Computação Móvel: Sistemas de Telefonia Móvel

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1 Computação Móvel: Sistemas de Telefonia Móvel Mauro Nacif Rocha DPI/UFV 1 Conceitos Básicos Sistema móvel celular (SMC) Estrutura em célula. Célula é uma área geográfica coberta por um transmissor de baixa potência - ERB (Estação Rádio Base) Unidade móvel é o equipamento manipulado pelo usuário Pontos cobertos por mais de uma ERB - overlapping Direct-retry - pesquisa pelo sinal de uma ERB Crescimento da demanda: Células tendem a reduzir sua área Macrocélula, microcélula e picocélula Controle de potência de ERBs 2 1

2 Conceitos Básicos Formatos heterogêneos das células, mostrando uma situação mais real 3 Conceitos Básicos UM ERB s PSTN CCC ou MSC UM Unidade Móvel ERB Estação Rádio-Base CCC Central de Comutação e Controle HLR Home Location Register VLR Visitor Location Register PSTN Public Switching Telephone Network HLR VLR 4 2

3 Conceitos Básicos RPT CCC ERB ERB CCC ERB ERB ERB ERB 5 Conceitos Básicos Antenas omni-direcionais transmitem sinais em todas as direções Antenas setorizadas cobrem pequenos setores dentro de uma célula 7 3

4 Conceitos Básicos 8 Conceitos Básicos Interferência co-canal - uso da mesma frequência em diferentes células Nível de interferência co-canal é a razão entre a potência do canal transmitido pela soma das potências dos canais de mesma frequência das células vizinhas à primeira Interferência adjacente é a interferência de canais adjacentes em uma mesma ERB ou célula 9 4

5 Conceitos Básicos Cell Splitting Áreas rurais, macro-células Áreas urbanas, micro-células Altas densidades, pico-células 10 Fator de Reuso TDMA, GSM CDMA N=7 N=1 14 5

6 Alocação de Bandas Faixas de 1885 a 1900, 1950 a 1980, 2140 a 2170 MHz: reservadas para IMT Perigo da Radiação Celular (?) 16 6

7 Emissão de Radiação (UMs) SAR (W/kg) BlackBerry 7100g 1,95 iphone 3G 1,68 iphone 4 0,78 Galaxy S II 0,74 Nokia N8 0,10 Siemens C75 0,02 Valor limite <2,0 Fonte: SAR: taxa de absorção específica ( Specific Absorption Rate ) ICNIRP: (International Commission on Non-ionizing Radiation Protection) 17 SAR Como os limites foram estabelecidos? A partir de experiências com animais e cálculos computacionais foi determinado o valor da energia, que se absorvida pelo ser humano, provocaria um aumento da temperatura do corpo de menos de 1º centígrado (1 a 4 W/kg). Este valor foi dividido por 10, gerando os limites para pessoal especializado (empregados das empresas) e foi dividido novamente por 5 gerando os limites para o público em geral. 18 7

8 SAR Limites ANATEL ICNIRP em 900 MHz: 4,5 W/m² - (41 V/m) em 1800 MHz: 9,0 W/m² - (58 V/m) 19 Alguns valores medidos Forno de microondas: encostado no forno: 50 V/m 30 cm do forno: 14 V/m 60 cm do forno: 8 V/m Os campos situam-se abaixo do limite máximo permitido pela norma. Para freqüências acima de 2 GHz, que é o caso do forno de microondas que opera a cerca de 2450 MHz, o valor máximo permitido é de 61 V/m. 21 8

9 Alguns valores medidos Tela de microcomputador: encostado na tela: 15,6 V/m; 10 cm da tela: 8,0 V/m; 50 cm da tela: 0,5 V/m. Tela de televisor: encostado na tela: 30 V/m. 30 cm da tela: 3,5 V/m 60 cm da tela: 0,8 V/m. 22 GSM Evolução Espectro Atual:900 e 1800 MHz (Europa) 1900 MHz (EUA) Novo: 1900/2100 MHz Geração 2 G 2,5 G 2,5/3 G 3 G Tecnologia GSM GPRS EDGE Taxa de dados máx. teórica (kbit/s) Taxa de dados média (kbit/s) WCDMA (UMTS) HSDPA (WCDMA) 14,4 171, Canalização 200 khz 200 khz 200 khz 5 MHz 5 MHz 46 9

10 CDMA Evolução Espectro Atual: 800 MHz e 1900 MHz Geração 2 G 2,5 G 3 G Tecnologia Taxa de dados máx. teórica (kbit/s) Taxa de dados média (kbit/s) cdmaone (IS-95-A) CDMA2000 1x CDMA 1xEV-DO CDMA 1xEV-DO Rev. A 14,4 153, Canalização 1,25 MHz 1,25 MHz 1,25 MHz 1,25 MHz CDMA 1xEV-DO (Evolution-Data Optimized) 53 CDMA Evolução 54 10

11 Telefonia Celular Evolução 55 Padrões Mundiais Integração de voz, dados e serviços multimídia Redução de custos Competição mais visível para o usuário Sistemas 2.5G, 3G e 4G ITU-R: FPLMTS (Future Public Land Mobile Telecommunications) ou IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000) ETSI: UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) 56 11

12 Sistemas 3G: Requisitos Básicos Serviços flexíveis Serviços multimídia e serviços online Mobilidade pessoal em redes móveis e fixas Suporte a terminais multi-sistema (diferentes sistemas 3G) Suporte a operações multimodo (mais de uma tecnologia de transmissão) Roaming internacional e entre redes de comunicações distintas 57 Sistemas 3G: Requisitos Básicos Cobrança flexível - Incluindo sistema prépago Informações em tempo real sobre tarifação Assistente pessoal e suporte a agentes inteligentes Serviço integrado de caixa postal para voz, fax, texto e outros formatos Centro único de aquisição de serviços 58 12

13 Sistemas 2G x Sistemas 3G Sistemas 2G Serviços padronizados Operações de roaming restritas Serviços de banda estreita, projetados basicamente para suportarem serviços de voz Sistemas 3G Serviços personalizados Acesso contínuo, com operações de roaming entre diferentes sistemas Serviços multimídia de banda larga 59 Classes de Serviços 3G Seis grandes classes de serviços: Serviços de voz Serviços tradicionais de voz Serviços de mensagens , paging Serviços baseados em pacotes Transmissão de dados, fac-símile 60 13

14 Classes de Serviços 3G Serviços multimídia de faixa estreita Navegação na Internet, serviços de Intranet Serviços multimídia de faixa larga FTP, vídeo sob demanda Serviços multimídia interativos de faixa larga Vídeo-conferência, inspeção visual remota 61 Padrão para Sistemas de Comunicação Móvel de 3a Geração Padrão único é difícil de ser alcançado Pressão de diversos grupos econômicos Padrão IMT-2000 International Mobile Telecommunication-2000 ITU (International Telecommunication Union) Padrão global Principal diretriz Definição de interfaces padrões que permitam a integração dos diversos sistemas 3G 63 14

15 Evolução 3G do GSM Família HSPA (High Speed Packet Access) HSDPA - High Speed Downlink Packet Access HSUPA - High Speed Uplink Packet Access HSOPA - High Speed OFDM Packet Access Super 3G Incompatível com WCDMA Compete com WiMAX HSPA+ ou Evolved HSPA 64 Padrão Internacional IMT-2000 Objetivos primários Provisão de serviços globais flexíveis e contínuos Eficiência operacional, principalmente para serviços de dados e multimídia 66 15

16 Licenciados 3G Fonte: 3G Today e Teleco 69 Estatísticas - Brasil 73 16

17 Estatísticas - Mundo 75 Problemas c/ 3G Taxa de dados já inadequada para algumas aplicações de 2 a 14.4 Mbps para unidades estacionárias, e 348 kbps para UMs Taxas reais bem inferiores a isso (~ 200k a 2M) Redes heterogêneas dificultam roaming internacional Tarifas muito caras em alguns países Rede circuit switched para voz e packet switched para dados Sem suporte a IPv6 Sem garantia de QoS Alto gasto de energia nos dispositivos 76 17

18 4G IMT-Advanced Rede all IP, packet switched, IPv4 / IPv6 Eficiência espectral maior c/ uso de: OFDM MIMO (Multiple Input, Multiple Output) Modulação avançada (64 QAM) Turbo Codes - correção de erro, minimizando os requerimentos de snr (relação S/R) 77 4G 78 18

19 4G Fonte: teleco.com.br 79 4G Taxa nominal de 100 Mbps em mobilidade (global) e 1 Gbps estacionário Interoperabilidade c/ redes existentes Roaming global Handoff suave entre redes heterogêneas (vertical handoff) Garantia de QoS para aplicações multimídia e de tempo real 80 19

20 4G Tecnologias Consideradas Atuais (10 a 30 Mbps) Flash-OFDM (em uso na Europa) e (versão mobile do WiMax (WiBro, Coréia do Sul) HC-SDMA (High Capacity Spatial Division Multiple Access) iburst LTE 3GPP Long Term Evolution Futuras m high speed WiMax LTE Advanced (LTE Release 10) 81 4G Aplicações Além das aplicações de voz e dados já usadas hoje, poderíamos considerar: Acesso em banda larga (broadband) (conceito em constante redefinição) MMS Multimedia Messaging Service Videoconferências Mobile TV, HDTV Digital Video Broadcasting (DVB) 82 20