Seção: Telefonia Celular

UMTS

O UMTS (Universal Móbile Telecommunications System) é o padrão 3G estabelecido como evolução para o sistema GSM. Foi desenvolvido pelo 3rd Generation Partnership Project (3GPP), conjunto de organizações com a proposta de definir um sistema global de 3G [5,6].

Onde:

• UE: User Equipment ou equipamento do usuário, que corresponde ao terminal móvel e o seu módulo de identificação do usuário USIM (equivalente ao SIM card dos terminais GSM);
• UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Acess Network, ou rede terrestre de acesso. Baseado na tecnologia WCDMA;
• CN: Core Network, núcleo da rede que suporta os serviços baseados em comutação de circuitos e comutação de pacotes;
• Iu: É a interface entre o usuário e a infra-estrutura do UMTS. Essa interface é feita por comunicação em radiofreqüência com utilização da tecnologia WCDMA;
• Uu: É a interface interna entre os componentes da infra-estrutura UMTS.

Os protocolos utilizados na comunicação entre componentes dessa arquitetura procuram manter a compatibilidade com os definidos para o sistema GSM, principalmente no que se refere à parte do usuário, com algumas modificações no protocolo de modo a suportar o transporte de dados com taxas mais altas de velocidade.

WCDMA

O WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) é o padrão da interface de radiofreqüência entre o Terminal Móvel (UE) e a infra-estrutura do padrão UMTS. Utiliza como método de acesso os princípios da tecnologia CDMA, ou seja, vários usuários compartilham a mesma portadora (ou o mesmo canal físico) no mesmo domínio de tempo com separação através do uso de códigos.

Cada código equivale a um determinado usuário e é considerado pelos outros usuários como ruído, com exceção de seu receptor correspondente. Nesse sistema, o termo canal significa uma combinação da freqüência da portadora e de um determinado código [7].

O WCDMA possui dois modos básicos de operação, o TDD (Time Division Duplex) e o FDD (Frequency Division Duplex). No modo TDD, o uplink (comunicação no sentido do terminal móvel para a BS) e o downlink (comunicação no sentido da BS para o terminal móvel) compartilham a mesma portadora em intervalos de tempo diferentes. No FDD, o uplink e o downlink utilizam portadoras diferentes separadas por uma freqüência de 190 MHz [6,7].

A BS (“Base Station” ou Base Transceptora) é o equipamento responsável pela troca de informações com os terminais móveis. Cada BS possui uma codificação única em seu sinal de saída, que possibilita aos terminais móveis e ao restante do sistema a distinção entre as informações recebidas das varias BS’s (um terminal móvel pode receber informações de várias BS’s diferentes simultaneamente).

As BS’s se comunicam com a RNC (“Radio Nertwork Controller” ou Controladores de Rede), que possuem o papel de controladores das BS’s (cada RNC possui um conjunto de BS’s conectadas) e funcionam como ponto de acesso para todos os serviços oferecidos pelo sistema UMTS.

O sistema WCDMA começa com um sinal de banda estreita, que representa a taxa de dados da informação de banda base. Esse sinal é codificado e entrelaçado, e então espalhado para a banda de 3,84 MHz (5 MHz com a banda de guarda). O sinal resultante espalhado é chamado de “Chip” e a taxa final deste sinal é dimensionada em “chips por segundo (para WCDMA, a taxa é de 3,84 Mcps)”.

Essa taxa é conhecida pelo termo “ganho de espalhamento”. A relação dessa taxa com a taxa de dados inicial é chamada de “ganho do processamento”, ganho este que define a qualidade com que o sinal possa ser extraído do ruído no estágio de recepção.

O canal no WCDMA é formado pela combinação da freqüência da portadora e um determinado código, esse código é formado por uma combinação de duas seqüências de códigos denominados: Scrambling Code (ou Código Embaralhado) e OVSF (“Orthogonal Variable Spreading Factor” ou Fator de Espalhamento Variável Ortogonal).

O controle de potência é um aspecto de grande importância no sistema WCDMA, principalmente no sentido de uplink. Sem ela, a potência excedente de um único terminal móvel poderia ocupar toda a banda do canal físico, reduzindo de forma drástica a capacidade do sistema.

O WCDMA introduz o conceito de canais de transporte para fornecer recursos físicos para os múltiplos serviços oferecidos pelo sistema. Esses serviços correspondem às informações a serem transmitidas (voz, dados, fax, sinalização, etc).

A informação transmitida é considerada o canal lógico do sistema e cada tipo de serviço pode ter diferentes taxas de transmissão de dados e diferentes mecanismos para controle de erros, por isso são direcionados a diferentes canais de transporte de modo a ser adotado o canal que possua as melhores características para a informação a ser transportada.

O WCDMA possui três tipos de canais de transporte: os canais comuns, os canais dedicados e os canais compartilhados. Esses canais e suas propriedades estão descritos abaixo:

• Canais Comuns: são formados pelos canais RACH (Random Access Channel ou canal de acesso randômico) e o FACH (Forward Access Channel ou canal de acesso avançado). O RACH é um canal utilizado no sentido de uplink e o FACH é um canal utilizado no sentido de downlink. Os dois canais podem transportar dados de sinalização e informações de usuários. Os canais comuns utilizam o controle de potência em malha aberta ou trabalham com um nível de potência fixo e também utilizam o soft handover;
• Canal Dedicado: é formado pelo DCH (Dedicated Channel ou canal dedicado). Trata-se de um canal bidirecional que pode ser usado para transportar sinalização e informações de usuários. O canal dedicado utiliza o controle de potência em malha aberta e pode utilizar o soft handover, e essas características fazem com que sua utilização possa gerar um menor nível de interferência em comparação aos canais comuns. Sua taxa de transmissão pode variar durante a transmissão, e pode chegar a picos de 384 Kbit/s ou 2 Mbit/s dependendo do modelo do terminal móvel. Entretanto, um elevado nível de tráfego por este canal consome uma grande quantidade de códigos OVSF no sentido de downlink sobrecarregando o canal físico do sistema;
• Canal Compartilhado: formado pelo canal DSCH (Downlink Shared Channel ou canal de downlink compartilhado), é desenvolvido para transferir grandes volumes de dados. Para tanto, compartilha os códigos OVSF entre diversos usuários pelo método da divisão de tempo. Esse método conserva o numero limitado de códigos OVSF no sentido de downlink, aumentado sua eficiência. Os canais DSCH operam em conjunto com canais DCH, que operam com a taxa de transmissão reduzida e são utilizados para o transporte de dados de sinalização e controle de potência (dessa maneira, o canal DSCH é otimizado para transportar apenas dados de usuários e não utiliza o Soft Handover).