Sistemas de telefonia celular

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1 Sistemas de telefonia celular Introdução Os padrões TDMA, CDMA e GSM se referem a diferentes tecnologias (sistemas de rádio) utilizadas pelas operadoras de telefonia celular. Provavelmente você já ouviu falar em ao menos alguma dessas siglas, certo? Agora você terá a oportunidade de entender o que elas significam e então conhecer um pouco mais sobre o funcionamento do seu aparelho celular, isto é, das tecnologias que as operadoras de celular utilizam. Nesta unidade, você compreenderá como se deu a evolução desses sistemas e suas relações com as tecnologias 1G a 4G, entendendo que tudo evoluiu conforme necessidade dos usuários em se comunicar. Ao final desta aula, você será capaz de: distinguir os sistemas de telefonia celular, compreendendo o funcionamento dos sistemas TDMA, CDMA, GSM e suas vertentes. Sistema TDMA O sistema Time Division Multiple Access (TDMA) ou Divisão de Tempo com Acesso Múltiplo é uma tecnologia que evoluiu a partir do surgimento da digitalização dos sistemas de telefonia móvel e, portanto, do sistema 2G. É baseado na tecnologia Time Division Multiplexing (TDM) e compatível com o padrão analógico de Serviço Telefônico Móvel Avançado (AMPS), utilizado na tecnologia 1G. A Figura 1 mostra a utilização de um celular da década dos anos 1990, que funcionava com a tecnologia 1G, em que era possível apenas realizar e receber chamadas (GOLDSMITH, 2005)

2 Figura 1 - Celular com tecnologia 1G Fonte: Mediapool A tecnologia AMPS foi substituída pela TDMA digital ou a CDMA por volta dos anos 1997 e 1998, atendendo os padrões da tecnologia 2G. A tecnologia TDMA utiliza uma banda estreita para transmissão nas faixas de 800 MHz e MHz, isso significa que se trabalha com poucos canais que, por sua vez, são divididos em slots (intervalos de tempo alternados) e no final, é usado um espaço menor porque o sinal de voz analógico é convertido para digital, fazendo com que os dados sejam comprimidos em um terço da capacidade do canal (GOLDSMITH, 2005; TANENBAUM; WETHERALL, 2011). A tecnologia TDMA teve três tipos de sistemas, o IS-54, o IS-136 e o GSM. O IS-136 é uma tecnologia digital que permite implantar serviços de mensagens curtas, as conhecidas SMS, assim, permitindo trabalhar também com identificação de chamadas e chamada em espera, por exemplo. Já a versão IS-54 utilizava tecnologia analógica. Os sistemas baseados em TDMA, embora tenham sido muito utilizados na década de 1990, mostraram-se limitados tanto na quantidade de usuários, quanto nas taxas de bits com que conseguiam trabalhar, sendo substituídos pelas tecnologias CDMA e GSM, progredindo para uma transição para o 3G (GOLDSMITH, 2005). Sistema CDMA O Code Division Multiple Access (CDMA), isto é, Acesso Múltiplo por Divisão de Código, também utiliza as faixas de frequência de 800 MHz e MHz. A tecnologia CDMA surgiu principalmente da necessidade de oferecer segurança para os usuários, partindo do sistema 2G. A principal característica desse sistema é a de trabalhar com uma banda larga, isto é, com muitos canais, sendo capaz de transformar o sinal de voz em sinal digital, dividindo esse sinal em vários pacotes e os distribuindo por todo o canal de frequência. Assim, cada camada recebe um código único, possibilitando que muitas chamadas possam trafegar ao mesmo tempo por todo o canal (RAPPAPORT, 2009; TANENBAUM; WETHERALL, 2011)

3 Figura 2 - Celular com tecnologia 2G Fonte: TRINACRIA PHOTO / Shutterstock Assim, diferente do TDMA, que organiza o sinal por intervalos de tempo, o CDMA realiza as conexões ao mesmo tempo, de modo que o código é que faz a distinção das chamadas, possibilitando a identificação dos dados corretos no receptor, aumentando a segurança dos dados transportados. O sistema utilizado pelo CDMA foi o IS- 95 ou CDMAOne e, posteriormente, o IS-95B, que aumentou a velocidade do tráfego para até 64 kb/s, contra 14,4 Kb/s da versão anterior (RAPPAPORT, 2009; GOLDSMITH, 2005). FIQUE ATENTO A tecnologia CDMA possui variantes. Para não causar confusão, vamos deixar claro que o primeiro padrão é o CDMAOne (2G), o segundo é o CDMA2000 (3G) e o terceiro é o padrão WCDMA ou UMTS (3G). Todos são padrões que utilizam a tecnologia CDMA. Contudo, é importante ressaltar que o primeiro e o segundo padrão não são compatíveis com o terceiro. O CDMA ganhou popularidade porque era indicada para o uso em grandes centros urbanos, uma vez que permite a transmissão de até dez chamadas simultâneas no mesmo canal de rádio, tem características de segurança e grande abrangência do sinal, reduzindo a densidade de energia, melhorando o alcance para alta resolução e múltiplos acessos. As interferências são diminuídas no CDMA porque a tecnologia possibilita a utilização de frequências iguais em células adjacentes, permitindo também o suporte para maior quantidade de usuários devido ao melhor aproveitamento dos canais (TANENBAUM; WETHERALL, 2011)

4 Sistema GSM A sigla GSM significa, em inglês, Global System for Mobile Communications, traduzido como Sistema Global para Comunicações Móveis. Este sistema surgiu em 1980, na Europa, como tentativa de padronização do sistema 2G. O GSM faz transmissões baseadas no padrão TDMA, contudo, utilizando oito também, trabalhar com o padrão 2011). slots em cada canal. Ele pode, Frequency Division Multiple Access (FDMA) (TANENBAUM e WETHERALL, SAIBA MAIS A tecnologia FDMA divide faixas de frequência estreitas e disponibiliza cada canal alocado exclusivamente para um usuário durante toda a conexão da chamada. O sistema FDMA serviu de base para a tecnologia AMPS, pois trabalha com a comunicação analógica. A tecnologia GSM trouxe o uso dos cartões SIM ( Subscriber Identity Module), isto é, Módulo de Identificação do Assinante, ou simplesmente denominado chip pelo senso comum. O cartão SIM armazena informações que dizem respeito à linha telefônica e também ao usuário, como número do telefone, operadora, lista de contatos etc. Isso fez com que a tecnologia 3G e, posteriormente, a 4G, utilizadas principalmente em smartphones e tablets, ganhassem mais popularidade (TANENBAUM; WETHERALL, 2011)

5 Figura 3 - Tablet e smartphone com tecnologia 3G Fonte: Scanrail1 / Shutterstock Com o surgimento dos cartões SIM, tornou-se possível trocar de celular sem a necessidade da troca do número de telefone. Isso era possível na tecnologia CDMA apenas contatando a operadora de telefonia quando não era exigido o cartão SIM para funcionamento. A tecnologia GSM também tornou o serviço mais seguro, uma vez que implementa proteção por meio da criptografia, evitando que dados do usuário sejam roubados no momento da comunicação. FIQUE ATENTO Ainda que a tecnologia GSM implemente criptografia para tornar os dados trafegados mais seguros, continuamos sujeitos ao roubo de nossos aparelhos. Uma forma de a operadora bloquear o acesso ao funcionamento do aparelho é saber o número do IMEI (International Mobile Equipment Identify) do seu smartphone, um número de quinze dígitos que identifica seu aparelho celular. Para saber o IMEI do seu aparelho, basta digitar *#06# na tela de discagem. Segundo Tanenbaum e Wetherall (2011), a tecnologia GSM trabalha em uma faixa de frequência internacional, incluindo 900, e MHz, sendo alocado um espectro maior que o AMPS, padrão em que baseou sua arquitetura. Embora a Figura 4 apresente cada célula com uma estação-base de transceptor posicionada no seu meio, muitos sistemas passaram a posicionar a BTS (controlador de estação-base) em pontos de interseção das - 5 -

6 três células, de modo que uma única estação-base com antenas direcionais possa atender a três células. Ressaltese que a telefonia móvel como a conhecemos só foi possível por dividir o sistema em células, de modo que o desempenho se relacione sempre com cada célula em separado. A MSC (central de comutação de unidade móvel) interpreta o papel central na contabilidade e autoriza o usuário, estabelecendo ou interrompendo a chamada e fazendo transferências. Figura 4 - Componentes da arquitetura de rede celular 2G Fonte: Tanenbaum e Wetherall, 2011, p Os usuários do padrão GSM têm a vantagem de mudar de estado ou até de país utilizando o roaming, mas mantendo sua cobertura mediante a migração automática para outras operadoras. Quanto à velocidade, se o sistema GSM utilizar a tecnologia de transferência de dados, tão necessárias na utilização da 3G. General Packet Radio Service (GPRS), aumenta-se significativamente as taxas EXEMPLO Se o seu número de celular opera com o DDD 67 (estado do Mato Grosso do Sul) e você faz uma viagem para o estado de São Paulo, onde a área de cobertura é o DDD 11, automaticamente sua linha de telefone entra em roaming. Considerando que a sua operadora tem cobertura nos dois estados, o problema vai ser caso alguma pessoa que está em um estado diferente de SP te ligar, pois serão consumidos os seus créditos, além dos créditos dela. Mais recentemente foi implantada a tecnologia 4G, que ainda não tem cobertura em todo o Brasil, permanecendo restrita a algumas cidades do país. O Long Term Evolution (LTE) é a atual tecnologia 4G, que é baseada nas tecnologias GSM e WCDMA que implementam a 3G ainda em funcionamento onde ainda não há cobertura 4G. A LTE prioriza o tráfego de dados e não o de voz, como acontecia nas tecnologias anteriores

7 Fechamento Agora que você identificou como os padrões de tecnologias TDMA, CDMA e GSM funcionam e qual a conexão com as tecnologias 1G a 4G, você compreenderá porque a evolução das tecnologias se deu de acordo com as necessidades dos usuários. Nesta aula, você teve a oportunidade de: compreender que cada tecnologia de telefonia móvel evoluiu para atender as demandas dos usuários móveis. Referências GOLDSMITH, A. Wireless communications. Cambridge, UK/New York: Cambridge University Press, RAPPAPORT, T. S. Comunicações sem fio: princípios e práticas. 2. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, TANENBAUM, A. S.; WETHERALL, D. Redes de computadores. 5. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall,