um ambiente integrado de desenvolvimento gratuito que pode ser usado para desenvolvimento de aplicações em Java, sendo um dos mais recomendados para isto. O Eclipse não contém módulos para 19

20 criação de interfaces gráficas, o que considera vantajoso para iniciantes na linguagem Java, pois o foco deve ser a linguagem e não o aspecto visual de uma aplicação. Versões do Eclipse existem para diversos sistemas operacionais, como Windows, Linux e etc. Em resumo e uma plataforma onde toda linguagem Java poderá ser executada [33]. No Eclipse foram feitos várias melhorias de gerenciamento/instalação de plug-ins; suporte para novas plataformas; novos warnings do compilador Java; gerenciamento de projetos mais flexíveis e aderente a padrões Java na definição de classpaths; controle de versões com suporte ao Microsoft Word; gerando de tostring (); breadcrumb para Debug e algumas melhorias no editores. Figura 10: Tela inicial do aplicativo eclipse galileo Fonte: Autor Simulação da TV Interativa, Usando o Wi-Fi Como Canal de Retorno Para fazer a simulação de interatividade, foi necessário usar dois PCs, sendo um como a emissora e outro como telespectador, também foi indispensável a utilização de softwares nos computadores, vale salientar que todos esses aplicativos estão disponibilizados de forma gratuita na internet nos siteswww.gingancl.org.br, e e os comentários sobre os mesmos serão feitos nas seções a seguir. VMWARE Player na Linguagem Ginga NCL Para que o eclipse consiga fazer a compilação do algoritmo criado é necessário ativar o VMWARE player na linguagem Ginga NCL, e em seguida acione o ícone (play virtual machine), com essa tela o vmware player já está habilitado, o vídeo com as interatividades será mostrado por esse software. 20

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