Seção: Tutoriais Telefonia Celular
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Devido ao sucesso do sistema AMPS, mesmo sendo um serviço inicialmente caro, a procura se tornou imensa. Mesmo a adoção das faixas de extensão mostrou que também haveria uma saturação. Por outro lado, havia a questão dos serviços.
O sistema móvel celular (a exemplo dos sistemas de telefonia fixa) foi inicialmente concebido com vistas ao serviço básico de voz. Outros serviços poderiam ser acrescentados, não só com possibilidade de demanda, como dados, fax e SMS, entre outros, como também como fonte de renda adicional nos serviços.
Isso exigiria mais recursos do sistema, praticamente impossíveis de implementar com base em sistemas analógicos e rapidamente se concluiu que a saída estaria na digitalização do sistema, inerentemente com mais capacidade para agregar esses serviços suplementares.
Uma exigência era que os novos sistemas digitais teriam que operar sobre as mesmas bandas já existentes, com vistas a evitar profundas (e dispendiosas) modificações na planta instalada. Outra exigência era a necessidade de aumento na eficiência espectral.
Objetivando preservar os investimentos existentes, principalmente no parque instalado de ERBs, a estrutura de canais de 30 kHz deveria ser mantida. Uma sobreposição dos sistemas digitais (overlay) seria feita gradativamente sobre o AMPS em operação, até a completa extinção desse (processo que hoje já está quase concluído – no Brasil, o prazo para desativação dos sistemas analógicos expira em 30/06/2008).
Das diferentes propostas, duas se firmaram comercialmente: o D-AMPS e o CDMA, que juntamente com o GSM Europeu caracterizaram a segunda geração (2G) de telefonia móvel, ainda voltada para serviços de voz, porém já abrigando um determinado número de serviços suplementares. O D-AMPS e o CDMA, a exemplo do AMPS, ultrapassaram as fronteiras dos EUA e foram implantados em muitos outros países.
O D-AMPS (Digital AMPS ou AMPS digital), padronizado inicialmente pelo padrão IS-54 e aperfeiçoado pelo IS-136, utiliza diretamente a estrutura de canais de 30 kHz, mantendo portanto uma compatibilidade plena com o sistema analógico já implantado, justificando o nome inicial.
A largura de banda de 30 kHz é compartilhada no tempo em 3 intervalos de tempo (time slots TS) comutados digitalmente, numa técnica conhecida como TDMA (Time Division Multiple Access ou Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo).
Logo no início da implantação comercial, o nome do sistema D-AMPS foi abandonado na prática, sendo totalmente substituído pelo nome da tecnologia, razão do uso extensivo do nome TDMA até hoje, e doravante utilizado neste tutorial. É importante não confundir a tecnologia TDMA com o nome comercial TDMA, tanto que o sistema GSM também opera com base na técnica TDMA.
Onde no AMPS dois assinantes podiam manter uma conversação telefônica entre si, no TDMA seis assinantes puderam manter três conversações independentes, sobre a mesma portadora de RF. Em outras palavras, houve uma triplicação de capacidade.
Observar que o TDMA combina dois métodos de acesso: o TDMA propriamente dito e o FDMA, naturalmente herdado dos sistemas já existentes. Obviamente a proposta TDMA triplicou a oferta de capacidade, resultando num impressionante parque instalado em todo o mundo.
Além da banda de 800 MHz, o TDMA também ocupou a banda de 1900 MHz nos EUA, neste caso usando um offset de 80 MHz. No entanto, a migração do TDMA para a geração seguinte (3G) iria requerer investimentos comercialmente proibitivos, motivo pelo qual o TDMA também está seguindo o mesmo destino do AMPS (desativação progressiva planejada).
O CDMA (Code Division Multiple Access ou Acesso Múltiplo por Divisão de Código), no padrão IS-95, concorrente do TDMA nos EUA, apresentou uma proposta revolucionária para os padrões da época. A cultura técnica até então dominante era a de usar sistemas de banda estreita e adotar compressão de sinais objetivando obter o máximo de informação utilizando o mínimo de banda, ou seja, uma racionalização do uso do espectro disponível.
Isto vinha como herança dos sistemas analógicos (FDM) e foi sendo repetido nos sistemas digitais, com o desenvolvimento de técnicas de compressão de sinais baseadas em modulação multinível. A proposta do CDMA, ao contrário, defendia a técnica de espalhamento espectral (spread spectrum), na qual seria usada, para um determinado canal, toda a largura de banda disponível, muitas vezes maior que a que seria a princípio necessária para a transmissão de um único sinal.
O sinal de voz (ou dados) de um usuário ocuparia toda a banda do canal CDMA, de 1,23 MHz (em números redondos). O que a princípio parece ser uma desvantagem, se torna uma vantagem poderosa, quando se consideram as condições em que esse canal de banda larga é utilizado.
Outros assinantes podem utilizar exatamente a mesma banda ao mesmo tempo; a diferenciação entre cada assinante no sistema é feita por códigos especiais associados a cada transmissão, do móvel para a BTS e da BTS para o móvel. Cada ligação em andamento porta um código específico, não ocorrendo o uso do mesmo código para ligações diferentes.
Esse código permite a separação eficiente entre todas as chamadas que estão utilizando a mesma banda. A capacidade máxima alcançada depende, entre outros fatores, principalmente do controle de potência de cada chamada e dos sinais interferentes. Quanto menor a potência, maior é o número de chamadas simultâneas (capacidade) no sistema.
As chamadas no sistema CDMA são caracterizadas por serem mantidas em níveis de potências os mais baixos possíveis, recurso fundamental para a obtenção da máxima capacidade. Devido a isso, o controle de potência do CDMA é um processo extremamente dinâmico e muito sofisticado.
Bem elaborado, permite a obtenção de capacidades finais maiores das que seriam obtidas com sistemas de banda estreita, considerando a mesma largura de banda. Maiores informações sobre o CDMA e a técnica de espalhamento espectral podem ser obtidas em outros tutoriais Teleco.
Uma portadora do CDMA, com seus 1,23 MHz de largura, ocupa o equivalente a 41 portadoras de 30 kHz (30 kHz x 41 = 1,23 MHz). Portanto, para que uma portadora CDMA seja utilizada dentro da banda, 41 portadoras TDMA (AMPS) devem ser desativadas. Em termos de TDMA, isso significa 143 conversações simultâneas; no CDMA, no entanto, obtém-se uma maior capacidade devido à excelente eficiência espectral que a tecnologia proporciona.
Na banda de 850 MHz, com capacidade total de 832 canais TDMA (AMPS), é possível alocar até 17 portadoras CDMA, espalhadas pelas subbandas A, A’, A’’, B e B’. Na prática, essa ocupação total não é possível, considerando que, devido à concorrência, uma operadora não pode ter autorização para o uso de todas essas bandas na mesma região. As portadoras CDMA regulamentadas são:
O canal 37 citado, por exemplo, é o canal central (o mesmo canal que seria usado pelo TDMA) ou freqüência central da banda CDMA. Em torno dele é espalhada a potência da portadora CDMA, no total de ocupação de 1,23 MHz no espectro. O mesmo ocorre com os outros canais.
Um detalhe importante é que um sistema CDMA não precisa utilizar o reuso de freqüências. Não só todos os assinantes em atividade podem usar a mesma portadora em uma determinada BTS, como também as BTSs vizinhas podem continuar utilizando a mesma portadora.
A não-interferência é obtida através dos códigos. Uma operadora pode utilizar uma única portadora em sua área de cobertura, a não ser que a demanda exija maiores capacidades; nesse caso, novas portadoras são acrescidas apenas para aumento de capacidade do sistema.
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