Introdução
Nos últimos anos, os cenários dos sistemas de comunicações móveis mudaram bastante. No princípio, a demanda era apenas por serviços de voz e os sistemas praticamente não ofereciam serviços de dados. A primeira geração de telefonia celular (1G), que se caracterizou, pela comunicação de voz analógica (modulação FM), estrutura de sinalização bastante simples, falta de compatibilidade com os outros sistemas contemporâneos e comutação de circuitos. Alguns exemplos de sistemas analógicos são: AMPS (América do Norte) e TACS. Eles ainda apresentavam alto custo do terminal, pouca capacidade de canais e alto consumo de bateria.
Os sistemas analógicos acima citados empregaram a técnica FDMA (Frequency Division Multiple Access), com cada canal alocado em uma faixa de frequência, respeitando o reuso de frequências. O rápido aumento no número de usuários e a proliferação de vários sistemas analógicos incompatíveis foram as principais razões para a evolução em direção à segunda geração (2G), cuja principal característica é a comunicação de voz digital. Esses sistemas possuem também serviços de dados com comutação de circuitos e baixas taxas de transmissão, além de sua capacidade ser bem maior que a dos sistemas analógicos. A estrutura de sinalização e controle desses sistemas é bem mais sofisticada, acarretando, inclusive, uma maior segurança no que se refere à autenticação e privacidade. Alguns exemplos de sistemas de segunda geração são: GSM, e IS-95.
Mesmo com baixas taxas de transmissão, alguns serviços de dados tiveram grande sucesso na segunda geração, como o SMS (Short Message Service) e o i-mode (baseado em html compacto). Técnicas de acesso múltiplo como TDMA (Time Division Multiple Access) e CDMA (Code Division Multiple Access) são usadas em conjunto com FDMA na segunda geração.
O GSM (Global System for Mobile Communications) obteve um enorme sucesso, com quase 60 % do mercado mundial de telefonia e é, sem dúvida, a tecnologia mais popular até o momento. Um grande avanço foi obtido com a segunda geração no que diz respeito ao roaming. Como vários países utilizavam a mesma tecnologia, tornou-se possível viajar para diferentes países e usar o celular normalmente. O rápido crescimento na demanda por diversos serviços de dados sem fio teve como consequência a necessidade de grandes aumentos na capacidade e na taxa de transmissão de dados dos sistemas celulares existentes.
Foi a partir dessa ideia que começou a evolução para a chamada geração 2,5. Os sistemas dominantes na geração 2,5 são o GPRS (General Packet Radio Services)e o cdma2000 1xEV-DO. A tecnologia GPRS (General Packet Radio Services) permite às redes celulares uma maior velocidade e largura de banda sobre GSM, melhorando as capacidades de acesso móvel à Internet através da comutação por pacotes. A principal modificação na rede GSM para a introdução do GPRS é a adição de dois nós de rede, o GGSN (Gateway GPRS Support Node) e o SGSN (Serving GPRS Support Node). O GGSN faz a conexão da rede de dados GPRS com outras redes de pacotes de dados externas (Internet, por exemplo) e o SGSN faz o gerenciamento da rede GPRS.
Os serviços lançados baseiam-se no fato dessa tecnologia permitir a transmissão de dados por pacotes de informação, dando aos usuários a possibilidade de estarem permanentemente online - com ligação imediata à Internet. Ou seja, o usuário passaria a ser tarifado pelo volume de informação trafegada na rede, e não pelo tempo de conexão.
A fim de suportar as diferentes aplicações multimídia que surgiram, a União Internacional de Telecomunicações (ITU) começou o estudo de um sistema universal, o IMT-2000 (International Mobile Communications System for the year 2000). Já o ETSI (European Telecommunications Standards Institute) chamou esse estudo de UMTS (Universal Mobile Telecommunication System). Esse sistema universal seria a chamada terceira geração (3G) de telefonia celular. No entanto, motivado pelos interesses de fabricantes e de operadores que, na maioria das vezes, não desejam uma mudança drástica, esse sistema universal não foi alcançado. O que se tem observado é uma evolução dos sistemas existentes.
Os requisitos de taxas de transmissão estabelecidos para os sistemas de terceira geração são:
• 2 Mbps para locais fixos; • 384 Kbps para usuários pedestres; • 144 Kbps para usuários com alta mobilidade.
Além disso, seria necessário oferecer aos usuários múltiplos serviços com diferentes classes de qualidade de serviço (QoS), compatibilidade e interoperabilidade com os padrões existentes, arquitetura aberta (isto é, não proprietária de um determinado fabricante) e suporte a tráfego assimétrico.
Dentre os padrões de terceira geração propostos, o WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) é o que tem emergido como o mais promissor.
As principais características do WCDMA são:
• Taxas de transmissão de até 2 Mbps; • Taxas variáveis para oferecer banda por demanda; • Multiplexação de serviços com diferentes requisitos de QoS em uma única conexão; • Requisitos de atraso compatíveis com diversas aplicações (desde aplicações em tempo real a serviços de melhor esforço); • Coexistência entre sistemas de segunda e terceira geração, além de modos TDD (Time Division Duplex) e FDD (Frequency Division Duplex); • Suporte a handover entre sistemas; • Suporte a tráfego assimétrico nos enlaces de subida e de descida; • Alta eficiência espectral.
As taxas alcançadas pelos sistemas de terceira geração são suficientes para a maioria das aplicações baseadas em Internet. Porém, vários serviços ainda podem se beneficiar de maiores taxas e menores atrasos (como download de arquivos e streaming). Por isso, com o propósito de satisfazer às futuras exigências, foi proposta pelo 3GPP (Third Generation Partneship Project) uma evolução para o WCDMA, o HSPA (High Speed Packet Access). Considerada uma tecnologia de 3,5G, o principal objetivo do HSPA é proporcionar ao WCDMA taxas de dados de pico no enlace de descida até 14Mbps e no enlace de subida até 5,76Mbps com as técnicas HSDPA - High Speed Downlink Packet Access e HSUPA – High Speed Uplink Packet Access. A evolução do HSPA, o HSPA+ aderiu a novas técnicas de modulação na mesma canalização podendo chegar as taxas de picos 42Mbps no enlace de descida e no elance de subida até 11,5Mbps.
O objetivo desde trabalho é explorar a evolução da tecnologia que envolve altas taxas de dados na rede móvel, técnicas usadas para melhoria do desempenho e eficiência da banda larga móvel para os usuários, bem como no avanço da tecnologia para nova arquitetura LTE, na utilização dos recursos e capacidade da rede.
Referencias
http://www.maxwell.lambda.ele.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=4273@1
John Wiley & Sons, LTE for UMTS: OFDMA and SC-FDMA Based Radio Access, Finland, 2009
John Wiley & Sons, WCDMA FOR UMTS – HSPA EVOLUTION AND LTE, 2007
Erik Dahlman,3G Evolution HSPA and LTE for Mobile Broadband, First edition 2007