As Redes 3G e 4G

3G

A partir de 2003 entraram em operação as redes 3G com tecnologia UMTS baseada no sistema Europeu, e com frequência de operação na faixa de 2,1 GHz. Passamos a ter velocidades entre 384 kbits a 2 Mbits, o que evidenciava cada vez mais a ênfase no tráfego de dados. Além do aumento da velocidade, mantivemos ainda total compatibilidade com as redes 2G.

Os sistemas 3G provêm diversas vantagens em comparação a seus antecessores, pois além de oferecer serviços de telefonia e comunicação de dados com altas taxas de troughput, possui maior imunidade a interferências. Os principais padrões desenvolvidos são:

• UMTS (Universal Mobile Telecommunications Service): É a evolução do GSM, mas que ainda se baseia nessa tecnologia, embora o seu acesso por rádio seja diferente. Essa tecnologia usa uma técnica CDMA chamada Direct Sequence Wideband (DS-WCDMA), por isso é comum o uso intercalado de UMTS e WCDMA, embora a sigla UMTS se refira ao sistema inteiro. Opera principalmente em 2100 MHz, mas em algumas regiões opera em 850 MHz ou 1900 MHz e mais recentemente em 1700 MHz. A UMTS é uma tecnologia baseada em IP que suporta voz e dados em pacotes oferecendo taxas máximas de transmissão de dados de até 2 Mbps e velocidades médias de 220-320 kbps quando o usuário está andando ou dirigindo. Tecnologia desenvolvida para prover serviços com altos níveis de consumo de banda, como streaming, transferência de grandes arquivos e videoconferências para uma grande variedade de aparelhos como telefones celulares, PDAs e laptops. A UMTS é compatível com a EDGE e a GPRS permitindo ao usuário sair de uma área de cobertura UMTS e ser automaticamente transferido para uma rede EDGE ou GPRS.

• CDMA 1xEV-DO (Evolution, Data-Optimized): O CDMA 1xEV-DO é a tecnologia 3G do CDMA, que possui alta performance para transmissão de dados com picos de até 2,4 Mbps. Portadoras distintas são necessárias para dados e voz neste sistema. Essa tecnologia está sendo utilizada no Brasil para Telefonia fixa pela Embratel, cujo serviço foi herdado da antiga operadora Vésper, e pela operadora móvel Vivo em algumas cidades. A taxa de transmissão de dados teórica é de 2,4 Mbps e taxa de transmissão média de 300 a 500 kbit/s. Opera em 800 e 1900 MHz. CDMA 1xEV-DV (Evolution, Data and Voice) é a segunda etapa na evolução do CDMA 1xEV onde uma mesma portadora pode ser utilizada para voz e dados. Teoricamente, essa tecnologia utilizando as 2 portadoras, teria uma velocidade máxima de 4,8 Mbps.

• HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) / HSUPA (High Speed Uplink Packet Access): O HSDPA/HSUPA permite que as pessoas enviem e recebam e-mails com grandes anexos, joguem interativamente em tempo real, recebam e enviem imagens e vídeos de alta resolução, façam download de conteúdos de vídeo e música, ou permaneçam conectados sem fio a seus computadores no escritório usando o mesmo dispositivo móvel. HSDPA refere-se à velocidade com a qual as pessoas podem receber arquivos de dados, o "downlink". HSUPA refere-se à velocidade com qual as pessoas podem enviar arquivos de dados, o "uplink." Resumindo: o HSDPA seria um "EDGE" do UMTS. E a NTT Docomo está desenvolvendo o "Super 3G"(HSOPA) com velocidades de até 250 Mbps. Esta é uma tecnologia "3.5G", apesar de no exterior algumas operadoras informarem, incorretamente, que esta é uma tecnologia "4G'.

As redes de telefonia móvel celular 3G/HSPA possuem elementos de redes e protocolos heterogêneos. Na Figura 2 presente nos anexos é possível perceber a arquitetura da rede 3G convivendo com uma rede 2G. A topologia da rede é dividida em duas redes: Rede de Acesso (Access Network) e a Rede Núcleo (Core Network). A Figura 2 apresenta as Redes de Acesso 2G e 3G. A Rede Núcleo é formada por dois domínios: o domínio de Comutação por Circuito (Circuit Switched - CS) e o domínio de Comutação por Pacotes (Packet Switched - PS).

Detalhamento de componentes e terminais da estrutura da Rede de Acesso:

• MS (Mobile Station): A MS compreende todos os componentes de hardware e software capazes de realizar a comunicação entre os usuários e a rede móvel. É composta do Equipamento ou Terminal móvel (Mobile Equipment - ME) e o SIM Card.

• ME (Mobile Equipment): Permite o acesso à rede de acesso de rádio, via Interface de Rádio ou Interface de ar (Interface Um), servindo de interface homem máquina para o usuário.

• SIMCARD: Consiste de um chip de memória e um processador. É um módulo removível da ME e contém o International Mobile Subscriber Identity (IMSI) que é único para cada usuário. Informações relacionadas com a rede e usuário, temporárias ou não, ficam armazenadas no SIM Card. Pode armazenar mensagens de SMS, aplicativos, números de telefones, etc.

• UE (User Equipment): Tem funções similares a MS do GSM, diferenciando-se pela compatibilidade com o sistema UMTS/WCDMA. Sua interligação com a rede de acesso do UMTS é realizada através da interface aberta Uu. Basicamente, há dois tipos de UE: as que apenas utilizam a interface aérea do UMTS e as que podem utilizar o GSM e o UMTS, que são as mais comuns, pois a penetração das redes GSM ainda é bem superior às da rede UMTS e assim é possível a utilização em ambas as redes.

• BTS (Base Transceiver Station): Controle da Interface com a MS e monitoramento do uplink, envio das informações de rede via o canal de controle, detecção dos acessos aleatórios de pedidos de handover realizados pela MS e cálculo da distância das MS e ajustes do Timing advance (TA) estão entre as principais funções da BTS.

• BSC (Base Station Controller): A BSC tem o papel de controlar as funcionalidades das BTS através da interface A-bis, proprietária a cada fabricante. A rede de acesso de rádio do GSM interliga-se à Rede Núcleo CS através da interface A e através da interface Gb à Rede Núcleo PS. As principais funções da BSC são as de controlar, gerenciar e monitorar as BTS. Realizar o controle do processo de Intercell handovers (para inter-BSC handovers, a BSC conta com a ajuda da Mobile Switching Center - MSC) e gerenciar a alocação das frequências nas BTS, das sequências de frequencyhopping e demais recursos de rádio.

• UTRAN: composta da controladora da rede rádio (Radio Network Controller - RNC) e da Node B. Juntas, formam o sistema Radio Network Subsystem (RNS). As interfaces internas do UTRAN são as Iub e Iur. A Iub conecta a Node B à RNC e a Iur serve para conectar RNC entre si.

• RNC: Possui as funções de gerenciar