Seção: Tutoriais Telefonia Celular

 

Banda para Telefonia Celular: Bandas de 900, 1800, 1900 e 2100 MHz

 

Banda de 900 MHz – GSM Europa

 

Na Europa, conforme já citado, a utilização dos diferentes sistemas celulares era comprometida pela diversidade de padrões existentes, basicamente um para cada país. As incompatibilidades técnicas evitavam a plena utilização, acarretando insatisfações. Também já se previa a necessidade de maior capacidade de canais para atender à crescente demanda.

 

As autoridades técnicas européias, coordenadas pela CEPT, decidiram iniciar o desenvolvimento de um sistema único para toda a comunidade européia. Inicialmente houve uma questão envolvendo a adoção de tecnologia analógica ou digital; estudos teóricos e testes de campo indicaram que a tecnologia digital deveria ser adotada. Outro consenso era que o novo sistema apresentasse plenas facilidades para evoluções futuras.

 

Dessa idéia básica, após um grande trabalho de desenvolvimento envolvendo vários países, nasceu o sistema GSM, cujos fundamentos técnicos foram definidos em 1987. Em 1990 foi emitida a primeira especificação. Em 1991 foi instalado o primeiro sistema comercial, na Finlândia, logo seguido por outros em todos os países da comunidade européia.

 

GSM significa Global System for Mobile Communications, tecnologia líder em número de usuários a nível mundial. A tecnologia GSM usa uma combinação das técnicas de acesso FDMA e TDMA estruturada inicialmente sobre a banda de 900 MHz.

 

Uma portadora de RF do GSM (denominada ARFCN) possui largura de banda de 200 kHz que, por meio da técnica TDMA, é subdividida em oito intervalos de tempo. Até 8 conversações simultâneas compartilham uma única portadora ou canal de 2 x 200 kHz.

 

 

Na figura a seguir são mostradas as bandas de 900 MHz normalizadas na Europa. Em qualquer dos casos, o espaçamento duplex (offset) é de 45 MHz.

 

 

A banda de 890 a 915 (UL) e 935 a 960 (DL) é denominada P-GSM (Primary GSM ou GSM primário), base do desenvolvimento do sistema GSM e na qual operaram os primeiros sistemas europeus. A capacidade da banda é de 124 canais de 200 kHz (124 ARFCNs).

 

A demanda verificada na Europa repetiu o ocorrido nos EUA: logo ficou evidente a necessidade de ampliação de banda. Foi então adotada uma banda de extensão, de 880 MHz a 890 MHz em UL e 925 MHz a 935 MHz em DL. Esta banda, denominada E-GSM (Extended GSM ou GSM estendido) incorporou capacidade adicional de 50 ARFCNs.

 

Outra banda acrescida foi a R-GSM (Railway GSM ou GSM para sistemas ferroviários), de 876 a 880 MHz (UL) e 921 a 925 MHz (DL). Essa banda é também referida como GSM-R (GSM for Railways), com capacidade de 19 ARFCNs, tendo sido inicialmente destinada para uso exclusivo de comunicações e aplicações pelas empresas européias de transporte ferroviário, em funções de coordenação e implementação de todas as atividades de operação e manutenção.

 

Medidas especiais garantem ao R-GSM desempenho adequado a velocidades de até 500 km/h. A exemplo do que aconteceu com o sistema GSM comercial público, o GSM-R extrapolou as fronteiras originalmente previstas. Além de ter sido adotado por todos os países membros da União Européia, foi também adotado por diversos outros países fora da Europa.

 

Na literatura técnica, podem ser encontradas referências às bandas acima de uma forma um tanto invertida: GSM-P em vez de P-GSM, GSM-E em vez de E-GSM e GSM-R em vez de R-GSM.

 

Banda de 900 MHz no Brasil

 

A ITU estabelece diretrizes básicas de utilização de todas as bandas de freqüência em termos globais. São recomendações orientativas, o que não significa que em todos os países serão usadas exatamente as bandas sugeridas. Cada país tem sua própria administração de freqüências, e baseado em diversos fatores, notadamente históricos, podem ocorrer variações.

 

No Brasil, a administração de freqüências está sob a responsabilidade da Anatel. Para o caso brasileiro, a Anatel regulamentou a banda de 900 MHz para operação GSM conforme o esquema abaixo:

 

 

Verifica-se que também no caso brasileiro existem extensões de banda, no total de duas, identificadas com Ext no desenho. Algumas bandas já contam com autorização de operação; outras ainda não foram ainda autorizadas para operação devido à existência de sistemas mais antigos ainda operando nestas faixas.

 

As subfaixas de extensão de 907,5 a 910,0 MHz (UL) e 952,5 a 955,0 MHz (DL) não serão autorizadas a prestadoras do SMP operando nas subfaixas D e E. As subfaixas de extensão de 898,5 a 901,0 MHz (UL) e 943,5 a 946,0 MHz (DL) somente serão outorgadas a prestadoras do SMP que não possuírem autorização de uso nas subfaixas 910,0 a 915,0 MHz e 955,0 a 960,0 MHz - válido para as regiões IV e X do Plano Geral de Outorgas (PGO) (Resolução Anatel N° 376 de 02/09/04).

 

Banda de 1800 MHz – Original Europa

 

A crescente demanda levou à busca de novas faixas de operação. Na Europa, foi designada a banda abaixo para operação em GSM, que possibilitou uma considerável oferta de capacidade devido ao largo espectro disponível na região de 1800 MHz:

 

 

Esta banda, comportando 374 canais GSM (374 ARFCNs) recebeu duas denominações, GSM 1800 e DCS 1800 (DCS = Digital Cellular System ou Sistema Celular Digital). Essa proposta de banda foi adotada pela maioria dos países, com poucas modificações, com exceção principalmente dos EUA (ver parte relativa à banda 1900 MHz adiante).

 

Essa composição também foi adotada no Brasil pela Anatel, onde a oferta das bandas D e E, dentro do modelo SMP, viabilizou a instalação das operadoras em tecnologia GSM.

 

Banda de 1800 MHz Brasil – situação após leilão de sobras de freqüências

 

A situação recente no Brasil levou à constatação que em diversas regiões havia sobras de freqüências para SMP, o que levou a Anatel a promover um leilão dessas freqüências juntamente com duas novas bandas, a banda M e a banda L, instituídas pela Res. 454 de 11/12/06, bem como novas bandas de extensão.

 

A Res. 454 regulamentou também as novas bandas a serem utilizadas na seqüência pelos sistemas de terceira geração (3G). A abertura das propostas do leilão de sobras de freqüências ocorreu em 25/09/07, com todas as grandes operadoras realizando aquisições, algumas delas conseguindo com isso o status de cobertura nacional.

 

A nova composição da banda de 1800 MHz ficou conforme a figura seguinte:

 

 

A banda M foi prevista para duas situações distintas: numa delas, pode atuar como um bloco inteiro, atendendo a uma nova operadora, ou pode ser dividida em duas faixas de 5 MHz cada, caso se mantenham quatro operadoras.

 

As faixas entre 1765 e 1770 MHz, e entre 1770 e 1775 MHz foram criadas como novas faixas de extensão.

 

A banda L (não representada na figura acima) pode ser utilizada para 2G e 3G. Esta banda ficou alocada em uma porção mais elevada no espectro, entre 1850 e 1900 MHz em uplink e entre 1975 e 1980 em downlink.

 

Entre essas duas porções estão alocadas as bandas reservadas para a 3G. Devido a esta proximidade, a banda L tem um potencial interferente que não pode ser desconsiderado, como será explicado mais adiante.

 

Banda de 1900 MHz nos Estados Unidos da América do Norte

 

A oferta de sistemas GSM operando em 1800 MHz teve acolhida global, devido a essa banda estar relativamente disponível na maioria dos países, como no Brasil. O mesmo não ocorreu nos EUA, onde já havia outros sistemas operando nesta banda, principalmente em aplicações militares.

 

Na impossibilidade de desativação desses sistemas, foi feita uma adaptação para freqüências na região de 1900 MHz. Esse novo serviço passou a ser denominado PCS 1900 (PCS = Personal Communications Service ou Serviço de Comunicações Pessoais), disponível não somente para operações com sistemas GSM, como também para CDMA e D-AMPS (TDMA).

 

Essa banda é utilizada por alguns outros países, como o Canadá e o Chile. Na figura abaixo é mostrada a composição desta banda.

 

 

O FCC (Federal Communication Commission, Comissão Federal de Comunicações), órgão fiscalizador e regulador norte-americano para todos os tipos de comunicações eletrônicas, dividiu a banda de 1900 MHz em blocos para concessão a diferentes operadoras.

 

Os blocos A, B e C tem cada um 30 MHz (15 para UL e 15 para DL), enquanto que os blocos D, E e F tem cada um 10 MHz (5 para UL e 5 para DL). O bloco de extensão, visando também contemplar diferentes operadoras, tem duas formas de subdivisão: em dois blocos, C1 e C2, cada um com 15 MHz (7,5 para UL e 7,5 para DL), ou três blocos, C3, C4 e C5, cada um com 10 MHz (5 para UL e 5 para DL). Em qualquer caso, o espaçamento duplex (offset) é de 80 MHz.

 

Banda 3G da ITU

 

A ITU, no ano 2000, sob aprovação unânime das partes envolvidas, lançou as especificações técnicas para a terceira geração (3G) de telefonia celular, denominada IMT-2000 (International Mobile Telecommunications - 2000), cuja principal proposta é proporcionar interoperabilidade e interfuncionamento totais dos sistemas móveis, evitando assim a fragmentação que caracterizou as gerações anteriores (1G e 2G).

 

Foi sugerida uma alocação de bandas a nível mundial, que seriam adaptadas em cada país para atender a características regionais específicas. As bandas sugeridas pela ITU são mostradas abaixo:

 

 

Buscando uma adequada eficiência espectral, os sistemas 3G a serem implantados nesse padrão devem ser baseados na tecnologia CDMA com portadoras de 5 MHz de largura, denominados UMTS (universal mobile telephone system ou universal mobile telecommunications service) com interface rádio WCDMA (wideband CDMA ou CDMA em banda larga).

 

Isso carrega uma diferença importante em relação ao sistema CDMA original, baseado no padrão IS-95, que fixa a largura de cada canal em 1,23 MHz (números redondos). Existem sistemas 3G baseados no canal de 1,23 MHz de largura, denominados 1xEVDO, porém não se adequam ao padrão UMTS, universalmente adotado. Por esse motivo, os sistemas 1xEVDO já implantados tendem a não ser expandidos.

 

Banda 3G Brasil

 

No Brasil, a alocação de bandas adotada pela Anatel, conforme Res. 454 de 11/12/06 e edital 002/2007 é a seguinte:

 

 

Há uma banda de 15 MHz (banda F), sendo as restantes G, H, I e J com largura de 10 MHz. A banda L, com 5+5 MHz de largura e prevista tanto para 2G como para 3G, foi licitada por ocasião do leilão de sobras de freqüências do SMP, ocorrido em setembro de 2007. Essa banda é um tanto problemática devido ao seu potencial interferente, conforme será explicado mais adiante.

 

A banda H não foi incluída no leilão inicial, tendo sido reservada pela Anatel para uma segunda oportunidade de venda de licenças 3G (previsão: segundo semestre de 2008). Esta banda tanto pode ser reservada para a entrada de novas operadoras ou de empresas menores como compartilhada pelas existentes, tendo a vantagem de não estar atrelada a compromissos de abrangência, como ocorreu com as outras bandas.

 

A faixa de freqüências entre 1885 e 1895 ficará reservada para futuras operações na modalidade TDD (time division duplex ou operação duplex por divisão de freqüência). Nesta modalidade, tanto a transmissão como a recepção utilizam a mesma freqüência, não existindo portanto separação duplex e filtros diplexadores. A operação em TDD ficará para uma fase posterior à implantação da 3G em andamento, visto estar ainda em desenvolvimento.

 

Potencial interferente

 

Com a atribuição das bandas para 3G (F, G, H, I e J), foi levantada a preocupação relacionada com interferências sobre essas bandas. Essas interferências podem advir de sistemas operando logo abaixo da banda F ou logo acima da banda J, neste último caso especificamente a banda L em downlink.

 

Aqueles que obtiverem o direito de uso das bandas consideradas interferentes deverão arcar com os custos no caso de necessidade de proteção das outras subfaixas de 3G. Isso inclui, além da adoção de bandas de guarda, exigências adicionais de filtragem e contramedidas de mitigação, tanto nas instalações próprias como eventualmente nas instalações das estações interferidas.

 

Outra possibilidade técnica é, devido a interferências sobre a banda J e a pedido da autorizada dessa banda, ocorrer uma modificação na alocação das freqüências da banda L da seguinte forma: a banda de 1975 a 1980 MHz, originariamente para downlink, passaria a ser utilizada para uplink. Devido ao espalhamento geográfico e à menor potência utilizada pelos terminais móveis, a possibilidade de interferência sobre a banda J fica assim consideravelmente atenuada.

 

Por sua vez, as emissões em downlink seriam feitas na banda 2165 a 2170 MHz, situação com pouca possibilidade de potencial interferente. A operadora receberia autorização para operação nessa nova banda, com a condição de devolver sem ônus à Anatel a banda de 1895 a 1900 MHz, tornada ociosa nesse processo. Com isso são solucionadas interferências e mantido o uso racional do espectro.

 

No caso específico do Brasil, ocorreu que a mesma operadora que adquiriu a banda J já havia adquirido anteriormente a maior parte da banda L no leilão de sobras do SMP, tornando-se usuária no uso das duas bandas em praticamente todo o território nacional. Com isso, o problema de interferência acaba sendo administrado internamente.