Luiz A. R. da Silva Mello smello@cetuc.puc-rio.br Centro de Estudos em Telecomunicações CETUC-PUC/Rio Agenda A evolução das comunicações sem fio WWANs - Sistemas celulares 1G, 2G e 3G WPANs Bluetooth, IEEE 802.15 WLANs WiFi (IEEE 802.11) WMANs Padrões IEEE 802.16 (WiMax) Julho de 2004 2
A evolução das comunicações sem fio Darius I, imperador persa (522-486 B.C.), enviava notícias da capital às províncias do império através de uma linha de homens gritando sobre colinas, 30 vezes mais rápido do que por mensageiros. No poema Agamemnon, de Ésquilo (525-456 B.C.), é descrito o uso de telegrafia óptica utilizando fumaça e espelhos durante o dia e fogueiras durante a noite. Eneas il Tatico (IV século B.C.) descreve um telégrafo hidráulico, inventado pelos cartagineses. Julho de 2004 3 A evolução das comunicações sem fio O Telégrafo Ótico - França 1783 Julho de 2004 4
A evolução das comunicações sem fio Julho de 2004 5 A evolução das comunicações sem fio Guglielmo Marconi A invenção do rádio - 1895 - Bologna - 3Km - a letra S A 1a. transmissão trans-oceânica - 1901 - Cornwall (U.K) a Newfoundland (U.S.A.) O transmissor de Bologna Marconi em Newfoundland Julho de 2004 6
A evolução das comunicações móveis 1921: Sistema rádio móvel da polícia de Detroit operando em 2MHz - AM. 1946: MTS/AT&T. 6 canais em 150 MHz - canais FM de 120 khz Sistema de manual, com conexão via operador 1960s: IMTS/Bell IMTS-MJ em 150 MHz e IMTS-MK em 450 MHz Alocação automática de canais, discagem direta, sistema full-duplex Situação em New York em 1976: 6 canais do sistema MJ com 320 usuários (2400 em lista de espera). 6 canais do sistema MK com 225 usuários (1300 na lista de espera). Probabilidades de bloqueio de 30%. Serviço altamente restrito e de baixo retorno. Julho de 2004 7 O Conceito Celular Para aumentar o número de canais disponíveis limitando interferências: Reuso de freqüências em áreas geográficas suficientemente distantes para evitar (limitar) a interferência co-canal. Idéia simples e antiga (Bell - 1950) antes limitada pela complexidade do sistema de controle, só viabilizada pelo uso de computadores nos terminais (móveis ou fixos). 2 1 3 2 7 1 3 6 4 7 2 5 6 4 1 3 2 5 7 1 3 2 6 4 7 1 3 5 6 4 7 2 5 6 4 1 3 2 5 7 1 3 6 4 7 5 6 4 5 Julho de 2004 8
Sistemas móveis celulares 1G U.S.A. 1958: Bell propõe uma banda de 75-MHz na faixa de 800 MHz para a introdução de um sistema móvel celular. 1971: Bell apresenta projeto de sistema celular. 1974: FCC aloca uma banda de 40 MHz (NES) para sistemas celulares e reserva mais 20 MHz. 1979: Introdução do padrão AMPS (analógico FDMA). 1982: Emissão de licenças de operação e alocação de 10 MHz adicionais (ES). 1984: primeiro sistema celular comercial (Ameritech, Chicago). Europa 1980: padrões cordless CT-1 e CT-1+ (13 países) -tecnologia analógica FDMA, sem roaming. 1985-1986: sistemas celulares analógicos TACS, NMT, C450. Julho de 2004 9 Sistemas móveis celulares 2G U.S.A. 1990: Introdução do padrão IS-54 (TDMA). 1993: primeiros sistemas celulares digitais (D-AMPS). 1994: Introdução do padrão digital IS-95 (CDMA). Europa 1987: padrão cordless CT-2 (UK) - tecnologia digital, FDMA/TDD. 1988: padrões cordless CT3/DC900/DECT - tecnologia digital, TDMA/TDD/MC. 1989: padrão celular GSM - tecnologia digital TDMA/FDMA/FDD. 1991: padrão celular DCS 1800 (pcs GSM em 1.8 GHz). Julho de 2004 10
Acesso com fio vs. sem fio Julho de 2004 11 O Conceito 3G Altas taxas de transmissão Até 2 Mbits/s em redes locais com baixa mobilidade e comutação por pacotes Até 384 Kbits/s em áreas amplas com alta mobilidade e comutação por circuitos Múltiplos serviços com diferentes classes de Qualidade de Serviço (QoS) Cobertura mundial Compatilibidade e interoperabilidade entre padrões Julho de 2004 12
Migração de 2ª para a 3ª geração CDMA IS-95-A PDC GSM IS-136 2G CDMA IS-95-B HSCSD GPRS EDGE EDGE 2.5G CDMA 1xRTT 1xEV-DO 1xEV-DV 3GPP2 3GPP W-CDMA (UMTS) EDGE 3G Julho de 2004 13 Tecnologias de acesso sem fio em banda larga Padrões WPAN Wireless Personal Area Network Infrared Bluetooth 802.15 (WiMedia) WLAN Wireless Local Area Network Hyperlan Hyperlan2 802.11 (WiFi) WMAN Wireless Metropolitan Area Network MMDS LMDS 802.16 (WiMax) WWAN Wide Area Network GSM/GPRS CDMA 3G Velocidade < 1Mbps 2 a 54 Mbps > 22 Mbps 10K a 2 Mbps Alcance 10 m 50 100 m Área urbana Área urbana, suburbana e rural Aplicações Par a par Dispositivo a dispositivo Redes locais privadas e corporativas Acesso Pontomultiponto Última milha PDAs Telefones celulares Julho de 2004 14
Padrões para WPAN Bluetooth Ad hoc networks Frequency-hopping spread-spectrum (FHSS) 2.4 GHz ISM band - FHSS Taxas de dados de até 1 Mbps P802.15.1 WPAN/Bluetooth Padrão WPAN baseado em Bluetooth (PHY and MAC layers) P802.15.3 High rate WPAN Taxas de dados acima de 20 Mbps 2.4 GHz ISM band Aplicações em geração de imagens e multimídia portátil P802.15.4 Low rate WPAN Tempos de bateria de múltiplos anos Taxas de dados abaixo de 200 Kbps Julho de 2004 15 Padrões para WLAN IEEE 802.11a/b/g 2,4 e 5,7 GHz - Bandas IMS (isentas de licença) 1 a 54 Mbps WiFi: dispositivos 802.11 com certificado de interoperabilidade da WECA Tecnologia integrada à nova plataforma Intel para laptops (Centrino) Concorrentes ou complementares a 3G? wireless laptops cable headend cable modem router/ firewall Ethernet wireless access point Julho de 2004 16
Aplicações para WiFi Acesso de laptops e PDAs em Aeroportos Hotéis Coffee shops e restaurantes Centros de convenções Redes domésticas wireless Redes corporativas wireless Chão de fábrica Previsão para 2007 120 mil hot-spots com 30 milhões de usuários freqüêntes e 35 milhões de eventuais receita superior a 9 bilhões de dólares O novo processador Intel para laptops (Centrino) já possui WiFi built in Julho de 2004 17 Padrões para WMANs P802.16 Air interface for fixed BWA at 10-66 GHz Padronização para a camada MAC Múltiplos padrões para a camada PHY, com diretrizes gerais para operação ponto-multiponto (PMP) 2 a 155 Mbps P802.16a 2-11 GHz licensed bands Sistemas BWA ponto-multiponto Sistemas OFDM e single-carrier P802.16b License-Exempt Bands, com foco em 5-6 GHz Wireless High-Speed Unlicensed Metropolitan Area Networks (WirelessHUMAN) Sistemas OFDM Julho de 2004 18
Aplicações Conectar residências e empresas às redes de telecomunicações em banda larga Centenas de usuários/canal, grande largura de banda, tráfego contínuo a taxas constantes Solução para operadoras que precisam estender a infra-estrutura de rede em áreas onde a instalação de cabo metálico ou de fibra óptica é inviável Backhaul - conexão de tráfego até os hotspots Wi-Fi Complementar aos sistemas celular 3G/4G, por oferecer altas taxas para o tráfego de dados Usuário poderá trafegar entre hotspots Wi-Fi e redes Wi-Max de forma totalmente transparente, sem perder a conexão e a aplicação em uso Julho de 2004 19 Padrão IEEE 802.20 Mobile-Fi WiMAX (802.16e) Mobile-Fi (802.20) Mobilidade Características da mobilidade Frequência de operação Largura de canais Eficiência no uso do espectro Taxas de pico de comunicação 20 a 100 km/h local / regional com handoff e roaming 2 a 6 GHz 10; 20 MHz 1,75; 3,5; 7; 14 MHz 3; 6 MHz Até 5 bps / hz 70 Mbps Até 250 km/h global com handoff e roaming < 3,5 GHz 1,25; 5 MHz Até 3,2 bps / hz 3,2 Mbps (UL / 1,25 MHz) 16 Mbps (DL / 5 MHz) CETUC-PUC PUC-Rio 20 Julho de 2004 20 Rio 20
Tecnologias e aplicações wireless real - time enterprise vertical apps M2M apps Java/Brew/.NET/OMA Ultra - Wideband WiFi Bluetooth mobile business horizontal apps IPv6 MMS 3GPP/SIP Mobile Location 3G WWAN 2.5G Wireless Data 2G Cellular Copyright 2002 Julho de 2004 21 Visão do futuro Julho de 2004 22
Convergência e transparência Julho de 2004 23