Sistemas Celulares

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Seminário sobre Sistemas Celulares, inclui: conceitos básicos, história e gerações.

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Sistemas Celulares

  1. 1. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOSISTEMASCELULARES
  2. 2. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOIntroduçãoMobilidade Flexibilidade
  3. 3. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOIntroduçãoUm sistema de telefonia móvel é definido como umarede de comunicações por rádio que permitemobilidade contínua por meio de muitas células [2].
  4. 4. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCODescobrindo a história...
  5. 5. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCODescobrindo a história...
  6. 6. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCODescobrindo a história...
  7. 7. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCODescobrindo a história...
  8. 8. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCODescobrindo a história...
  9. 9. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOCelular no Brasil2,200,90
  10. 10. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOBandas de Frequência para o Celularno Brasil850 MHzBanda A e B1900 MHz1800 MHz1700 MHz900 MHz 2100 MHzBanda D e EBandas de Extensão doGSM(Transmissão doTerminal)Maior partepara o 3G890 MHz 915 MHz935 MHz 960 MHzBandas de Extensão doGSM(Transmissão da rede)
  11. 11. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOConstituição do Sistema CelularTerminal Móvel (TM) (aparelho celular)Estação Rádio Base (ERB)Central de Comutação e Controle (CCC)
  12. 12. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOUNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOProver a interface entre o usuário e o sistema;Converter sinais de áudio em sinais derádiofrequência (RF) e vice-versa;Alerta o usuário sobre chamadas recebidas;Alerta o sistema sobre tentativas de originaçãode chamadas.Terminal Móvel (TM)
  13. 13. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOUNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOEstação Rádio Base (ERB)Prover a interface de rádio entre TM’s e o sistema;Converte sinais de rádio em sinais de áudio e vice-versa;Controla e informa os TM’s em sua área de cobertura;Verifica e reporta a qualidade do sinal em sua área decobertura;Verifica e reporta a presença de novos TM’s em suaárea;Responde a comandos recebidos da CCC.
  14. 14. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOUNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOProver a interface entre a rede telefônica e o sistemacelular;Comunicar-se com outros sistemas celulares;Controlar as ERB’s;Monitorar e controlar as chamadas;Interligar as várias ERB’s;Supervisionar o estado do sistema;Controlar e comutar o handoff de chamadas;Administrar o sistema.Central de Comutação e Controle(CCC)
  15. 15. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOFigura: Representação da estrutura de um sistema celular
  16. 16. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOCélulaA principio, uma determinada região ou área de coberturageográfica a ser atendida pelo serviço móvel celular édividida em sub-regiões, que são chamadas de células.Cada célula utiliza um determinado conjunto de sinais derádio freqüência;Cada uma é atendida por uma ERB;Figura: Representação gráfica de uma célula.
  17. 17. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOCélulaAs dimensões de uma célula dependem de:Do grau de urbanização;Da altura das edificações;Do grau de arborização;Das irregularidades do relevo;Da altura da torre;Da potência dos transmissores;Do ganho das antenas.
  18. 18. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOUNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO• Células OmnidirecionaisNas células omnidirecionais, a ERB é equipada com umaantena omnidirecional que transmite a mesma potência emtodas as direções.Figura: Antena omni com seus diagramas de radiação horizontal e vertical.
  19. 19. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOUNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO• Células SetorizadasNas células setorizadas, a ERB é equipada com antenasdiretivas, de tal forma que cada uma cubra determinadaárea.Figura: Antena diretiva com seus diagramas de radiação horizontal e vertical.
  20. 20. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOUNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOCluster e Location AreaCluster: é um conjunto de células. Dentro de um cluster nãoexiste reutilização de frequências [6].Location Area (LA): É definida como um grupo de células,todavia quando uma estação móvel ultrapassa um limite de umacélula pertencente a uma LA, e entra em uma célula pertencente auma outra LA, esta deve relatar sua nova localização à rede.Figura: Representação de cluster e Location Area.
  21. 21. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOReutilização de FrequênciaO reuso de frequência corresponde á utilização de umamesma frequência em dois conjuntos distintos.A distância de reuso é limitada pela máxima interferência co-canal permitida no sistema.Evidentemente, a qualidade de transmissão cai á medidaque os clusters ficam menores, mas a capacidade de tráfegoaumenta em virtude da possibilidade de distribuir toda acanalização em poucas células.
  22. 22. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOReutilização de Frequência
  23. 23. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOQuando a demanda de tráfego cresce dentro deuma determinada célula, existem duas soluçõespossíveis: divisão de células ou setorizaçãodas células já existentes.Expansão de Capacidade
  24. 24. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCODivisão de Células – As células congestionadas sãodivididas em várias célula de tamanho menor. A potênciados transmissores das células existentes é diminuída paracobrir aproximadamente metade da área original.Expansão de CapacidadeFigura: Divisão de células.
  25. 25. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOSetorização de Células – Os canais de uma célula sãoseparados em setores e são utilizados apenas dentro dossetores. Normalmente uma célula é dividida em 3 setoresde 120 ou 6 setores de 60.Expansão de CapacidadeFigura: Setorização de Células.
  26. 26. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOEvolução1ª Geração2ª Geração3ª Geração
  27. 27. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO1ª GeraçãoAMPS (Advanced Mobile Phone Service):Utilizado pela primeira vez em 1983;Utilizava Células grandes e antenas unidirecionais nasERBs;Permitia setorização e divisão de células;Permitia apenas a transmissão de voz;Operava na frequência de 850 MHz, banda A;O padrão ETACS é praticamente igual ao AMPS,distinguindo-se apenas na formatação da identificaçãodo usuário (MIN, Mobile Identification Number).
  28. 28. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO1ª Geração
  29. 29. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOEvolução1ª Geração2ª Geração3ª Geração
  30. 30. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO2ª Geração
  31. 31. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO2ª GeraçãoCodificação digital de voz mais poderosas;Maior eficiência espectral;Facilidade a comunicação de dados e a criptografia;Foi possível navegar na internet;As redes 2G utilizam frequências de operação de 900Mhz,1800Mhz e 1900Mhz.
  32. 32. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO2ª GeraçãoTDMA (Time Division Multiple Access):A técnica de acesso utilizada para esta tecnologia divideo canal digital em 3 ou em 6 “time slots” permitindo aocupação simultânea de 3 ou 6 usuários diferentesnuma transmissão;Capacidade do sistema é maior;Cada usuário usa um espaço específico;Impede problemas de interferências;Utilizava TDMA + FDMANão é mais usada no Brasil, suas redes foramdesligadas desde o dia 05 de Janeiro de 2009.
  33. 33. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOTDMAHome LocationRegisterVisitor LocationRegister
  34. 34. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO2ª GeraçãoCDMA (Code Division Multiple Access):Sistema digital que permite o acesso de muitos usuáriossimultaneamente em um único canal de estação-base;Funciona em banda larga, diferentemente do TDMA e doGSM;Divide a informação em vários pacotes;Codificação digital do sinal de voz;Muitas chamadas podem trafegar por toda a banda;Os celulares que operam em CDMA são maissuscetíveis a clonagem.Opera na faixa de 800 MHz nas Bandas A e B e na faixade 1900 MHz.
  35. 35. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOCDMAHome LocationRegisterVisitor LocationRegister Base StationControler
  36. 36. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO2ª GeraçãoGSM (Global System for Mobile Communication):FDMA + TDMA25 MHz124 canais, largura de 200 KHz,capacidade de transmissão de 270Kbps
  37. 37. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO2ª GeraçãoGSM (Global System for Mobile Communication):
  38. 38. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOGSM
  39. 39. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO2,5ª Geração
  40. 40. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO2,5ª GeraçãoGPRS (General Packet Radio Service):Elevou as taxas de transferência de dados;Permite o transporte de dados por pacotes;O foco do GPRS é a conexão com a internet;Utilização de voz e dados simultaneamente no mesmocanal;Compatível com o protocolo IP;Aumento significativo na velocidade de transmissão dedados;Acesso imediato e permanente para os dados;Redução de custos.
  41. 41. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO2,75ª Geração
  42. 42. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO2,75ª GeraçãoEDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution):A transmissão de dados melhorou e aumentou aconfiabilidade;Resultado de um melhoria feita nas redes 2,5G (GPRS);Aumento na velocidade de transmissão de dados;EDGE pode ser usada para qualquer troca de pacotescomo uma conexão com a internet;Custo de implementação reduzido;Opera nas bandas mais comuns: 850, 900, 1800 e 1900MHz.
  43. 43. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOEvolução1ª Geração2ª Geração3ª Geração
  44. 44. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO3ª Geração
  45. 45. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO3ª GeraçãoW-CDMA (Wide-Band Code-Division Multiple Access):Baseado nos mesmos conceitos de comunicação doCDMA;Provê velocidades de transmissão de dados de até 2Mbps;Permite ainda o uso mais eficiente do espectro derádio.Sistemas W-CDMA habilitam uma nova geração deserviços que misturam diferentes elementos de mídia.
  46. 46. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO3ª GeraçãoHSPA (High Speed Packet Access):É um tecnologia de acesso que alcança teoricamente taxas develocidade de 7,2 Mbps;É uma evolução dos padrões GPRS e EDGE;Suporta uma quantidade muito maior de usuários;É uma coleção de dois protocolos de telefonia móvel: High SpeedDownlink Packet Access (HSDPA) e High Speed Uplink Packet Access(HSUPA), que ampliam e melhoram o desempenho dos protocolosexistentes W-CDMA.HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access): O HSDPA é um serviço detransmissão de pacotes de dados que opera dentro do W-CDMA, no enlacedireto (downlink), permitindo a transmissão de dados até 14,4Mbit/s em umabanda de 5MHz. Usa modulação QPSK e 16QAM.HSUPA (High Speed Uplink Packet Access): é um protocolo da famíliaHSPA com velocidades de UP-Link superiores a 5.76Mbit/s.
  47. 47. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO3ª GeraçãoHSPA+ :O HSPA+ ou HSPA Evoluído na teoria trabalha comtaxas de até 168Mbps;Oferece um menor tempo para o estabelecimento dechamadas;Capacidade para o uso do VoIP;Melhor suporte para aplicações que exigem grandesquantidades de informações;Aproveita toda a estrutura do padrão HSPA jáexistente.
  48. 48. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO4ª GeraçãoVide apresentação de LTE.
  49. 49. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOA Evolução das Tecnologias de Celular no Brasil de2000 a 2011:Fonte: http://www.teleco.com.br/tecnocel.asp
  50. 50. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOHandoffProcesso de transferência automática de ligações de umacélula (ERB) para outra.Motivos para realização do handoff:Para garantir a continuidade da chamada;Quando o sinal está abaixo do limiar de potência;Por razões operacionais.Tipos de handoff:Handoff AbruptoHandoff Suave
  51. 51. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOHandoff AbruptoO terminal móvel deve mudar o canal de rádio(frequência) para o novo caminho, com uma curtainterrupção da conexão em andamento.Figura: Representação de Handoff Abrupto.
  52. 52. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOO terminal móvel é simultaneamente conectado com duasestações-base e ambos os fluxos são considerados, tantodo lado do terminal móvel, quanto do lado da estação-base, para recuperar um único fluxo de informação.Handoff SuaveFigura: Representação de Handoff Suave.
  53. 53. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCORoamingDiferentemente do handoff, não trata da mudança de ERBs,mas sim define o fato de assinantes móveis poderem se moverde uma área de controle para outra e ainda assim ter o serviçomantido.Figura: Representação de roaming.
  54. 54. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOTipos de Canais de RádioExistem dois tipos de canal de transmissão entre aEstação Rádio Base e o Terminal Móvel:Canal de Voz (CV).Canal de Controle ou Canal Setup (CC).
  55. 55. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOCanal de VozDurante o processo de estabelecimento de uma chamada, aCCC seleciona um canal de voz que transportará aconversação (sinal de voz) e outros sinais de controle, os quaissão transmitidos enquanto o canal de voz está em uso, porémfora da faixa de voz. Os mesmos são:Tom de Áudio de Supervisão (TAS)Tom de Sinalização (TS)Dados em Banda Larga
  56. 56. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOCanal de Voz Direto: Mensagens enviadas das ERBs,podem ser de dois tipos:Ordens (aumento de potência, liberação de chamada, etc)Designação de canal de voz durante um handoff.Canal de Voz Reverso ou Inverso: Mensagens enviadas doTM, também podem ser de dois tipos:Confirmação de ordensEndereço chamado (realização de consulta, conferência eativação / desativação de um serviço de assinante).
  57. 57. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOCanal de ControleNormalmente, existe somente um canal de controle em cadacélula. De um modo geral, o canal de controle é utilizado para:Transmitir mensagens gerais dos parâmetros do sistema.Transmitir mensagens de busca e informações gerais.Transmitir mensagens de designação de canal de voz einformações gerais.Receber mensagem do TM.
  58. 58. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOCanal de Controle Direto:Busca de um TM.Transmissão contínua de mensagem aos TMs.Designação de um canal de voz.Tentativa dirigida (indica condição de célula adjacente).Overhead.Canal de Controle Reverso ou Inverso:Acesso de um TM para originar chamada.Confirmação de ordens.Resposta ao sinal de busca
  59. 59. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOUNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOInterferênciasInterferências no canal de voz ocasiona "linhas cruzadas", ondeo assinante escuta a interferência no fundo devido a transmissõesindesejáveis.No canal de controle, a interferência conduz a chamadas perdidas oubloqueadas devido a erros no fluxo de sinais digitais de controle.Três tipos de interferência:Co-canalCanal adjacenteMultipath fading
  60. 60. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOInterferência co-canalInterferência canal adjacenteInterferência multipath fading
  61. 61. UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOReferências Bibliográficas[1] C. J. A. BASTOS-FILHO. Capitulo VIII – Sistemas de Telefonia Celular. Apostila. Escola Politécnica de Pernambuco, UPE.Recife:2013.[2] M. S. ALENCAR. Sistemas de Comunicação. Ed. Èrica Ltda. (2001).[3] WIKIPÉDIA. A Enciclopédia Digital. Disponível em <https://pt.wikipedia.org/wiki/Telefone_celular> Acesso em: 03 maio 2013.[4] TELECO. Inteligência em Telecomunicações. Disponível em<http://www.teleco.com.br/Bandac.asp >Acesso em: 16 maio 2013.[5] ____________. Inteligência em Telecomunicações. Disponível em <http://www.teleco.com.br/tutoriais/re1.asp >Acesso em: 18 maio2013.[6] GTA/UFRJ. Grupo de Teleinformática e Automação. Disponível em <http://www.gta.ufrj.br/~flavio/commovel/Handover.htm> Acessoem: 03 maio 2013.[7] INFOSIL. Soluções Integradas em Tecnologi@. Disponível em<http://www.infosil.com.br/entele/images/stories/07_Telefonia%20Movel%20Celular.pdf> Acesso em: 03 maio 2013.[8] OLHAR DIGITAL. Tecnologias para você. Disponível em <http://www.youtube.com/watch?v=DwA9Nek3AIw> Acesso em: 03 maio2013.[9] WIKIPÉDIA. A Enciclopédia Digital. Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/EDGE> Acesso em: 03 maio 2013.[10] ________. A Enciclopédia Digital. Disponível em<http://pt.wikipedia.org/wiki/Servi%C3%A7o_de_R%C3%A1dio_de_Pacote_Geral>Acesso em: 03 maio 2013.[11] ________.A Enciclopédia Digital. Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/W-CDMA> Acesso em: 03 maio 2013.[12] ________. A Enciclopédia Digital. Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/HSPA> Acesso em: 03 maio 2013.

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