Sistemas Móveis Celulares: Divisão de Espectro e Reuso de Frequências, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

Baixe Sistemas Móveis Celulares: Divisão de Espectro e Reuso de Frequências e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity! 2-1 C a p í t u l o 2 SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO MÓVEL Este Capítulo tem por objetivo apresentar ao leitor a arquitetura básica dos sistemas de comunicação móvel celular, sua estrutura e equipamentos. Daremos destaque também ao plano de frequências, aos métodos de acesso ao meio e sinalização de controle. 6.1 Evolução dos Sistemas de Comunicação Móvel Os primeiros sistemas celulares a operarem tinham como principais características a transmissão da voz por modulação analógica FM e modulação digital FSK para sinalização. A técnica de acesso ao meio era puramente pela multiplexação por divisão de frequência (FDM), mais conhecida por FDMA. Dentre estes sistemas destacamos AMPS, RTMS, NMT, C-450, Radiocom 2000, NMT-450, NMT-900 e TACS; todos estes muito parecidos. Um segunda geração de sistemas móvel celular surgiu das técnicas digitais para codificação da voz e compressão. Estas técnicas permitiram a combinação da multiplexação por divisão de tempo (TDM) com o FDM, surgindo o sistema TDMA. Esta técnica consiste em dividir o tempo de um canal em slots de tempo criando mais canais lógicos dentro do canal físico. Esta geração oferece alto desempenho, com capacidade superior em mais de três vezes aos primeiros sistemas celulares. A companhia Qualcomm desenvolveu uma nova técnica de acesso ao meio baseada na codificação de cada canal de voz a taxas elevadas por códigos específicos que geram sinais com de baixa correlação. Este técnica de espalhamento espectral foi herdada das forças armadas onde o sinal a ser transmitido é espalhado em uma faixa de espectro bastante larga, tornando as transmissões difíceis de interceptar. A Europa procurou convergir em suas pesquisas para o padrão GSM. Este sistema de arquitetura aberta permite a adoção de equipamentos de diferentes fabricantes, reduzindo os custos de implementação do sistema. Este é o padrão mais difundido no mundo. 2-2 O Japão implantou em julho de 1995 a concepção do serviço Personal Handy-Phone System (PHS) com o objetivo de oferecer serviço semelhante ao serviço de telefone sem-fio convencional, restrito à área geográfica de uma cidade, e com custo bastante econômico. Para alcançar esta concepção de economia foi decidido que o PHS faria uso da rede telefônica já implantada ao invés de construir uma rede própria como aconteceu para os outros sistemas de telefonia móvel celular. Este conceito deu suporte as redes telefônicas de Wireless Local Loop (WLL) mostrada na Figura 2.1. EB Terminal Móvel SemFio Terminas Fixos Sem Fio Terminal Convencional Caixa de Distribuição Armário de Repartição DG Rede Convencional Acesso Local Sem Fio Central Telefônica Figura 2.1: Tecnologia WLL. 6.2 Sistema Móvel Celular O primeiros sistemas de comunicação por rádio móvel possuíam uma única estação base, com a antena em região elevada da cidade e alta potência de transmissão, cobrindo uma grande área contendo todo o espectro de frequências. Como a comunicação era restrita à área coberta por uma única antena, o tráfego oferecido era limitado ao espectro de frequências disponível, ou seja, ao número de canais disponíveis. Os sistemas deveriam estar geograficamente separados para evitar a interferência co-canal, mas isto gerava descontinuidade das chamadas em andamento sempre que o usuário necessitava de percorrer duas áreas de serviço distintas operando sua Estação Móvel (EM). 2-5 Figura 2.5: Conjunto de Clusters. O sistema celular permite cobrir toda a área utilizando transmissores de baixa potência e permitindo a continuidade das chamadas em curso através da técnica de Handoff . O maior número de canais na mesma área oferece alta eficiência de tráfego com baixa Probabilidade de Bloqueio (GOS). Pode-se fazer uso da hierarquia celular com células de diferentes tamanhos atendendo o tráfego flutuante ao longo do dia. O padrão hexagonal é escolhido apara a representação das células, mas sabemos que devido as condições de relevo do ambiente de propagação temos áreas celulares disformes, inclusive tendo seus contornos se sobrepondo como mostra a Figura 2.6. A primeira vista isto pode parecer um inconveniente ao sistema. Na verdade estamos diante de uma grande “oportunidade de negócio”. Figura 2.6: Sobreposição Celular. Verifica-se nestas áreas de sobreposição uma maior oferta de tráfego, onde a EM pode ter comunicação adequada com mais de uma ERB. Técnicas de encaminhamento alternativo de tráfego fazem uso destas imperfeições, muitas das vezes até provocadas, para aumento do tráfego oferecido em regiões críticas. A setorização celular pode ser utilizada para projetar a morfologia da célula. Assim, além das células omnidirecionais, onde um mesmo grupo de frequências é irradiado uniformemente em toda a região em torno da antena, também podemos ter células setorizadas onde o grupo de frequências é subdividido em novos subgrupos através de antenas diretivas espaçadas de 120º ou 60º. 120º 120º 2-6 Figura 2.7: Setorização Celular. 6.3 O Padrão de Reuso O Padrão Celular (N) diz respeito ao número de células por cluster, o que também define o número de canais por célula. A vantagem de se utilizar o padrão hexagonal para representar o formato da célula permite que usemos as propriedades de simetria deste polígono para estudarmos o padrão celular. O reuso de frequências em um padrão hexagonal segue a três regras básicas: Cada célula possui 6 co-células equidistantes; O de frequências deve ser isotrópico; e Um Cluster deve ser formado por um conjunto contíguo de células. Tomemos um sistema de coordenadas onde os eixos formam um ângulo de 60º entre si com a unidade ao longo dos eixos igual a 3R, sendo R o raio maior de um hexágono. Seja a posição de uma célula é dada por um conjunto de coordenadas (un,vm). Então, por simetria, verificamos que a distância entre duas có-células nas posições (u1,v1) e (u2,v2), ou seja, a distância de reuso D é dada por 222 . jjiiD ++= [ 2.1 ] onde i = u1 – u2 , j = v 1 – v2 e i, j ∈Ν . Isto define um conjunto de possíveis padrões de reuso com 1,3,4, 7, 9, 12, 13, ... células por Cluster. 2-7 R3 60º (u1 , v1) (u2 , v2) D Figura 2.8: Distância entre células no padrão hexagonal. Sendo a área da célula hexagonal dada por 2/33 2Ra = [ 2.2 ] Mas como consideramos 3 R como a unidade temos na verdade que 2/3=a [ 2.3 ] Sendo a área de um Cluster de raio D, que é a mesma distância entre co-células, dada por 2/32DA = [ 2.4 ] Podemos tomar o número de células por Cluster, ou seja, o padrão de reuso N, apenas dividindo a área total do Cluster pela área de uma célula. Assim temos 222 ./ jjiiDaAN ++=== [ 2.5 ] Neste caso podemos obter uma relação direta entre o fator de reuso N e a relação D/R. NRD 3/ = [ 2.6 ] 2-10 Durante a divisão das frequência em grupos os canais por célula estes são divididos em canais de voz e canais de controle (Set-up). No Quadro 2.4 podemos observar um exemplo de plano de frequência onde é considerado o padrão de reuso N=7. Assim, cada subgrupo de canais formados pelas colunas Ai + Bi + Ci , onde i ∈ [1,7] , forma o grupo de canais de uma célula. Observe que os canais de controle estão em fundo azul. 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 A A A A A A A B B B B B B B C C C C C C C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 B 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 A 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 N 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 D 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 A 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 A 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 667 668 669 670 671 672 673 674 675 676 677 678 679 680 681 682 683 684 685 686 687 688 689 690 691 692 693 694 695 696 697 698 699 700 701 702 703 704 705 706 707 708 709 710 711 712 713 714 715 716 997 992 993 994 995 996 997 998 999 1000 1001 1002 1003 1004 1005 1006 1007 1008 1009 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 1017 1018 1019 1020 1021 1022 1023 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 A A A A A A A B B B B B B B C C C C C C C 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 B 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 A 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 N 523 524 525 526 527 528 529 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 540 541 542 543 D 544 545 546 547 548 549 550 551 552 553 554 555 556 557 558 559 560 561 562 563 564 A 565 566 567 568 569 570 571 572 573 574 575 576 577 578 579 580 581 582 583 584 585 586 587 588 589 590 591 592 593 594 595 596 597 598 599 600 601 602 603 604 605 606 B 607 608 609 610 611 612 613 614 615 616 617 618 619 620 621 622 623 624 625 626 627 628 629 630 631 632 633 634 635 636 637 638 639 640 641 642 643 644 645 646 647 648 649 650 651 652 653 654 655 656 657 658 659 660 661 662 663 664 665 666 667 668 669 720 721 722 723 724 725 726 727 728 729 730 731 732 733 734 735 736 737 738 739 740 741 742 743 744 745 746 747 748 749 750 751 752 753 754 755 756 757 758 759 760 761 762 763 764 765 766 767 768 769 770 771 772 773 774 775 776 777 778 779 780 781 782 783 784 785 786 787 788 789 790 791 792 793 794 795 796 797 798 799 Quadro 2.4: Plano de frequências com padrão de reuso N=7. O método de reuso de frequência é útil para aumentar a eficiência do uso do espectro, mas, como já vimos, resulta em interferências de co-canal, pois o mesmo canal de frequência é usado repetidas vezes em diferentes células co-canal com certa proximidade entre si. Assim, o padrão de reuso vai depender da distância mínima entre células com mesma frequência, 2-11 ou seja, células que possam estar submetidas à interferência co-canal. Sabemos que a distância de reuso não é absoluta, e sim, função do raio das células. 6.5 Arquitetura do Sistema Um sistema celular é composto basicamente de Centrais de Comutação e Controle (CCC), Estações Rádio Base (ERB), Controladoras de Estações Rádio Base (CERB), Estações Móveis (EM) e Unidades Repetidoras (UR). A escolha da tecnologia adequada depende diretamente do serviço a ser oferecido. Do ponto de vista da operadora, a alternativa deve oferecer facilidade de planejamento, administração e gerenciamento da rede em contraste com os custos. As soluções diferem na topologia básica, na freqüência de rádio, na modulação, no protocolo de comunicação, no padrão tecnológico, na disponibilidade para o comércio em massa, nos recursos de software, na área de serviço e na técnica de acesso ao meio, ou seja, na forma pela qual os usuários repartem o espectro de freqüências. Mostramos na Figura 2.10 algumas arquiteturas básicas de soluções propostas. Central de Comutação e Controle ERB CERB CERB CERB ERB EC UR Alimentação Distribuição Acesso ERB Acesso Sem Fio (Telefonia celular) IS-136 IS-95 GSM Acesso Fixo Sem Fio (Telefonia Fixa) IS-95 IS-54 Drop Sem Fio (WLL) PACS DECT PHS Acesso Multiponto (Ponto-Multiponto) DRMASS Figura 2.10: Arquiteturas de Sistemas Celulares. O Sistema de Telefonia Celular é o mais popular dos sistemas de comunicação existentes. Este sistema resume-se à CCCs, ERBs e sem como mostra a Figura 2.11. Os conceitos de handoff, que permite a continuidade da chamada em andamento quando se atravessa a 2-12 fronteira entre células, e de roaming, que permite o acesso ao sistema em outra área de serviço que não àquela em que o assinante mantém seu registro, garantem a mobilidade no sistema. A maioria dos sistemas já citados podem prover este serviço, geralmente nas faixas em torno de 400, 800, 1800 e 1900 MHz. Figura 2.11: Sistema Móvel Ce lular. As aplicações de Telefonia Fixa (por acesso fixo sem fio) são muito utilizadas no meio rural ou para cobrir uma grande área (raio de 40 km) de baixa densidade de tráfego. Apesar de utilizar as mesmas soluções analógicas (AMPS, TACS, NMT) e digitais (GSM, PDC, IS-95, IS-136) do serviço móvel celular, as funções específicas para prover de mobilidade, como handoff e roaming, podem não ser utilizadas. Os transmissores trabalham em alta potência nas faixas em torno de 400, 800, 900, 1000, 1800 e 1900 MHz. Os sistemas Wireless Local Loop (WLL) foram projetados para prover mobilidade não veicular e interconexão entre áreas residenciais, escritórios e de acesso público. A tecnologia foi desenvolvida apenas para acesso local via radio mas ainda são compatíveis com a infra- estrutura da rede publica. Estes serviços podem oferecer transmissão de voz e dados, incluindo interconexão à Rede Digital de Serviços Integrados (RDSI) com ótimo grau de serviço. Os sistemas CT 2, PACS, PHS e DECT são utilizados para estas aplicações fixas ou de mobilidade restrita., tais como PBX Sem Fio. Os sistemas WLL operam em baixa potência na faixa de 1910-1930 MHz cobrindo pequenas áreas de serviço. Consegue-se atender a uma alta densidade de tráfego em pouco tempo, por isto, este tem sido o sistema preferido pelas operadoras que querem abocanhar mercados de uma só vez. Os sistemas de rádio acesso ponto-multiponto, com o uso do FDMA ou do TDMA, tem sido utilizados para prover comunicação a assinantes em áreas de baixa densidade, remotas 2-15 Processador de Controle Para/da CCC Rx controle Tx controle Rx voz Tx voz Rx voz Tx voz Interface Voz e Dados COMBINADORDIVISOR FILTROS PASSA FAIXA TxRx Figura 2.14: Estação Rádio Base 6.6.3 Central de Comutação e Controle (CCC) A Central de Comutação e Controle faz a interface entre o Sistema Móvel e Rede Pública. Sua estrutura é parecida com a das centrais telefônicas de comutação automática (CPAs). Alguns fabricantes adaptaram suas CPAs ao sistema móvel sendo que em alguns casos apenas modificações a nível de software foram consideradas. Pelas características de modularidade, as CCCs podem ser expandidas gradualmente até atingir sua capacidade máxima de gerência de tráfego ou ERBs. Dado que existem vários padrões, arquiteturas, serviços e sistemas, padronizou-se o protocolo de comunicação S-41 para interligar CCCs de fabricantes diferentes. Mas pode-se caracterizar as CCCs pelos equipamentos de entrada e saída de dados, interface de áudio e dados para a ERB (I/F), terminais de operação e manutenção, memória de configuração, troncos, matriz de comutação e controlador. 2-16 I/F TRONCOS Matriz de Comutação I/F VOZ Entrada / SaídaControlador P/ RTPC Voz p/ ERB Dados p/ ERB Figura 2.15: Central de Comutação e Controle (CCC) O Controlador é composto do Home Location Register (HLR), que é o registro de endereços e identifica cada móvel pertencente a esta área de localização; do Visit Location Register (VLR) que é o registro de endereços de visitantes e identifica as EMs visitantes de outra área de localização ou área de serviço; do Base Station Controller (BSC) que controla cada ERB vinculada a esta CCC; e da Mobile Switch Center (MSC) que controla as comutações entre os troncos da Rede Telefônica Pública Comutada e os canais das ERBs vinculadas a esta CCC. Controlador HLR VLR BSC MSC Troncos ERBs Matriz de Comutação Figura 2.16: Controlador da CCC. A CCC tem como administra o sistema em termos de comutação, alocação de canais, supervisão das ERBs, encaminhamento de tráfego, estatística de tráfego, procedimento de handoff , procedimentos de registro de EMs locais, registro de roaming para EMs visitantes, bilhetagem e tarifação do sistema. A Central de Controle e Comutação é o cérebro do sistema de comunicação móvel celular. A unidade de controle (Controlador) de uma CCC pode ser entendida como computador que controla funções especificas de uma sistema de comunicação móvel celular, tal como alocação de frequência, controle do nível de potência das EMs, procedimento de handoff, controle de tráfego, rastreamento, localização, tarifação e associação de canais são fatores de 2-17 limitação do sistema. Portanto, a capacidade de processamento da unidade de controle nas CCCs deve ser maior que a de sistemas de telefonia fixa. A unidade de comutação é similar ao das centrais telefônicas fixas, mas seu processamento é deferente. Na comutação telefônica fixa, a duração da chamada não é fator relevante ao sistema, enquanto que em um sistema de comunicação móvel celular essa duração é função do gerenciamento dos canais e do número de handoffs processados. Dois parâmetros são considerados no projeto dos sistemas de comutação: a Acessibilidade e a Graduação. A Acessibilidade representa a capacidade de tráfego de um grupo de canais determinada pelo número destes canais que podem ser atingidos pelas chamadas que ingressam no sistema de comutação. Esta é considerada Constante quando é igual em todos os instantes, Plena quando seu valor é constante e igual à quantidade de troncos do grupo de saída, e limitada em outra situação. A Graduação representa um esquema de interconexão de grupos de canais. Em uma CCC com Acessibilidade Limitada, canais de entrada são agrupados e associados a um grupo de canais de saída, formando um subgrupo de graduação. O aumento da capacidade de tráfego acontece quando há uma associação eficaz entre os canais de entrada no sistema de comutação e os subgrupos de saída. 6.6.4 Controladora de Estações Rádio Base (CERB) As Controladoras de Estações Rádio Base fazem apenas a interface entre um conjunto de ERBs e uma CCC em alguns sistemas. Na verdade as CREBs tomam algumas funções tanto da CCC como das ERBs, o que descarrega o processamento centralizado nas CCCs. Algumas destas funções são a avaliação do nível de potência do sina, o controle da relação sinal/ruído nos canais, a monitoria da Taxa de Erro de Bit (BER) dos canais, etc. 6.6.5 Estação Celular (EC) A Estação Celular resume algumas funções da ERB e trabalha como repetidora de informação de voz e de dados entre ERBs e o assinante e é basicamente composta por um bando de bateria, ou gruo gerador, e o Controlador de Unidade de Assinante (SUC). Cada EC tem como função a recepção, o tratamento da informação e sua transmissão para o usuário (EM). Assim, a UR interpreta a sinalização proveniente da ERB e executa ações locais ou às retransmite ao usuário. 2-20 Os equipamentos eletrônicos de uma ERB apresentam aspectos de não-linearidade. Assim, a informação transmitida pode ser afetada por interferência. O espalhamento espectral corresponde ao alargamento do canal excedendo sua própria faixa causando interferência nos canais adjacentes. A intermodulação acontece quando harmônicas de certas freqüências interferem em outras. A transferencia de modulação promove distorções na fase e na amplitude do sinal. A supressão do sinal é resultante da amplificação não linear do sinal. Na verdade o FDMA compõem os sistemas que utilizam outras técnicas. O TDMA, por exemplo, os canais físicos são definidos pelas portadoras do FDMA. Em seguida definem- se os canais lógicos como slots de tempo periódicos dentro destes canais. No CDMA, o espectro é dividido em grandes canais de 1,25 MHz pelo FDMA. A tecnologia empregada para implementar o FDMA é bastante conhecida, pois as técnicas utilizadas não diferem muito das usadas em sistemas analógicos de rádio. Nesta caso não há necessidade de equalização dos canais pois estes operam com largura de banda coerente, Por outro lado as EMs são caras já que necessitam de muitos filtros de faixa estreita. Quando combinados com outros métodos, a redução da taxa de bit informação aumenta diretamente na capacidade do sistema., mas a taxa de transmissão de bits é fixa. 6.7.2 TDMA O Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo reparte um canal físico em diversos slots de tempo fazendo com que cada canal possa ser usado por mais de uma pessoa, uma de cada vez. A cada assinante é alocado uma sequência periódica e slots de tempo dentro de um canal físico, assim uma mesma portadora pode ser compartilhada por diferentes assinantes. Neste caso a analogia é, por exemplo, com três pares que dividem o tempo de acesso a um único tubo (a portadora). Cada par deste grupo tem direito a usar o tubo por um intervalo de tempo que acontece periodicamente. Mesmo assim outros grupos de três pares podem utilizar outros tubos. Esta forma o TDMA utilizado pelos sistemas digitais é, na verdade, uma combinação FDMA/TDMA. 2-21 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Quadro - 10 ms 5 ms ERB p/ EM Portadora 1 Portadora 2 Portadora 3 Frequência Tempo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 EM p/ ERB 5 ms Figura 2.19: Método TDMA. Observe que quanto maior número de canais lógicos por portadora, maior a taxa de transmissão e maior a largura de faixa necessária ao canal. Técnicas de processamento digital e compressão do sinal de voz reduzem as taxas de transmissão e a largura dos canais. Na verdade a transmissão da informação neste esquema é feita forma buffer-and-burst. A informação é primeiramente armazenada em depois enviada em rajadas dentro de seu slot de tempo correspondente, assim diversas EMs alternam a transmissão e recepção de bursts de dados através de uma portadora comum compartilhada. Este método apresenta um aumento significativo no tráfego atendido em relação ao FDMA. Pela característica digital do sistema há maior imunidade a ruído e interferência e também mais segurança no enlace de comunicação promovendo privacidade ao usuário. Há também a necessidade de equalização, mas esta pode ser usada para combater o desvanecimento. Uma grande vantagem deste método é que as taxas de transmissão podem ser variáveis em múltiplo da taxa básico do canal. A potência do sinal e a taxa de erros de bit podem controladas facilitando e acelerando o processo de handoff. O método TDMA é atribuído à sistemas digitais como GSM, D-AMPS (IS -136) e PDC. 6.7.3 CDMA O Acesso Múltiplo por Divisão de Código foi desenvolvido nos EUA pelo segmento militar. Sua primeira utilização foi para a comunicação entre aviões de caça e radio controle de mísseis teleguiados. Neste método de acesso os as EMs transmitem na mesma portadora e ao mesmo tempo, mas cada comunicação individual é provida com um código particular. Isto garante alta privacidade na comunicação. 2-22 Voltando a analogia, podemos considerar não mais os tubos, mas uma sala repleta de pares que se comunicam, só que cada par fala um idioma diferente que só eles entendem. Quanto mais deferentes os idiomas utilizados nesta sala, menor a probabilidade de confusão na comunicação (interferência entre os códigos). Por exemplo, o português e o espanhol são idiomas bastante parecidos; já o português e o alemão têm bastante diferenças. As conexões simultâneas são diferenciadas por códigos distintos de baixa correlação. Sequências digitais do tipo pseudo-noise (PN) são geradas por códigos pseudo-randômicos (PN codes) e ortogonais com taxa alta de transmissão por Direct Sequence , ou Direct Spread. Obtêm-se, então, um sinal de faixa larga por Spread Spectrum (espalhamento espectral) pelo fato de se transmitir o sinal em uma taxa maior que a taxa da informação. A largura de faixa padronizada para os serviços móvel celular é de 1.25 MHz. A razão entre a faixa espalhada do sinal e sua faixa original é conhecida como ganho de processamento. Na verdade o Direct Sequence não é o único esquema de modulação capaz de espalhar o sinal. Serão apresentados outros esquemas de modulação por espalhamento espectral do sinal apresentada no Capítulo 3. A utilização destes esquemas consiste apenas em especificação de projeto do sistema. Frequência Tempo f = 1.25 MHz Código Figura 2.20: Método CDMA. O código utilizado na transmissão deverá ser conhecido na recepção. Na teoria poderíamos tantos assinantes quanto códigos geradores existentes, mas isto não é v erdade uma vez que a comunicação se processa em um ambiente ruidoso. Cada EM gera uma parcela do ruído total do sistema que é proporcional ao número de chamadas em curso. Assim, o receptor correlaciona os sinais recebidos com o código gerador multiplicando-os, detectando o sinal desejado que agora se destaca sobre os demais. Um sistema de comunicação utilizando o CDMA é mostrado em blocos na Figura 2.21. 2-25 Os canais do sistema móvel ainda podem ser classificados quando a direção de propagação como Canal Direto (Forward Channel), da ERB para as EMs; ou Canal Reverso (Reverse Channel), da Em para a ERM. Assim teremos basicamente: FOCC – Forward Control Channel RECC – Reverse Control Channel (também conhecido como Canal de Acesso) FVC – Forward Voice Channel RVC – Reverse Voice Channel Os FOCCs ficam o tempo todo no ar levando informações do inerentes ao sistema a todos as sem. São mensagens como de Identificação do Sistema (SID), quantos e quais RECCs estão disponíveis na região, informação de paging quando a CCC procura por uma determinada EM, o número do primeiro canal de voz que a EM deve sintonizar para atender uma chamada, dentre outras. O RECC é o canal de aceso do móvel ao sistema, tanto para dar início a uma chamada, como para responder ao paging. Assim teremos as mensagens de confirmação de ordens recebidas pelo FOCC, de origem de chamada, de ordem de registro, etc. Quando uma Em precisa enviar uma mensagem, esta busco o RECC de mais alta potência recebida, sintoniza-o e envia a chamada no primeiro slot livre. Perceba que todas as EMs de uma mesma região tentarão transmitir pelo mesmo RECC. Os canais de voz também carregam mensagens de controle. Em canais lógicos, nos sistemas digitais, ou através de rajadas de dados de aproximadamente 0.1 segundo nos sistemas analógicos. Neste último caso utiliza-se o esquema FSK a 10 kbps. O FVC transmite ordens da CCC ou da ERB à EM. O RVC responde às ordens e envia outras informações como o término da chamada. É importante ressaltar que cada sistema possui seu próprio método de sinalização, suas próprias mensagens e protocolos. Todas estas características serão detalhados adiante nos estudos de cada um dos sistemas AMPS, TDMA, CDMA, GSM e PHS. Mesmo assim, apresentamos a seguir o que consideramos os procedimentos básicos de sinalização para funcionamento dos sistemas de comunicação móvel celular. 6.8.1 Processamento de Chamada Originada pela EM O procedimento de origem de chamada pela EM começa com o usuário digitando o número a ser chamado e enviando esta mensagem e em sequência: • A EM sintoniza o FOCC de melhor sinal (potência) na região e obtém informação sobre quais RECCs operam na região. 2-26 • A EM escuta o FOCC esperando pela informação que o RECC está desocupado e em caso afirmativo envia a mensagem de origem de chamada e sua identificação. • Se houver colisão pela transmissão concomitante com outra EM o FOCC informa as EMs da região. • Dependendo do algoritmo de acesso ao meio, Slotted ALOHA por exemplo, a EM faz nova transmissão da mensagem após a informação do RECC desocupado. • A ERB recebe a informação e passa para a CCC que testa se a EM pertence ao sistema. Caso contrário há fraude ou é caso de roaming ainda não processado. • A CCC contata a rede pública a busca do número chamado ou processa internamente caso este seja de uma outra EM do sistema. • Sendo atendida a chamada a CCC determina que a ERB transmita via FOCC a informação do primeiro par FVC/RVC designado à EM e sua identificação. • A EM autentica a identificação recebida e sintoniza o par FVC/RVC designado. • Agora, pelo RVC, a EM devolve a informação de que está sintonizado ao par sempre seguida da sua identificação. • A ERB passa a informação à CCC que verifica a identificação da EM e comuta o canal afluente de voz à ERB em que a EM se encontra e começa a tarifação. • A informação transmitida à ERB é então modulado e transmitido pelo VC à EM. ERB Canal de Controle Canal de Voz CCCRede Pública originaçãooriginação 1 º FVC/RFC espera um canal de acesso vazio SAT SAT sinalização alarme inicia bilhetagem Figura 2.23: Originação de chamada pela EM. 2-27 6.8.2 Processamento de Chamada Terminada pela EM O procedimento de término de chamada pela EM é iniciada pelo usuário apertando a tecla de fim de chamada e em sequência: • A EM envia a sinalização por um burst dentro do RVC. • A ERB recebe esta informação, separa do sinal de voz e transmite uma mensagem de fim de chamada à CCC. • A CCC para a tarifação e determina que a ERB libere o par FVC/RVC utilizado na chamada apenas desligando o rádio. Ao mesmo tempo a CCC libera o tranco da rede pública. ERB Canal de Controle Canal de Voz CCCRede Pública ST - 1,8 seginforma desconexão da EM Libera FVC/RVC libera tronco para bilhetagem Figura 2.24: Término de chamada pela EM. 6.8.3 Processamento de Chamada Originada pela Rede Pública O procedimento de origem de chamada pela rede pública começa com a rede ocupando um tronco e sinalizando à CCC e em sequência: • A CCC primeiro verifica se a identificação da EM solicitada consta em seu registro local ou de visitantes. • Em caso afirmativo a CCC determina que todas as ERB de seu sistema enviem pelos FOCC a informação de paging contendo a identificação da EM. • As EMs estão sempre escutando o FOCC de melhor sinal em sua região. Assim a EM percebe sua identificação em processo de paging. • A EM então escuta o FOCC pela informação do RECC desocupado e responde enviando também sua identificação. • A ERB recebe a informação e envia confirma a localização da EM à CCC. 2-30 ERB A Canal de Voz CCCRede Pública ST – 50 ms novo FVC/RVC monitora SAT SAT presente ERB B Canal de Controle Canal de Voz SATRequisição de Handoff SAT SAT medido novo FVC/RVC SAT SATlibera FVC/RVC Figura 2.27: Procedimento de Handoff . 6.8.6 Procedimento de Roaming Quando uma EM sai de sua área de localização, seja dentro do sistema controlado pela mesma operadora, ou para outro sistema o procedimento de roaming é iniciado. O processo começa quando a EM verifica pelo FOCC que a identificaçào do sistema não corresponde àquela em seu registro interno. Então: • A EM solicita a CCC via RECC seu registro no sistema. • A CCC verifica que esta EM não se encontra no seu Home Location Register (HLR) nem no seu Visit Location Register (VLR). • Esta CCC contacta a CCC original da EM informando que está agora cadastrada em seu VLR. • A CCC original da EM atualiza seu HLR, para que qualquer chamada para esta EM seja comutada para a outra CCC • VLR da nova CCC atribui à EM uma identificação fictícia para efeito de tarifação. • Através do VLR a nova CCC faz a tarifação diferenciada para a EM em Roaming. 2-31 ERB A Canal de Voz CCCRede Pública ST – 50 ms novo FVC/RVC monitora SAT SAT presente ERB B Canal de Controle Canal de Voz SATRequisição de Handoff SAT SAT medido novo FVC/RVC SAT SATlibera FVC/RVC Figura 2.28: Procedimento de Roaming .