Seção: Tutoriais Telefonia Celular
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Para o desenvolvimento do pioneiro sistema AMPS nos EUA, o estado da arte na época indicava que o padrão a ser adotado para a telefonia celular levava em conta canais de 30 kHz com modulação em FM.
Para o atendimento a uma mesma ligação telefônica na modalidade full-duplex seria na verdade necessária uma banda de 30 kHz para um sentido (transmissão da radiobase para o móvel) e outra banda de 30 kHz no outro sentido (transmissão do móvel para a radiobase), como mostra a figura abaixo.
No domínio da freqüência, a disposição dessas bandas, em atendimento a uma única chamada, ficou da seguinte forma:
O desenho acima mostra o exemplo para um canal. Usualmente, o que se convenciona chamar de canal são as duas bandas associadas ao par de portadoras (uplink e downlink). Com dois canais, a disposição ficava da forma abaixo:
Para mais canais, basta ir ocupando gradativamente o espectro de freqüências até um limite, geralmente pré-estabelecido. Esta modalidade de operação é conhecida como FDMA (Frequency Division Multiple Access ou Acesso Múltiplo por Divisão de Freqüência).
O FDMA é um método de acesso utilizado universalmente, de forma isolada, como no AMPS, ou de forma combinada com outras técnicas de acesso, como nos sistemas digitais que vieram na seqüência.
Considerando-se uma banda de 20 MHz em cada sentido, o número de canais obtidos era de 20 MHz/30 kHz, o que indicava que 666 canais poderiam ser operados simultaneamente pelo sistema em uma região típica, o que pareceu adequado à época.
O problema inicial foi determinar em que região do espectro seriam alocadas estas duas bandas de 20 MHz, que não necessariamente deveriam ser contíguas, considerando até mesmo a conveniência de um afastamento entre elas.
Este afastamento (offset) entre as duas bandas é conhecido pelos termos banda de guarda e afastamento duplex, sendo necessário para simplificar o projeto do sistema, consubstanciado na redução de tamanho e custo dos filtros diplexadores. Era necessário, portanto, determinar em que ponto do espectro esse arranjo poderia ser feito.
A operação em ondas curtas (HF) apresentava inconvenientes já conhecidos na época. A faixa de 100 MHz é bastante favorável para operação de sistemas de telefonia móvel, porém esta faixa já se encontrava toda ocupada por diversos serviços (TV, FM, serviços públicos etc.). Por outro lado, o uso de baixas freqüências aumenta o tamanho dos aparelhos portáteis, principalmente as dimensões das antenas.
Freqüências acima de 10 GHz apresentam problemas com alta atenuação, fading e sensibilidade a chuvas, tornando impraticável o seu uso. O compromisso mais favorável dentro da realidade existente foi encontrado na região de 850 MHz, inicialmente designada para o serviço de TV a cabo.
Nesta região foi possível obter duas bandas de 20 MHz para a operação de serviços celulares: uma banda para a transmissão da estação base para os móveis (downlink ou sentido direto) e outra para a transmissão dos móveis até a estação base (uplink ou sentido reverso). A disposição inicial ficou a seguinte:
Visando os benefícios advindos da competição, já de praxe na época nos EUA, decidiu-se introduzir a concorrência entre duas operadoras em cada região. Desta forma, os 20 MHz disponíveis foram divididos em duas bandas iguais de 10 MHz cada, denominadas bandas A e B, ficando da seguinte forma:
Deve ser observado que, entre todos os desenhos até agora mostrados, não é seguida uma escala, objetivando atingir a finalidade didática do tema; o mesmo ocorre com os desenhos de bandas no restante deste tutorial.
Na disposição acima, a banda A (uplink + downlink), com 333 canais, foi destinada a uma determinada operadora. Na mesma região, outra operadora concorrente recebeu autorização para operação na banda B (uplink + downlink), com outros 333 canais. Desse modo, foram criadas as condições justas de competição, evitando-se assim o surgimento de monopólios.
Considerando as condições de projeto dos sistemas já existentes, relacionadas com sistemas de células operando e baixas potências (quando comparado com os sistemas anteriores), e levando em conta a impossibilidade de propagação das freqüências na banda de 850 MHz em grandes distâncias, foi possível obter dois grandes progressos: o reuso de freqüências em regiões relativamente próximas dentro da mesma área da operadora e a adoção de outros sistemas de telefonia celular em cidades próximas, o que antes era problemático. Isto proporcionou um considerável aumento na capacidade dos sistemas instalados.
O sucesso do AMPS, dentro das condições já mencionadas, foi impressionante. Dos EUA, o sistema foi exportado para praticamente todo o mundo, tornando-se o padrão de telefonia celular na época. Devido à grande demanda, os 666 canais previstos logo caminharam para uma situação de esgotamento.
Logo foi percebido que havia necessidade premente de ampliação de faixas para conter um maior número de canais não só para as duas operadoras existentes em cada região, mas também para destinação a outras operadoras em cada região, aumentando ainda mais a competição.
Para essa ampliação foi imaginado um acréscimo de 25%, ou seja, uma banda adicional de 2,5 MHz para cada segmento (denominada banda de extensão), o que elevou a quantidade de canais por operadora para 416. O ideal seria uma faixa contínua para cada nova banda, porém a verificação das condições de ocupação do espectro mostravam que já havia serviços operando nessas freqüências.
No caso da banda B, foi possível um segmento contínuo de 2,5 MHz que foi denominado B’ ou banda de extensão B. Para o caso da banda A, isso não foi possível, ficando a banda de extensão fragmentada em duas outras bandas, uma subbanda A’ com 1,5 MHz de largura e uma subbanda A’’ com 1 MHz de largura.
Observar que entre o lado uplink e o lado downlink de qualquer banda de extensão continua existindo o afastamento duplex (offset) de 45 MHz, o que possibilita uma margem bastante confortável para a operação dos filtros do sistema.
A distribuição resultante dos canais dentro do novo arranjo ficou da seguinte maneira:
Os canais de números 800 a 990 não foram incluídos, ficando reservados para aplicações especiais.
A freqüência central de cada canal N pode ser expressa através das expressões abaixo:
As bandas adotadas nos EUA, conforme padrão acima, puderam ser aplicadas com pouca ou nenhuma modificação na maioria dos outros países, o que ajudou na ampla disseminação do AMPS.
Juntamente com outros sistemas analógicos ao redor do mundo, o AMPS representou a primeira geração de telefonia móvel (1G).
Os outros sistemas de primeira geração foram o TACS, NMT, HCMTS, RTMI, Radiocom 2000, C-Netz, Aurora 400 e Hicap, para citar os mais relevantes.
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