Telecomunicações Avançadas - Volume 1, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

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Escola SENAI “Prof. Dr. Euryclides de Jesus Zerbini”

Campinas/SP

2002

Telecomunicações Avançadas Volume 1

 SENAI, Departamento Regional de São Paulo, 2002

Trabalho elaborado pela Escola SENAI “Prof. Dr. Euryclides de Jesus Zerbini”

Coordenação Geral Magno Diaz Gomes

Equipe responsável

Coordenação Geraldo Machado Barbosa

Elaboração Fausto Leite Alves Maurício Tadeu Teixeira Marcos Valério Gebra da Silva

Equipe responsável pela formatação

Coordenação Luciano Marcelo Lucena da Silva

Formatação David Tadeu Cassini Manzoti Edmar Fernando Camargo Edney Messias Soares Eudenir Scheffer Junior

Edição 1.

SENAI - Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Escola SENAI “Prof. Dr. Euryclides de Jesus Zerbini” Avenida da Saudade, 125, Bairro Ponte Preta CEP 13041-670 - Campinas, SP [email protected]

Introdução ao Curso

Este módulo é destinado a fornecer ao aluno uma visão geral das informações sobre o curso de Sistema Celular administrado pelo SENAI “Prof. Dr. Euryclides de Jesus Zerbini”

Objetivos

Após o término deste módulo o aluno será capaz de:

• Descrever o conteúdo do curso;
• Definir os métodos de avaliação usados no curso.

Introdução ao Curso

O Estudo do Sistema é destinado a apresentar uma visão geral dos princípios de telefonia, bem como os produtos no Sistema Móvel Celular. Os conceitos, padrões, encaminhamentos da chamada, equipamentos e componentes de hardware/software necessários para operar estes sistemas, serão introduzidos.

Introdução ao Curso (^5)

Introdução ao Sistema

Celular

Este módulo fornece uma introdução aos Componentes do Sistema Celular da rede básica e dos padrões (ou modelos) nos quais opera um sistema celular.

Objetivos

Após o término deste módulo, o aluno será capaz de: Definir o que é considerado "wireless" (Sistema de Comunicação sem Fio) e relembrar os eventos associados à evolução do wireless.

Listar os componentes básicos de um Sistema Celular Listar os componentes básicos de uma Rede de Comunicações.

Evolução Histórica do Celular

A evolução das telecomunicações está paralela à evolução da humanidade. Nos tempos antigos para estabelecer uma comunicação bastava gritar de uma certa distância. Assim, quanto mais força a pessoa tinha no pulmão maior a distância de comunicação. Porém, a qualidade pobre em distâncias de pouco mais de duzentos metros conduziu ao desenvolvimento do telefone e do rádio no final de 1800 durante a revolução industrial. O serviço de telefonia com fio tornou-se o meio favorito para se comunicar em longas distâncias devido à qualidade e à consistência desde o início ao término da chamada. O rádio foi usado para necessidades especializadas (militares e mensagem de campo) e não para conduzir conversação do dia-a-dia.

O equipamento e a tecnologia do rádio têm se aperfeiçoado continuamente desde seu aparecimento. Não foi nem mesmo no meio de 1980, quase cem anos após o desenvolvimento do rádio em 1888, que a telefonia com fio e sem fio começaram a se

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misturar. Hoje, o sistema de telefonia celular está expandindo em proporção maior que a taxa de crescimento com fio.

A popularidade do serviço de telefonia celular se explica devido à liberdade, mobilidade e ao aumento da produtividade que o próprio serviço oferece. As pessoas não estão mais dependentes de telefones fixos ou públicos para lidar com comerciantes, fregueses, colegas de trabalho e relações em geral.

Os EUA não estão sozinhos na luta para criar um sistema de telefonia sem fio. No final da década de 60, o Laboratório de Telecomunicações Japonesa (NTT) desenvolveu um plano para rádio celular com freqüência de 400 MHz (nunca implementada comercialmente). Mais ou menos dez anos mais tarde, o sistema metropolitano de Tokyo (NAMTS) foi introduzido contendo uma capacidade básica de 4000 assinantes, o que foi expandida para 8000.

Padrões

AMPS/D-AMPS O Sistema de Telefonia Móvel Avançado (AMPS) é o fundamento no qual o projeto celular se baseia. O modelo AMPS resultou de uma série de documentos técnicos AT&T que foram especificados pela Associação das Indústrias Eletrônicas/Associação das Indústrias de Telecomunicações (EIA/TIA 553) com as características gerais de um sistema efetivo de comunicações sem fio em larga escala.

O modelo do Sistema de Telefonia Móvel Avançado Digital (D-AMPS) foi estabelecido posteriormente e foi baseado no AMPS. A Associação de Indústrias de Telecomunicações Celulares (GTIA) esboçou um documento de Requerimentos da Performance do Usuário (UPR) apresentando o perfil de urna nova geração de equipamento celular capaz de encontrar as necessidades crescentes da indústria celular. A CTIA aprovou a implementação do Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo (TDMA) como uma técnica de escolha para a próxima geração de celular. Os Padrões Ínterim (IS) escritos para D-AMPS são:

• IS-

Compatibilidade Estação Móvel Dual e Estação Rádio Base IS- Padrão de Performance Mínima Recomendado para Estação Móvel Dual 800 MHz

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47 do Código de Regulamentação Federal. Informações sobre o Serviço Móvel Público são encontradas na parte 22 no segundo dos cinco volumes que constituem o Artigo

47. O subartigo K do Artigo 47/Parte 22 se refere especificamente aos Serviços de Telecomunicações de Rádio Celular Público Doméstico.

União Internacional de Telecomunicações (ITU)/Conferência Européia para Administração de Telecomunicações e Postais (CEPT) A União de Telecomunicações Internacional (ITU) é o equivalente Europeu do FCC e através de comitês designados endereça freqüência e uso de espectro. A Conferência Européia para administração de telecomunicações e postais (CEPT) também estabelece modelos principalmente para a Europa.

Associação das Indústrias de Telecomunicações Celulares (CTIA™) Constituída em 1984, a Associação das Indústrias de Telecomunicações Celulares (CTIA™) é a organização internacional que representa todos os elementos das comunicações sem fio: celular, serviços de comunicação pessoal, rádio móvel, dados em wireless e satélite. A associação é dedicada a promover a simplicidade do uso e o serviço de cobertura ampla nas comunicações sem fio em benefício do próprio consumidor.

Sistema Celular Básico

Um sistema celular é formado pelos seguintes componentes básicos:

• Estação Móvel (EM)

Estação Rádio Base (ERB) Central de Comutação e Controle (CCC)

Estação Móvel (EM) O telefone móvel pode ser comparado a uma estação de rádio com potência de bateria automática. O telefone móvel é conectado via o sinal de rádio a uma estação rádio base próxima, que pertença a uma rede de telefonia móvel. A estação móvel é composta por três partes principais: Equipamento Telefônico Parte de Controle Parte de Rádio A potência de transmissão de uma estação móvel deve ser suficiente a todo momento de maneira que a estação Rádio Base possa captar seus sinais. A estação rádio base

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pode, dentro dos limites definidos, ordenar a Estação Móvel aumentar ou diminuir a sua potência a qualquer hora.

Figura 1.1: Estações Móveis

Figura 1.1: Estações Móveis

Estação Rádio Base (ERB) A Estação Rádio Base (ERB) controla o tráfego do rádio para e da estação móvel dentro de uma área geográfica denominada célula.

A ERB é conectada à Central de Comutação e Controle (CCC) e contém:

• Equipamentos de lnterface para a CCC
• • • • • • • Transmissor e Receptor de Rádio Antenas Torre Equipamentos de Controle Ambiental

Central de Comutação e Controle (CCC) A CCC controla todas as conexões e desconexões das chamadas para um telefone móvel, e ao mesmo tempo, funciona como a interface entre a rede móvel e a rede de telefonia de comutação pública (PSTN).

A CCC é encarregada de fornecer serviços ao assinante, tais como: Chamada em Espera Conferência Mensagem de voz

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Figura 1.3: A Rede Celular

Sistema de Sinalização Número 7 (SS7) O Sistema de Sinalização Número 7 (SS7) foi desenvolvido para a implementação da comunicação de rede de telecomunicações. A função primária do SS7 é transferir mensagens entre centrais em um formato padrão que pode ser lido por qualquer central compatível com SS7.

Rede de Telefonia de Comutação Pública (PSTN) A PLMN -é a rede constituída de componentes celulares. A PSTN é constituída de centrais, base de dados e conexões para clientes fixos. As redes celulares estão conectadas à PSTN para enviar chamadas móveis para telefones fixos e para fornecer serviços tais como: roaming, registro e handoff a fim de criar uma rede sem interrupção (seamless). A rede PSTN no Brasil utiliza Sistema de Sinalização Número 7, para comunicar com a PLMN.

Introdução ao Sistema Celular (^13)

Figura 1.4: A Rede Básica e o SS

Mercados Usando as Redes AMPS/D-AMPS

Celular Os equipamentos existentes são projetados para suportar:

• Densidade de assinante muito alta em grandes áreas urbanas
• • • • • • • Áreas largamente povoadas

Os equipamentos no mercado celular utilizam um conceito funcionalmente modular que é aplicado tanto a hardware como a software com o objetivo de fornecer: Construção do sistema de acordo com as necessidades do cliente. Adição, remoção e modificação de funções. Tecnologia futura a custo reduzido. Ampla quantidade de facilidades de assinante incluindo as facilidades básicas que estão disponíveis na Rede de Telefonia de Comutação Pública (PSTN). Supervisão contínua de transmissão. Tecnologia de ponta.

Sistema de Comunicação Pessoal (PCS) PCS, também chamado de "Upbanded" ou D-AMPS 1900 representa um conjunto de serviços de telecomunicações personalizados para o indivíduo. Os números do telefone usados nas estações móveis PCS tornam-se específicos para um indivíduo e as facilidades de serviço que cada assinante requer são customizadas para o indivíduo. A função de um único número de telefone PCS para um cliente facilita o início e a finalização das chamadas nas áreas regionais, nacionais e internacionais. A rede, que opera em uma banda de freqüência 1900 MHz, realiza todo o trabalho de

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Exercícios

Complete os espaços em branco com as respostas corretas.

1. Veicular, Transportável e Portátil são diferentes tipos de:
2. Qual componente do sistema celular básico que faz a interface entre CCC e EM?
3. Qual componente do sistema celular básico é a interface entre a rede móvel e a rede de telefonia de comutação pública?
4. Quais são os protocolos de comunicação de rede usados dentro da indústria de telecomunicações?
5. Liste os três componentes da Rede Móvel Terrestre Pública (PLMN).
6. Qual o padrão interim (IS) devemos usar quando trabalhamos com canal de controle digital?

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Conceitos Wireless

Este módulo é destinado a fornecer uma introdução aos espectros de freqüência usados no Sistema Celular. Veremos como as bandas de freqüência estão separadas. A finalidade dos canais utilizados no sistema celular também será discutida.

Objetivos

Após o término deste módulo, o aluno será capaz de:

• Identificar o espectro de freqüência para o celular e PCS
• Descrever como os planos de freqüência são usados
• Explicar estratégias de alocação de freqüências
• Discutir brevemente a finalidade do canal de controle e de voz
• Identificar os vários métodos de acesso

Conceitos Wireless (^17)

Introdução às Freqüências

O termo freqüência se refere ao número de ondas sonoras por segundo. Contudo, desde que o principal modo de transmissão e recepção de informações em comunicações sem fio vem sendo transmitido via freqüências de rádio (RF), uma compreensão generalizada sobre ondas de rádio se faz necessária. Uma onda de rádio é uma forma de energia eletromagnética, se propagando na velocidade da luz, que pode ser visualizada como uma fração de onda. De forma simplificada, a fração de onda possui três características importantes mostradas na ilustração abaixo:

• Amplitude A magnitude ou altura dos pontos altos e baixos da fração de onda.
• Freqüência O número de pontos altos que ocorrem em um segundo; a medida básica da freqüência é Hertz, e é definido como um cicio, um evento de alto a alto. A maior parte das freqüências de rádio são medidas em Kilohertz (kHz - 1000 Hertz) ou em megahertz (MHz - 1000.000 Hertz) respectivamente.
• Fase O ângulo particular de inflação da onda em um momento preciso no tempo. A fase é normalmente medida graus.

Fração de Onda Simplificada

Figura 2.1: Fração de Onda Simplificada

Conceitos Wireless (^19)

Técnicas de Modulação

Modulação em Freqüência (FM) Neste método a informação análoga modula a freqüência da portadora. A portadora poderá ter sua freqüência modificada proporcionalmente a amplitude do sinal de informação. Esta modulação é usada em celulares analógicos na transmissão do canal de voz (AVC)

Figura 2.2: Modulador em freqüência

( Hzv ) e

K f m

f (^) ∆ = ∆

Onde: Kf = Constante de freqüência ∆f = Desvio de freqüência ∆em = Variação do sinal modulador (informação)

A largura de faixa de um sinal FM pode ser aproximadamente por: BW = 2 ( ∆ f + fm )

Modulações Chaveadas

Para transmitir sinais por meio de rádio (ou Por Um modem), é necessário modularmos uma portadora de RF com o sinal que desejamos transmitir. Existem vários motivos para se usar uma portadora:

• A freqüência do sinal de banda básica não é alta o suficiente para ser transmitida de forma eficiente por meio de antenas;
• Precisamos designar uma nova freqüência para o sinal a ser transmitido, tornando possível evitar a interferência com outros sinais de banda básica iguais.

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