Redes celulares
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Wireless Personal Area Network (WPAN)
Wireless Local Area Network (WLAN)
Wireless Metropolitan Area Network(WMAN)
Wireless Wide Area Network (WWAN)
Classificação das redes
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Redes de Celulares …
O que iremos ver agora??
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As redes de celulares estão espalhadaspelo mundo inteiro
Podemos pensar em tráfego de dados
(Internet) além de apenas voz O que ganharíamos?
› Mobilidade imperceptível e ininterrupta
Mas por que essas redes?
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Arquitetura celular, redes de celulares,… › Por que esses nomes?
Uma visão geral …
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Áreas de cobertura geográficasdenominadas de células
Cada célula é formada por › Estação base› Estações móveis
Uma visão geral …
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Cada célula opera em faixas defrequência específicas
Uma visão geral …
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Uma estação base pode ser localizadano centro de uma célula ou em pontosde intersecção de três células (antenas
direcionais)
Uma visão geral …
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Informação trafega em ondas de rádio› 10^5 ~ 10^8 Hz
Cada estação base está ligada a uma
infraestrutura cabeada denominadaCentral de Comutação de UnidadeMóvel (MSC)›
Gerencia estabelecimento e término dechamadas
› Gerencia cobrança
Uma visão geral …
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MSC lida, por exemplo, com 100.000assinantes e 5.000 conversas emsimultâneas
O MSC está ligado a uma rede de longadistância› Rede telefônica pública comutada (PSTN)
Uma visão geral …
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Em cada célula temos vários clientesrealizando diversas chamadas …
Como é feito o compartilhamento do
espectro entre os clientes?› TDM + FDM: F sub-bandas e T
compartimentos F x T chamadassimultâneas
› CDMA: Sequência de chipping permite quese recupere a transmissão do remetentedentre todas as transmissões
Acesso à interface
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Temos uma porção das ondas de rádiodisponíveis
Para cada estação base é atribuída
uma faixa desse total› Estações vizinhas recebem faixas diferentespara minimizar interferências
› Se para cada célula fôssemos atribuir
sempre faixas diferentes o que iriaacontecer? As faixas iriam acabar para cobrirmos uma
área pequena!
Distribuição de Frequências
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Antenas são configuradas para atingir uma certa área
O mesmo grupo de canais pode ser
utilizado em células diferentes à certadistância
O processo de seleção e alocação de
canais é denominado de planejamentode frequências
Distribuição de Frequências
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Distribuição de Frequências
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Distribuição de Frequências
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A cobertura real é chamada defootprint e possui uma forma amorfa
Mas por que sempre mostramoshexágonos?› Precisamos de uma forma para projetar
e analisar o sistema
› Círculos? Muitos espaços em branco ousobreposições
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Distribuição de Frequências
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Mas por que sempre mostramoshexágonos?› Quadrado? Triângulo? Hexágono? Células devem atender dispositivos mais
fracos, tipicamente distantes, em sua área Avaliando a distância do centro e pontos
mais distantes no perímetro o hexágonofornece a maior área!
Consequência: Menor número de formas paracobrir uma região! Além disso, um hexágono se aproxima da área
circular de antenas omnidirecionais
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Distribuição de Frequências
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Pensando em áreas hexagonais ...› Estações base podem estar:
No centro Antenas omnidirecionais
Em três dos 6 vértices Antenasdirecionais
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Reuso de frequências é interessantepara uso eficiente do espectro
Mas ainda podemos nos perguntar:› Como é feita a atribuição de canais entre
as células? Trunking
Muitos usuários, poucos canais
Canais são alocados sob demanda Se apoia em probabilidades de uso dos usuários
Canais são “devolvidos” após uso
Atribuição de canais
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› Dois tipos principais Atribuição fixa
Atribuição dinâmica
Atribuição de canais
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Atribuição fixa: 1.0› Conjunto pré-determinado de canais para
cada célula
› Chamadas são atendidas pelo conjunto decanais não usados na célula
› Se todos os canais estiverem ocupados, achamada é bloqueada
Podemos ter uma fila …
Atribuição de canais
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Atribuição fixa: 1.1 (Estratégia deempréstimo)› No caso de bloqueio, célula realiza
empréstimo de canais de células vizinhas› MSC supervisiona esse empréstimo
Atribuição de canais
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Atribuição dinâmica› Sempre que uma chamada é iniciada, a
estação base consulta o MSC em busca de
canal disponível Tendência de bloqueio
Frequência de uso do canal
Distância de reuso
...
Atribuição de canais
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Atribuição dinâmica› Vantagens Diminui chance de bloqueio: todos tem
acesso a todos os canais!› Desvantagem MSC necessita monitorar os canais
aumento de carga de armazenamento e
computação
Atribuição de canais
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E como avaliar a qualidade?› Grade of service (GOS): medida que indica
chance de usuário ser atendido em horários
de pico (e.g., 4 pm, 6 pm, ...) Chance de chamada ser bloqueada
Chance de chamada ser atrasada (usuáriodeve esperar a demanda cair)
› Empresas definem o GOS e alocam canaisde acordo com GOS desejado
Atribuição de canais
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Temos várias células, usuários semovendo na cidade, ...› É interessante que ao sair de célula e ir para
outro o usuário não tenha sua ligaçãointerrompida!
MSC transfere a ligação para novaestação base, aloca novos canais, ...
Algumas estratégias priorizam umhandoff a uma nova ligação
Handoff
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Deve ser realizada de modo imperceptívelaos usuários e com sucesso› Deve-se buscar um mínimo de transferências!
Nível mínimo do sinal para voz no terminal(Pmin): 90-100 dBm
Nível mínimo para handoff (Phand) = Pmin+ ∆ › Folga larga: muitos handoffs
› Folga curta: muitas perdas
Handoff
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Handoff
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Importante: estação monitora nível dosinal por certo tempo para “perceber” mobilidade
› Estação deve agir antes que chamada sejaperdida
› Variações muito bruscas podem indicar estação cliente em alta velocidade e
handoff precisa ser imediato› Tempo de permanência na célula: dwell
time
Handoff
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Estações clientes monitoram sinal daestação base (mobile assisted handoff )› MSC faz apenas transferências e alocações
internas, sem medições!› Terminal informa à estação base os níveis
captados› MSC pode necessitar mudar de sistemas:
chamada local chamada à distância( roaming)
› E quando existe linha de visada entre asestações e o sinal cai muito pouco? Muito cuidado ao definir ∆, tempos, ...
Handoff
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Algumas estratégias› Handoff e novas chamadas podem ter a
mesma chance de acessar um canal
› Guard Channel: parte dos canais éreservado para handoff
Redução de tráfego com novas chamadas
› Enfileiramento: requisição de handoff é
enfileirado em busca de novos canaisenquanto o sinal ainda não leva ao fim dachamada
Handoff - Priorização
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Um outro problema:› E usuários que se movimentam muito
rapidamente?
Uso dos recursos durante curto intervalo Umbrella: grandes áreas x áreas menores
Handoff
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Primeiros padrões: 10 s para um handoff GSM: 1 – 2 s para um handoff
Handoff
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Mesmo com tudo que vimos, ademanda vem aumentando …
Como ampliar o número de canais por
área coberta?› Cell splitting
› Sectoring
›
Zone Cell
Ampliando a cobertura
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Cell splitting › Células são subdividas
› Mais antenas menores, menor potência,
mais reuso, ...
Ampliando a cobertura
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Sectoring
› Antenas direcionais
› Canais redivididos em cada setor: 3 a 6
› Redução dos clusters Maior reuso defrequências
Ampliando a cobertura
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Sectoring
› Muitos handoffs! Estações base modernaspermitem handoff na mesma célula sem uso
do MSC
Ampliando a cobertura
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Zone cell › Várias zonas conectadas a mesma estação
base por fibra ótica, coaxial, ...
›
Cliente servido pela zona de melhor sinal› Mudanças de zona não precisam de
handoff e mesmo canal é mantido
Ampliando a cobertura
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Zone cell
Ampliando a cobertura
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Primeira Geração (1G)› Início dos anos 80
› A novidade: realizar ligações longe de
casa, em um aparelho sem fio› Celulares analógicos
› Utilizava FDMA
› Comunicação por voz
› Diversos padrões em vários países Não se sabia se a novidade iria conquistar os
clientes!
Padrões ao longo da história
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Primeira Geração (1G): Padrão AMPS› Estabelecimento de circuitos para
conversação: conexão até o final da
chamada› Opera na faixa dos 800 MHz
› Cada canal com 30 KHz
› 25 MHz para enlace direto
› 25 MHz para enlace reverso› 25 MHz / 30 kHz ~ 833 canais
Padrões ao longo da história
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Segunda Geração (2G)› Objetivos: aumentar capacidade de
tráfego, melhorar qualidade do sinal
›
Celulares digitais› Comunicação por voz
Padrões ao longo da história
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Segunda Geração (2G)› Alguns padrões e tecnologias TDMA IS-I36: FDM + TDM América do Norte
800 MHz e 1900 MHz GSM: FDM/TDM Europa (busca por
uniformização) Em 2004 74,9% dos celulares eram GSM
800 – 900 MHz ; 1710 – 1880 MHz
CDMA IS-95: divisão de código América doNorte e Coréia 800 MHz
Padrões ao longo da história
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Transição para terceira geração (2,5G)› Percebeu-se a importância do tráfego de
dados
›
GSM suportava taxas de dados a 9,6 kbps
Padrões ao longo da história
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Transição para terceira geração (2,5G)› Foram desenvolvidos protocolos e padrões
provisórios para transmissão de dados sobrea infraestrutura 2G GPRS: 40-60 kbps
EDGE: 384 kbps
CDMA 2000: 144,4 kbps
Padrões ao longo da história
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Terceira geração (3G)› Finalmente foi finalizada a geração para
tráfego de dados e voz
144 kbps em trânsito 384 kbps para quem “anda a pé”
2 Mbps em ambiente interno
Padrões ao longo da história
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Terceira geração (3G)› Dois padrões importantes UMTS: Utiliza CDMA Europa
CDMA 2000: Utiliza CDMA Ámérica do Nortee partes da Ásia
Padrões ao longo da história
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Quarta geração (4G)› Celulares bem mais inteligentes … Seleção automática de acessos a Internet
mais rápidos Comutação automática entre tecnologias(e.g., de 802.11 para 3G)
Voz e vídeo em tempo real sobre IP
Velocidades bem superiores as demaisgerações
…
Padrões ao longo da história
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Cada país na Europa tinha um sistemacelular diferenciado! Tentativa depadronização
1989: primeiros testes 1994: 1,4 milhões de assinantes
› GSM 900, 1800, ...
GSM – 2G
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Três fases de desenvolvimento› Fase I: Voz, Roaming Internacional, Serviços
básicos de dados, bloqueio de chamada,encaminhamento de chamadas e Short
Message (SMS)› Fase II: Aviso de cobrança, chamada retida,
identificador de chamadas, chamada emespera, conferência, grupos fechados deusuários e comunicação de dados adicional
(GPRS)› Fase III: Perfil de Multi Serviços e Plano de
números privados e serviços de fax
GSM
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MSISDN: Mobile Service ISDN Number Número discado associado ao assinante
fornecido pela operadora›
Gravado no SIM card.› CC = Country Code (código do país);
› NDC = National Destination Code (códigonacional);
› SN = Subscriber Number (número de assinante).› MSISDN = 55(CC) + 11(NDC) + 97912222(SN), ou
55 11 97912222
GSM – Alguns conceitos
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IMSI - International Mobile Subscriber Identity: identificação única de assinante› Gravado no SIM card e no HLR (base de dados)
da operadora
› MCC = Mobile Country Code (código do paísdo celular);MNC = Mobile Network Code (código da rede
celular);MSIN = Mobile Station Identification Number
(número de identificação do celular)› IMSI = 311(MCC) + 030(MNC) + 000002359(MSIN),
ou 311030000002359
GSM – Alguns conceitos
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IMEI - International Mobile EquipmentIdentity
› Número de série único alocado no
hardware do móvel› Registrado pela operadora e
opcionalmente gravado na AUC (Centralde Autenticação da Rede) para propósito
de validação
GSM – Alguns conceitos
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GT – Global Title› Identificação única internacional ~
endereço IP
›
Qualquer operadora GSM no mundoidentifica o equipamento
› Comunicação entre equipamentos dentroda rede e comunicação com outras
operadoras também
GSM – Alguns conceitos
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Células = antena transmissora + estaçãobase (BTS)› Omnidirecional: possui este nome porque a
área de cobertura desta célula édirecionada a um raio de 360º em relaçãoao ponto inicial de propagação.
› Setorizada: concentra sua cobertura em um
único setor (60º), o que possibilita acobertura de não somente uma célula e simtrês
GSM – Organização básica
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GSM – Organização básica
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LA (Location Area): conjunto de célulasem um determinado setor dentro darede›
Operadora possui n LAs› LAC (Location Area Code)
Controladas por um MSC
GSM – Organização básica
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PLMN (Public Land Mobile Network) éum conjunto de LA’s, ou seja, é a áreatotal de cobertura da operadora.›
Rede GSM ~ conjunto de PLMNs
GSM – Organização básica
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Rede GSM é dividida em duas camadas› Switching System (SS): núcleo da rede
› Base Station System (BSS): rede de acesso
GSM – Arquitetura
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Base Station System (BSS)› Conexão do usuário a rede
› Base Transceiver Station (BTS): estação base
que fornece acesso ao usuário› Base Station Controller (BSC): alocar canais,
monitorar qualidade das chamadas,handoffs
GSM – Arquitetura
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Switching System (SS)› Comutação de chamadas,
encaminhamento de mensagens, ...
›
Mobile Switching System (MSC): comutaçãoe conexão entre BSCs e PSTN. Centro darede Comutar chamadas
Informação de tarifação Handoff
GSM – Arquitetura
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Switching System (SS)› Home Location Register (HLR): base de
dados de assinantes (números, planos,serviços, ...).
› Visitor Location Register (VLR): base dedados de usuários visitantes
GSM – Arquitetura
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Switching System (SS)› Authentication Center (AUC): autentica
usuários a partir do IMSI criptografado. Proteção contra clonagem
› Equipment Identity Register (EIR): armazenaIMEI (atrelado ao IMSI). Proteção contraladrões!!! Qualquer outro SIM que não seja o do IMSI
não é aceito!› Gateway Mobile Switching Center (GMSC):
comunicação com PLMNs e PSTNs.
GSM – Arquitetura
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Paging: utilizando quando sistema quer descobrir onde o celular se encontra ...› Recebimento de chamada
GSM – Alguns procedimentos …
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Registro› MSC recebe aviso de que celular foi
desligado e não pode receber chamadas
›
Ao ser ligado, avisa a MSC sua localizaçãoatual e passa a requisitar serviços
› VLR é atualizado
GSM – Alguns procedimentos …
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GSM Estabelecendo uma
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GSM – Estabelecendo umachamada
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Utiliza FDMA + TDMA› Canais de 200 KHz
› 8 períodos por quadro TDMA
› 148 bits por slot: dados, voz, ...
GSM – Divisões entre usuários
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Transmitindo dados por cada slot reservado nos lembra muito comutaçãopor circuitos›
Circuit Switched Data (CSD): 9.6 kbits/s Como podemos melhorar isso?
› High Speed Circuit Switched Data (HSCSD)
› GPRS
GSM – Transmissão de dados
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High Speed Circuit Switched Data (HSCSD)› GSM tradicional usa muitos bits com códigos
de correção de erros› HSCSD utiliza códigos de acordo com
qualidade do canal 50% de melhora
9.6 kbits/s 14.4 kbits/s
GSM – Transmissão de dados
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High Speed Circuit Switched Data (HSCSD)› Além disso, utiliza múltiplos slots que ficam
reservados › Utilizando um máximo de 4 slots: 4 × 14.4 kbit/s 57.6 kbit/s (melhor caso)
4 × 9.6 kbit/s 38.4 kbit/s
› Máximo de 8 slots 115 kbit/s
GSM – Transmissão de dados
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High Speed Circuit Switched Data (HSCSD)› Transmissão de voz tem precedência nem
sempre consegue-se alocar todos os slots› Cobrança é mais cara que chamada por
voz (e.g., por número de slots utilizados)
› Alternativa é utilizar GPRS ...
GSM – Transmissão de dados
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Ainda temos a noção de slots
... mas agora são alocados conforme ademanda de envio e recebimento!
› Sem reserva! Taxas de 26 a 40 kbit/s, podendo chegar
na teoria a 171,2kbit/s
Cobrança por utilização Poucas modificações na infraestrutura
GSM
GPRS – 2,5G
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GPRS
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GPRS
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Atualização geral de software ...
MS: novas estações móveis
BTS: possível aumento de capacidade pela
ativação de mais canais para suportar umaumento do tráfego na célula
BSC: introdução de um novo hardware o
Packet Control Unit (PCU) responsável por separar o tráfego comutado a circuitoproveniente da estação móvel do tráfegode dados comutado a pacotes do GPRS.
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GPRS
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Serving GPRS Support Node (SGSN): handoff dedados, atribuição de IP (armazenado no HLR),roteamento
Gateway GPRS Support Node (GGSN) que a
permite a conexão com a Internet e outras redesde dados
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GPRS
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Backbone GPRS do qual fazem parte outros SGSNse GGSNs e um gateway para o Sistema deCobrança
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Após o GGSN temos nossa rede comum … Antes dele temos algumas adaptações
GPRS - Protocolos
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G S l
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SNDCP: mapeamento de características anível da rede em características dascamadas inferiores da rede
LLC: link lógico altamente confiável ecriptografado entre MS e SGSN
GPRS - Protocolos
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GPRS P t l
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BSSGP: roteamento e informação relativa aQoS entre o BSS e o SGSN
NS: transporta pacotes de dados do BSSGP.Baseada em Frame Relay.
GPRS - Protocolos
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GPRS P t l
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RLC: enlace confiável entre a MS e o BSS MAC: aloca canais físicos, multiplexação
de blocos, …
GTP: tunelamento de dados no backbone GPRS
GPRS - Protocolos
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GPRS Fl Bá i
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› Pacote de dados TCP/IP que é mapeado nacamada LLC (serviço confiável no enlace entrea estação móvel e o SGCN) pelo SNDCP
› Para chegar ao SGCN este pacote utilizada
camadas de protocolo específicas dasinterfaces Um (RLC/MAC e interface rádio) e Gb(BSSGP e NS baseado em Frame Relay)
GPRS – Fluxo Básico
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GPRS Fl Bá i
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› No SGSN os pacotes são chaveados para obackbone GPRS (interface GN) onde sãotransportados através de um protocolo detunelamento de dados (GTP) em uma rede IP
utilizando TCP ou UDP como camada detransporte
› No Gateway o pacote de dados é roteadoatravés de uma rede IP externa até o servidor de aplicação
GPRS – Fluxo Básico
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GPRS C t d t i l
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Ao ser ligado um terminal éreconhecido pela rede de formasimilar ao GSM
Além disso, a operadora fornece umendereço IP ao dispositivo› Fica registrado no HLR
GPRS – Conectando um terminal
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GPRS C t d t i l
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Duas formas principais de alocaçãode IP› Fixo: não é muito utilizada devido aos
problemas com IPv4 … › Dinâmico: alocação sob demanda dos
endereços
GPRS – Conectando um terminal
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GPRS C t d t i l
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Diagrama de estados do dispositivo› IDLE: MS é desconhecida da rede. A
partir do GPRS attach o dispositivo passa
a pertencer a rede e poder trocar dados
GPRS – Conectando um terminal
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GPRS C t d t i l
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Diagrama de estados do dispositivo› Em READY a cada mudança para uma
nova célula, a MS envia uma mensagem
de atualização de localização contendoo identificador da célula na qual estáresidindo no momento
GPRS – Conectando um terminal
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GPRS C t d t i l
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Diagrama de estados do dispositivo› STANDBY: SGSN conhece apenas a área
de cada MS. Paging descobre
localização exata
GPRS – Conectando um terminal
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GPRS Ti d T i i
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Três classes› Classe A: Terminais que podem tratar voz
e dados ao mesmo tempo
› Classe B: Terminais que podem tratar voze dados, mas não ao mesmo tempo
› Classe C: Terminais que podem tratar apenas dados, como cartões GPRS
PCM/CIA para computadores portáteis.
GPRS – Tipos de Terminais
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GPRS ti d t i i
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De acordo com a forma comogerenciam os slots …
GPRS – tipos de terminais
90
Classe de MultislotNúmero máximo de slots
Rx Tx Soma
1 1 1 2
2 2 1 3
3 2 2 3
4 3 1 4
5 2 2 4
6 3 2 4
7 3 3 4
8 4 1 5
9 3 2 5
10 4 2 5
11 4 3 5
12 4 4 5
GPRS ta a de dados
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GPRS – taxa de dados
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Detecção e correção de erros 4 tipos de codificação
CS1 CS4: menor redundância
Terminais suportam todos
Codificação
Taxamáxima dedados(kbit/s)
(CamadaLLC)
Taxamáxima dedados(kbit/s)
Canaisfísicos
C/I (dB)
CS-1 8 9,05 -6
CS-2 12 13,4 -9
CS-3 14 15,6 -12
CS-4 20 21,4 -17
GPRS taxa de dados
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GPRS – taxa de dados
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Configuração comum CS2 + 2-3 slots
Slots CS1 CS2 CS3 CS41 9,05 13,4 15,6 21,4
2 18,1 26,8 31,2 42,8
3 27,15 40,2 46,8 64,2
4 36,2 53,6 62,4 85,6
5 45,25 67,0 78,0 107,0
6 54,3 80,4 93,6 128,4
7 63,35 93,8 109,2 149,8
8 72,4 107,2 124,8 171,2
GPRS Um po co sobre mod lação
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GSM + GPRS› MSK: modulação em frequência, simples
› GMSK: bits na entrada do modulador passampor filtro com pulsos retangular gaussianos.Saída do filtro modula em MSK as portadoras,com transições mais suaves.
GPRS – Um pouco sobre modulação
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EDGE 2 5 G
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As taxas ainda estavam baixas comGPRS …
Alterações mínimas na rede
› Modulação, codificação e decodificação,redundância de informação
Também chamado de GSM EDGE ouEGPRS
EDGE – 2,5 G
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EDGE 2 5 G
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EDGE – 2,5 G
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EDGE 2 5 G
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Objetivo: aumento da capacidade detransmissão da interface aérea nocorrente padrão GSM
Alterações realizadas› Atualização do software das BTS para
suporte de GMSK e 8PSK
› PCU EPCU
EDGE = EGPRS + ECSD.
EDGE – 2,5 G
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EDGE
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Alteração na modulação
EDGE
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EDGE
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Alteração na modulação› Problema? Dados mais condensados,
mais difícil para receptor discernir informação
EDGE
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EDGE EGPRS
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Diferentes codificações
EDGE - EGPRS
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Codificação Família Taxa de dados por"timeslot" (Kbps)
Modulação
Taxa máxima 8 x "timeslots"
(Kbps)
MCS-9 A 59.2
8 PSK
473.6
MCS-8 A 54.4 435.2
MCS-7 B 44.8 358.4
MCS-6 A 29.6 / 27.2 236.8 / 217.6
MCS-5 B 22.4 179.2
MCS-4 C 17.6
GMSK
140.8
MCS-3 A 14.8 / 13.6 118.4 / 108.8
MCS-2 B 11.2 89.6
MCS-1 C 8.8 70.4
EDGE EGPRS
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Cada codificação implica em pacotesde diferentes tamanhos, nível deredundância diferenciado …
Por que famílias?› Dados são transmitidos com uma
codificação› Avalia-se a qualidade do meio› Pode-se transmitir em outro nível na mesma
família MCS-9MCS-6...
EDGE - EGPRS
100
EDGE EGPRS
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EDGE - EGPRS
101
EDGE
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Novas taxas para ECSD
EDGE
102
Tipo do
canal
Taxa de dados por
"timeslot" (Kb/s)
Taxa máxima dedados
2 x "timeslots"(Kb/s)
E-TCH / F43.2 43.286.4
(não utilizado)
E-TCH / F32.0 32.0 64.0
E-TCH / F28.8 28.8 57.6
EDGE Terminais
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Terminais são compatíveis com redeGPRS já existente …
BTS precisam suportar GMSK e 8PSK
Duas classes de terminais› Classe A
› Classe B
EDGE - Terminais
103
EDGE Terminais
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Classe A› GMSK + 8PSK no downlink
› GMSK no uplink
›
Altas taxas no downlink› Alterações importantes na recepção
EDGE - Terminais
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EDGE Terminais
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Classe B› GMSK + 8PSK no downlink e no uplink
› Altas taxas nas duas direções
›
Alterações na transmissão e recepção
EDGE - Terminais
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EDGE - Terminais
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Mas como decidir entre as modulações?› Mais dados, precisa-se de maior taxa 8PSK
› Poucos dados, é melhor economizar energia! GMSK
EDGE - Terminais
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EDGE - Protocolos
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Algumas alterações em relação aomodelo GPRS
EDGE - Protocolos
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108
E-EDGE
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Uma melhoria na EDGE para permitir taxas similares ao 3G, com menosinvestimento
Taxas em torno de 1 Mbps foramantecipadas
Novas modulações› 16QAM: 4 bits/símbolo
› 32QAM: 5 bits/símbolo
E EDGE
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E-EDGE
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Dois receptores para aumentar chancede sucesso na captura de sinal
Melhoria em transmissores e receptores
para permitir transmissão e recepçãosimultâneas
E EDGE
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E-EDGE
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Porém … › O mercado se movimentou para 3G:
disponibilidade de aparelhos, …
› Outros mecanismos com taxas detransmissão ainda maiores
E EDGE
111
3G
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Um conceito vem dominando o mundo… › Banda larga!
›
Jogos interativos, download de vídeos,grande número de notebooks, …
3G
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3G
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No intuito de ampliar cada vez mais otráfego de dados surgiu o projeto IMT-2000da União Internacional deTelecomunicações (UIT) cujos requisitospara a 3ᵃ Geração eram:› 144 kbit/s em todos os ambientes e 2 Mbit/s emambientes "indoor " e de baixa mobilidade› Serviços baseados em comutação de circuitos
e comutação de pacotes› Qualidade de voz comparável à da telefonia
fixa› Arquitetura aberta para a rápida introdução de
novos serviços e tecnologias› …
3G
113
3G
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Investimentos vultosos para migraçãopara 3G
Padrões que facilitassem evolução dos
padrões 2G› UMTS
› CDMA 2000: padrão de sistemas celularesbaseados no IS-95
3G
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3G
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UMTS› Evolução do GSM› Utiliza como interface de rádio o WCDMA
ou EDGE
› Até 2000 o GSM foi conduzido pelaEuropean Telecomunications StandardsInstitute (ETSI). A partir daí ficou a cargo da3rd Generation Partnership Project (3GPP),
que é um esforço de várias organizaçõespara definir um sistema celular global de 3ºGeração UMTS (Universal MobileTelecommunications System)
3G
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3G
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UMTS› Utilizado pela Claro a partir do final de 2007
› Agrupa tráfego em: Conversational class (voz, vídeo conferência, jogos com vídeos)
Streaming class (multimedia, vídeosobdemanda, webcast)
Interactive class (web browsing, jogos emrede, acesso a bancos de dados)
Background class (email, SMS, downloading)
3G
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UMTS
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Arquitetura› UE: É o terminal móvel e seu módulo de
identidade de serviços do usuário (USIM)equivalente ao SIM card dos terminais GSM
› UTRAN: rede terrestre de acesso. Rádio doUMTS baseada no WCDMA
› CN: núcleo da rede que suporta serviçosbaseados em comutação de circuitos ecomutação de pacotes
UMTS
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UMTS
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Detalhando ...› RNC: Controlador
(lembra-se do BSC?)
› BS: Estações base
(lembra-se do BTS?)› RNS: subsistema de
rádio
› Iur, Uu, Iu: Interface
entre componentes
UMTS
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UMTS
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UMTS
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UMTS
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Protocolos buscammanter compatibilidadecom GSM
UMTS
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UMTS
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Interface de rádio utiliza três tipos decanais› Lógicos: mapeados nos canais de transporte
› Transporte: RNC lida com canais de transporte
utilizados para transportar diferentes fluxos deinformação
UMTS
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UMTS
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Interface de rádio utiliza três tipos decanais› Físicos: interface Uu. Diferentes tipos de
banda podem ser alocadas para diferentes
finalidades
UMTS
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UMTS – W-CDMA
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Uu (ligação com terminais) baseado nopadrão de interface de rádio W-CDMA
W-CDMA possui dois modos de
operação› FDD: enlaces de subida e descida utilizam
canais de 5 MHz diferentes
› TDD: link de subida e descida compartilham
a mesma banda de 5 MHz Ainda sem uma especificação clara!
UMTS W CDMA
123
UMTS – W-CDMA
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Geralmente atua na faixa de 2100 MHz› 900 MHz e 1850MHz também são usados
E como os usuários acessam o meio em
cada um dos modos?› CDMA-DS: terminais compartilham uma
mesma faixa de frequência, porém comdiferentes códigos
U S C
124
UMTS
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As versões mais atuais do UMTS jábuscaram aumentar ainda mais as taxas
HSDPA›
Foco em assimetria como o ADSL› Downlink de até 11 Mbps
125
UMTS - HSDPA
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Upgrade de hardware e software nasBSs (ou nó B) e RNCs
Novo canal›
Canal compartilhado de enlace de descidade alta velocidade (HS-DSCH)
› Frame de 10 ms dividido em sub-frames de 2ms
› Cada sub-frame é composto de 3 slots de0,67 ms
› 15 códigos por canal
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UMTS - HSDPA
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BS, e não mais o RNC, é quem decidequal o terminal que receberá os recursos
Aloca taxas de dados mais altas para
canais melhores (link adaptation)› Modulação: QPSK ou 16QAM
127
UMTS - HSDPA
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Melhora o tempo de retransmissão emcaso de erro› Terminais requisitam retransmissão antes de
decodificar mensagem
Reduz tempo de ida e volta dos dados
128
UMTS - HSPA
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HSDPA + melhoria no uplink Modulação 16QAM
Novo canal:
› Enhanced Dedicated Channel – E-DCH› Atualizações nos terminais, BSs e RNCs
› Dedicado a cada usuário (até 4 códigos)
› Tempo de transmissão reduzido para 10 msou 2 ms
129
UMTS - HSPA
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› BS pode pedir retransmissão de dadosrapidamente (similar ao HSDPA)
› Potência de transmissão do terminal égerenciado e alocado junto as BSs
130
UMTS - HSPA
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131
CategoriaUE
Códigos xSpreading
TTI10 ou 2 ms
Pico de taxa
dedados -
Camada 1(TTI = 10 ms)
Pico de taxa
dedados -
Camada 1(TTI = 2 ms)
Categoria 1 1 x SF4 10 ms 0,73 Mbit/s -
Categoria 2 2 x SF4 Ambos 1,46 Mbit/s 1,46 Mbit/s
Categoria 3 2 x SF4 10 ms 1,46 Mbit/s -
Categoria 4 2 x SF2 Ambos 2,0 Mbit/s 2,92 Mbit/s
Categoria 5 2 x SF2 10 ms 2,0 Mbit/s -
Categoria 62 x SF2 +2 x SF4
Ambos 2,0 Mbit/s 5,76 Mbit/s
UMTS – HSPA+
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Evolução buscando novo aumento develocidades tanto no uplink como nodownlink
132
UMTS – HSPA+
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Duas antenas de transmissão nas BSs eduas antenas de recepção nos terminais› Processamento adicional de sinais
› Sem uso adicional de largura de banda oupotência
133
Taxas de Pico HSPA+MIMO
(MIMO 2X2 DL)Sem MIMO
Downlink 28 Mbit/s (16-QAM) 14 Mbit/s (16-QAM)21 Mbit/s (64-QAM)
Uplink 5,76 Mbit/s (QPSK)
11 Mbit/s (16-QAM)5,76 Mbit/s (QPSK)
11 Mbit/s (16-QAM)
UMTS – HSPA+
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64 QAM no downlink e 16 QAM no uplink Terminais com bom sinal são atendidos
rapidamente›
BSs possuem mais tempo para estaçõescom sinais ruins
134
UMTS – HSPA+
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Transmissão descontínua (DTX) eRecepção descontínua (RTX) permitemque transmissores e receptores sejamdesligados› Economia de bateria
› Redução de interferência nas BSs
135
UMTS – HSPA+
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Cria-se uma convergência paratransmissão de pacotes› Melhoria no serviço VoIP
› Menores preços
136
UMTS – HSPA+
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Pelo que vimos, parece que estamoschegando num serviço similar à bandalarga residencial ...
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UMTS – Migração
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Alguns probleminhas … › Upgrade de hardware, …
› Assume que operadoras deveriam adquirir novas faixas de frequênciaWCDMA
› IMT-2000 alocou frequências possibilitando aimplantação de novos sistemas, bem comoalinhamento global de frequências
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UMTS – Migração
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139
UMTS – Migração
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Operadoras passaram a adotar UMTSgradualmente› Coexistência entre UMTS e sistemas já
existentes!
› Serviços para os vários grupos de terminais› Mas como seria isso?
140
UMTS – Migração
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Rede centralGSM/UMTS emcontato com:› GSM/EDGE através
da GSM EDGE Radio
Access Network (GERAN) Interface A entre BSC e
MSC para os serviçosde comutação a
circuito. Gb entre o BSC e nós
de suporte para osserviços comutados apacote do GPRS e
EDGE141
UMTS – Migração
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Rede central GSMem contato com:› WCDMA através da
UMTS Terrestrial
Radio AccessNetwork (UTRAN)
142
A evolução ...
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Velocidades acima de 200 Mbps Novas aplicações
› TV interativa
›
Jogos avançados› …
Abrangência para computadores,dispositivos eletrônicos, …
143
A evolução ...
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Mas por que tudo isso no mercadomóvel?
144
A evolução ...
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O que o HSPA já fez ...
145
A evolução ...
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Long Term Evolution – LTE › Utiliza OFDM
› Arquitetura da rede baseada em IP – esforço SAE Evolução do núcleo das redes GSM/W-CDMA
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A evolução ...
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Menores custos, otimização dedesempenho
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LTE - OFDM
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Portadoras podem ter larguras deabaixo de 5MHz a 20 MHz
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LTE - OFDM
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Múltiplas antenas estilo o MIMO podemser utilizadas
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Bandas FDD
Banda Freqüências UL/DL (MHz)
I 1920 – 1980 / 2110 – 2170
II 1850 – 1910 / 1930 – 1990
III 1710 – 1785 /1805 – 1880
IV 1710 – 1755 / 2110 – 2155
V 824 – 849 / 869 – 894VI 830 – 840 /875 – 885
VII 2500 – 2570 / 2620 – 2690
VIII 880 – 915 / 925 – 960
IX 1749.9 – 1784.9 / 1844.9 – 1879.9
X 1710 – 1770 / 2110 – 2170
Bandas TDD
Banda FreqüênciasUL/DL (MHz)
a1900 – 19202010 – 2025
b
1850 – 1910
1930 – 1990c 1910 – 1930
d 2570 – 2620
LTE - Terminais
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Qual o alvo da tecnologia?
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Mas e o 4G?
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Mas e o 4G?
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O que se espera?› Acesso ubíquo: casa, escritório, carro, ...› Seleção automática de acesso com maior
velocidade
802.11b de 11 Mbps x 3G de 384 Kbps› Comutação entre tecnologias 802.11, 3G, WiMaX, ...
› Manutenção de conexões TCP enquanto
nos movemos!› Voz e vídeo real sobre IP!› Baixo custo!
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Referências
5/14/2018 Redes celulares - slidepdf.com
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Redes de computadores e a Internet:Uma abordagem top-down. James F.Kurose, Keith W. Ross.
Redes de Computadores II – RedesMóveis. Augusto César P. da S.Montalvão . FATERN
Wireless Communications: Principles and
Practice. Theodore Rappaport. 2ᵃ Edição