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COMUTAÇÃO ____________________________________________________ Colégio Santo Inácio Av. Leopoldo Brentano 700 – Navegantes – 91020-001 – Porto Alegre – RS Fone/Fax: (51) 3374-4610 – e-mail: [email protected] Curso Técnico em Redes de Comunicações – Disciplina: Comutação ____________________________________________________ Autor: Prof. Fernando César Morellato 1 Propriedade Intelectual TODOS OS DIREITOS RESERVADOS. Proibida a reprodução total ou parcial, por qualquer meio ou processo, especialmente por sistema gráfico, microfílmico, reprográfico, videográfico. Vedada a memorização e/ou recuperação total ou parcial, bem como a inclusão de qualquer parte dessa obra em qualquer sistema de processamento de dados. Essas proibições aplicam-se também às características gráficas da obra e sua editoração. A violação dos direitos autorais é punível como crime, com pena de prisão e multa, conjuntamente com busca e apreensão e indenizações diversas. E-mail do autor [email protected] 2 Índice ð A História do Telefone .................................................................................................................................................................. 09 ð Modelo de Referência................................................................................................................................................................... 09 OSI.................................................................................................................................................................... 09 ð Conceitos Elementares................................................................................................................................................................ 10 Nós.................................................................................................................................................................... 10 Arcos................................................................................................................................................................ 10 ð Modelo Elementar de Comunicação.................................................................................................................................. 10 Mensagem................................................................................................................................................... 11 Fonte ................................................................................................................................................................. 11 Destinatário................................................................................................................................................. 11 Codificador................................................................................................................................................... 11 Emissor........................................................................................................................................................... 11 Meio................................................................................................................................................................... 11 Receptor........................................................................................................................................................ 11 Decodificador............................................................................................................................................. 11 Distorção....................................................................................................................................................... 11 Fatores Externos..................................................................................................................................... 11 Canal................................................................................................................................................................. 11 Fatores Internos....................................................................................................................................... 11 ð Introdução às centrais telefônicas....................................................................................................................................... 12 ð Centrais Telefônicas Manuais................................................................................................................................................ 12 ð Automatização das Comutações.......................................................................................................................................... 13 ð Centrais Eletro-mecânicas........................................................................................................................................................ 13 Comutações Strowger........................................................................................................................ 14 ð Centrais Eletrônicas....................................................................................................................................................................... 15 ð Sistema Telefônico......................................................................................................................................................................... 15 ð Centrais Locais.................................................................................................................................................................................. 16 Principais Características..................................................................................................... 16 ð Centrais Tandem.............................................................................................................................................................................. 16 Cabos Tronco................................................................................................................................ 17 Linhas de Junção....................................................................................................................... 17 Rotas Diretas e Alternativas............................................................................................... 18 Tráfego de Transbordo........................................................................................................... 18 Rotas Full Tandem.................................................................................................................... 18 3 ð Centrais Mistas.................................................................................................................................................................................. 18 ð Centrais de Trânsito ....................................................................................................................................................................... 19 Interurbano ...................................................................................................................................... 19 Internacional.................................................................................................................................. 19 ð Hierarquia entre Centrais........................................................................................................................................................... 19 Classes I, II, III, IV e V ............................................................................................................ 20 ð Diferentes Entroncamentos de Circuitos - Rotas..................................................................................................... 20 ð ELR - Estágios de Linha Remotos...................................................................................................................................... 21 ð DG - Distribuidor Geral................................................................................................................................................................. 22 ð Centrais Telefônicas Digitais................................................................................................................................................... 23 Flexibilidade................................................................................................................................... 23 Facilidade para os assinantes.......................................................................................... 23 Facilidade administrativas................................................................................................... 23 Velocidade de estabelecimento da ligação............................................................ 23 Economia de espaço............................................................................................................... 23 Facilidade de manutenção.................................................................................................. 24 Qualidade de conexão............................................................................................................ 24 Potencial para outros serviços......................................................................................... 24 Custo .................................................................................................................................................... 24 Tempo de instalação................................................................................................................ 24 ð Características mecânicas e físicas da Rede Telefônica.................................................................................. 24 Rede de assinante ..................................................................................................................... 24 Rede de dispersão.................................................................................................................... 24 Suprimento de energia........................................................................................................... 24 Condicionador de ar................................................................................................................. 25 Sistema de baterias.................................................................................................................. 25 Rede Urbana x Rede Rural................................................................................................. 25 Outras dependências.............................................................................................................. 25 ð Aparelho Telefônico....................................................................................................................................................................... 25 Circuito de áudio......................................................................................................................... 26 Cápsula Transmissora........................................................................................................... 27 Cápsula Receptora................................................................................................................... 27 Processador de chamadas - Pulse Dialer............................................................... 28 Pulse Dialer (Discagem por Pulso................................................................................. 28 DTMF Generator (Multifreqüencial).............................................................................. 28 Circuito de Campainha ou Ring (Tone Ring)........................................................ 29 Telefone Público e Semipúblico...................................................................................... 29 Telefone Sem Fio (Cordless Telephone)................................................................. 29 ð Sinalização............................................................................................................................................................................................ 30 4 Sinalização de Assinante .............................................................................................................. 30 Tom de Discar (TD)........................................................................................................................... 30 Tom de Chamada (TC).................................................................................................................. 31 Tom de Ocupado (TO)........................................................................................................... 31 Tom de Número Inacessível (TNI)................................................................................ 31 Corrente de Toque (CT)........................................................................................................ 31 ð Sinalização de Linha ..................................................................................................................................................................... 32 Entroncamento ............................................................................................................................. 32 Sinais para frente e para trás............................................................................................ 32 ð Sinalização de loop......................................................................................................................................................................... 33 ð Sinalização E & M Pulsada...................................................................................................................................................... 33 ð Sinalização E & M Contínua .................................................................................................................................................... 34 ð R2 Digital................................................................................................................................................................................................ 35 ð Canal de Voz....................................................................................................................................................................................... 35 ð Sinalização de Registro............................................................................................................................................................... 36 ð Sinalização Associada a Canal............................................................................................................................................. 38 ð Sinalização por Canal Comum .............................................................................................................................................. 38 ð Tráfego Telefônico........................................................................................................................................................................... 39 Intensidade de Ocupação.................................................................................................... 39 Volume de ocupação............................................................................................................... 39 Tempo Médio de ocupação................................................................................................ 40 Intensidade de Tráfego.......................................................................................................... 40 CCS (Cent Call Seconds)..................................................................................................... 40 Erlang (ERL)................................................................................................................................... 40 Hora de Maior Movimento (HMM).................................................................................. 41 ð Sistema de Numeração Telefônico.................................................................................................................................... 41 Ligações Locais........................................................................................................................... 41 Ligações interurbanas de aparelho fixo para fixo .............................................. 42 Ligações internacionais de aparelho fixo para fixo ........................................... 43 Ligações para códigos não geográficos.................................................................... 43 Ligações para serviços.......................................................................................................... 43 Ligações locais de aparelho fixo para móvel......................................................... 43 Ligações interurbanas de aparelho fixo para móvel......................................... 43 Ligações internacionais de aparelho fixo para móvel...................................... 43 Ligações locais de aparelho móvel para fixo ......................................................... 43 Ligações de longa distância nacionais e internacionais em telefones móveis.......................................................................................................................... 43 ð Tarifação Telefônica...................................................................................................................................................................... 44 5 ð Critérios de Tarifação................................................................................................................................................................... 44 Tarifa fixa (flat rare).................................................................................................................. 44 Tarifa Por Chamada Completada (message rate)............................................. 44 Multimedição (multimetering )............................................................................................. 44 Multimedição por tempo e distância (time-zone metering)......................... 44 ð Contadores de Pulsos................................................................................................................................................................. 45 ð Pulsos Aleatórios de Karlsson................................................................................................................................................ 45 Karlsson Puro............................................................................................................................... 45 Karlsson Modificado................................................................................................................. 46 ð Multimedição........................................................................................................................................................................................ 47 ð Tarifação Global e Detalhada.................................................................................................................................................. 47 ð Bilhetagem Automática............................................................................................................................................................... 47 ð Degraus Tarifários.......................................................................................................................................................................... 48 ð Detalhamento dos Valores Cobrados............................................................................................................................... 48 Habilitação....................................................................................................................................... 48 Assinatura residencial............................................................................................................. 48 Assinatura não residencial................................................................................................... 49 Assinatura tronco........................................................................................................................ 49 Pulso local........................................................................................................................................ 49 Mudança de endereço............................................................................................................ 49 Plano Básico do Serviço Local......................................................................................... 50 Sobre a utilização do STFC................................................................................................ 50 Dias e Sistema de Medição................................................................................................ 50 Serviços de Longa Distância Nacional e Internacional.................................. 50 Grupo País ou Grupo de Países Horário de Tarifa Reduzida................... 51 Região, País ou Grupo de Países Horário de Tarifa Reduzida............... 51 Serviço Móvel Pessoal (SMP) .......................................................................................... 51 Valor de Comunicação 1 (VC-1) ..................................................................................... 52 Valor de Comunicação 2 (VC-2)...................................................................................... 52 Valor de Comunicação 3 (VC-3)...................................................................................... 53 ð Histórico da Telefonia Móvel.................................................................................................................................................... 54 ð Telefonia Celular - Conceitos Básicos.............................................................................................................................. 56 Célula .................................................................................................................................................. 56 Overlap............................................................................................................................................... 56 Zona de Sombra.......................................................................................................................... 56 Grupos de Canais...................................................................................................................... 57 Cluster................................................................................................................................................ 57 Broadcasting .................................................................................................................................. 57 ð Tipos de Células quanto a distância.................................................................................................................................. 59 ð Evolução Tecnológica................................................................................................................................................................... 59 6 ð Primeira Geração de Sistema Móveis............................................................................................................................. 60 ð Segunda Geração de Sistema Móveis............................................................................................................................. 60 NTT 800............................................................................................................................................. 60 Evolução do sistema analógico AMPS....................................................................... 61 GSM..................................................................................................................................................... 61 ð Terceira Geração de Sistema Móveis............................................................................................................................... 62 ð Serviço Móvel Especializado - Trunking ........................................................................................................................ 63 ð Componentes do Sistema de Móvel Pessoal - SMP ............................................................................................ 64 Estação Móvel.............................................................................................................................. 65 Estação Rádio-base................................................................................................................. 65 CCC - Central de Comutação e Controle ................................................................. 65 Rede Telefônica Fixa Comutada - RTFC................................................................. 65 ð Handoff.................................................................................................................................................................................................... 66 ð Roaming ................................................................................................................................................................................................. 66 ð Serviços Especial de Radiochamada - Paging ......................................................................................................... 66 ð Agencia Nacional de Telecomunicações - ANATEL............................................................................................. 68 ð Plano de freqüências.................................................................................................................................................................... 68 ð Reuso de freqüências.................................................................................................................................................................. 69 ð Aspectos de propagação........................................................................................................................................................... 70 ð Aspectos de comutação............................................................................................................................................................. 71 ð Termos Técnicos da Telefonia Celular........................................................................................................................... 71 ð Dimensionamento do Sistema.............................................................................................................................................. 72 ðTécnicas de Expansão do Sistema...................................................................................................................................... 72 Degradação do Grau de Serviço..................................................................................... 72 Adição de novos canais......................................................................................................... 72 Empréstimo de Freqüências............................................................................................... 72 Mudança do Padrão Celular............................................................................................... 73 Cell Splitting .................................................................................................................................... 73 Setorização...................................................................................................................................... 73 Células Overlaid e Underlaid............................................................................................. 74 ð Sistema Celular Digital e Analógico.................................................................................................................................. 74 ð Transmissão de Sinais................................................................................................................................................................ 75 ð Esquemas de Modulação Analógicos.............................................................................................................................. 75 ð Amplitude Modulada (AM)........................................................................................................................................................ 76 7 ð Amplitude Angular (PM / FM)................................................................................................................................................. 77 ð Esquemas de Modulações Digitais..................................................................................................................................... 77 Modulação por Chaveamento de Amplitude (ASK).......................................... 77 Modulação por Chaveamento de Freqüência (FSK)........................................ 78 Modulação por Chaveamento de Fase (FSK)....................................................... 78 Modulação por Chaveamento de Fase Diferencial (DPSK)....................... 78 Modulação por Chaveamento de Fase e Quadratura (QPSK)............... 79 Modulação por Chaveamento de Fase e Quadratura Diferencial (QDPSK)................................................................................................................. 80 Modulação por Amplitude em Quadratura (QAM).............................................. 80 ð Padrões de Modulação................................................................................................................................................................ 81 ð Tecnologias de modulação de Telefonia Celular...................................................................................................... 81 Tecnologia FDMA (Frequency Division Multiplex Acess)........................... 81 Tecnologia TDMA (Time Division Multiplex Acess)........................................ 83 Tecnologia CDMA (Code Division Multiplex Acess)....................................... 86 ð Tecnologia GSM................................................................................................................................................................................ 88 ð NAM - Numerical Assignment Module .............................................................................................................................. 96 ð Criptografia............................................................................................................................................................................................ 97 ð Alguns acrônimos da telefonia celular.............................................................................................................................. 97 ð WLL - Wireless Local Loop.................................................................................................................................................... 100 Operadoras de telefonia WLL.............................................................................................................................................. 100 Tecnologia.......................................................................................................................................................................................... 101 Arquitetura do sistema............................................................................................................................................................... 102 ð BINA - B Identifica Número A ............................................................................................................................................... 103 Os primeiros BINA ........................................................................................................................................................................ 105 Funcionamento do BINA em Centrais Eletromecânicas...................................................................................107 Como se procede uma chamada para um BINA (telefone fixo) .................................................................107 Como se procede uma chamada para um BINA (telefone celular) .............................................................108 ð Comutação Privada.................................................................................................................................................................... 108 8 Figura 1 - A História do Telefone Quem não se comunica se trumbica, frase já consagrada em nosso país, expressa a importância das comunicações em nosso dia-a-dia. Telefones fixos, móveis (celulares), via satélite, e-mails, pagers, etc., tudo parece convergir para uma popularização cada vez maior das comunicações e por conseqüência das telecomunicações por meios eletrônicos. No princípio era o tambor, sinais de fumaça, mensagens levadas a cavalo, sinais luminosos e posteriormente a revolução dos correios, mensagens levavam dias, quem sabe meses para chegar ao destino. No ano de 1837 um cientista chamado Samuel Morse, apresentou nos EUA um código desenvolvido por ele específico para transmissões de textos à distância e que passou a ser conhecido como Código Morse. Nesse código cada letra e sinal gráfico eram (e ainda são, embora em desuso) representados pela combinação de dois tipos de sinais distintos agrupados três a três. Um dos sinais elementares desse código foi chamado de ponto e é representado por um “beep” breve para o caso de som ou um sinal luminoso com tempo de duração curto, por exemplo. O outro foi chamado de traço e seria representado por um “beep” longo ou um sinal luminoso com um tempo de duração mais longo, seguindo nossa analogia, enfim, sinais que apresentem nítidos e diferentes tempos de duração. Assim foi possível enviar textos completos a distância. O Código Morse foi o primeiro exemplo da utilização prática de códigos “binários” para representar informações e enviá-las por meio de fios, surgia assim o telégrafo, que no ano de 1837 foi instalado em Londres, com cabos de 3 Km de extensão, ligando duas estações ferroviárias. Um grande cientista gaúcho e porto-alegrense injustiçado por ser padre, que deve ser mencionado, é Landel de Moura, precursor das telecomunicações no mundo, principalmente das ondas de rádio, embora tenha conseguido a primeira transmissão de rádio no mundo no RJ a patente foi dada ao italiano Marconi. Mas, nosso aprendizado está diretamente relacionado com um cientista chamado Graham Bell, nascido na Escócia em 1847, que foi o responsável pela invenção do telefone em 10 de março de 1876, onde pela primeira vez a voz pode ser transmitida diretamente à distância por fios. Bell mudou-se para Boston, onde tinha como atividade o ensino de comunicação a surdo e mudos. Talvez seu amor a profissão e a angústia de ver sua esposa sofrendo desse mal tenha feito com que inventasse um dos aparelhos mais importantes de nossa era, dando o privilégio de toda a humanidade deixar de ser surda e muda no século XX. A palavra telefone desmembrada significa tele (distância) + fone (fonema – palavra falada). Alexandre Graham Bell, além das atividades de professor, se ocupava no desenvolvimento de dois outros inventos, financiados por seu sogro Goriner Habbart: o telégrafo múltiplo, com o qual pretendia transmitir várias mensagens simultaneamente pelo mesmo par de fios, além é claro da voz humana. Seu sogro dava prioridade ao telégrafo, a esse respeito certa vez Bell escreveu em seu diário: “era uma corrida pescoço a pescoço entre eu e o engenheiro Elisha Gray, que também pesquisava o assunto, cada qual querendo completar seu trabalho primeiro. Elisha tinha sobre mim a vantagem do conhecimento prático da eletricidade, mas eu tinha todos os motivos para acreditar que estava mais familiarizado com o problema do som. O simples fato de saber que tinha um opositor fazia com que eu me dedicasse mais estranhamente ao meu trabalho”. Assim em 10 de março de 1876, Bell transmitiu a primeira mensagem de voz para seu amigo Watson. Esse amigo, em discurso proferido em 17 de outubro de 1913, na IIIª Convenção Anual dos Pioneiros da Telefonia na América, relatou: “Bell, no decorrer da experiência que fazia, tendo necessidade da minha presença na sala em que se encontrava, disse-me: quero falar-te. E essa frase chegou aos meus ouvidos. Foi a primeira vez que isso acontecia e ainda desta vez a sorte fazia com que eu fosse a primeira pessoa a ouvir o recado completo por telefone, sem interrupção”. Modelo de referência Estudaremos redes de telecomunicação telefônicas para sistemas abertos. Os sistemas abertos empregam procedimentos e métodos de comunicação denominados pela sigla ISA – Interconexão de Sistemas Abertos, em inglês OSI - Open System Interconnection, isto é, são normas e padrões que são tomados como referência para a elaboração de sistemas de comunicação que podem ser largamente empregados e que deverão 9 ser respeitados para que haja a correta e compatível comunicação entre sistemas de fabricantes e tecnologias diferentes. Sistemas abertos são normas, padrões e nomenclaturas que podem ser utilizadas abertamente por qualquer empresa que deseje desenvolver equipamentos normalizados por essas convenções, desde que cumpra as normas ali impostas. O modelo de referência ISA tem como principais objetivos: 1º ð A especificação de uma estrutura lógica, universalmente aplicável, que cubra as necessidades de interconexão de sistemas abertos por meio de redes de telecomunicações; 2º ð Servir como referência durante o desenvolvimento de novos serviços de telecomunicações e na definição de procedimentos; 3º ð Permitir que diferentes usuários se comuniquem entre si com compatibilidade total nas características de comunicação; 4º ð Assegurar flexibilidade suficiente para que avanços tecnológicos e crescentes necessidades de usuários possam ser incorporadas posteriormente; 5º ð Possibilitar que as necessidades de novos usuários sejam atendidas de maneira compatível com os serviços já existentes. No ambiente de ISA, um sistema real é composto por um conjunto de equipamentos que utilizam computadores, softwares, periféricos, sistemas de transmissão, nós de comutação e roteamento, terminais físicos, etc., que formam todo o conjunto capaz de processar e/ou transmitir as informações. Todo modelo de referência é formado por três níveis de abstração, sendo conhecidos como: ð Arquitetura; ð Serviços; ð Protocolos. A arquitetura é o nível de maior grau de abstração, estabelecendo o cenário e a forma de organização, são idéias de estrutura cujo objetivo é o de orientar os desenvolvimentos de projetos; Os serviços compõem um nível de abstração intermediário, definindo as restrições para o modelo; E finalmente os protocolos são o nível mais baixo de abstração, definindo as informações de controle a serem enviadas e os procedimentos para utilizá-las. São os responsáveis pelo modo como os dados irão trafegar e serão interpretados pelos sistemas numa comunicação, isto é, pelo gerenciamento do sistema. Conceitos Elementares Uma comutação é um processo que pode ser realizado por um evento mecânico, eletro-mecânico ou eletrônico, seja ele manual ou automático. Diz respeito a troca de caminho que um determinado sinal sofrerá, um circuito poderá definir a rota (caminho) que um determinado sinal tomará, comutando para tal direção. Veremos agora duas definições básicas para telecomunicação: Nós e Arcos. Nós são pontos de uma comunicação onde acontece uma comutação de sinais. Arcos são todos os pontos intermediários de interligação entre os Nós que normalmente são construídos com meios de transmissão físicos ou pelo espaço livre, tais como: pares de fios, cabos coaxiais, fibras ópticas, ou mesmo transmissão de ondas de rádio pelo espaço livre. O conjunto desses elementos formará uma rede de telecomunicações. Figura 2 - Nós e Arcos Modelo elementar de comunicação Uma comunicação, qualquer que seja, poderá ser representada por um modelo básico, não importando se for uma conversação telefônica, via Internet, sinais de fumaça ou a antiga brincadeira de criança com duas latinhas presas por um barbante. Vê-se, portanto, claramente que poderá ser uma comunicação eletrônica, verbal, por símbolos ou qualquer outro tipo de sinal. 10 Os elementos básicos de qualquer comunicação são: Mensagem ð conjunto de informações coerentes, previamente conhecidas e organizadas de tal forma que possam originar uma mensagem que poderá ser entendida por um destinatário; Fonte ð elemento responsável pela geração da mensagem; Destinatário ð elemento na comunicação para quem a informação é destinada. Será o usuário da informação recebida; Codificador ð elemento nem sempre presente em uma comunicação. Tem como função, a partir do sinal recebido da fonte, produzir um embaralhamento da mensagem usando um código específico, para que durante o trânsito da informação haja maior dificuldade de interpretação da mensagem original por um elemento não autorizado. Portanto, proporciona sigilo na mensagem, haverá tanto maior sigilo quanto melhor for o grau de complexidade da codificação. Entregará a mensagem ao emissor; Emissor ð também chamado de transmissor é dispositivo responsável pela adequação e inserção do sinal original produzido pela fonte ao meio de transmissão do sinal com potência e formato apropriado. É o elemento em que se inicia um processo de distorção do sinal, dependendo diretamente da qualidade do emissor; Meio ð como o próprio nome indica é o elemento que se encontra no meio do processo de comunicação. Pode-se afirmar com certeza que é um dos elos mais importantes em uma comunicação porque ele tem a função de propagar a mensagem da fonte ao destinatário, via o conjunto emissor/receptor. O meio de transmissão é responsável pelo transporte e propagação da mensagem até o seu destino, e é onde ocorrem as maiores distorções na mensagem, dependendo diretamente da qualidade do meio e das distâncias envolvidas; Receptor ð dispositivo que efetua a função inversa do emissor, isto é, retira a mensagem do meio de transmissão, tentando recuperar o sinal original da maneira mais precisa quanto possível. Se o sinal enviado tiver sido codificado entregará o sinal ao decodificador, caso contrário diretamente ao destinatário; Decodificador ð responsável diretamente pelo processo inverso ao codificador, assim, ele fará a remontagem do sinal, de forma a obter o sinal original produzido pela fonte, posteriormente repassará o sinal para o destinatário; Distorção ð processo praticamente inevitável em qualquer comunicação, onde ocorrerá uma alteração no formato original da mensagem produzida na fonte, acarretando erros na comunicação. É diretamente proporcional à qualidade dos elementos da comunicação, ao meio de transmissão e aos fatores externos à comunicação; Fatores externos ð são interferências ocorridas no processo de comunicação, que não fazem parte do conjunto de dispositivos que disponibilizam o tráfego da mensagem, isto é, são de origem externa ao sistema, normalmente são introduzidas no processo de propagação pelo meio de transmissão, mas também podem ocorrer em qualquer ponto entre o emissor/receptor em proporções menores. Citemos um exemplo de fator externo a uma comunicação: imagine que você está conversando com um amigo e enquanto ele está lhe falando, uma ambulância passa bem próximo de vocês, tornando impossível o entendimento da mensagem dita por seu amigo enquanto ela estiver passando, pois bem, ai está um exemplo de fator externo, já que ela originalmente ela, a ambulância, não faz parte da comunicação; Canal ð todo o conjunto de elementos que se encontra entre a fonte e o destinatário. Para o caso de um sistema de telecomunicações será todo o software, hardware, fiações e quaisquer equipamentos que se encontrem entre a fonte e o destinatário; Fatores Internos ð são os fatores interferentes, que proporcionam distorções no sinal original, inerentes a um sistema de comunicação. Por exemplo, pense em um par de fios, ali estarão presentes características que não poderão ser eliminadas, como por exemplo, a resistência por unidade de comprimento (resistência por metro de fio) do condutor, além da capacitância por unidade de comprimento (capacitância por metro), só para citar dois. Quanto maior forem as distâncias envolvidas maiores serão esses parâmetros, sendo impossível eliminá-los, portanto sendo inerentes ao sistema. Poderá ocorrer que, conforme a complexidade do sistema de comunicação, hajam mais conjuntos de codificadores, emissores, meios, receptores e decodificadores. Figura 3 - Modelo elementar de comunicação 11 Introdução às centrais telefônicas Posteriormente a invenção do telefone, ele chegou a ser considerado um dispositivo totalmente inútil, mas gradualmente passou a ser utilizado por estabelecimentos comerciais e a partir de 1890 o número de usuários era crescente. As ligações ponto a ponto foram sendo superadas e surgiu a necessidade de um sistema de comutação para reduzir a complexidade e quantidade de conexões. Ao invés de ligações permanentes entre os aparelhos de assinantes, descobriu-se a conveniência de ligações que pudessem ser comutadas e comandadas por um dispositivo principal que se passou a chamar de Central Telefônica. Figura 4 - Ligação entre assinantes direta e via central No desenho indicado na figura anterior, os pontos A, B, C, D e E são todos interligados entre si diretamente por cabos ponto a ponto, veja que cada conexão origina 4 pontos de interligação, acarretando o inconveniente de várias fiações serem necessárias para interligação entre os usuários. Além desse fato há o problema de que dois ou mais usuários possam tentar acessar (falar) ao mesmo tempo com outro usuário comum, impossibilitando a comunicação. A existência de um dispositivo central torna o sistema muito mais simplificado. Veja que no primeiro exemplo serão necessárias 10 linhas (20 fios) e 4 delas estarão ligadas em um mesmo usuário. No segundo exemplo as linhas e a complexidade será extremamente reduzida. Centrais Telefônicas Manuais As primeiras centrais de comutação que entraram em serviço eram do tipo manual, nas quais o estabelecimento e a interrupção das ligações entre as linhas de assinantes eram feitos pela intervenção de pessoas denominadas “operadoras”, por meio da utilização de equipamentos chamados “cordões”. Inicialmente os operadores eram apenas homens, mas devido ao fato de se verificar que as mulheres tinham mais paciência no trato com o público e ao fato dos usuários se sentirem mais confortáveis em aguardar o atendimento sem reclamar exageradamente, se no outro lado da linha fossem atendidos por mulheres. Figura 5 - Telefonistas em uma central de comutação manual 12 Essas centrais eram totalmente manuais e comandadas por telefonistas, que normalmente eram mulheres. Nessa mesma época a ligação permanente entre um aparelho telefônico e o equipamento de comutação (central) passou-se a chamar-se “Linha de Assinante”. Figura 6 - Representação dos cordões e linhas de assinante Automatização das Comutações O desenvolvimento crescente dos serviços de telefonia e os problemas surgidos com a comutação manual mostraram que a comutação automática era uma necessidade. Dentre os problemas ocorridos com a comutação manual pode-se citar: baixo nível de sigilo na comunicação, devido ao fato das telefonistas terem total acesso à conversa entre os usuários, porque de tempos em tempos teriam que escutar a conversação para saberem se a ligação entre os usuários ainda estava em curso para desfazerem a ligação do cordão que os interligava. Outros problemas diziam respeito às ligações erradas ocasionadas por distração das atendentes, gerando contantes aborrecimentos. Ainda havia o fato de que, uma conversação sempre obrigatoriamente deveria ser estabelecida por uma pessoa, tornando as conexões lentas devido ao crescente número de usuários, e que também dificultavam a memorização das centenas de nomes pelas telefonistas. Outro problema era a dificuldade de efetuar tarifação do uso do sistema, ficando apenas o assinante responsável pelo pagamento de um valor mensal. Centrais Eletro-mecânicas ü Uma funerária entra para a história – Em 1889 a rede telefônica de Kansas City era servida por uma única central manual. O Sr, Almon B. Strowger, estava exasperado, pois sendo um agente funerário, via seus negócios declinarem porque a esposa do seu concorrente, que era telefonista da central, ao atender às famílias enlutadas e solicitada a ligar para uma agência funerária, naturalmente conectava as ligações para a agência do seu marido. O Sr. Strowger, então, que não era nenhum técnico, mas desafiado pela sobrevivência do seu negócio, desenvolveu e patenteou um comutador telefônico automático no ano de 1891, que por movimentação de escovas na direção vertival e associado a rotação fazia a comutação para 100 posições em um banco de contatos em uma superfície cilíndrica. Diz-se que ele se inspirou no movimento dos braçõs das telefonistas na mesa telefônica, ao plugarem os cordões nas linhas de assinante. Seu sistema, com o mesmo nome (Strowger), foi utilizado durante muitos anos. As primeiras interligações automáticas entre os usuários passaram a ser efetuadas em curtas distâncias (ligações locais), ficando ainda as ligações de longas distâncias (interurbanas) estabelecidas por telefonistas. Para tornar o processo automatizado, cada usuário passou a receber um número próprio e único, e que por meio de um disco com 9 dígitos cada usuário poderia fazer a conexão automática com o usuário desejado, bastando para isso discar a seqüêcia de números do assinante do sistema. 13 As primeiras centrais de comutação automática foram projetadas com sistemas de comutação que empregavam dispositivos eletro-mecânicos, utilizavam sistemas similares a relés com mecanismos que comutavam linhas e colunas para selecionar o número a ser conectado. Figura 7 - Representação das comutações vertical e horizontal Um pouco antes de 1890, em 1883, “Lars Magnus Ericsson” e o engenheiro “H.T. Cedergren” elaboraram um pequeno quadro comutador automático que proporcionaria aos assinantes de Estocolmo, na Suécia, cotas mais econômicas para os aparelhos telefônicos conectados a uma linha comum barateando o sistema. Figura 8 - Visualização das comutações Strowger Em 1915, baseada em idéias e experimentos do engenheiro superintendente da rede telefônica de Estocolmo, Axel Hultman, a Lars Magnus Ericsson executou uma instalação utilizando um seletor de 500 linhas, com capacidade total para atendimento atpé 1000 terminais. O seletor de 500 linhas estava totalmente desenvolvido em 1919 e, em 1923, as primeiras centrais automáticas foram colocadas em funcionamento com a utilização do seletor eletromecânico de 500 linhas, base de um sistema denominado de AGF. Figura 9 - Central de comutação eletro-mecânica 14 Dentre os principais problemas que as centrais eletro-mecânicas passaram a apresentar, um dos que passou a chamar muito a atenção foram as dimensões exageradas que esse tipo de central tinha. Portanto, passou-se a ambicionar um modelo de central que apresentasse dimensões reduzidas, principalmente devido a crescente quantidade de assinantes do sistema. Figura 10 - Central de comutação eletro-mecânica Esse tipo de preocupação somente poderia ser solucionado com o advento das centrais eletrônicas. Centrais Eletrônicas Posteriormente a invenção das centrais eletro-mecânicas, alguns problemas foram solucionados e novos problemas surgiram. Dentre eles o principal é que os sistemas de comutação eletro-mecânicos começaram a apresentar constantes mal-contatos devido a depreciação rápida dos contatos que comutavam constantemente, com isso começaram a surgir ruídos excessivos nas conversações e queda das ligações. Em 1947 com a invenção do transistor novos rumos puderam ser traçados e, a tão esperada comutação em estado sólido estava próxima de acontecer. Assim foram desenvolvidas as centrais eletrônicas, em que os dispositivos eletro-mecânicos passaram gradualmente a serem substituídos por versões semicondutoras elaboradas com transistores, tornando as conversações mais limpas de ruídos e com menos problemas de quedas de linha. Mais tarde viriam as centrais eletrônicas digitais que possibilitariam novos recursos, facilidades e qualidade na comunicação. Sistema Telefônico Uma central e o conjunto de linhas de assinantes que a ela estão ligadas constituem o sistema local que serve a uma área local, ou “área de comutação”. Quando os assinantes de uma região não podem ser atendidos por uma única central de comutação é necessário fazer uma divisão na região em diversas áreas de comutação. Nesse caso, torna-se necessária a interconexão dos diversos sistemas locais isolados geograficamente entre si e, estendendo-se ainda mais esse raciocínio, para possibilitar a ligação entre dois assinantes quaisquer de uma país inteiro, torna-se necessário a previsão de um complexo sistema de meios de transmissão e comutação chamado de sistema nacional de telefonia. Percebe-se que a probabilidade de troca de comunicações entre dois assinantes é tanto menor quanto maior é a distância que os separa. Assim, verifica-se que as comunicações mais numerosas são aquelas efetuadas entre assinantes de uma mesma área de comutação próxima entre si, por essa razão são denominadas “comunicações locais”. Para as outras comunicações, que não são locais, verifica-se que uma conexão permanente entre dois centros de áreas de comutação diferentes, nem sempre seria economicamente viável. Para esses casos não justificáveis economicamente são utilizadas as “centrais de trânsito” ou “centros de trânsito”. 15 Centrais Locais Uma central local, como o próprio nome revela, está situada em uma região de pequeno alcance, denominada de local. Nessa central, são interligados os assinantes, cada qual com uma numeração própria. São utilizados dispositivos para comutação totalmente automática. O comprimento médio da linha de assinante é de 5Km, isto é, é a distância aproximada dos condutores entre o assinante e a central. Figura 11 - Representação de uma Central Local Uma central local tem como principais características: ð possui alcance limitado à distâncias locais; ð tem capacidade de funcionamento com até 10.000 assinantes; ð possui a função de interligar os assinantes entre si na mesma central; ð possui a função de possibilitar a interligação dos assinantes ao resto do sistema telefônico; ð a quantidade de centrais locais em uma região será proporcional a densidade demográfica da área; ð possui a função de gerar e repassar sinais de áudio e de sinalização aos assinantes e demais centrais; ð cada central local terá um número que será denominado de prefixo; ð possui a função de gerar o número de assinante. Centrais Tandem Eventualmente, após a conveniência da utilização de centrais de comutação para gerenciar as comunicações telefônicas, elas começaram a “pipocar” em diferentes localidades de uma mesma região, ou ainda, em países diferentes. Uma vez que centrais locais estejam estabelecidas em localidades diferentes surgirá a necessidade de estabelecer a conexão entre elas, para que pessoas de pontos remotamente afastados possam conversar entre si. As primeiras centrais locais foram interligadas diretamente entre si de forma aleatória, conforme a necessidade de conversação foi surgindo. Com o constante aumento do número de assinantes, tornou-se insuficiente somente o uso das centrais locais diretamente interligadas entre si, porque isso estava acarretando o aumento indiscriminado de cabos de interligação, agora entre as centrais, ocorrendo o mesmo problema inicial que havia havido com os telefones, gerando altos custos financeiros para efetuar essas interligações e problemas técnicos. 16 Figura 12 - Representação de ligações diretas entre Centrais Locais Para contornar os problemas de interligação vistos, foram criadas as centrais Tandem, ou seja, são centrais que têm a função de interligar diversas centrais locais entre si. As interligações entre as centrais são conhecidas pelo nome de “Cabos Tronco”. Nos grandes centros são utilizadas várias centrais Tandem ligadas entre si por cabos troncos. Figura 13 - Representação de ligações entre Centrais Locais via Tandem Quando houver a necessidade impreterível de interligar duas ou mais centrais locais diretamente entre si, por razões de otimização econômica, como é o caso em bairros de uma cidade que tenham centrais locais onde o volume de tráfego de ligações entre elas seja muito intenso, poderá ser efetuada uma conexão especial que será denominada de “Linha de Junção”. Dessa maneira, poderá também haver uma ligação direta entre centrais locais para casos específicos onde seja justificável economicamente essa ligação, devido ao excesso de tráfego de dados entre elas. Figura 13 - Representação de Linhas de Junção 17 As centrais Tandem se subdividem em centrais Tandem Locais, que interligam Centrais Locais entre si e as centrais Tandem Interurbanas, que interligam centrais do tipo Interurbana, que estudaremos a seguir. As interconexões entre centrais sejam elas por linhas de junção ou por centrais Tandem são denominadas de “Rotas”. As linhas de junção que possuem interligação direta entre centrais específicas são chamadas de “Rotas Diretas”, são necessárias por terem alto tráfego de interesse entre elas, como é o caso que acontece entre a Central Local 1 e a Central Local 2. Veja a figura a seguir. Por sua vez, por exemplo: as rotas 1-T e T-2 (Central Local 1 è Tandem è Central Local 2) são consideradas “Rotas Alternativas”, via Central Tandem, entre o central número 1 e 2. Figura 14 - Rotas diretas e tráfego de transbordo O tráfego de conversação é encaminhado para a rota alternativa, quando houver um aumento no tráfego, com ocupação de todos os denominados “juntores de rota direta”, que são os pontos extremos de interconexão entre as centrais (ponto de partida e chegada dos troncos). Esse tráfego resultante é denominado de “Tráfego de Transbordo” . Pode haver mais de uma rota alternativa entre as centrais e, nesse caso, deve-se definir uma ordem de prioridade entre elas, programada no sistema que gerencia as centrais. Quando não há uma rota alternativa entre duas centrais, como é o caso da rota 3-4, por exemplo, dizemos que a rota é “Full Tandem”. Qualquer configuração de centrais é obtida por meio de estudos de tráfego e outros recursos que caracterizam mais economia. Cada caso envolve grande volume de cálculos e simulações para obtenção da melhor configuração do sistema e melhor aproveitamento custo-benefício. Centrais Mistas Tipo especial de central que possui as características das Centrais Tandem em que podem também ser interconectados assinantes, é claro se ela estiver preparada para essa possibilidade. A esse tipo de central, que interliga tanto linhas de assinantes quanto linhas de junção, denominamos de “Central Mista”. Figura 15 - Representação de ligações diretas entre Centrais Locais 18 Centrais de Trânsito Seguindo o mesmo raciocínio, podemos dizer que as Centrais de Trânsito são aquelas destinadas à interligação de centrais de áreas locais diferentes. Por elas circulam o tráfego interurbano, delimitado por uma área de atendimento regional, agregando uma certa quantidade de centrais locais. Essa hierarquia de interligação entre centrais pode crescer mais, interligando as centrais de trânsito, diferentes diretamente entre si, por meio de outras centrais de trânsito com classes diferenciadas (superiores), responsáveis pelo encaminhamento das chamadas no âmbito regional, estadual, nacional ou internacional respectivamente. Quando o volume de trânsito entre centrais de uma mesma região for muito grande, também poderá haver uma central de trânsito que as interligue, sendo denominada de “Central de Trânsito Local”. Basicamente as centrais de trânsito visam atender, de forma econômica, o fluxo de tráfego entre as áreas de comutação. Os Centros de Trânsito são para os centros locais o que esse últimos são para os assinantes e, se dividem em: ð Centrais de Trânsito Interurbano: interligam dois ou mais sistemas locais completos da rede nacional. Essas centrais se interligam diretamente ou por meio de outra central de trânsito. Visam interconectar o volume de tráfego dos assinantes de uma região de atuação previamente estabelecida (exemplo: código 51, referente à Porto Alegre) com outra região de atuação (exemplo: código 54, referente à região da Serra). ð Centrais de Trânsito Internacional: visam interconectar os assinantes em nível internacional, isto é países entre si, situam-se em localidades específicas, normalmente em grandes centros urbanos. As conexões podem ser estabelecidas por meio de cabos submarinos (o primeiro foi instalado por volta de 1940) que ainda se encontra em operação ou via satélite, onde a maioria das conexões acorre atualmente. Figura 16 - Estrutura das Centrais de Trânsito Hierarquia entre Centrais Entre as diferentes centrais telefônicas da “Rede de Telefonia Pública Comutada (RTPC)” se estabeleceu uma hierarquia, onde fundamentalmente os centros locais dependem hierarquicamente de centros de trânsito correspondentes. A figura a seguir demonstra a hierarquização, chamada de “Encaminhamento Nacional”, onde existem os centros locais e os centros de classes I, II, III, IV e V. 19 Figura 17 - Representação gráfica de centros de classes I, II, III, IV e V Centro Classe V (Local) ð Centro de comutação onde são ligadas: a redes de assinantes e os troncos de conexão a outros centros locais, ou mesmo ao centro de trânsito de área. É o centro de comutação hierarquicamente mais baixo. Centro de Trânsito Classe IV ð Centros onde ligam-se os centros locais ou linhas de assinantes. São as Centrais Tandem locais ou Mistas. Centro de Trânsito Classe III ð Centros onde ligam-se os circuitos que constituem as rotas finais de centros classe IV, centros locais ou ainda linhas de assinantes, podem ser Centrais Mistas ou Tandem Locais. Centro de Trânsito Classe II ð Centros onde ligam-se os circuitos que constituem as rotas finais de centros classe III. São as Centrais de Trânsito Interurbano. Necessariamente não têm a função de interligar centrais entre si, apenas são trânsito para o tráfego de comunicação. Centro de Trânsito Classe I ð Centro onde ligam-se os circuitos que constituem as rotas finais de centros classe II. Representa o nível mais elevado da rede interurbana. Essa central tem acesso a pelo menos uma central que processa o tráfego internacional. Centro de Trânsito Internacional ð Centro onde ligam-se os circuitos que constituem as rotas finais de centros de no mínimo um Centro da Classe I. São responsáveis pelas comunicações internacionais e concebidas com Centrais denominadas Internacionais. Diferentes Entroncamentos de Circuitos - Rotas O número de circuitos em uma determinada rota depende do tráfego ou número de comunicações a serem comutadas, conforme já vimos anteriormente. Em um sistema de encaminhamento como o indicado na figura anterior podem ocorrer dois tipos de feixes: ü Os feixes normais ou finais, que interligam obrigatoriamente um centro de nível determinado com o centro de trânsito do qual ele depende hierarquicamente, e, eventualmente, aos centros que dependem dele diretamente. Representado pelas linhas horizontais no gráfico. ü Os feixes transversais ou de primeira escolha, são ligações eventuais entre os centros de comutação, que “fogem” a hierarquia das rotas normais, isto é, são ligações entre os centros de comutação por linhas transversais, que permitem realização uma comunicação direta, em caso de transbordamento de tráfego. 20 Figura 18 - Representação de Rotas Normais e Transversais Um feixe de circuitos pode ser calculado para escoar todo o tráfego entre dois centros de comutação (feixe direto), ou, apenas, parte dele, sendo que neste último caso, o tráfego em excesso é desviado para um feixe alternativo. Os feixes ou rotas mais curtas são diretos quando economicamente justificáveis, como, por exemplo, entre dois centros de área adjacentes. ELR - Estágios de Linha Remotos O ELR é a sigla que designa um equipamento que integra as funções de comutação, transmissão de energia, climatização e distribuição geral, em um robusto gabinete mecânico (container), para um número limitado de assinantes. Figura 19 - Representação gráfica de ELRs 21 Geralmente, esse equipamento é pré-testado em fábrica antes da sua implantação, de forma a facilitar e agilizar sua instalação e ativação prática, que poderá ser feita de forma interna ou externa, essa última conhecida como “instalação no tempo”. Diversos ELR são interligados a uma central de maior porte, denominada de “Central Mãe” , constituindo assim um sistema distribuído de comutação, cujas funções são completamente transparentes aos usuários. A interligação entre a central mãe e a ELR também é conhecida pelo nome de entroncamento, que pode ser realizado fisicamente por meio de par metálico ou fibra óptica. A sinalização poderá ficar a cargo da ELR ou da própria central a qual estiver ligada. Isso promove a liberação de terminais próximos à central mãe e a redução no custo da “rede primária”, que é o sistema que forma as linhas de assinante, em que o raio médio entre ELR e assinante cai para em torno de1 Km, reduzindo a complexidade do sistema. Na verdade uma ELR representa, em analogia, uma mini-central local, é claro com funções limitadas permitindo obter a redução da fiação das linhas de assinante até as centrai locais. Além da função técnica, também diminuem os custos de infra-estrutura, já que o equipamento não necessita de instalações prediais, uma vez que foi projetado para instalação diretamente “em campo”. O ELR é adequado a aplicações como central autônoma, principalmente em pequenas localidades, áreas rurais, grandes clientes, central de quarteirão ou condomínios, soluções rápidas ou em lugares nos quais a rede a expandir encontra-se saturada DG - Distribuidor Geral Os pares de fios provenientes da planta externa do sistema penetram no centro telefônico normalmente por dutos subterrâneos, e alcançam uma galeria também subterrânea, denominada “Galeria de Cabos”. Nesta, os cabos de grande diâmetro, que possuem milhares de pares de fios cada, são subdivididos em cabos menores e mais flexíveis, que são direcionados para uma série de “subidas” verticais e passam ao piso superior, onde se acha o “Distribuidor Geral (abreviadamente DG)”. A planta externa está exposta a uma série de riscos potenciais de sobretensão e correntes induzidas, por exemplo: descargas por raios, queda da rede elétrica sobre cabos telefônicos, induções de corrente oriundas de sistemas de energia próximos, etc. As instalações elétricas na casa do usuário são também fontes de tensões e correntes estranhas que poderiam danificar o equipamento comutador, não fosse a proteção dos blocos do DG. Cada par no DG é protegido por fusíveis em série em cada par condutor é pára-raios. Dessa maneira, do lado da planta externa temos blocos protetores fixados nos perfís verticais, por isso essa face do DG denomina-se “Lado Vertical”. Nele está representado cada para dos cabos da planta externa que partem deste DG. Figura 20 - Galeria de entrada de cabos do DG A face oposta do DG possui perfís dispostos horizontalmente, também equipados com blocos, porém distintos dos primeiros. São “Blocos de Corte”, onde os dois fios do par podem ser interrompidos por “Pinos de Corte”. Cada par de terminais do bloco de corte recebe um par do equipamento comutador e correspondente a um “Número de Assinante”. É no DG que a “Planta Externa “ e a “Central Comutadora” se encontram. Há milhares de pares protegidos no lado vertical e milhares de terminais numerados no lado horizontal. Atribui-se um número ao telefone pela interligação de um par do lado horizontal com um par do lado vertical, feito por um par flexível “jumper” na operação de conexão. 22 Figura 21 - Foto de um DG Centrais Telefônicas Digitais Como vimos, a central telefônica é o elemento de rede responsável pela interligação e comutação de sinais entre os usuários. As centrais mais antigas são interligadas entre si por cabos de pares, as centrais modernas são interligadas por fibras ópticas. Constatamos a evolução do sistema manual para parcialmente manual, combinado com eletromecânico, posteriormente para eletromecânico, eletrônico e finalmente digital. A primeira central pública de programa armazenado (digital), a central IESS (n.º 1 Electronic Switching System), desenvolvida pela AT&T, foi instalada em New Jersey, EUA, em maio de 1965. Esse evento deu início ao interesse mundial pela idéia de controle por programa armazenado. O controle por programa armazenado (Stored Program Control - SPC), utilizado nas centrais atuais, apresenta uma série de vantagens sobre os sistemas anteriores (Redmill e Valdar, 1990): ð Flexibilidade - como a central é controlada por um programa residente que permite alterações é possível, por exemplo, reconfigurar a central sem que ela tenha necessariamente tenha que ser desligada. Isso, inclusive, pode ser feito remotamente pelo fabricante; ð Facilidade para os assinantes - centrais de programa armazenado (CPA) permitem um conjunto amplo de facilidades para os assinantes, incluindo: - Discagem abreviada; Transferência de chamadas; Restrição às chamadas recebidas; Conta telefônica detalhada; Identificação de chamadas maliciosas; ð Facilidade administrativas - são facilidades operacionais, do tipo: - Controle das facilidades dos assinantes; Mudança no roteamento, para evitar congestionamento de curto prazo; Produção de estatísticas detalhadas do funcionamento da central; ð Velocidade de estabelecimento da ligação - as conexões podem ser estabelecidas por meio de circuitos digitais muito mais rapidamente, em tempos da ordem de 250µs. Além disso, a repetição automática das chamadas na própria central pode ser programada, para evitar congestionamentos de rede; ð Economia de espaço - isso ocorre em vista das dimensões reduzidas das centrais de programa armazenado; 23 ð Facilidade de manutenção - os equipamentos da CPA têm uma menor taxa de falhas, em relação aos usados em centrais convencionais, em função de não haverem partes móveis; ð Qualidade de conexão - visto que a perda total numa rede é independente do número de conexões efetuadas para a ligação, e porque o sinal é digital havendo muito menos problemas de conexão; ð Potencial para outros serviços - inclui a transmissão de dados e serviços tipo videofone; ð Custo - as centrais de programa armazenado são mais econômicas para manter em funcionamento e têm um custo menor final de fabricação; ð Tempo de instalação - com o constante aumento de assinantes torna-se necessário cada vez mais velocidade na implementação de novas centrais. E esse tempo é menor que o necessário para a instalação de centrais analógicas em virtude da modularização dos equipamentos digitais. Características mecânicas e físicas da Rede Telefônica ð Rede de Assinante - Denomina-se “rede de assinante” aquela parte da planta externa que interliga os assinantes ao DG. Hoje as redes são constituídas com condutores de cobre de 0,4 mm de diâmetro. Há dois métodos construtivos para esse tipo de rede: o americano e o europeu. No método americano, todos os pares de assinantes alcançam o DG. Os cabos partem do DG e terminam nas caixas de dispersão (nos postes ou nos edifícios). A flexibilidade para atender endereços é dada pela repetição de um mesmo par em várias caixas de dispersão. Figura 22 - Rede de Assinante No método europeu, a rede de assinantes é dividida em duas partes. Do DG partem cabos primários ou alimentadores para “armários”. Destes, partem os cabos secundários que terminam nas caixas de dispersão. A realização de um par desde a central até o assinante exige, no sistema europeu, um jumper no DG e outro no armário. ð Rede de dispersão - É a parte da planta externa mais próxima ao assinante. Da caixa de dispersão, no poste ou nos edifícios, parte um par de condutores por assinante em direção ao ponto de instalação do telefone. ð Suprimento de energia - A conversão da corrente alternada da rede elétrica pública, em corrente contínua para alimentação das centrais telefônicas, faz-se por meio de retificadores. Os retificadores alimentam o barramento de distribuição , onde se encontram em flutuação, no mínimo, duas baterias acumuladoras. Quando há breves interrupções na rede elétrica pública, as baterias mantêm a alimentação da central. Para suportar interrupções mais longas no fornecimento de energia deveriam ser usadas baterias demasiadamente caras e, prefere-se manter baterias dimensionadas para interrupções mais breves (em torno de até 3 horas), com a instalação suplementar de grupos geradores de emergência, para gerarem a corrente alternada nas longas interrupções no suprimento da rede elétrica pública. Todos os grandes centros telefônicos possuem um grupo gerador de energia. As centrais pequenas muitas vezes são instaladas sem um grupo de gerador de emergência, porém com baterias para até 10 horas de reserva e, caso seja necessário, porem ser socorridas por grupos de emergência transportáveis. 24 A infra-estrutura de suprimento de energia deve prover também um bom aterramento para referência das tensões. A resistência de terra pode no máximo ter 10 ohms (valor tolerável), porém o valor recomendado deve ser menor que 5 ohms. ð Condicionador de Ar - A central comutadora exige um ambiente totalmente controlado para manter um baixo índice de falhas e garantir uma vida mais longa para os componentes e um menor índice de ruídos. A resistência elétrica é alterada pela variação da temperatura, quanto maior a temperatura, maior será a resistência e quanto menor for a temperatura, menor será a resistência. Sob uma temperatura maior que zero Kelvin, qualquer elemento apresentará uma resistência maior do que zero ohms. A menor temperatura “teórica” que pode ser atingida no planeta Terra é zero Kelvin, que equivale a -273° Celsius, e nessa temperatura ocorre um fenômeno interessante: cessará a agitação molecular, dessa maneira a resistência passará a ser zero ohm, efeito chamado de supercondutividade. Toda vez que houver calor sendo fornecido a uma molécula, ela sofrerá a ação dessa energia, os elétrons absorverão essa energia e ocorrerá um efeito conhecido como agitação molecular, também chamada de agitação térmica. Todo material, por melhor condutor que seja, apresenta uma certa resistência elétrica, uma oposição à movimentação dos portadores de cargas. O material será tanto melhor condutor quanto menos oposição oferecer à passagem da corrente, e esta característica é inerente a este material, não dependendo do seu formato ou dimensões. Essa característica é dada pela condutividade e varia de material para material. Assim, o ouro, a prata e o cobre são excelentes condutores por apresentarem uma elevada condutividade elétrica ou baixa resistividade, enquanto que materiais como o ferro ou o mercúrio são maus condutores por terem baixa condutividade ou elevada resistividade (a resistividade é o inverso da condutividade). Isso significa que dois condutores de mesma espessura e comprimento feitos de materiais de condutividade diferentes terão resistências elétricas diferentes. A redução da temperatura de ambientes onde existam circuitos eletrônicos também proporcionará uma redução na chamada agitação térmica ou molecular, que é responsável pela produção de um ruído denominado de ruído branco. A temperatura ideal para funcionamento dos circuitos eletrônicos da rede telefônica situa-se na faixa de 15 a 25º Celsius e a umidade relativa de 40 a 65%. As partículas em suspensão eram críticas para os equipamentos eletromecânicos que possuíam contatos não herméticos (lacrados). Para as centrais eletrônicas, onde não há contatos expostos diretamente no ambiente, este limite passou a ser mais tolerante. Para a sala de periféricos com unidades de fita magnética ou drives de disquetes, o peso 3 total das partículas tem que ser inferior a 50 µg/m , e o diâmetro das partículas deve ser menor que 4 micra para 90% do material particulado. ð Sala de baterias - As baterias de acumuladores para centros de comutação são de grandes dimensões. Para permitir manobras para manutenção, a capacidade total requerida em A.h. (Ampèr Hora) deve ser conseguida, pelo menos, com duas baterias. A sala não precisa ter janelas, porém é necessário um ventilador de insuflação próximo ao piso e uma saída para exaustão de gases próximo ao teto, devido a produção de gases tóxicos pelas baterias. As lâmpadas devem ter bulbos protetores à prova de explosão e seus interruptores deverão estar do lado de fora da sala. ð Rede Urbana x Rede Rural - As redes urbanas caracterizam-se por uma grande concentração de 2 assinantes, isto é, uma alta densidade de telefones por Km . São atendidas por uma ou várias centrais comutadoras com capacidades entre média a alta. Nas amplas áreas metropolitanas há dezenas de centrais. Devido à concentração de assinantes ao longo de ruas e avenidas, uso de grandes rotas de cabos, compartilhamento de prédios e infra-estrutura, os fatores econômicos apresentam-se favoráveis. Já nas áreas rurais, há uma grande dispersão de assinantes, com ausência de localização ao longo de uma rota definida, encarecendo a planta externa pela baixa quantidade de assinantes por localidade, requerendo centrais de baixa capacidade. A receita média por terminal é baixa, os custos de manutenção são mais elevados. A rede é aérea e está sujeita a danos por descargas atmosféricas (raios) e incêndios por queimadas ou por depredação. Os fatores econômicos são bastante desfavoráveis aos investimentos. A automatização dessas áreas é problemática e viável apenas mediante programas governamentais de desenvolvimento regional e integração social. Outros países optam pela formação de cooperativas de assinantes rurais, ou operação em áreas urbanas mais elevadas para subsidiar a automatização rural. ð Outras dependências - Além das áreas essenciais a qualquer edificação para centro telefônico, há aquelas que dependem das atividades complementares, tais como: sala de equipamento multiplex, sala de atendentes (telefonistas) se houver, posto comercial de atendimento público, posto de serviço (cabines) para ligações interurbanas, sala de reparos, depósito de materiais, etc. Cada um desses ambientes tem seus requisitos de iluminação, ventilação, circulação de pessoal, condicionadores de ar, etc. 25 Aparelho Telefônico Para um perfeito conhecimento do sistema telefônico, devemos conhecer o aparelho telefônico e suas características. O aparelho telefônico ou simplesmente telefone é o aparelho que permite a conversação entre os assinantes, além de trocar informações com a central telefônica. O telefone é um equipamento eletrônico, como a grande maioria deles, que necessita de uma alimentação de corrente contínua (DC). Antigamente os aparelhos telefônicos utilizavam uma “bateria local” junto ao próprio aparelho, isso tornava o aparelho dispendioso e complicado para o usuário, além de originar problemas técnicos freqüentemente. Atualmente, os aparelhos telefônicos utilizam o que chamamos de “bateria central”, proveniente da própria central telefônica, conforme já vimos. Com isso temos a redução de custos, facilidades de operação e manutenção do aparelho. A resistência de “loop”, medida entre os terminais do par de fios de assinante que chegam na central telefônica, para que o aparelho funcione corretamente, estando o monofone fora do gancho, incluindo a resistência do fio da linha telefônica, deve ser menor do que 1800 ohms. Existe uma enorme variedade de aparelhos telefônicos disponíveis no mercado com baixo custo. O usuário pode escolher o modelo que mais lhe agrade, desde que esteja dentro das recomendações da UIT-T (Union International Telecommunication - Telefony), que é um órgão não governamental que regulamenta as telecomunicações mundialmente, e o próprio usuário poderá instalar ou substituir o aparelho por outro. Figura 23 - Telefones em diversos formatos O telefone é um aparelho utilizado para transmitir sons a distância, constituído basicamente de dispositivos para converter ondas sonoras em ondas elétricas - o microfone, para reverter esse processo - o receptor; o gancho que serve como interruptor; a campainha que dá o sinal de que o aparelho está recebendo uma ligação; e o disco, ou teclas, que selecionam o telefone com o qual se pretende estabelecer comunicação. Genericamente, uma aparelho telefônico constitui-se de três circuitos básicos: a) Circuito de Voz ou Áudio (Speech Circuit); b) Processador de chamadas (Pulse Dialer ou DTMF Generator); c) Circuito de campainha ou Ring (Tone Ringer)., Circuito de áudio ð O circuito de áudio permite a conversão de sinais acústicos (voz) em sinais elétricos e vice-versa. Isto é, quando o interlocutor “X” fala ao interlocutor “Y”, os sinais acústicos devem ser convertidos em sinais elétricos de forma que a informação possa ser transmitida pela linha telefônica (par de fios trançados). Essa informação, quando chega ao interlocutor “Y”, deve então voltar a sua forma original, sinal acústico, para que possa ser compreendida pelo usuário. Figura 24 - O telefone O circuito de áudio do telefone divide-se em duas partes principais: a cápsula transmissora e a cápsula receptora. O elemento responsável pela conversão de sinais acústicos em sinais elétricos é denominado de 26 cápsula transmissora, e o responsável pela conversão de sinais elétricos em sinais acústicos é denominado de cápsula receptora. Ambas as cápsulas ficam acopladas ao “monofone”, parte do telefone que deve ser posicionada entre a boca e o ouvido do interlocutor. Cápsula Transmissora - As cápsulas transmissoras de telefones mais simples, são feitas com grânulos de carvão sobre um receptáculo coberto com uma lâmina delgada (diafragma). O som emitido faz o ar vibrar, fazendo vibrar também a lâmina delgada. Quando se fala ao bocal, as ondas sonoras da voz fazem pressão contra o diafragma e movem-no para a frente e para trás. Esse movimento muda a resistência dos grãos de carvão (aumentando-a e diminuindo-a) centenas de vezes por segundo, o que acarreta em uma variação da corrente elétrica originária da estação central. Essa corrente flui pela linha indo até o dispositivo receptor de outro aparelho. Figura 25 - Cápsula de Carvão Quando uma corrente elétrica (DC) circula nos terminais da cápsula, que funciona como uma resistência variável, temos como resultado uma corrente variante no tempo proporcional ao sinal sonoro. Atualmente, as cápsulas transmissoras modernas mais utilizadas são constituídas por um elemento que apresenta uma variação da capacitância pela ação do som e um amplificador embutido de baixo custo. Isto é, uma lâmina flexível (diafragma) é uma das placas de um capacitor, cujo dielétrico é um material especial chamado eletreto, capaz de armazenar e manter uma determinada carga constante indefinidamente. Elemento denominado microfone ou cápsula de eletreto, que possuem alta sensibilidade, baixa corrente elétrica e melhor qualidade de áudio. Ainda existe um outro tipo de cápsula transmissora denominada de cápsula dinâmica, baseada no mesmo princípio de construção de uma alto falante, só que em menores proporções. É uma boa cápsula, robusta, porém mais cara. Cápsula Receptora - As cápsulas receptoras se baseiam em sistema de alto-falante. Os sinais elétricos, ao circularem pela cápsula, fazem vibrar uma lâmina delgada que por sua vez faz vibrar o ar, reproduzindo o som. Figura 26 - Cápsula Receptora As cápsulas receptoras podem ser do tipo eletromagnético ou eletrodinâmica. No modelo eletromagnético, somente a lâmina é a parte móvel, enquanto que no modelo eletrodinâmico a lâmina é solidária ao eletroímã e o conjunto todo é móvel. O eletrodinâmico é mais sensível que o eletromagnético, mas a segunda é mais robusta e de construção mais simples, logo mais barata. Portanto, quando uma pessoa fala num aparelho telefônico, o número de vibrações comunicadas ao diafragma do seu dispositivo transmissor corresponde ao mesmo número de vibrações reproduzidas no dispositivo receptor do outro aparelho. Para que as cápsulas funcionem adequadamente, elas utilizam um circuito que alimenta a parte referente à transmissão e faz o acoplamento do sinal na parte referente à recepção. Esse circuito é denominado de híbrida, 27 que pode ser, dependendo da tecnologia e qualidade do aparelho, transistorizado ou com circuito integrado, minimiza um efeito chamado de “efeito local”, que consiste em o interlocutor receber o próprio sinal de voz que envia, para que não escute o sinal que reproduz com intensidade elevada. Processador de chamadas - Pulse Dialer ou DTMF Generator ð Um assinante, quando deseja originar uma chamada ou efetuar uma ligação, retira o monofone do gancho e aguarda o “tom de discar” (ou tom de linha). Após a confirmação do sinal, ele deverá enviar a informação à central local do número com quem deseje falar. Para isto, os aparelhos telefônicos são dotados de um “teclado ou disco numérico”, de forma que o assinante chamador envie à central o número do assinante chamado. O sinal produzido pode ser uma seqüência de pulsos ou sinais multifreqüenciais DTMF. Pulse Dialer (Discagem por Pulso) - Nos telefones com disco, o usuário gira o disco no sentido horário até o chamado apara-dedo ou encosto. O disco ao retornar a posição normal, devido à ação de uma mola, provoca abertura no loop de corrente da linha, tantas vezes quanto for o número discado. A central percebe a interrupção do loop de corrente e contabiliza os pulsos enviados, que chegam na razão aberto-fechado de 2:1, divididos em 33,33ms e 66,66ms, um pulso totalizando 100ms (0,1s). O processo deve ser repetido para cada dígito discado. Figura 27 - Pulsos decádicos de discagem (dígito 3) A esse processo dá-se o nome de “discagem decádica”, em que cada dígito é enviado com duração de 10 pps ou 20 pps (pulsos por segundo). Os mais comuns possuem duração do pulso de 0,1 segundo (um décimo de segundo). Os discos constituem-se de peças eletromecânicas, e por motivos óbvios foram substituídos por teclados com dispositivos eletrônicos, sem peças móveis, mantendo-se os mesmos padrões elétricos de temporização. Logicamente o telefone de teclas é mais fácil de usar e mais dinâmico. Algumas funções, como rediscagem do último número, pausa, entre outras funções puderam ser incorporadas. O dígito “1” será produzido com um único pulso, o “2” com uma seqüência de dois pulsos, o “3” com três pulsos, e assim sucessivamente, a exceção do dígito “0” que será produzido por uma seqüência de 10 pulsos. Porém, esse tipo de técnica de discagem, para um número de 10 dígitos levaria em média cinco segundos até que todo o número fosse concluído, piorando quanto maior for a quantidade de dígitos “0” ou de maior número como o “9”, por exemplo. Para esse processo não está contabilizada a chamada “pausa interdigital”, que é a demora entre a discagem entre um dígito e outro. Logo, facilmente chega-se a conclusão que a discagem decádica é processada de maneira lenta. Para corrigir esse inconveniente, o telefone com teclas, além de ser o mais utilizado, sofreu evoluções de forma a se tornar ainda mais rápido. Trata-se do telefone com envio de informações por “tons multifrequenciais” ou DTMF (Dual Tom Multi Frequency). DTMF Generator (Multifreqüencial) - Nos telefones multifreqüenciais, quando uma tecla é pressionada, ativa a emissão de um par de freqüências (DTMF) na faixa de áudio e abaixo de zero dB (menor que 0,7 volts), por um período de tempo de aproximadamente 100ms, à central local, que filtra e identifica o par como sendo o código de um número predeterminado. Cada dígito decimal ou tecla possui um par de freqüências específico, como mostra a figura abaixo, para um telefone simples. 1 2 3 A 697 Hz 3 4 6 B 770Hz 5 6 9 C 852Hz ∗ 0 # D 941Hz 1209Hz 1333Hz 1447Hz 1633Hz Figura 28 - Tons multifreqüenciais 28 Os aparelhos modernos possuem uma chave de seleção “tom / pulso” e ainda a opção de conversão para tom durante a ligação decádica, utilizando uma tecla específica para esse fim (tecla “tom” ou “*”). Os sinais DTMF, por serem confiáveis e facilitarem o projeto de circuitos eletrônicos têm contribuído para o desenvolvimento de equipamentos sofisticados para automação e controle, como, por exemplo, os atendedores automáticos para saldo bancário, saldo de cartão de crédito, identificadores de chamada (BINA), atendedores digitais PABX (DISA), telesupervisão, telecontrole, etc. Circuito de Campainha ou Ring (Tone Ring) - A central telefônica, após identificar o assinante chamado, deve enviar um sinal e fazer soar a campainha do telefone. Esse sinal deve ter potência suficiente para avisá-lo da chamada a uma distância razoável. Nos aparelhos rudimentares foi utilizada uma campainha eletromagnética. A corrente necessária e padronizada para esse fim foi de corrente alternada, senoidal, cujo valor poderá estar situado entre 70 a 90 Vrms (eficazes) com freqüência de 25Hz ± 20%. A corrente denominada de “corrente de toque” é enviada ao assinante chamado de forma pulsada, de maneira a provocar um segundo toque de campainha e quatro segundos de silêncio (1:4s). Dessa forma, todos os circuitos combinados formam o diagrama geral do telefone, que é indicado na figura abaixo. Figura 29 - Diagrama em blocos do telefone Telefone Público e Semipúblico ð Os telefones públicos são aparelhos especiais para utilização pública, instaladores em locais abertos ou não, como em rodoviárias, praças, aeroportos, etc. Por isso os Telefones Públicos devem ter robustez mecânica apropriada para resistirem a intempéries e vandalismo. Os usuários pagam pela utilização temporária desses telefones por meio de cartões, para os telefones antigos eram usadas fichas metálicas. Alguns aparelhos também funcionam com moedas. Quando uma chamada é completada, em tempos pré-determinados a central local envia um pulso de inversão de polaridade na linha, informando ao TP o momento para solicitação de mais fichas ou cartão. A inversão pode ser simples ou dupla e de maneira rampada para não provocar ruído forte no ouvido do usuário. Os TPs a cartão são mais modernos e possuem circuitos indutivos para leitura e escrita no cartão. No atendimento e em intervalos de tempo, durante a conversão, a central local envia um sinal de 12KHz para registro no cartão, que vai decrementando até zero. Telefone semipúblicos (TSPs) incorporam uma chave de seleção que permite o seu uso ora como telefone público, ora como telefone comum. São instalados em estabelecimentos comerciais, sendo controlados pelo proprietário do estabelecimento. O TSP é encarado pela central como um telefone comum, durante o funcionamento, a central envia um pulso de inversão de dupla polaridade de 50 ± 10ms, na primeira pausa interdigital da discagem. Telefone Sem Fio (Cordless Telephone) ð O telefone sem fio é um aparelho com uma parte denominada de unidade base e outra denominada de unidade móvel. A parte móvel é alimentada por uma bateria recarregável e se comunica com a estação base por RF (rádio-freqüência). A unidade base, além do circuito de RF que se comunica com a estação móvel, está conectada diretamente à linha de assinante. Ela fecha o loop, providencia a sinalização para o processo de discagem, reconhece o toque de campainha, entre outras funções. Os telefones sem fio comuns funcionam a uma distância média de até 100 metros. Outros, denominados de “longa distância”, trabalham com freqüência de RF na faixa de 900MHz e funcionam até aproximadamente 400 metros. 29 Sinalização Sem dúvida, as máquinas de um sistema telefônico foram criadas para possibilitar a comunicação entre os humanos. Porém, entre elas, as máquinas, deverão também haver comunicações para que o sistema funcione, conhecidas pelo nome de sinalização. Basicamente existem dois tipos de sinalização: a primeira será entre os aparelhos telefônicos dos usuários e a central de comutação a que estiverem conectados e a segunda são as sinalizações ocorridas entre as centrais telefônicas. Existem os seguintes grupos de sinalização padronizados: - 1. 2. 3. 4. 5. Sinalização de Assinante (Acústica); Sinalização de Linha; Sinalização de Registro; Sinalização Associada à Central; Sinalização por Canal Comum. 1. Sinalização de Assinante Também conhecida como Sinalização Acústica, consiste em uma série de sinais audí veis com freqüências e cadências preestabelecidas emitidas da central telefônica para o assinante e se divide em: ü Tom de Discar (TD) - Também chamado tom de teclar, é o sinal que informa ao assinante originador da chamada o momento de iniciar o processo de chamada, por meio da discagem ou teclagem do número do assinante destino A central enviará esse sinal toda vez que for reconhecido que o assinante retirou o fone do gancho, pois isso indicará que ela estará pronta para receber o número do assinante destino. A tensão presente na linha de assinante quando o fone estiver no gancho (loop aberto) será de 48 volts DC, quando o usuário retirar o fone, uma chave fechará o loop de linha e a tensão cairá para aproximadamente 12 Volts DC, que será detectada pela central e assim saberá que o fone foi retirado do gancho. O assinante que deseja fazer a ligação terá um tempo determinado pela central entre 15 a 20 segundos para fazê-lo, caso não o faça, será desligado da central, para que não ocupe o sistema e receberá um sinal de ocupado, sinalizando para que refaça a ligação. O sinal é enviado ao assinante chamador continuamente em uma freqüência de 425 Hz ± 25Hz até a recepção do primeiro dígito acionado pelo assinante chamador. Figura 30 - Gráfico do Sinal elétrico do Tom de Discar 30 ü Tom de Chamada (TC) - É o sinal que informa ao assinante originador da chamada que ela foi processada pela central e que o assinante de destino foi localizado. Nesse momento, no mesmo instante o assinante chamado recebe a corrente de toque de campainha, fazendo soar um sinal no seu telefone. O sinal vem de forma cadenciada, na razão de 1:4, isto é, um segundo de toque (corrente de toque de campainha) para 4 segundos de silêncio. A freqüência desse sinal é de 425Hz ± 25Hz. Figura 31 - Gráfico do Sinal elétrico do Tom de Chamada ü Tom de Ocupado (TO) - É enviado diretamente da central para o assinante que originou a chamada, informando-o das seguintes situações: se a linha do assinante destino encontra-se ocupada no momento do chamado; se há congestionamento em algum ponto da cadeia de comutação, seja nas rotas diretas ou no tráfego de transbordo; se os dígitos não foram enviados satisfatoriamente ou em tempo hábil para a central; se o enlace não pôde ser processado em algum ponto da cadeia de comutação, por problemas técnicos; Esse sinal será de 425Hz, cadenciado em ciclos iguais de 250ms de sinal e 250ms de silêncio (1/4 de segundo). Figura 32 - Gráfico do Sinal elétrico do Tom de Ocupado ü Tom de Número Inacessível (TNI) - Também é chamado de Tom de Nível Vago ou Número Inexistente. É um sinal de 425Hz enviado ao assinante originador da chamada (chamador) em uma seqüência de sinal com duração de 250ms por 750ms, intercalado por um período de silêncio de 250ms. Indica as seguintes possíveis situações: número do assinante enviado não existe; a linha do assinante destino está com defeito; número do assinante destino foi mudado; acesso ao número é negado para a sua categoria de usuário. ü Corrente de Toque (CT) - É uma corrente alternada produzida com uma tensão de 70 Vrms (eficazes) com tolerância de +20% e freqüência de 25Hz, enviada à campainha do assinante de destino (aparelho), informando-o sobre a existência da chamada. A corrente é enviada na mesma cadência do tom de controle de chamada, um segundo de sinal por quatro segundos de silêncio, até que o assinante atenda ou após completar um período de temporização. 31 ü Existem outros tons, como o Tom de advertência de Telefone Público, que informa ao usuário de telefone público o momento de trocar o cartão ou colocar outra ficha (moeda); Tom de Confirmação de Programação, utilizado nas programações de centrais privadas tipo PABX, que serão estudadas a seguir; Tom de Chamada em Espera, utilizado pelas centrais digitais quando o assinante usufrui a facilidade de atender duas chamadas em uma mesma linha, dentre outras sinalizações de assinante. 2. Sinalização de Linha É o tipo de sinalização utilizada nas supervisões das linhas de junção e estágios de conexão entre centrais interligadas entre si. Os circuitos responsáveis por essa troca de sinalização são denominados de Juntores (JT), e conforme já vimos a interligação entre centrais dá-se o nome de entroncamento. Figura 33 - Linha de Junção e Sinalização de Linha Tipos de Sinalização de Linha: Os meios para transmissão de sinais utilizados para comunicação entre as centrais podem ser: por cabos (pares de fios trançados), cabos coaxiais, rádio-enlace analógico ou digital (rádio transmissão), satélite ou ainda fibra óptica. Existem quatro variantes de sinalizações de linha adotadas conforme o tipo de entroncamento e sua evolução tecnológica: Ø Sinalização de Loop ou Corrente Contínua; Ø Sinalização E & M Pulsada; Ø Sinalização E & M Contínua; Ø R2 Digital. A escolha do sistema de sinalização de linha adequado a um dado entroncamento resulta do prévio estudo técnico-econômico, considerando o tipo de transmissão, quantidade de Juntores e conversores envolvidos. Veja abaixo, os sistemas de sinalização aplicáveis ao meio de transmissão. Transmissão Cabo Metálico (Pares de Fios) FDM (Frequency Division Multiplex) Digital Sinalização Loop ou Corrente Contínua E & M Contínua E & M Pulsada E & M Contínua E & M Pulsada R2 Digital Entre as centrais telefônicas digitais tipo CPA (Centrais de Programa Armazenado), o sistema de sinalização recomendado é: Sinalização Associada a Canal ou por Canal Comum, padronizado pelo UIT-T (Union Telecommunicaton International - Telephony), independentemente da tecnologia de transmissão. Descrição dos Sinais: os sinais enviados pela central de origem são conhecidos como sinais para frente, são os que efetivamente são produzidos pela central que inicia um processo de sinalização, e os sinais enviados pela central de destino (em resposta), como sinais para trás. 32 1. Ocupação: transmitido para frente, pela central de origem, solicitando à central de destino que seus circuitos passem da condição de repouso para a condição de operação. 2. Atendimento: sinal para trás transmitido pela central de destino, indicando que o assinante chamado atendeu à ligação. 3. Desligar para Frente: pedido de liberação de todos os elementos envolvidos na ligação. Primeiro os elementos da própria central solicitante e depois os da central de trânsito, de forma a voltar à posição de repouso, esperando uma próxima ligação. 4. Desligar para Trás: indica que o assinante chamado desligou. 5. Confirmação de Desconexão: sinal emitido pela central de destino em resposta ao sinal de desligar para frente, indicando a liberação de seus elementos. 6. Desconexão Forçada: substitui o sinal de desligar para trás. É emitido num ponto conveniente da cadeia interurbana, após esgotado o tempo de supervisão entre o sinal de desligar para frente e o sinal de desligar para trás. 7. Bloqueio: sinal emitido para provocar o bloqueio dos circuitos de um juntor de saída, na central de origem, a fim de evitar sua a ocupação, por razões pertinentes ao sistema. 8. Tarifação: transmitido do juntor de entrada para o juntor de saída da central de origem a partir do ponto de tarifação por multimedição, de acordo com a cadência correspondente ao degrau tarifário. 9. Rechamada: sinal para rechamar o assinante imediatamente após a sua desconexão, pela telefonista. Não é um sinal obrigatório. 10. Falha: o juntor de saída informa que houve falha no equipamento de origem. Sinalização de loop O entroncamento é feito com par de fios trançados, a dois fios, e os sinais consistem na variação da intensidade e inversão da polaridade da corrente de loop. Observe que o circuito de entrada (chamado de juntor de entrada - JE), que recebe a conexão, é que alimenta o circuito de saída (juntor de saída - JS), o que encaminha a chamada. A resistência máxima de loop é de 2,2 KΩ ou 1,5 KΩ para a tarifação por multimedição. A resistência mínima de isolação entre os fios “a” e “b” ou entre um condutor e o terra é de 30KΩ e a tensão de linha é de 28 ± 4V. Figura 34 - Entroncamento a dois fios Princípio de Sinalização de Loop: as sinalizações por corrente contínua ou loop baseiam-se em juntores a dois fios onde há a combinação da variação de corrente, resistência e polaridade por um determinado período de tempo. A combinação entre elas origina as sinalizações vista no item anterior. Sinalização E & M Pulsada Quando o meio de transmissão utilizado entre as centrais for feito por intermédio de rádio transmissão ou satélite poderá ser efetuada a sinalização por meio de dois métodos: E & M Pulsada ou E & M Contínua. Neste caso, entre o juntor e o sistema de transmissão de Rádio Multiplex geralmente se utilizam seis fios. O sinal de áudio passa por um circuito denominado de Híbrida que converte o circuito de dois para quatro fios, de forma a individualizar (separar) a transmissão e a recepção do sinal de voz. O quinto e o sexto fios são utilizados um para transmissão (M) e o outro para a recepção (E) durante a troca de sinalização. Um sétimo fio poderá ser utilizado para supressão de eco em comunicações via satélite. 33 Figura 35 - Sinalização E & M Pulsada A emissão dos sinais é feita com a aplicação de pulsos de terra (0 volt) no fio M, referidos a um potencial de 48 Volts, com durações preestabelecidas. Os pulsos podem ser curto ou longo, ou seja, 150ms ou 600ms respectivamente, com tolerância de 20%. O intervalo mínimo entre dois sinais consecutivos deve ser de 240ms. Para que os pulsos possam ser transmitidos, eles passam por um sistema de transmissão em que são multiplexados e modulados com uma freqüência de 3825Hz em rádios analógicos ou presença de nível lógico “1” nos bits correspondentes ao canal de sinalização em sinais digitais. Como a faixa de áudio está compreendida entre 300 e 3400Hz (canal de voz), essa técnica é conhecida também como sinalização Fora de Faixa (freqüência de 3825Hz). A tabela abaixo ilustra os sinais utilizados durante uma troca de sinalização E & M Pulsada, entre juntores, e a correspondência entre os sinais e os pulsos. O sentido das setas indica a sinalização enviada da central de origem para a central de destino e vice-versa, ou seja, os sinais para frente e os sinais para trás respectivamente. Descrição 1. Ocupação 2. Atendimento 3. Desligar para frente 4. Desligar para trás 5. Confirmação de desconexão 6. Desconexão forçada 7. Bloqueio 8. Tarifação 9. Rechamada Sentido → ← → ← ← ← ← ← → Duração (ms) 150ms ± 30ms 150ms ± 30ms 600ms ± 120ms 600ms ± 120ms 600ms ± 120ms 600ms ± 120ms Permanente 150ms ± 30ms 150ms ± 30ms Observe que temos dois tipos de sinais, o curto e o longo, com durações de 150 e 600ms respectivamente, podemos atribuir, em resumo, as seguintes condições em função do sentido do sinal. Curto → Ocupação ou Rechamada Curto ← Atendimento ou Tarifação Longo ← Desligar/Desconexão Forçada/Confirmação de Desconexão Longo → Desligar para frente Sinalização E & M Contínua A diferença de sinalização da E & M Pulsada para a E & M Contínua reside no fato de que a sinalização contínua utiliza apenas a presença ou ausência de sinal, o que corresponde a apenas dois estados possíveis em cada direção. A tabela a seguir ilustra o protocolo de sinalização E & M Contínua. Descrição 1. Livre 2. Ocupação 3. Troca MFC entre registradores 4. Atendimento 5. Conversação 6. Tarifação (150ms ± 30ms) 7. Início de desconexão pelo destino 8. Início de desconexão pela origem 9. Confirmação de desconexão 10. Bloqueio Sentido → ← ← ← → → ← Fio M Ausente Presente Presente Presente Presente Presente Presente Ausente Ausente Ausente Fio E Ausente Ausente Ausente Presente Presente Ausente Ausente Presente Ausente Ausente 34 R2 Digital Método de tarifação que é empregado na troca de informações entre juntores digitais, que utilizam enlaces PCM (Pulse Code Modulation), em português Modulação por Código de Pulsos, que foi desenvolvido pelo Dr. Reeeves em 1937, esse sistema previa suportar expansões de serviço, tanto do ponto de vista quantitativo quanto qualitativo. O R2 Digital é um sistema que utiliza dois canais de sinalização para frente (forward), conhecidos como af (a forward) e bf (b forward), e dois canais de sinalização para trás (backward), conhecidos como ab (a backward) e bb (b backward). Figura 36 - Sinalização R2 Digital O canal af indica as condições de operação do equipamento de comutação de saída e as condições de enlace do assinante chamador (aberto ou fechado). O canal bf fornece indicação de falhas ocorridas no equipamento de comutação que originou a chamada. O canal ab reflete as condições de enlace do assinante chamado (aberto ou fechado) e o canal bb, as condições de ocupação do equipamento de comutação de destino. A tabela a seguir demonstra o princípio de funcionamento do sistema. Código Transmissão Recepção af Bf ab bb 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 Condição de Linha Livre Ocupação Confirmação de Ocupação Atendimento Desconexão para trás Desconexão para frente Desconexão/Livre Bloqueado Canal de Voz Faixa de freqüência compreendida entre 300Hz e 3400Hz, comumente chamada de canal de 4KHz. Foi dimensionada quando o sistema telefônico possuía muitas limitações de comunicação, objetivando reduzir a quantidade de sinal de cada ligação para que pudesse trafegar maior quantidade de sinais por um meio de transmissão limitado. Como a maioria dos sinais da voz humana estão compreendidos nessa freqüência, optou-se por esse canal. Dessa maneira todo o sistema telefônico foi dimensionado para trabalhar nessa faixa de freqüência. Figura 37 - Gráfico do Canal de Voz 35 3. Sinalização de Registro Registro ou Registrador é uma denominação genérica dada aos circuitos ou elementos de uma estação de comutação, capazes de interpretar e enviar informações para outros centros de comutação. As sinalizações de registro são informações relacionadas às condições particulares aos assinantes originador e recebedor de chamadas e, eventualmente, às condições dos circuitos e elementos de comutação envolvidos. Essas informações devem ser trocadas entre registradores das centrais, de forma a estabelecer uma conexão. As sinalizações de registros podem ser efetuadas por pulsos decádicos (DP) ou por pares de freqüência, sinais multifreqüenciais (MF). Sinalização Decádica: o juntor de saída funciona como um telefone com discagem por pulsos decádicos. Cada conjunto de pulsos corresponde a um dígito decimal (0 a 9). Muito embora esse processo seja bastante simples e de custo reduzido, ele apresenta algumas desvantagens, como o tempo elevado para troca de sinalizações entre as centrais, estando em desuso. Esse método é empregado somente em centrais interligadas fisicamente por pares de fios e com pouca distância, pois os pulsos sofrem deformações na transmissão, devido às características inerentes dos condutores elétricos (resistência e capacitância por metro), e possuem somente sinais em um sentido, para frente. Sinalização Multifreqüencial: conhecidas por sinalizações MF, utilizam pares de freqüências senoidais combinadas entre si para a codificação dos sinais. As trocas de informações são muito rápidas, em aplicações por meios terrestres, e não deformam o sinal, sendo utilizadas freqüências dentro do canal de voz. São doze freqüências utilizadas, divididas em dois grupos de seis, denominados de freqüências altas e de freqüências baixas. Altas (Hz) Baixas (Hz) 1380 540 1500 660 1620 780 1720 900 1860 1020 1980 1140 Cada sinal corresponde a duas freqüências dentro do grupo. As freqüências altas são transmitidas para frente, no sentido do estabelecimento da cadeia de comutação, e as freqüências baixas são transmitidas para trás, como resposta às primeiras. A codificação desse tipo de sinalização é chamada de sinais MFC (Multifreqüencial Compelida). Trata-se de um sistema bastante seguro, pois, além do sinal ser reconhecido apenas pela composição de duas freqüências, os circuitos receptores possuem filtros seletivos com sensibilidade para detectar sinais com níveis muito fracos, compreendidos entre –5 e –35dBm e com variações de freqüência de 10Hz. Após a filtragem, o sinal é decodificado. Observe que na linha de junção pode haver simultaneamente, quatro freqüências, duas combinadas referentes aos sinais para frente e outras duas referentes aos sinais para trás, o que não impede a detecção e interpretação do sinal de interesse aos filtros ativos. Abaixo demonstra-se a tabela com as combinações de freqüências para formação dos dígitos. Freqüência 1 2 1380 X X 1500 1620 1740 3 4 6 X X X 5 7 8 X 1980 X 11 12 13 X 15 1140 X X X 1020 X X X 14 X X 1860 10 X X X 9 X X 900 X X X X X X 780 X 660 X 540 Interpretação dos Sinais para Frente Na tabela anterior, vimos que com cada grupo de seis freqüências podemos formar quinze combinações diferentes combinadas duas a duas. Os quinze códigos para os sinais para frente foram divididos em dois grupos denominados de Grupo I e Grupo II. Os sinais do grupo I fornecem informações numéricas e de controle, enquanto os do grupo II fornecem informações sobre o assinante que está originando a chamada. A mudança do grupo I para o grupo II ocorre durante a troca de sinalização, quando o registrador de origem (circuito ou elemento de uma estação de comutação, capaz de interpretar e enviar informações para outros centros de comutação) receber o sinal para trás A5 (Algarismo 5). 36 Sinal 1 2 3 4 5 6 7 Algarismo 1 Algarismo 2 Algarismo 3 Algarismo 4 Algarismo 5 Algarismo 6 Algarismo 7 8 9 10 Algarismo 8 Algarismo 9 Algarismo 0 11 Inserção de origem Pedido recusado ou indicação de trânsito internacional Acesso a equipamento de teste Inserção de semi-supressor de eco de destino ou indicação de trânsito internacional Fim de número ou indicação de que a chamada trafegou em enlace via satélite 12 13 14 15 Grupo I Grupo II Assinante Comum Tarifação Especial Equipamento em Manutenção Telefone Público Local Telefonista Equipamento de Comunicação de Dados Telefone Público Interurbano / serviço nacional e assinante comum / serviço internacional Comunicação de Dados / Serviço internacional Assinante com prioridade / Serviço internacional Telefonista com facilidade de transferência / Serviço internacional semi-supressor de eco na Reservado para uso futuro Reservado para uso futuro Reservado para uso futuro Reservado para uso futuro Reservado para uso futuro Tabela de significado de sinais para frente Interpretação dos Sinais para Trás Da mesma forma, os sinais para trás também são divididos em dois grupos denominados de Grupo A e Grupo B. Os sinais de grupo A são de “solicitação de envio” da central destino à central de origem. Os sinais do Grupo B fornecem informações sobre o assinante destino e congestionamento de tráfego. O registrador de destino envia o sinal A3 (Algarismo 3), quando da mudança do grupo A, para que o registrador de origem passe a interpretar os sinais do Grupo B, ou seja, comutar da interpretação dos sinais do Grupo A para o B ou vice-versa. Inicialmente, a rede brasileira utilizou o padrão “MFC 5B” baseado no sistema europeu, entretanto, atualmente, o mais utilizado é o padrão “MFC 5C” (uma variante do 5C). Há também o padrão Berne R2 empregado nas centrais de trânsito internacional. O que muda são os significados para alguns sinais do Grupo B. Sinal 1 N 2 N 3 4 5 N N 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 N N N N N I I I I I Grupo A Enviar próximo algarismo Necessidade de semi-supressor de eco no destino, ou enviar o primeiro algarismo transmitido Preparar para a recepção de sinais no grupo B Congestionamento Enviar categoria e identidade do assinante chamador Reservado para uso futuro Enviar algarismo número 2 Enviar algarismo número 3 Enviar algarismo número 1 Algarismo 0 Enviar a indicação de trânsito internacional N - Nacional Grupo B Assinante Comum Linha de assinante livre com tarifação Linha de assinante ocupada Lista de assinantes com número mudado Congestionamento Lista de assinantes livre, sem tarifação Nível ou número vago Reservado para uso futuro Reservado para uso futuro Reservado para uso futuro Reservado para uso futuro Reservado para uso futuro Reservado para uso futuro Reservado para uso futuro Reservado para uso futuro I - Internacional Tabela de significado de sinais para trás padrão “5C” 37 Sinalização DTMF e MFP: são utilizadas na troca de informações com equipamentos terminais. No capítulo referente ao Aparelho Telefônico, vimos que este processa as discagens de maneira decádica ou via DTMF. Outros equipamentos também fazem uso desses recursos. A discagem decádica é mais lenta e limitada, sendo substituída pelo processamento DTMF. Os sinais DTMF são mais precisos e a troca de sinalização torna-se mais confiável e segura. As freqüências e a codificação utilizadas na sinalização DTMF são: Freqüência (Hz) 697 770 852 941 1209 1333 1447 1663 1 X 2 X 3 X 4 5 6 Codificação DTMF 7 8 9 ∗ 0 X X X X X C D X X X X X X B X X X A X X X # X X X X X X X X X X X X Tabela de Codificação DTMF A sinalização DTMF passou a ter aplicações também em sistemas de controle à distância em equipamentos com atendimento interativo, como por exemplo: atendedores digitais automáticos, administradoras de cartão de crédito, saldo eletrônico, home banking, secretária eletrônica, solicitação de serviços à operadoras, entre outros. Os primeiros identificadores de chamada BINA (B Identifica Número A), utilizaram inicialmente uma interface (posicionada na central) para recepção de sinais MFC enviados entre as centrais analógicas imediatamente antes de enviar o toque da campainha (ring) ao assinante chamado, enviando o número ao usuário. As centrais digitais modernas, no entanto, por conveniência, já fornecem, quando programadas para esse fim, sinais DTMF ou MFP antes do ring. Os circuitos se tornaram mais simples com implementação quase que imediata e com reduzido custo para o usuário. Os sinais MPF originam-se de Multifreqüencial Propelido (ou pulsado), padronizado pela Telebrás, para centrais CPA. 4. Sinalização Associada a Canal Nas sinalizações de linha e de registro, os sinais utilizam o mesmo caminho pelo qual irá trafegar os sinal de voz durante a conversação. Por essa razão diz-se que é uma sinalização associada a canal ou por canal associado. Figura 38 - Sinalização Associada a Canal com Circuitos Analógicos 5. Sinalização por Canal Comum Na década de sessenta, as técnicas digitais aplicadas aos sistemas de comutação e transmissão trouxeram novas exigências para o desenvolvimento de sistemas mais rápidos e poderosos, comparadas às técnicas analógicas. O antigo CCITT (Comitê Consultivo de Telefonia e Telegrafia), hoje UIT, inicialmente propôs o sistema de sinalização por canal comum “número 6” (SSCC), recomendado para uso em tráfego internacional. O SSCC número 6 não era, entretanto, compatível com as novas perspectivas de integração de serviços vislumbrados na RDSI (Rede Digital de Serviços Integrados). 38 Na atualidade, o SSCC recomendado pela UIT é o número 7, concebido para utilização em centrais digitais tipo CPA e enlaces tipo PCM (Pulse Code Modulation). O SSCC número 7 é de alta velocidade e capacidade de informação, e ao mesmo tempo é econômico, confiável e flexível para expansões futuras. Nesse tipo de sinalização, as informações referentes à voz e parte da sinalização acústica são transmitidas pelo canal relativo ao circuito de conversação, enquanto as sinalizações de linha e de registros passam por um canal reservado exclusivamente para esse fim. Por se tratar de um canal de comunicação de dados (sinais digitais), todos os dados de uma chamada são transmitidos de uma só vez, o que contribui para o melhor aproveitamento dos circuitos. E como a troca de sinalização ocupa muito pouco tempo comparado ao tempo de conversação, pode-se utilizar o canal de sinalização para o controle de milhares de chamadas. Assim, o canal comum é um canal que conjuga em um mesmo circuito todos os juntores ou circuitos de voz. Tráfego Telefônico Percebe-se, de uma certa forma, uma certa frustração por alguns estudantes de telecomunicação, e por parte de outros uma euforia pelo diminuto número de cálculos apresentados na referida disciplina, por ser basicamente uma disciplina conceitual. Pois bem, a teoria do tráfego telefônico, além de experimentos reais, utilizou a estatística e cálculos de probabilidade para definir suas incógnitas, vamos a ela. Mas, primeiramente entenderemos o que significa tráfego telefônico. O tráfego telefônico caracteriza-se pela ocorrência de ligações entre um terminal telefônico e outro, considerados de forma instantânea, originadas e finalizadas em estações telefônicas locais. Para definir o tráfego telefônico de uma determinada região deve-se considerar vários fatores, entre eles a localização geográfica em termos de importância comercial e financeira e a quantidade de usuários de uma determinada localidade. Considera-se também que todos os usuários não estejam conversando ao mesmo tempo, pois se dessa forma fosse haveria um colapso total do sistema. Uma analogia muito empregada para definir o tráfego telefônico de uma cidade, por exemplo, é comparando-se os telefones com os veículos dessa mesma cidade. Verifica-se facilmente que os veículos circulantes, em determinados horários, serão em maior quantidade, chamados de horários de pico e que também, os carros estacionados em garagens, são potenciais veículos possíveis de estarem circulando pela cidade. Os automóveis estacionados em garagens representam os telefones no gancho. É uma fonte potencial de tráfego e, a qualquer momento, pode gerar uma chamada telefônica, porém mesmo com as necessidades aumentadas nas horas de forte atividade comercial e financeira, somente uma parte usará seus telefones nessas horas. Chama-se “Demanda de Tráfego” a necessidade que um usuário tem de se comunicar com outro. Intensidade de Ocupação: também chamado de densidade de tráfego. É a quantidade de veículos que deixam suas garagens e entram em uma avenida em um determinado período de tempo, poderia ser chamada de “intensidade de ocupação”, em analogia com o tráfego telefônico. Na telefonia ela corresponde ao número de ocupações que ocorre em um grupo de circuitos ou elementos de comunicação em um dado período de tempo de observação (T). Onde, n é determina a quantidade de telefonemas em curso e T o tempo em horas. É calculado por: I = n T (1) Assim, se um grupo de circuitos de comunicação apresentou 500 ocupações durante um intervalo de tempo de 1 hora e 20 minutos. Observe que 20 minutos corresponde a 1/3 de hora, logo será 0,333 h, mais 1 hora totalizará 1,333 horas, então I = 375 ocupações por hora. Atente para o fato de que o cálculo sempre deverá ser efetuado em horas. Volume de ocupação: o volume de tráfego de veículos na avenida, ou de tráfego telefônico nos circuitos de comunicação, corresponde ao somatório dos tempos de ocupação em que, em analogia, cada veículo ou chamada ocupa a via (de trânsito ou de telefonia), durante um tempo de observação “T”. Se “n” veículos entrarem na via de trânsito, ou o circuito telefônico for ocupado “n” vezes, e se registrarmos quanto tempo cada um permaneceu na via em cada ocupação, o volume será a soma de todos os tempos de cada ocupação. V = t1 + t2 + t3 + ... + tn (2) 39 Tempo Médio de ocupação: para ampliar os conceitos deve-se definir outro conceito de tempo, denominado tempo médio de ocupação (tm), que é uma média aritmética dos tempos de ocupação de um determinado circuito. Vamos supor que consideremos cinco usuários em que tomamos o tempo de ocupação individual de cada um. Digamos que um deles tenha tido um tempo de ocupação de 50 segundos, um outro usuário ocupou o sistema durante 80 segundos, um terceiro usuário durante 150 segundos, o quarto durante 200 segundos e um quinto 40 segundos. Fazendo-se a média aritmética tm = (50 + 80 + 150 + 200 + 40) / 5; tm = 104 segundos. O tempo médio de ocupação dos circuitos de conversação de uma chamada urbana, nas grandes capitais brasileiras é de 90 segundos. Isso quer dizer que se considerarmos todas as conversações ocorridas em um determinado sistema de comunicação, a média de duração delas será 1 minuto e 30 segundos. Esse valor varia de país para país, conforme os hábitos, cultura e tarifa cobrada pelo tempo de uso. Diz-se, dessa forma, que para o Brasil tm = 90 s. Sabe-se que “V” será a soma dos tempos de ocupação de um certo número de usuários. A variável “n” indicará justamente o número de usuários que acessou o sistema, logo: tm = V n (3) Intensidade de Tráfego: para medir a intensidade de tráfego têm-se que definir uma unidade de medida. Pode-se, por exemplo, tomar o tráfego representado por uma chamada padrão que ocupe um circuito durante 100 segundos. Chamamos essa medida de CCS (Cent Call Seconds), em português 100 segundos de chamada. Tomou-se o valor de 100 s, primeiro, por ser um valor próximo ao tempo de conversação médio de chamadas urbanas, e segundo, por ser um valor redondo de uma centena. Assim, a ocupação de um circuito durante 10 minutos corresponderá a 6 CCS (10 min. correspondem a 10x60= 600 segundos, logo se 1 CCS é igual a 100s, 600s será igual a 6 CCS). Alguns países usavam a unidade CCS para definir a intensidade de tráfego. Outros usavam unidades definidas ao seu próprio modo e faltava uma uniformidade para uma linguagem comum entre os técnicos e engenheiros de tráfego, então foi padronizado pela UIT, no ano de 1964 a unidade Erlang (ERL) como unidade oficial de intensidade de tráfego. O nome Erlang foi uma homenagem ao dinamarquês A.K. Erlang, que dedicou sua vida à pesquisa, experimentos e desenvolvimento da teoria do tráfego telefônico. Erlang é uma unidade simbolizada pela sigla ERL para indicar que se trata de intensidade de tráfego telefônico. Se tomarmos o volume V equivalente a uma hora (soma de n ocupações de tempo que ocorreram) durante a observação, totalizando o tempo de uma hora), saberemos que se trata de 1 ERL, ou seja, 100% de ocupação. Não existem múltiplos, nem submúltiplos dessa unidade de medida. A intensidade de tráfego é representada pela letra A, o volume de tráfego pela letra V e To indicará o tempo de ocupação. Se To e V forem expressos na mesma unidade de tempo (horas, minutos ou segundos), o A obtido será em Erlang. A = V (4) To Veja, como exemplo, se tomarmos o caso de um circuito de comunicação que ficar ocupado durante 20 minutos, o correspondente em Erlang será: A = 20 A = 0,33333 ERL 60 Observe que To corresponde a uma hora de observação, o equivalente em minutos será 60 minutos. A unidade Erlang é 36 vezes maior que 1 CCS, logo, para converter Erlang em CCS deve-se multiplicar o valor em Erlang por 36. Exemplo: o volume de tráfego observado em um circuito, durante uma hora consecutiva é de 15 minutos. O tráfego (em Erlang) é A=15/60 = 0,25 ERL. A intensidade em CSS é 9,0 CCS (0,25 x 36). 1 CCS --------------- 100 s 1 ERL -------------- 3600 s 15 x 60 = 900s = 9 CCS 40 Tomando as definições das formulas anteriormente vistas em (1) e (3), deduz-se: n I obtida de (1) V = n x tm obtida de (3) T = E substituindo-se em (4), teremos que a intensidade de tráfego também é obtida pelo produto da Intensidade de ocupação (I) pelo tempo médio de ocupação (tm): I A = n x tm x n A = l x tm (5) Exemplo: qual será o volume de tráfego originado por 100 assinantes, em que cada um apresenta uma intensidade de ocupação de 2 chamada/hora, e as chamadas têm a duração média de 180 segundos? 2 x 180 A = 3600 A = 0,1 ERL / assinante Para 100 assinantes A = 0,1 x 100 = 10 ERL Hora de Maior Movimento (HMM): foi definida pela UIT (Antiga CCITT), no ano de 1964, que a HMM é o período de 60 minutos contínuos onde o tráfego será máximo. Como o tráfego varia de unidade de tempo em unidade de tempo, como por exemplo: de hora em hora, de dia em dia, de mês em mês e de ano em ano, para fazer um levantamento de qual será a hora de maior movimento, médio, de uma determinada central de comutação, é necessário um levantamento detalhado durante um certo período de tempo. Para análises mais precisas, como de centrais de grande porte, será necessário um levantamento sistemático de tráfego, inclusive considerando os tempos de parada para manutenção. Conforme orientações do UIT, com o objetivo de controlar o limite mais baixo do grau de serviço permissível, é recomendado considerar o valor médio do tráfego da HMM durante, no mínimo, os 5 dias mais movimentados em um período de 12 meses consecutivos. Sistema de Numeração Telefônico Existe uma padronização de numerações telefônicas para que possam ser efetuadas ligações internacionais diretamente, sem necessidade de telefonista. Deve-se proceder da forma indicada a seguir para a realização de chamadas telefônicas: è Ligações Locais Para o caso, por exemplo, de Porto Alegre, os 4 primeiros dígitos representam o prefixo da Central Telefônica, para a área da Grande Porto Alegre podem haver apenas 3 dígitos, por haver menor quantidade de centrais, os quatro dígitos finais representam o número do assinante de uma região. Assim, no número 3374 28 58, por exemplo, a seqüência numérica 3347 será o prefixo da central e 2858 o número de usuário. É conhecida como ligação de curta distância ou local. Para fazer ligações locais disque Diretamente o número do telefone (Central + Número de Assinante) Para fazer ligações locais a cobrar disque 90 + 90 + número do telefone 41 è Ligações interurbanas de aparelho fixo para fixo Para realizar ligações interurbanas, aquelas cuja origem e o destino estão situadas em cidades diferentes, em áreas geográficas afastadas, conhecidas como ligações de longa distância, deve-se acrescentar o chamado código de área, conhecidas como DDD (discagem Direta à Distância). Devido a privatização do sistema telefônico foi criado um código especial de 2 dígitos para indicar a operadora de telefonia da região a ser escolhida pelo assinante para utilização de seu sistema de telefonia interurbana para efetuar a ligação telefônica, havendo a necessidade da inserção do dígito “0” antes do código da operadora. O assinante usufruirá do serviço de comutação interurbana disponibilizado pela operadora, o qual poderá escolher entre as diferentes operadoras disponíveis na região, com o preço que achar mais atrativo, entretanto, é necessário que a empresa possua interligação interurbana com a cidade a qual o assinante deseje falar. Para fazer ligações interurbanas disque 0 + código da operadora + DDD + número do telefone Para fazer ligações interurbanas a cobrar disque 9 + 0 + código da operadora + DDD + número do telefone Você pode consultar os códigos DDD de todo o Brasil no: site da Embratel - http://www.embratel.net.br/tarifas/codigos-ddd.html ou no site com mapa do Brasil - http://sites.uol.com.br/bcncb/Mapabr.htm; Figura 39 - Mapa do Brasil com códigos DDD 42 è Ligações internacionais de aparelho fixo para fixo São aquelas cuja origem e destino estão situadas em países diferentes. O usuário deve escolher uma operadora que trabalhe com telefonia internacional. Você pode consultar sobre os códigos dos diferentes países em: http://www.embratel.net.br/tarifas/codigos-ddi.html Para fazer ligações internacionais disque 00 + código da operadora + código do país + código da localidade + número do telefone è Ligações para códigos não geográficos Pode-se usufruir das facilidades oferecidas pelo sistema telefônico, utilizando os denominados códigos não geográficos, porque não possuem a necessidade de indicação da região de chamado. Esses códigos são programados em nível nacional em centrais específicas, que direcionam o assinante chamador para o ponto desejado. São serviços do tipo 0800 (ligação gratuita), 0500 (doações) e 0300 (ligação paga), por exemplo. Nesse caso não é necessário escolher o código da operadora, basta apenas discar diretamente o número desejado que o local chamado será automaticamente localizado pelo sistema. è Ligações para serviços As ligações para serviços cujo número é formado por três dígitos, como por exemplo, o auxílio à lista, não será necessário discar o código da operadora, com exceção do serviço nacional de informações (121). Veja que o 102 é um serviço local para a região de Porto Alegre e da Grande Porto Alegre. Caso deseje acessar o auxílio à lista interurbano, disque: 0 + código da operadora + DDD + 121 è Ligações locais de aparelho fixo para móvel O sistema está programado para encaminhar as ligações SEM o uso do código da operadora. Disca-se apenas o número do telefone. è Ligações interurbanas de aparelho fixo para móvel O sistema está programado para encaminhar as ligações COM o uso do código da operadora. Neste caso, disca-se: 0 + código da operadora + DDD + número do telefone 9 + 0 + código da operadora + DDD + número do telefone è Ligações internacionais de aparelho fixo para móvel Para fazer ligações internacionais, disque: 00 + código da operadora + código do país + código da localidade DDD + número do telefone è Ligações locais de aparelho móvel para fixo O sistema está programado para encaminhar as ligações SEM o uso do código da operadora. Disca-se apenas o número do telefone. è Ligações de longa distância nacionais e internacionais em telefones móveis O sistema está programado para encaminhar as ligações COM o uso do código da operadora, assim ligue: 0 + código da operadora + código da localidade DDD + número do telefone 9 + 0 + código da operadora + código da localidade DDD + número do telefone (para ligações à cobrar) 00 + código da operadora + código do país + código da localidade DDD + número do telefone 43 Tarifação Telefônica Para entender o plano de tarifação telefônico deve-se definir dois conceitos básicos: a diferença entre taxa e tarifa. Taxa refere-se a um pagamento de um valor fixo e único de um serviço a ser executado apenas uma única vez. Quando o assinante deve ser conectado à rede telefônica, a operadora tem que lhe atribuir um número, enviar um instalador à sua residência, escritório ou fábrica para instalar externamente a ligação de sua linha e executar manobras na rede para levar sua linha do DG da operadora até seu telefone via linha de assinante. Cada instalação tem um custo específico. A operadora calcula o custo médio da instalação e fixa o valor da “taxa de instalação”. O que caracteriza a taxa é seu caráter não repetitivo. Já a “tarifa” é um valor que é cobrado do assinante de modo repetitivo, isto é, uma remuneração periódica que a operadora cobra por seus serviços prestados e/ou aluguel de instalações. A denominada “tarifa básica” cobre os custos de operação do sistema, custos administrativos e provisões para ampliações e manutenções. Dessa forma, os custos de operação da operadora de telefonia são de duas naturezas: ü independentes do tráfego (tarifa básica ou mínima de operação); ü dependentes do tráfego (conforme o tempo, distância de conversação e hora de o uso do sistema). Os custos independentes do tráfego são aqueles que ocorrem obrigatoriamente, quer o assinante use ou não seu telefone, são uma assinatura mensal. Esses custos cobrem o custos do uso prédio da operadora, do condicionamento de ar, dos gastos com energia elétrica, insumos e com seus funcionários. Os custos dependentes do tráfego são aqueles proporcionais ao uso do serviço telefônico, sendo formado por duas parcelas: ü custos de estabelecimento da ligação; ü custos de transmissão. Os custos de estabelecimento são aqueles que ocorrem para o estabelecimento das conexões entre os assinantes. Compreendem o custo do acionamento de órgãos comuns, como processadores, registradores, analisadores de algarismos, identificadores de assinante, etc. Os custos de transmissão referem-se àqueles proporcionais ao tempo de duração da chamada, onde se incluem: órgãos de ligação, circuitos tronco, linhas interurbanas, estágios comutadores, etc. Critérios de Tarifação Conforme a política tarifária e a dimensão da rede, existem diversos critérios de tarifação, são eles: Ä Tarifa fixa (flat rare) - quando se cobra do assinante uma quantia fixa por período de assinatura independente da quantidade, duração ou distância das chamadas. Não requer equipamento de tarifação. O valor é fixado por uma média de uso e esse tipo de cobrança é recomendada para pequenas comunidades com baixo tráfego. Ä Tarifa Por Chamada Completada (message rate) - é um critério em que se contam as chamadas originadas por um assinante e que foram atendidas pelo assinante ou serviço tarifável chamado. Não leva em consideração o tempo de duração da chamada nem a distância. Basta prover cada assinante com um contador de chamadas. Ä Multimedição (multimetering) - é um critério em que se considera o tempo de conversação das chamadas originadas. O assinante paga pelo tempo de uso e a central precisa ter um equipamento um pouco mais complexo. Ä Multimedição por tempo e distância (time-zone metering) - é um critério em que se registra o tempo de conversação e a distância da chamada. A central precisa contar com recursos para essa dupla ponderação. Uma idéia simplista para atender aos critérios de multimedição, seria equipar cada linha de assinante na central com um tipo de cronômetro, ativado toda a vez que ele estivesse em conversação. A solução complicarse-ia, pois para levar em conta a distância teríamos que ter um cronômetro para cada classe de distância. Esta seria uma imaginação leiga, muito complicada e dispendiosa para medir o consumo do serviço telefônico. 44 Contadores de Pulsos Para a medição por chamada temos um contador associado a cada terminal de assinante, em uma sala especial lacrada, na central telefônica a qual o assinante se encontra conectado. Cada vez que o assinante origina uma chamada e esta é completada, ou seja, a parte chamada atende, incrementa-se uma unidade nesse contador. O incremento desse contador entre os dias primeiro e o último dia do mês indica a quantidade de chamadas no mês. a central telefônica tem apenas que enviar (no início ou no fim da conversação) um pulso elétrico para fazer o contador avançar uma unidade, porém sem considerar a duração das chamadas e a distância. Pulsos Aleatórios de Karlsson Para efetuar uma medição telefônica utilizando um circuito que tenha pouca complexidade, com método simples e com relativa precisão de operação, evitando a necessidade de cronômetros nos terminais de assinantes, S. A. Karlsson, engenheiro chefe da empresa telefônica de Helsinque, na Finlândia, criou no final da década de 1930 uma solução eficiente para o problema que foi chamada de método de Karlsson. Se na tarifa do assinante têm-se que considerar o tempo de conversação, introduz-se um gerador de pulsos (de relógio - clock) na central telefônica local, com um período de duração “R”. Quando um assinante completa uma chamada, o gerador de pulsos comum a toda central é temporariamente conectado ao seu contador. Quando o assinante chamador desligar, este gerador é também desconectado. Durante o tempo de conversação do usuário (TC ), houve a ocorrência de um pulso a cada “R” segundos, num total de TC /R pulsos. Esse método de multimedição chama-se Karlsson Puro. Observe que como não há uma sincronização entre o momento do atendimento do usuário chamado e o aparecimento do primeiro pulso de relógio (clock), pois os pulso de relógio nesse método ocorrem de modo independente, transcorrerá um tempo não determinado “X”, de duração aleatória entre o instante zero e “R” que não será contabilizado para tarifação. A precisão da medição será tanto maior, quanto menor for o período de tempo “R” em relação ao tempo de conversação médio da chamada TCM, isto é, a precisão será maior, quanto maior for a relação TCM/R. Figura 40 - Método Karlsson Puro O período “R” deve ser selecionado com critério. Não pode ser aquele valor mínimo para melhor precisão, isto porque ocasionará o risco dos assinantes de alto tráfego receberem pulsos em tal quantidade que seu contador de 4 ou 5 tambores (até milhar ou dezena de milhar), respectivamente, avançaria mais de 9.999 ou 99.999 passos no período de faturamento, perdendo-se a indicação. “R” não poderá ser também muito grande, pois comprometeria a precisão do sistema e haveria um alto número de chamadas sem pagamento. Onde: Y = tempo remunerado pelo assinante sem desfrutar o serviço X = tempo remunerado pelo assinante sem desfrutar o serviço 45 Figura 41 - Chamada muito breve não tarifada Quando se utilizam simultaneamente, para distintos casos de tráfego, tarifa por chamada, o contador é único e o preço unitário do pulso opera como uma unidade monetária para a empresa operadora. Neste caso, o preço do pulso unitário e os períodos “R” para várias direções de chamada precisam ser compatibilizados. O método Karlsson Puro mostra-se justo para ambas as partes para grande quantidade de chamadas, quando a soma de “X” se equilibra com a soma dos tempos de “Y”. Entretanto, se houver muito a ocorrência de pulsos sem tarifação, haverá uma tendência dos “erros” beneficiarem o usuário. Para impedir que as chamadas muito curtas sejam realizadas sem débito, criou-se o método Karlsson Modificado ou Acrescido. Figura 42 - Pulsos de Karlsson Modificado Devido à aleatoriedade do início da cadência de pulsos do relógio em relação ao momento do atendimento, antecipou-se o primeiro pulso que é gerado no próprio circuito de conversação em decorrência do sinal de atendimento. Esse pulso antecipado garante, pelo menos, a cobrança de um pulso se a chamada for muito curta. Para que o método não penalize demasiadamente o usuário, o primeiro pulso proveniente do relógio é cancelado. Com esse procedimento a quantidade de pulsos não é aumentada, mas apenas antecipa-se o primeiro pulso para impedir chamadas sem tarifação. Esse procedimento ocasiona um prejuízo para usuários que fizerem muitas ligações de curto espaço de tempo. O tempo de relógio “R” será acrescido ao tempo “X”, conforme o instante em que o usuário ingresse no sistema para conversação. Dessa forma é comum ouvir-se pessoas dizendo: “vamos falar rapidamente para economizar na ligação”, entretanto, não sabem que a tarifação inicial ocorrerá por um tempo mínimo de 4 minutos (que é o tempo “R”), somado ao tempo “X”. Conforme já foi visto, o tempo médio de ocupação (tm) dos circuitos de conversação de uma chamada urbana, nas capitais brasileiras é de 90 segundos, que equivale a um minuto e meio. Assim as companhias telefônicas saem lucrando na maioria das conversações, pois o usuário tem direito de usufruir no mínimo 4 minutos de conversação (X+R), e em geral, apenas usufrui 1 minuto e meio, pagando por 4 minutos. Por essa razão que companhias telefônicas estão promovendo a tarifação por contagem direta de tempo de uso, como por exemplo a GVT, isso foi possível devido às facilidades e operacionalidades proporcionadas pelas centrais digitais. 46 Multimedição Vimos anteriormente como se processa a multimedição simples, onde se considera apenas o fator tempo de conversação. Ela é empregada para chamadas dentro de uma mesma área numérica (chamadas locais). Entretanto, há chamadas com custos por unidade de tempo bem diferentes, dependendo da distância. Veja que a empresa operadora de telefonia deseja cobrar esse tipo de chamada de modo adequado. Nestes casos, o fator distância deve ser levado em consideração e, quando a chamada for estabelecida, tem-se que registrar de alguma forma, a partir da central de origem, qual a direção discada, para considerar a distância. Isto pode ser deduzido diretamente por meio do número discado, pois o plano de numeração está de algum modo relacionado às zonas de tarifação. Pode-se, deste modo, em função dos primeiros algarismos discados (código de área ou prefixo da central de destino), classificar as distâncias de acordo com uma escala de degraus tarifários. Conhecido o degrau tarifário a se aplicado à chamada em questão na central de origem, comuta-se ao seu circuito de conversação (juntor alimentador) o gerador de pulsos com período “R” apropriado à tarifa a ser aplicada por unidade de tempo nesta distância. O gerador de pulsos é o mesmo. Apenas tem grande quantidade de saídas, cada uma, com período “R” específico a escolher (R desde poucos segundos até dezenas de minutos), todas controladas de um relógio central. O circuito alimentador na central de origem de onde se aciona o contador de chamadas, terá que possuir circuitos seletores para as várias freqüências de pulsos, posicionados em função da análise dos algarismos discados. Assim, conforme a direção discada, comuta-se após o sinal de atendimento, o contador de chamadas à freqüência de pulsos correspondente à tarifa à aplicar. Figura 43 - Multimedição por tempo e distância Tarifação Global e Detalhada A tarifação Global (Bulk Billing) é aquela que, por meio do contador de chamadas, totaliza pulsos de tarifação do assinante em chamadas locais, nacionais e internacionais. O assinante recebe em sua casa uma conta com débito “total” de pulsos que multiplicado pelo seu valor unitário representará o débito do serviço no período. Há, entretanto, chamadas de baixo custo (chamadas locais) e chamadas dispendiosas (DDD e DDI) impossíveis de serem separadas e explicadas ao assinante em caso de reclamações. Bilhetagem Automática Para evitar esses problemas foi inicialmente usado, no Canadá, um sistema de tarifação com detalhamento das chamadas DDD e DDI. Nesse sistema, as chamadas dirigidas à rede interurbana e que usam o prefixo nacional, são tratadas por um equipamento denominado “Bilhetador Automático” (em analogia aos bilhetes manuais nas chamadas via telefonista). São conhecidos como CAMA (Central Automatic Message Accounting). O bilhetador automático (Toll Ticketing Equipment) extrai, no ponto de tarifação interurbana, em todas chamadas iniciadas pelo prefixo nacional “0”, os dados relativos “a identidade do chamador (número significativo nacional), o número completo do telefone chamado, a hora do atendimento, a hora da desconexão, classe da 47 chamada, data e outras informações para supervisão e manutenção. Com os dados acima, calculam-se o tempo de conversação e a tarifa aplicável por unidade de tempo e eventualmente redução tarifária em função da hora ou data (feriados, domingos, etc.). O resultado deste processamento alimenta o processo de emissão das contas, onde as chamadas DDD são relacionadas uma a uma. Degraus Tarifários O valor da tarifa em função da distância varia de acordo com intervalos de classes de distâncias, formando similarmente uma linha em forma de degraus de escada, daí o nome de degrau tarifário. As distâncias computadas não são o comprimento das rotas de cabos ou de microondas, mas a distância geográfica entre as áreas tarifárias de origem e destino. Estas áreas tarifárias são as próprias áreas numéricas (designadas pelos seus códigos de área) ou, quando muito extensas, são subdivididas e designadas pelo código de área adicionado dos primeiros algarismos da numeração local. O centro coletor principal de tráfego dentro desta área tarifária (Classes IV, III ou II) localizase naturalmente também na cidade principal da área tarifária. O cálculo da distância geográfica entre dois pontos faz-se considerando a latitude e longitude entre eles. As tarifas do minuto são cobradas em função da distância entre os centros de área de tarifação e o horário da chamada, como segue: Degrau Conurbado (DC): é o valor cobrado por minuto de uso após o estabelecimento da chamada em ligações efetuadas em áreas limítrofes com continuidade urbana às grandes cidades. Ex: Poa - Cachoeirinha. Degrau 1 (D1): é o valor cobrado por minuto de uso após o estabelecimento da chamada em ligações efetuadas entre localidades cujos centros de área tarifária tenham distância geodésica até 50 Km (cinqüenta quilômetros) Degrau 2 (D2): é o valor cobrado por minuto de uso após o estabelecimento da chamada em ligações efetuadas entre localidades cujos centros de área tarifária tenham distância geodésica entre 51 Km (cinqüenta e um quilômetros) e 100 Km (cem quilômetros). Degrau 3 (D3): é o valor cobrado por minuto de uso após o estabelecimento da chamada em ligações efetuadas entre localidades cujos centros de área tarifária tenham distância geodésica entre 101 Km (cento e um quilômetros) e 300 Km (trezentos quilômetros). Degrau 4 (D4): é o valor cobrado por minuto de uso após o estabelecimento da chamada em ligações efetuadas entre localidades cujos centros de área tarifária tenham distância geodésica acima de 301 Km (trezentos e um quilômetros). Degrau DC D1 D2 D3 D4 Distância Geodésica (km) Localidades Conurbadas Até 50 Acima de 50 até 100 Acima de 100 até 300 Acima de 300 0,06487 0,15980 0,26636 0,31421 0,36748 Valores em R$, por minuto 0,12982 0,03241 0,27854 0,07987 0,40868 0,13313 0,47335 0,19973 0,47531 0,26636 0,01618 0,03990 0,06653 0,09983 0,13313 Dependendo do dia e hora em que for feita, a chamada pode ter um desconto de até 75% ou um aumento de 100%, veja abaixo: Tarifa Normal - NOR (100%); Tarifa Diferenciada - DIF (Dobro da Tarifa Normal); Tarifa Reduzida - RED (desconto de 50%); Tarifa Super Reduzida - SRD (desconto de 75%). Detalhamento dos Valores Cobrados O Serviço Local (LOC) é uma modalidade do Serviço Telefônico Fixo Comutado (STFC) destinado à comunicação entre pontos fixos determinados situados em uma mesma Área Local. Para ter acesso ao Plano Básico de Serviço Local o usuário deverá pagar a operadora de telefonia as seguintes tarifas: Habilitação: é o valor a ser pago pelo assinante à operadora, no início da prestação do serviço, possibilitando usufruir plena e imediatamente do STFC. Seu custo líquido é R$ 66,75 com impostos. Valor tomado na data de 03/07/2003. Assinatura residencial: é o valor a ser pago mensalmente pelo assinante à operadora para manutenção do STFC, para clientes com perfil de uso do tipo residencial. Seu custo líquido é R$ 33,21 sem impostos. Valor tomado na data de 03/07/2003. 48 Assinatura não residencial: é o valor a ser pago mensalmente pelo assinante à operadora para manutenção do STFC, para clientes com perfil de uso não residencial (comercial). Seu custo líquido é R$ 46,13 sem impostos. Valor tomado na data de 03/07/2003. Assinatura Tronco: é o valor a ser pago mensalmente pelo assinante à operadora para manutenção do STFC, para clientes que utilizam centrais privativas tipo PBX (Private Branch eXchange). Seu custo líquido é R$ 46,13 com impostos. Valor tomado na data de 03/07/2003. Pulso local: é a unidade de tarifação das chamadas locais. O valor líquido com impostos é R$ 0,13363 com impostos. Valor tomado na data de 03/07/2003. Mudança de endereço: é um serviço que fornece ao assinante a possibilidade de manter a prestação do serviço no novo endereço, dentro do mesmo município. Seu custo líquido é R$ 79,95 com impostos. Valor tomado na data de 03/07/2003. Os valores indicados foram obtidos como exemplo para a operadora de telefonia Brasil Telecom. As tarifas mensais de assinatura são valores fixos cobrados apenas pelo uso dos serviços de telefonia fixa. Essas tarifas variam de acordo com a classe de assinantes, que pode ser residencial, comercial ou PBX. A assinatura do STFC local permite que o cliente use 100 (cem) pulsos por mês (franquia) para telefones residenciais e 90 (noventa) pulsos por mês para telefones não residenciais, ambos sem encargos adicionais. Caso tais limites sejam ultrapassados, o cliente passa a incorrer em taxas de serviço medido e pagam pelas ligações conforme a utilização que é medida em pulsos. Conforme foi visto o pulso é a unidade de tarifação das chamadas locais, ele é registrado por chamada e por tempo de conversação. Essas chamadas podem ser tarifadas, dependendo do dia e do horário de sua ligação, sobre duas formas: Multimedição e Medição Simples. No Método de Medição Simples a cobrança é feita aplicando-se uma unidade de tarifação (pulso) por chamada completada, qualquer que seja seu tempo de duração. No Método de Multimedição, também conhecido como Método de Karlsson Acrescido ou Modificado, a cobrança é feita pela aplicação de uma unidade de tarifação (pulso) por chamada estabelecida e de unidades adicionais a cada 240 segundos, sendo a primeira cobrança efetuada ao acaso em relação ao início da chamada. As chamadas telefônicas locais a cobrar, entre telefones fixos, equivalem ao degrau tarifário 1 (Degrau 1) de uma chamada do Serviço de Longa Distância Nacional, variando em função do dia e horário da ligação e é cobrado na conta do telefone chamado. Nas ligações locais originadas de Telefone de Uso Público (TUP) não há consideração horária (para sábados, domingos e feriados), sendo assim, é adotado o método de medição por tempo, independentemente do dia ou horário, em que incide uma unidade de tarifação no completamento das chamadas e as demais, sincronizadamente, a partir da primeira (Método de Karlsson Modificado). Cada ficha local ou crédito do cartão dá direito a 120 segundos de conversação. A cadência dos pulsos dos Telefones de Uso Público não varia. Nas ligações locais feitas de um telefone fixo para um telefone móvel celular será cobrado o Valor de Comunicação 1 (VC-1). A unidade de tarifação (pulso) é de 6 (seis) segundos e a tarifação mínima é de 30 (trinta) segundos, apenas chamadas superior a 3 (três) segundos serão cobradas. Por exemplo, se o usuário realizar uma chamada com duração de 20 segundos, será cobrada uma tarifação mínima de 30 segundos e se acaso a ligação durar 31 segundos serão cobrados 36 segundos. Para essas ligações deve ser aplicada redução de, no mínimo, 30% (trinta por cento) na tarifa, nos seguintes dias e horários: • Segunda a sábado: das 00:00 hs às 07:00 hs e das 21:00 hs às 24:00 hs; • Domingos e feriados nacionais: das 00:00 hs às 24:00 hs. Nos demais horários é aplicada a tarifa normal. Exemplos de cobrança de tarifação: Exemplo 1: ligação local entre telefones fixos, iniciada às 08:00 hs e terminada às 08:10 hs da sexta-feira. Neste caso, o usuário falou dez minutos e foi registrado um pulso no momento do estabelecimento da chamada, um outro após o atendimento que pode ocorrer entre 0 e 240 segundos a partir do início da chamada e os outros pulsos durante a conversação a cada vez que passar pelo pulso da cadência, 240 segundos. Exemplo 2: ligação local entre telefones fixos, iniciada às 23:55 hs e terminada às 00:10 hs da segundafeira. Neste caso, o usuário falou quinze minutos e foi registrado um pulso no momento do estabelecimento da chamada, um outro após o atendimento que pode ocorrer entre 0 e 240 segundos a partir do início da chamada e após a 00:00 h não será aplicado mais nenhum pulso, pois este pulso foi registrado no início da atendimento. 49 ð Plano Básico do Serviço Local O Plano Básico do Serviço Local é regido pelas Portarias números 217 e 226, ambas de 03/04/1997, do Ministro de Estado das Comunicações. As tarifas apresentadas são máximas, líquidas de impostos e contribuições sociais. Acesso ao Serviço Telefônico Fixo Comutado - STFC Para o acesso ao Serviço Telefônico Fixo Comutado, a Prestadora poderá cobrar um Taxa denominada de Taxa de Habilitação, cujo valor é limitado pela Portaria n.º 508, de 16/10/1997, do Ministro de Estado das Comunicações; A assinatura do STFC local inclui uma franquia de 100 pulsos para telefones residenciais e 90 pulsos para comerciais, onde o usuário poderá usufruir do sistema sem tarifação adicional, pagando apenas a tarifa básica. A mudança de endereço de assinante habilitado poderá ser cobrada, sendo o valor limitado pela mesma portaria acima referida; ð Sobre a utilização do STFC Local - STFC Local é regulamentado pela Portaria n.º 216, de 18.09.1991, do Secretário Nacional de Comunicações, alterada pela Portaria n.º 218, de 03 de abril de 1997, do Ministro de Estado das Comunicações, que dispõe sobre os processos de tarifação das chamadas locais no Serviço Telefônico Público. O STFC Local será tarifado: a) pelo método Karlsson Acrescido (Modificado) - KA - 240 (multimedição), onde a cobrança é feita pela aplicação de uma unidade de tarifação (pulso) por chamada estabelecida e de unidades adicionais a cada 240 segundos, sendo a primeira cobrança efetuada ao acaso em relação ao início da chamada. b) pelo Método de Medição Simples, onde a cobrança é feita pela aplicação de uma unidade de tarifação (pulso) por chamada atendida, independentemente de sua duração. Dias e Sistema de Medição De Segunda a Sexta-feira das 06:00h às 24:00 h Multimedição (KA 240); De Segunda a Sexta-feira das 00:00h às 06:00 h Medição Simples; Sábados das 06:00 h às 14:00 h Multimedição (KA 240); Sábados das 00:00 h às 06:00 h e das 14:00 h às 24:00 h Medição Simples; Domingos e Feriados das 00:00 às 24:00 horas Medição Simples. A unidade de tarifação do STFC Local é o Pulso, cujo valor médio, estabelecido pela Portaria n.º 226, de 03.04.1997, do Ministro de Estado das Comunicações, é R$ R$ 0,13363 na data 03/07/2003. Nas Chamadas Locais a Cobrar poderão ser aplicados os princípios de tarifação do STFC Longa Distância Nacional relativos ao Degrau 1 da Matriz de Degraus Tarifários do STFC Longa Distância Nacional, conforme determina a Portaria n.º 218, de 03.04.1997, do Ministro de Estado das Comunicações; Nas chamadas locais originadas em telefones públicos, será adotado o método de medição por tempo, em que incide uma unidade de tarifação, sincronizadamente, ocorrendo a primeira no completamento da chamada, denominado método Karlsson Puro, conforme determina a Portaria n.º 216, de 18.09.1991, do Secretário Nacional de Comunicações, com o período de tempo para a unidade de tarifação de 120 segundos, conforme prevê a Portaria n.º 218, de 03.04.1997, do Ministro de Estado das Comunicações. O Valor da Ficha Local/Crédito do Cartão Telefônico é fixado conforme a Portaria n.º 226, de 03.04.1997, do Ministro de Estado das Comunicações; ð Serviços de Longa Distância Nacional e Internacional Ø O Serviço de Longa Distância Nacional (LDN) é uma modalidade do STFC referente às chamadas entre duas áreas locais situadas no Território Nacional, conhecidas como chamadas interurbanas. A tarifação do Serviço LDN varia em função: • Da distância entre os centros de áreas tarifárias das localidades de origem e destino da chamada (Degrau Tarifário); • Do tempo de duração; • Do tipo de chamada realizada (automática ou manual); • Do horário de realização da chamada. 50 Ø O Serviço de Longa Distância Internacional (LDI) é uma modalidade do STFC destinada à comunicação entre um ponto fixo situado no território nacional e um outro ponto no exterior. A tarifação do Serviço LDI varia em função: • • • • Da Do Do Do abrangência Internacional, Internacional-Regional e Internacional-Fronteiriço; tipo de chamada (básica ou especial); tipo de completamento da chamada (automática ou manual); horário de realização e da duração da chamada. Nas chamadas de Longa Distância Internacional (LDI) é adotada a seguinte cobrança por tempo de uso: • Tempo inicial mínimo de tarifação: 1 (um) minuto para as chamadas automáticas e 3 (três) minutos para as chamadas manuais; • Unidade de tarifação das chamadas: 6 (seis) segundos após o primeiro minuto; • Tempo mínimo para início da tarifação: 0 (zero) segundos; Na tarifação de chamadas de abrangência Internacional-Fronteiriço aplicam-se os valores correspondentes ao Degrau 1 do Serviço de Longa Distância Nacional. Nas demais chamadas Internacionais aplica-se a tarifa reduzida de acordo com as seguintes faixas de horários: Grupo País ou Grupo de Países Horário de Tarifa Reduzida 1 - Argentina, Chile, Paraguai e Uruguai 20:00h às 05:00h; 2 - Estados Unidos da América ( Inclui Havaí ) 20:00h às 05:00h; 3 - Canadá e demais países das Américas e Antilhas 20:00h às 05:00h; 4 - Portugal (Inclusive Açores e Ilha da Madeira) 20:00h às 05:00h; 5 - Alemanha, Andorra, Áustria, Bélgica, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Holanda, Irlanda, Itália, Liechenstein, Noruega, Reino Unido, Suécia e Suíça 20:00h às 05:00h; 6 - Demais Países da Europa e Oriente Médio 20:00h às 05:00h; 7 - Austrália e Japão 13:00h às 17:00h; 8 - Países da África 20:00h às 05:00h; 9 - Demais Países da Ásia, Oceania e Ilhas do Pacífico 01:00h às 06:00h e das 13:00h às 17:00h; Região, País ou Grupo de Países Horário de Tarifa Reduzida A - Estados do Mato Grosso do Sul e Paraná /Todo o Paraguai 20:00h às 05:00h; B - Estado do Rio Grande do Sul /Todo o Uruguai 20:00h às 05:00h; C - Estado do Amazonas /A Comissária do Amazonas na Colômbia 20:00h às 05:00h; D - Estados do Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul / as Províncias do Chaco, Formosa, Missiones, Corrientes e Norte de Santa Fé, na Argentina 20:00h às 05:00h; E - Estado do Mato Grosso do Sul / Depto. de Santa Cruz de La Sierra, na Bolívia 20:00h às 05:00h; ð Serviço Móvel Pessoal (SMP) Nos termos da Resolução Anatel n.º. 318, de 27/09/2002, alterada pela Resolução Anatel n.º. 326, de 28/11/2002, a modalidade SMC (Serviço Móvel Celular) foi substituída pelo SMP (Serviço Móvel Pessoal), visando permitir a escolha de provedor de acesso à chamadas interurbanas para celular. A unidade de tarifação é o décimo de minuto (seis segundos). A tarifação mínima será de 30 (trinta) segundos. A Portaria n.º 2503, de 20.12.96, do Ministro de Estado das Comunicações, fixou os valores máximos das tarifas, por minuto, conforme tabela abaixo: O Serviço Móvel Pessoal (SMP) é o serviço de telecomunicações móvel terrestre que utiliza sistema de radiocomunicações com técnica celular, interconectado à rede pública de telecomunicações, e acessado por meio de terminais portáteis, transportáveis ou veiculares, de uso individual. Para ter acesso ao Plano Básico de Serviço Móvel Celular o usuário deverá pagar a Operadora as seguintes tarifas máximas estabelecida pela Anatel: Habilitação: valor que o Assinante deverá pagar a Operadora de SMP, no ato da ativação de seu celular, tornando-o habilitado ao imediato e pleno uso do SMP. Assinatura: valor mensal que o assinante deverá pagar à Operadora de SMP, por ter ao seu dispor o SMP nas condições previstas na regulamentação do serviço. Utilização: valor que o Assinante deverá pagar à Operadora de SMP pelas chamadas realizadas, observando-se que: 51 • O Assinante originador da chamada será o responsável pelo pagamento de seu débito junto a sua Operadora de SMP; • Nas chamadas a cobrar, o Assinante recebedor da chamada, será o responsável pelo pagamento do débito junto à sua Operadora de SMP; • A região em que o Assinante habilitou seu celular, será a referência para o cálculo do valor que o Assinante deverá pagar à Operadora de SMP nas chamadas a ele destinadas, desconsiderando-se a sua real localização. Adicional por Chamada: valor fixo devido pelo Assinante à Operadora de SMP, na chamada por ele originada, ou a ele destinada, a cobrar ou não, quando ele estiver localizado fora da região onde seu celular foi habilitado. Deslocamento: valor que o Assinante deverá pagar à Operadora de SMP, por unidade de tempo, na chamada recebida, a cobrar ou não, quando ele estiver localizado fora da região onde seu celular foi habilitado. Nas chamadas utilizando o SMP é adotada a seguinte cobrança por tempo de uso: • Tempo inicial mínimo de tarifação: 30 (trinta) segundos; • Unidade de tarifação das chamadas: 6 (seis) segundos após os primeiros 30 (trinta) segundos; • Tempo mínimo para início da tarifação: a partir de 3 (três) segundos. Nas chamadas de longa distância nacional de telefone fixo para um móvel são adotados os seguintes critérios na cobrança por tempo de uso: • Unidade de tarifação (pulso) das chamadas: 6 (seis) segundos após os primeiros 30 (trinta) segundos; • Tempo inicial mínimo de tarifação: 30 (trinta) segundos; • Tempo mínimo para início da tarifação: 0 (zero) segundos; O custo das ligações originadas e recebidas de um telefone celular dependerá das Operadoras, entretanto, os sistemas de cobrança são regidos pela mesma unidade de medida chamada de Valor de Comunicação (VC), Deslocamento (DSL) e Adicional de Chamada (AD). São aplicáveis nos seguintes casos: 1 Valor de Comunicação 1 (VC-1) - Chamada Celular Local: ð Comunicação Móvel-Fixo: quando a área de tarifação associada à região onde o Assinante do SMP estiver localizado, no momento da comunicação, for a própria área de tarifação do Assinante do STFC. Por exemplo: o Assinante móvel origina uma chamada de Porto Alegre, local em que seu celular está habilitado, para um Assinante fixo que também está localizado em Porto Alegre, neste caso o Assinante móvel terá um custo do VC-1 e o Assinante fixo não terá nenhum custo. ð Comunicação Móvel-Móvel: quando a área de tarifação associada a região onde o Assinante de origem estiver localizado, no momento da comunicação, for a própria área de tarifação associada a região do Assinante de destino. Por exemplo: um Assinante móvel saiu da região de Santos, local onde seu celular está habilitado, e foi para Campinas. Ao chegar ao destino, o Assinante origina uma chamada para um Assinante que está registrado naquela região. Neste caso, o Assinante originador terá um custo do VC-1 mais um Adicional por Chamada, pois está fora da sua região de habilitação, e o Assinante receptor não terá nenhum custo. 1 Valor da Comunicação 2 (VC-2) - Chamada Celular na Mesma Região de Habilitação: ð Comunicação Móvel-Fixo: quando a área de numeração primária, identificada pelo primeiro dígito do Código Nacional, à qual está associada a região onde o Assinante do SMP estiver localizado, no momento da comunicação, for a própria área de numeração primária do Assinante do Serviço Telefônico Público, e não for aplicável ao VC-1. Por exemplo: o Assinante móvel está em São Paulo, local onde seu celular está habilitado e cujo código de área nacional é 11, e origina uma chamada para um telefone fixo localizado em Sorocaba, cujo código de área nacional é 15. O assinante móvel terá um custo do VC-2, pois está na mesma área de numeração primária do Assinante fixo, já o assinante fixo não terá nenhum custo. ð Comunicação Móvel-Móvel: quando a área de numeração primária a qual está associada a região onde o Assinante de origem estiver localizado, no momento da comunicação, for a própria área de numeração primária a qual está associada a região do Assinante de destino, e não for aplicável ao VC-1. 52 Por exemplo: o Assinante está em São Paulo, local onde seu celular está habilitado e cujo código de área é 11, origina uma chamada para o Assinante que está em Santos, local onde seu celular está habilitado e onde o código de área nacional é 13. Neste caso, será aplicada uma tarifa VC-2 para o Assinante que originou a chamada, pois ambos estão na mesma área de numeração à qual estão associados e nenhum custo será aplicado ao Assinante receptor. 1 Valor da Comunicação 3 (VC-3) - Chamada Celular longa Distância (Área de habilitação diferente): ð Comunicação Móvel-Fixo: quando a área de numeração primária identificada pelo primeiro dígito do Código Nacional à qual está associada a região onde o Assinante de origem estiver localizado, no momento da comunicação, for diferente da área de numeração primária do Assinante do Serviço Telefônico Público. ð Comunicação Móvel-Móvel: quando a área de numeração primária à qual está associada a região onde o Assinante de origem estiver localizado, no momento da comunicação, for diferente da área de numeração primária à qual está associada a região do Assinante de destino. Por exemplo: o Assinante móvel está em São Paulo, local onde seu celular está habilitado e cujo código de área nacional é 11, origina uma chamada para o Assinante que está no Rio de Janeiro, local onde seu celular está habilitado e onde o código de área nacional é 21. Neste caso, será aplicado o VC-3 para o assinante que originou a chamada, pois ambos estão em áreas de numeração diferente à qual estão associados, e nenhum custo terá o Assinante receptor da chamada. ð Adicional por Chamada (AD): é aplicado a cada comunicação destinada ao Assinante da Operadora de SMP ou por ele originada, quando localizado fora da região onde seu celular foi habilitado. Ou seja, basta originar ou receber qualquer ligação no celular, quando estiver fora de sua área de habilitação, para que seja necessário pagar um adicional por chamada. ð Deslocamento (DSL): se subdivide em DSL1 e DSL2; Deslocamento 1 (DSL-1): é aplicado à comunicação destinada ao Assinante da Operadora de SMP, quando situado fora da região onde seu celular foi habilitado, porém localizado dentro de sua área de numeração primária. Deslocamento 2 (DSL-2): é aplicado à comunicação destinada ao Assinante da Operadora de SMP, quando situado fora da região onde seu celular foi habilitado e de sua área de numeração primária. Por exemplo: um Assinante móvel está em São Paulo, local onde seu celular está habilitado e cujo código de área nacional é 11, origina uma chamada para um Assinante móvel localizado no Rio de Janeiro, cujo código de área nacional é 21, mas este Assinante está em Sorocaba, cujo código de área nacional é 15. Para este caso, teremos as seguintes tarifas a serem cobradas: - O Assinante de São Paulo terá um custo de VC-3, pois originou a chamada para um Assinante que estava em uma área de numeração primária diferente a qual estava associado. - O Assinante do Rio de Janeiro, que recebeu a chamada, terá um custo de DSL-2 (deslocamento 2) mais AD (Adicional por Chamada), pois estava fora da região onde seu celular foi habilitado e de sua numeração primária. Plano Local - Tipo de Tarifa VC1 Prestadora Móvel de destino: Tipo de Tarifa VC-1 Telefônica Celular Claro Digital Tim SMP Nextel Normal R$ 0,6112 0,5980 0,6140 0,4625 Reduzida R$ 0,4277 0,4185 0,4297 0,3237 Plano de Longa Distância Nacional - Tipo de Tarifa VC2 Tipo de Tarifa VC-2 VC-2 Tarifa Normal VC-2 Tarifa Reduzida VC-2 Tarifa Normal VC-2 Tarifa Reduzida Valores válidos para qualquer prestadora do: Serviço Móvel Celular Serviço Móvel Especializado 1,2648 0,9110 0,8852 0,6377 1,4392 1,1800 1,0072 0,8260 53 Os valores indicados a seguir foram obtidos em 28/05/2003, no site da empresa Brasil Telecom (http://www.brasiltelecom.com.br/site/inst/precos_tarifas/), para os pulsos de chamadas para celular. Segundo a empresa, os valores de VC-2 e VC-3 são promocionais, sujeitos a alterações mediante prévia divulgação. Para essas ligações deve ser aplicada redução de, no mínimo, 30% (trinta por cento) nas tarifas, nos seguintes dias e horários: • Segunda a sábado: das 00:00 hs às 07:00 hs e das 21:00 hs às 24:00 hs; • Domingos e feriados nacionais: das 00:00 hs às 24:00 hs. Nos demais horários é aplicada a tarifa normal. ð Serviço Móvel Especializado O Serviço Móvel Especializado (SME) é o serviço de telecomunicações móvel terrestre que utiliza sistema de radiocomunicação, basicamente, para a realização de operações tipo despacho e outras formas de telecomunicações, que será visto em detalhes a seguir. Caracteriza-se pela mobilidade do usuário. O SME é prestado em regime privado e é destinado a pessoas jurídicas ou grupos de pessoas, naturais ou jurídicas, caracterizados pela realização de atividade específica. O Serviço Móvel Especializado (SME), mais conhecido como Trunking, foi regulamentado no Brasil para ser um serviço a ser oferecido somente à empresas, funciona praticamente como o Serviço Móvel Celular, usualmente com funções adicionais, como Chamadas em Grupo e Serviço de Mensagens Curtas. Nas chamadas utilizando o Serviço Móvel Especializado é adotada a seguinte cobrança por tempo de uso: • Unidade de tarifação das chamadas: 6 (seis) segundos; • Tempo inicial mínimo de tarifação: 30 (trinta) segundos para chamadas Locais e de Longa Distância Nacional, e 60 (sessenta) segundos para chamadas de Longa Distância Internacional; • Tempo mínimo para início da tarifação: a partir de 3 (três) segundos; • Para chamadas a cobrar somente serão tarifadas as chamadas com duração superior a 6 (seis) segundos, contada após o término da mensagem informativa. O valor da utilização por minuto para ligações locais, de longa distância nacional ou internacional depende do Plano Tarifário escolhido para cada telefone, ou seja, o usuário não irá pagar mais por utilizar seu telefone em horários de pico. O Serviço Móvel Especializado não é um serviço com preços regulamentados pela Agência Nacional de Telecomunicações. O preço é livre e o critério de cobrança do serviço definido pela operadora do SME. Histórico da Telefonia Móvel A evolução das telecomunicações na área da telefonia móvel passou necessariamente pela evolução da eletrônica, objetivando fornecer melhores serviços, facilidades e operação cada vez mais eficiente. Um sistema que permitisse comunicação telefônica via rádio era premente. Reginald Fesseden realizou experimentos de transmissão em amplitude modulada (AM) de voz e música em 1905, mas somente no ano de 1920 surgiu a primeira estação comercial de rádio em, Pittsburg (EUA), entretanto, o uso dos sistemas de radiodifusão havia sido empregado em fase experimental durante a 1ª guerra mundial. Motivados pela experimentação, o departamento de polícia de Detroit (EUA) fez o primeiro uso de sistema de rádio-móvel em suas viaturas (automóveis), primeiramente somente enviando ordens da Central de polícia para as viaturas (funcionamento simplex), posteriormente esse sistema foi aprimorado para também ser capaz de enviar mensagens. O sistema operava na faixa de freqüência em freqüência de 2 MHz, naquela época os aparelhos eram muito grandes e pesados e consumiam grande quantidade de energia da bateria para seu funcionamento, pois funcionavam com válvulas eletrônicas. No ano de 1932 foi a vez do departamento de polícia de Nova York usar o sistema. Dispunha de 11 canais de voz apenas para serem compartilhados por até 5.000 veículos. Assim como o de Detroit, era um sistema centralizado (Broadcasting ou Radiodifusão) e se baseava na idéia de uma única torre com repetidores e reforçadores de sinal com equipamentos de alta potência transmitindo os sinais para toda uma grande área onde haveria o serviço. As desvantagens desse sistema eram: o baixo tráfego, uma vez que o número máximo de ligações simultâneas na área de alcance, que variava de 50Km a 100Km de raio, era apenas determinado pelo número de canais que estivessem disponíveis no sistema, que eram poucos; a alta potência de transmissão necessária na torre central, que variava de 250W a 300W; e a alta potência necessária nas estações móveis, o que as tornavam demasiadamente grandes (normalmente veiculares). 54 Posteriormente, devido o surgimento da necessidade de comunicação de empresas com seus funcionários houve a necessidade de criação de um sistema que possibilitasse comunicação telefônica por rádio. Em meados de 1940, em Saint Louis, nos Estados Unidos, estado de Missouri foi implementado o primeiro serviço comercial de telefonia móvel, consistia de um sistema rudimentar, com um monofone especialmente desenvolvido e não possibilitava discagem, que era efetuada por uma operadora. No ano de 1946, a FCC (Federal Communication Commission), órgão que regulariza padrões em telecomunicações nos Estados Unidos da América, permite que a AT&T coloque em operação o primeiro sistema de telefonia móvel. A conexão era manual entre o sistema de rádio e a rede de telefonia pública. Este serviço foi batizado como rádio urbano e era baseado em uma única antena de transmissão de alta potência, que cobria uma área de cerca de 80 Km de raio e operava com apenas três canais half-duplex funcionando em FM (Freqüência Modulada). Figura 44 - Antena de Alta Potência com Comunicação Centralizada Somente no ano de 1947, é apresentado pela empresa Bell Labs o conceito de telefonia móvel celular. No ano de 1949 uma companhia de taxis instala em Detroit (EUA) um sistema similar ao sistema celular. A arquitetura do sistema celular permite a utilização do mesmo canal de rádio em localidades diferentes. Vários usuários utilizam simultaneamente o mesmo canal de rádio multiplicando-se a capacidade de tráfego. A essa técnica é dado o nome de "Reutilização de Freqüência". Um sistema celular consiste na divisão da área a ser coberta por um sistema de telefonia móvel em áreas menores denominadas células, permitindo transmissores de baixa potência e emprego eficiente do espectro por meio do reuso de freqüência. Em 1957, a FCC autoriza novos canais de 50kHz na faixa de 450MHz para telefonia móvel. Durante a década de 60 surgiu o conceito de sistema de rádio "trunked" (sintonia em freqüências diversas). Até então, cada rádio trabalhava em apenas uma única freqüência. Em 1964, o primeiro sistema de comutação telefônica totalmente eletrônica entra em serviço; e, em 1967, é introduzido experimentalmente o IMTS (Improved Mobile Telephone Service). Algumas das características do IMTS eram transmissor de alta potência, operação full-duplex, comutação automática, operação entre 150MHz e 450 MHz com canais de 30 kHz. Em 1971, é apresentada pela AT&T a proposta do sistema AMPS (Advanced Mobile Phone System), o qual não possuía hand-off automático (será visto posteriormente), pois este só foi viável anos depois com o grande aumento da velocidade de processamento dos microprocessadores. No ano de 1976, em Nova York, o sistema Bell só consegue atender a 543 assinantes de telefonia móvel; e, em 1982, são aprovadas as regras finais para implantação do sistema celular. Em 1983, é colocado em operação, em Chicago, pela AT&T o primeiro sistema de telefonia celular AMPS; em 1984, a Bell é fragmentada em oito empresas menores (lei anti-trust dos EUA), e a AT&T retira-se dos negócios de operadora. O grupo de canais que cada torre do sistema celular receberá para sua operação pode ser reutilizado por outras torres desde que sejam suficientemente distantes para que a interferência entre elas seja tolerável. Com essa nova arquitetura, a eficiência do sistema deve ser medida levando-se em conta os seguintes aspectos: capacidade de atender ao tráfego, qualidade do sinal e custo de implantação. Esse sistema apresentou algumas desvantagens: a área de cobertura foi projetada para o maior alcance possível em um único ponto de transmissão, dessa forma necessitava grandes potências nas antenas. A utilização do espectro de freqüências tornava o sistema inviável para atender uma grande quantidade de usuários. Além disso a chamada deveria ser reiniciada se o usuário se deslocasse para uma nova área. Em 1991, é implementado o primeiro sistema celular (AMPS) no Brasil no Rio de Janeiro, sistema escolhido pelo ministério das telecomunicações como padrão; e, em 1998, começam a ser ativados os primeiros terminais com tecnologia digital no Brasil. 55 Telefonia Celular - Conceitos Básicos è Célula O nome celular origina-se da palavra célula, que define a área de cobertura de uma determinada estação transmissora e receptora Chama-se de estação rádio-base a antena que receberá e enviará os sinais para os telefones móveis do sistema. O grupo de canais que cada torre receberá para sua operação pode ser reutilizado por outras torres desde que sejam suficientemente distantes para que a interferência entre elas seja tolerável. Área atendida por uma estação rádio-base dentro da qual a recepção do sinal atende às especificações do sistema é conhecida como célula. Há no mínimo uma estação rádio-base em cada célula. Figura 45 - Formatos das células do sistema celular A área a ser coberta por uma torre de rádio em um terreno plano e sem obstáculos tem forma circular, mas isso seria o ideal, entretanto isso não ocorre na prática devido a presença de obstáculos que impedem a propagação dos sinais de rádio desse modo. A forma circular não é adequada para elaboração matemática de mapas de cobertura devido às áreas de "overlap" (sobreposição). Para isso, poderia se representar as células por quadrados ou hexágonos regulares, sendo que os hexágonos se aproximam mais da forma circular e devido à sua boa relação raio/(distância de repetição), conforme mostra a figura, permitem o planejamento da cobertura de uma determinada área com o uso do menor número de células. No entanto, devido aos efeitos reais causados pelos obstáculos, as células reais são as que realmente ocorrem num sistema celular e possuem um formato disforme e irregular, determinado pelas condições do ambiente onde se encontram em funcionamento. O ponto importante nessa análise leva aos projetista a tentar criar sistemas com células mais próximas do ideal (que seria o teórico). O planejamento do sistema celular deve levar em conta a potência requerida pelo sistema e de forma que hajam o mínimo de zonas ou áreas de sombra, que são as áreas que porventura ficaram sem atendimento pelo sistema. Figura 46 - Zona ou área de sombra Um conjunto de células forma uma rede celular. O planejamento do sistema passa diretamente por uma técnica chamada de reutilização de freqüência. O espectro de freqüências têm sido projetado objetivando o reuso das faixas de freqüências. Pois senão haveriam limitações de usuários, como ocorria com o primeiro sistema celular rudimentar. O reuso da freqüência é feito de forma que freqüências, dentro de faixas específicas, sejam reaproveitadas, dessa forma não devem haver ERBs (Estações Rádio Base) com freqüências iguais próximas entre si, para evitar interferências e prejuízo na qualidade de voz. 56 è Grupos de Canais Os grupos de canais resultam da distribuição entre células dos canais disponíveis para o sistema. Em sistemas analógicos classificam-se canais de voz e canais de controle, como por exemplo no sistema AMPS Advanced Mobile Phone System (sistema Analógico). Em sistemas digitais, como por exemplo, o sistema TDMA Time Division Multiple Access - o canal de voz passou a ser chamado de canal de tráfego. Deve ser observado que para cada grupo numa célula deve existir um canal de controle, sendo que os grupos são organizados de tal forma a evitar a existência de canais adjacentes. Assim, se um grupo utiliza o canal 335, não deverá utilizar o 336 e o 334 pois os mesmos são adjacentes àquele e causam interferências. è Cluster São grupos de células onde se distribuem todos os grupos de canais. Entre clusters vizinhos deve-se manter uma distância mínima entre células que reutilizam os mesmos canais (co-canais) para que haja a mínima interferência desejada entre eles. As células que usam o mesmo grupo de canais são chamadas co-células. A figura 3 mostra como as células devem ser organizadas nos clusters. Figura 47 - Clusters Com essa arquitetura, a eficiência do sistema deve ser medida levando-se em conta os seguintes aspectos: capacidade de atender ao tráfego, qualidade do sinal e custo de implantação. Ø Tráfego: quanto menores as células e maiores o seu número, mais vezes são reutilizados os canais de RF, e o sistema comportará um tráfego maior. Ø Qualidade do sinal: quanto maiores as células e menor o seu número, menor é a interferência entre células. Ø Custo de implantação: quanto menor o número de células, o custo é menor Quadro comparativo entre o sistema centralizado (Broadcasting - antigo) e o sistema celular: CELULAR CENTRALIZADO - Várias estações transmissoras; - Baixa potência de transmissão (de 45W a 10W por setor); - Alta potência de transmissão (250W a 300 W); - Áreas de cobertura menores (2Km a 15Km de raio); - Grandes áreas de cobertura (50Km a 100Km de raio; - Expansão modular; - Difícil expansão; - Unidades móveis pequenas e baratas; - Unidades móveis grandes e caras; - Alta capacidade de tráfego; - Baixa capacidade de tráfego; - Planejamento complexo; - Planejamento simples; - Alto custo. - Baixo custo. - Uma única torre de transmissão; A figura a seguir ilustra uma comparação entre o broadcasting e o sistema celular onde ambos os sistemas dispõem de 40 canais. Nota-se que o tráfego no sistema celular será multiplicado pelo número de células que fazem reutilização de freqüência levando serviço a um número maior de usuários. 57 Broadcasting Celular Figura 48 - Comparação entre o sistema Broadcasting e Celular Algumas características dos sistemas celulares são: Ø Uso mais eficiente do espectro devido à reutilização dos canais de RF; Ø Adaptável ao tráfego: quanto maior o tráfego a ser suprido, menor o tamanho das células; Ø Expansão Modular: pode-se expandir para alcançar novas regiões adicionando-se novas células, ou aumentando-se o raio das existentes; Ø Necessidade de handoff: passagem de uma célula para outra deve ser transparente para o usuário móvel. O sistema deve perceber quando o móvel está saindo do alcance de uma determinada célula e entrando em outra; e efetuar a troca de canal de rádio da célula atual para um canal de rádio da próxima célula sem interromper a ligação. Ø Vantagens econômicas: flexibilidade, sendo compatível com a atual dinâmica de mercados e evolução tecnológica. Embora sua estrutura seja extremamente cara, pode ser implantado em etapas, aumentando gradativamente sua capacidade até atingir a necessidade do mercado, o que torna o seu custo tolerável. Como vimos, os primeiros sistemas de comunicação por rádio móvel possuíam uma única estação base, com a antena em região elevada da cidade e alta potência de transmissão, cobrindo uma grande área contendo todo o espectro de freqüências. Como a comunicação era restrita à área coberta por uma única antena, o tráfego oferecido era limitado ao espectro de freqüências disponível, ou seja, ao número de canais disponíveis. Os sistemas deveriam estar geograficamente separados para evitar a interferência co-canal, mas isto gerava descontinuidade das chamadas em andamento sempre que o usuário necessitava percorrer duas áreas de serviço distintas operando sua Estação Móvel (EM). Figura 49 - Antena de Alta potência 58 Tipos de Células quanto a distância Um sistema celular é composto por quatro tipos básico de células: células de pequeno alcance e consequentemente potência, usadas em locais mais densamente povoados, e grandes células, com potências maiores nas ERBs para locais menos densamente povoados, como por exemplo localidades rurais. As células de longo alcance, são denominadas células rurais e podem atender apenas áreas densamente pouco povoadas. Ainda existem as microcélulas, nanocélula e as picocélulas, que são utilizadas em casos especiais, onde se necessite grande quantidade de conversações ou cobertura específica de uma determinada localidade, empregada normalmente onde acontecem shows, convenções ou algo do gênero que aglomerem grande quantidade de pessoas. Figura 50 - Respectivamente, picocélula, nanocélula, microcélula, macrocélula (célula rural) Uma cidade, principalmente uma grande metrópole, está em constante crescimento, dessa forma áreas pouco povoadas, podem, com o surgimento de um Shopping Center, por exemplo, podem em poucos anos aumentar a aglomeração de pessoas centenas vezes. Dessa maneira, conforme a necessidade for surgindo será necessário a expansão do atendimento de células que anteriormente funcionavam sem problemas em uma determinada localidade. Pode-se lançar mão de células menores dentro de células maiores para aumentar a possibilidade de atendimento do sistema a nova demanda de usuários. Macrocéluas Microcélulas Células Rurais Número de Células 300 300 Canais 24 43 60 Espectro (MHz) 24 MHz 21 MHz 21 MHz Figura 51 - Estimativas de Espectro de Faixas de freqüências conforme células Evolução Tecnológica Os sistemas de comunicação móvel pioneiros da década de 30 pecaram por seus equipamentos volumosos, pesados, caros e de grande consumo. Utilizava-se a válvula termoiônica. Os transmissores operavam com potência alta para cobrir a maior área de serviço possível, com a utilização ineficiente do espectro de freqüência e, em geral, com transmissão apenas one-way (via única - somente transmitia ou recebia). Em meados de 1950 surgiram os primeiros equipamentos transportáveis pelo homem, mas sua utilização ainda limitava-se às aplicações militares. Em 1957, com o surgimento prático dos transistores houve uma grande redução do volume dos aparelhos, em até mais de 50% de seu volume. Isto representou diretamente uma redução de custo, calor dissipado e menor consumo de potência. Os rádio portáteis já eram utilizados em 1960 com o advento dos circuitos integrados no ano de 1957. Os telefones sem fio e telefones celulares portáteis surgiram com a tecnologia VLSI (Very Large Scale Integration) de integração de circuito em larga escala em 1970. O “boom” dos sistemas de comunicação móveis celulares deu-se com o avanço tecnológico da década de 80 proporcionado pelas centrais CPA (centrais programáveis), técnicas de sinalização por canal comum e os enlaces digitais, via rádio ou cabo ótico. Isto tornou os sistema móvel celular mais baratos ao usuário. Nos últimos anos, os sistemas móveis celulares se popularizaram mundialmente, principalmente devido à tecnologia ULSI (Ultra Large Scale Integration). A tecnologia celular está evoluindo gradualmente de analógica para digital, objetivando a eficiência do espectro, qualidade de voz e integração de serviços. 59 Durante a implantação dos primeiros sistemas de comunicação móvel celular, a tecnologia ficou dependente das características do mercado-alvo. Essa tendência de pesquisa mercadológica dirigiu a evolução e convergência dos sistemas em todo o mundo. Primeira Geração de Sistemas Móveis A partir de sua primeira geração o serviço celular passou a funcionar através da divisão de uma cidade ou região em pequenas áreas geográficas denominadas células, sendo cada uma delas servida pelo seu próprio conjunto de rádios transmissores e receptores de baixa potência. Quando a chamada de um celular alcança uma torre de transmissão e recepção, ela é transferida para o sistema de telefonia fixa regular. Cada célula possui diversos canais com o objetivo de prover serviços para muitos usuários simultaneamente. À medida em que um usuário se movimenta na cidade, o sinal do seu telefone celular passa automaticamente de uma célula para outra, sem sofrer interrupção. Conforme já visto, os Laboratórios Bell, da AT&T, desenvolveram o conceito do celular em 1947, sendo que em 1970 a própria AT&T propôs a construção do primeiro sistema telefônico celular de alta capacidade que ficou conhecido pela sigla AMPS, ou seja, Advanced Mobile Phone Service. Em 13 de Outubro de 1983, o primeiro sistema celular nos EUA entrava em operação comercial em Chicago. No entanto, o NTT 800 (Nippon Telephone & Telegraph) havia se antecipado colocando um sistema semelhante ao AMPS em operação em 1979 na cidade de Tóquio, no Japão. Na Europa, a primeira geração de sistemas celulares era composta de diversos sistemas: o NMT (Nordic Mobile Telephone), foi adotado na Áustria, Bélgica, Luxemburgo, Holanda, Espanha, Suíça, países escandinavos e nos países africanos: Tunísia, Nigéria e Marrocos, o TACS 900 MHz (Total Access Communications System), usado no Reino Unido, Itália, Áustria, Espanha e Irlanda e nos países africanos: Gana, Quênia e Nigéria), o C-450 na Alemanha e Portugal, o Radiocom 2000 na França e o RTMS na Itália. Os sistemas citados eram bastante parecidos entre si, sendo que as principais diferenças concentravamse no uso do espectro de freqüência e no espaçamento entre canais. O AMPS, por exemplo, opera na faixa de 869-894 MHz para recepção e 824-849 MHz para transmissão; o NMT-450 opera na faixa de 463-468 MHz para recepção e 453-458 MHz para transmissão enquanto que o NMT-900 utiliza a faixa de 935-960 MHz para recepção e 890-915 MHz para transmissão, etc. Com relação ao espaçamento entre os canais pode-se citar, por exemplo, o AMPS que adota 30 kHz, o TACS e vários outros que adotam 25 kHz, etc. Essa primeira geração de sistemas celulares caracterizava-se basicamente por ser analógica, utilizando modulação em freqüência para voz e modulação digital FSK (Frequency Shift Keying) para sinalização. O acesso à canalização é obtido através do FDMA (Frequency Division Multiple Access). O tamanho das células situa-se na faixa de 500 metros a 10 quilômetros, sendo permitido o "handoff" ou "handover" (permite a transferência automática de ligações de uma célula para outra). Possibilita igualmente o "roaming" (transferência automática de ligações entre sistemas de diferentes localidades) entre os diferentes provedores de serviço, desde que adotem o mesmo sistema. Segunda Geração de Sistemas Móveis Conforme já vimos, o NTT 800 (Nippon Telephone & Telegraph) é um sistema semelhante ao AMPS. O Japão desenvolveu o padrão analógico NTT 800 que posteriormente evoluiu para o padrão digital Personal Digital Celular (PDC) usado atualmente. Figura 52 - Evolução do sistema analógico NTT 800 para o digital PDC Nos Estados Unidos, o sistema analógico AMPS, implantado também nas Américas e Austrália, evoluiu para o Narrowband AMPS (NAMPS) e depois para os padrões digitais Time Division Multiple Access (TDMA) e Code Division Multiple Access (CDMA). 60 Figura 53 - Evolução do sistema analógico AMPS para os digitais TDMA e CDMA Estudaremos em detalhes posteriormente que o TDMA opera dividindo o tempo de um canal em uma determinada freqüência, em um certo número de partes e designando cada uma das diversas conversações telefônicas para cada uma dessas partes, e foi implementado em 1971. O CDMA, um forte concorrente do TDMA, é um sistema proprietário (dedicado) desenvolvido pela empresa QualComm, baseada em San Diego, nos EUA. O sistema utiliza a técnica de espalhamento espectral e foi originalmente utilizado pelos militares para espalhar o sinal em uma faixa de espectro bastante larga, tornando as transmissões difíceis de interceptar ou mesmo interferir, garantindo sigilo e segurança na comunicação. Existe também o CDMA de banda larga (Broadband CDMA ou B-CDMA), estando as patentes em poder da empresa InterDigital. Essencialmente, o B-CDMA opera partilhando o espectro de freqüência com as demais tecnologias celulares existentes. Já na Europa os sistemas celulares analógicos TACS o NMT 900 convergiram para o Global System for Mobilie Communications (GSM). Figura 54 - Evolução do sistemas analógico TACS e NMT 900 para o digital GSM O GSM foi adotado como padrão Europeu em meados dos anos 80 e introduzido comercialmente em 1992, operando na faixa de freqüência 935-960 MHz para recepção e 890-915 MHz para transmissão. O GSM possui uma arquitetura aberta, o que permite a combinação de equipamentos de diferentes fabricantes, possibilitando assim a manutenção de preços baixos, razão principal de sua grande popularização. A seu favor, contabiliza-se ainda uma larga infra-estrutura já implantada de mais de US$ 55 bilhões de dólares, com mais de 150 redes celulares do tipo GSM-900, DCS-1800 e PCS-1900 com mais de 57 milhões de assinantes distribuídos em centenas países; mais de 45 milhões de assinantes se concentram somente na Europa Ocidental (23 países). O GSM é hoje, indiscutivelmente, o padrão mais popular implementado mundialmente. Em resumo, os serviços de comunicações de segunda geração são baseados em sistemas de alto desempenho, alguns com capacidade, no mínimo, três vezes superior à dos sistemas de primeira geração. Caracterizam-se, em geral, pela utilização de tecnologia digital para transmissão tanto de voz quanto de sinalização. Além dos sistemas celulares vistos até aqui, existe ainda uma outra linha de desenvolvimento, conhecida como "cordless systems" ou "cordless telephones", ou seja, sistemas sem fio ou telefones sem fio, ou ainda CT. Esses sistemas têm experimentado diferentes níveis de sucesso ao longo do tempo e encontram-se em uso em milhões de residências ao redor do mundo. Estima-se que somente nos EUA existam mais de 60 milhões de telefones sem fio, dos mais diferentes tipos e/ou modelos. O seu uso era considerado ilegal na Europa nos anos 80, embora certamente um considerável número de aparelhos operasse em milhares de residências. Surgiu então um padrão europeu, o CT1 (Cordless Telephone 1), com 80 canais, operando nas faixas 914-915 MHz (móvel para base) e 959-960 MHz (base para móvel). 61 Vários novos padrões se sucederam ao CT1 e foram considerados digitais na medida em que digitalizavam o tráfego de voz para transmissão sobre a interface aérea (rádio-freqüência pelo espaço livre). Uma das suas principais atrações é a qualidade do sinal, que é enviada a uma taxa de 32 Kbit/s - os sistemas celulares digitais convencionais adotam geralmente taxas de até 13 Kbit/s. Dentre esses padrões convém ressaltar o CT2 (Cordless Telephone 2), o DECT (Digital European Cordless Telephone), o PHS (Personal Handyphone System) desenvolvido no Japão e o PACS (Personal Access Communications Services ) proposto pelo Bellcore nos EUA. O CT2 foi projetado para uso em ambientes domésticos e empresariais e pode ser usado como teleponto, ou seja, oferece ao usuário a possibilidade, quando este estiver próximo de cabinas ou postes devidamente equipados, de ingressar na rede de telefonia pública comum. O DECT oferece uma estrutura de comunicações sem fio para alta densidade de tráfego, telecomunicações de curta distância e cobre uma ampla gama de aplicações e ambientes. O PACS suporta serviços de voz, dados e imagens de vídeo para uso em interiores e microcélulas. Como resposta à má qualidade de serviço oferecida por sistemas analógicos, à sua inabilidade de adequar capacidade à demanda e à elitização de seus serviços dada a exorbitância dos preços, surgiu, na Inglaterra, em 1989, o conceito PCN (Personal Communications Network). O "Department of Trade and Industry" (DTI), órgão governamental responsável pelo setor de telecomunicações do Reino Unido, disparou um processo de consulta sobre o desenvolvimento de um sistema rádio que fornecesse serviços bidirecionais de telecomunicações de alta qualidade, para ambientes fixos e móveis, a um custo acessível. A meta era o mercado de massa, constituído potencialmente por milhões de usuários, promovendo, desta forma, uma competição com o sistema celular. A arquitetura do sistema seria suportada por uma ampla estrutura microcelular para possibilitar o uso de terminais de baixa potência e, conseqüentemente, leves para serem transportados no bolso (pocket-size). A faixa de freqüência mais adequada estaria entre 1,7 e 2,3 GHz, por estar menos congestionada que a faixa do celular convencional, em torno dos 900 MHz, e a atenuação adicional da nova faixa seria compensada pela menor dimensão das células. Nos EUA, esse serviço, que pretende ser cada vez mais o meio de comunicações entre pessoas e não entre lugares ficou, conhecido como PCS (Personal Communications Service). O termo PERSONAL ou PESSOAIS é visto como ponto-chave em termos mercadológicos porque captura a imaginação e inspira liberdade, individualidade e algo feito sob medida. As operadoras vêem nessa solução uma forma de melhorar os serviços já oferecidos onde se incluem atualmente os celulares, os "pagers" e a própria rede fixa de telefonia convencional. Na Europa, as primeiras aplicações de PCS surgiram no final de 1993 com o sistema DCS-1800, uma variante do GSM operando com potências menores e em uma faixa de freqüência mais alta. Em janeiro de 1998, apenas na Alemanha, França e Inglaterra, existiam cerca de 3,7 milhões de assinantes nessa tecnologia. A expectativa tecnológica do mercado de serviços móvel celular é a supremacia do padrão CDMA sobre as outras soluções analógicas e digitais devido a utilização mais eficiente do espectro, qualidade de transmissão e adaptabilidade aos diversos serviços existentes, entretanto o GSM por ser uma plataforma aberta permite mais flexibilidade e custos menores promete fornecer uma boa briga. Terceira Geração de Sistemas Móveis Mesmo não estando ainda os sistemas de segunda geração totalmente amadurecidos e firmemente estabelecidos, já se trabalha intensamente no desenvolvimento da terceira geração. Este trabalho está sendo liderado mais uma vez pela Europa e patrocinado pelo ITUR (International Telecommunications Union Radiocommunications Sector) e ETSI (European Telecommunications Standard Institute). O objetivo é criar um sistema móvel de terceira geração por volta do ano 2005. Esse sistema está sendo denominado UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Progressos significativos já foram obtidos, como por exemplo a reserva de 230 MHz de espectro, com a aprovação de 127 países, na "World Administrative Radio Conference" (WARC) em 1992. A topologia provável desse novo sistema será baseada em uma forma de arquitetura mista de células; células de tamanho variável serão implementadas com dimensionamento adequado para áreas geográficas específicas e em função das diferentes demandas de tráfego. Células diminutas, ou seja, picocélulas, instaladas em interiores, serão versões melhoradas das atuais tecnologias "cordless", com "handsets", isto é, aparelhos de assinante, bastante pequenos e leves; células maiores, ou seja, microcélulas e macrocélulas, poderão operar segundo características evoluídas a partir do GSM. "Handsets" diferentes precisarão reconhecer e operar indistintamente em pico, micro e macrocélulas. Ou seja, o objetivo é criar uma plataforma de rede SEM FIO, oferecendo aos usuários a possibilidade de acesso, através de ondas de rádio, como extensão do sistema telefônico do escritório quando se encontram no trabalho ou como telefone móvel convencional quando se encontram ausentes ou ainda como telefone principal de suas residências quando estão em casa. 62 A evolução em direção aos serviços de telecomunicações móveis universais, UMTS, muito provavelmente, deverá ter como base a estrutura do GSM, inclusive por estar sendo coordenado pela Europa, onde o sistema surgiu. Econômica e tecnicamente falando, a criação de um padrão independente para o UMTS seria injustificável dado o enorme investimento para a viabilização das redes celulares digitais já em uso. O objetivo do UMTS é prover um padrão universal para as comunicações pessoais com o apelo do mercado de massa e com a qualidade de serviços eqüivalente à rede fixa. Na visão UMTS, um sistema de comunicações deverá suportar diversas facilidades: (1) portadoras realocáveis, banda atribuível sob demanda (por exemplo, 2 Mbps para comunicações em ambientes internos e pelo menos 144 Kbps para ambientes externos); (2) variedade de tipos de tráfego compartilhando o mesmo meio; (3) tarifação adequada para aplicações multimídia; (4) serviços personalizados; (5) facilidade de implementação de novos serviços (por exemplo, utilizando ferramentas de rede inteligente); (6) WLL (Wireless Local Loop) de banda larga, etc. O WLL de banda estreita tem sido utilizado em substituição aos fios/cabos de cobre para conectar telefones e outros dispositivos de comunicação com a rede de telefonia comutada pública, ou PSTN (Public Switched Telephone Network). O GSM já atende a alguns destes requisitos, a uma taxa de adesão da ordem de 50 mil assinaturas por dia e prevêem-se algumas centenas de milhões de usuários por volta de 2005, época prevista para a entrada em operação do UMTS. Sem dúvida, o emprego em larga escala da tecnologia não pode ser o único fator a ser ponderado na adoção de padrões. Especificamente em relação ao UMTS, três quesitos são de primordial importância: (1) rádio acesso de banda larga; (2) "roaming" inteligente; e (3) alta capacidade. O GSM, em sua evolução natural, tem plenas condições de atender também a esses quesitos. Os delegados do ETSI reunidos em Paris em 29/01/98 concordaram com a adoção de um padrão de interface aérea para a terceira geração que incorpora elementos de duas tecnologias: W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) e TDMA/CDMA (híbrido de "Time Division Multiple Access/Code Division Multiple Access"). A versão detalhada da solução européia foi apresentada à ITU (International Telecommunications Union) em junho de 1998. A rede básica do sistema tem como base o GSM. O projeto de um produto pessoal como o terminal de assinante para o celular ou PCS vem também se tornando num desafio crescente para a indústria. Os terminais têm se tornado cada vez menores, mais leves, as baterias têm durado mais e os novos modelos que surgem apresentam sempre uma série de novas características e funcionalidades. A Hewlett-Packard Corporation e outros estão tentando concentrar todas as funções de um telefone em um cartão de crédito comum. Os laboratórios de pesquisa da British Telecom, Reino Unido, estão desenvolvendo um comunicador pessoal como peça de vestuário e que combine vídeo, telefonia, comunicação de dados e um assistente digital pessoal, conhecido como PDA (Personal Digital Assistant). A Sony vem trabalhando há anos num sistema que efetua traduções em tempo real, de forma que pessoas de países diferentes possam estabelecer uma conversação normal em línguas diferentes. Adicionalmente, todo esse poder de processamento deverá estar concentrado em um único "chip". No Japão, recentemente testes com telefones celulares acoplados em relógios mostraram bons resultados. A AT&T, divisão de "Wireless Services", está introduzindo um equipamento que permite aos usuários enviar e receber dados em uma rede celular e que recebe "e-mails" no próprio terminal equipado com uma tela de cristal líquido, LCD (Liquid Crystal Display), com capacidade para três linhas. A Nortel já introduziu um terminal GSM que combina voz digital e serviço de dados e serve também como um organizador eletrônico pessoal. O novo "Nokia 9000 Communicator" pode enviar e receber "faxes", "e-mails" e mensagens curtas, ter acesso a serviços da Internet e bases de dados, públicas ou de corporações, funcionar como calendário, livro de endereços, bloco de rascunho e calculadora. A Alcatel e a Sharp Electronics desenvolveram terminais GSM equipados com telas com capacidade gráfica onde são apresentados ícones e teclados que permitem acesso a funções com apenas um toque. A integração da tecnologia de computação com a de comunicações e a eletrônica de estado sólido deve se constituir na base para sistemas multimídia com fantásticos poderes de processamento. Virtualmente, dentro de algum tempo, qualquer indivíduo poderá ter acesso às comunicações sem fio e estará enviando ou recebendo "e-mails", "faxes", vídeo e, na maioria dos casos, utilizando dispositivos portáteis. Serviço Móvel Especializado - Trunking O Mobile Telephone System (MTS) surgiu como primeiro conceito de telefonia móvel utilizando a comunicação Full Duplex. O MTS pode ser dividido em duas categorias chamadas Nontrucked Mobile System (NTMS) e Trucked Mobile System (TMS). O NTMS possui poucos canais alocados para serviços especiais, tendo os usuários divididos em grupos acessando apenas um canal cada. Há a necessidade de uma telefonista para comutar as chamadas, e ainda utiliza-se o push-to-talk (pressione para falar). Alguns exemplos deste serviços são o Radioamador, o Rádio-taxi, etc. 63 O TMS dispõe de vários canais que podem ser acessados por diversos usuários, inicialmente por meio de seleção manual. Um dos desafios iniciais do TMS foi alcançar sua máxima eficiência sem exigir que cada equipamento móvel a capacidade de sintonizar todos os canais em serviço. A construção de sintetizadores de freqüências, que podem sintonizar um grande número de freqüência utilizando poucos cristais de quartzo, solucionou esse problema surgindo a seleção automática de canais. Estes sistemas utilizam o push-to-talk em Half Duplex ou Full Duplex e são conhecidos por Serviço Móvel Especializado (Trunking). Muitas empresas combinam a funcionalidade do sistema celular com serviços de trunking. Componentes do Sistema de Móvel Pessoal - SMP No sistema provedor do serviço de telefonia celular, a área de serviço é dividida em regiões (Clusters), conforme já visto e que utilizam todo o espectro de freqüências disponível. Estes, por sua vez, são subdivididos em regiões menores (células) que utilizam um subgrupo do espectro de freqüências. Nesse sistema, os canais utilizados em uma célula podem ser reutilizados em outras desde que as mesmas pertençam a Clusters diferentes e sejam suficientemente afastadas para minimizar as interferências. Com isso atacamos a grande restrição do sistema de comunicações móveis que é o pequeno espectro de freqüências destinado ao sistema, atendendo mais assinantes na mesma, ou seja, um maior tráfego oferecido. Abaixo segue definições elementares do sistema Móvel Celular. Célula Cluster ERB EM CCC RTPC Área de Controle Área de Serviço Área de Localização Procedimento de "Handoff " Assinante Visitante "Roamer" Área na qual o sinal de uma ERB é adequadamente recebido Conjunto de células que ocupam todo o espectro do sistema Estação de Rádio Base Estação Móvel Central de Controle e Comutação Rede Telefônica Pública Comutada Área sob supervisão de uma CCC Toda a área onde a EM tem acesso ao serviço da rádio móvel Área na qual a EM pode mover-se sem desatualização do registro Comutação de uma chamada em andamento de uma ERB para outra quando a estação móvel cruza a fronteira entre as células Assinante que acessa o sistema fora de sua Área de Localização e necessita da atualização de seu registro de localização Figura 55 - Estrutura do sistema celular Um sistema celular tem basicamente 4 componentes: Estação Móvel, ERB, Central de Comutação e Controle, e a Rede Pública. 64 Ø EM - Estação Móvel Também chamada unidade móvel, móvel ou telefone celular. Sua principal função é fazer a interface entre o usuário e o sistema. A estação móvel pode ser compreendida como uma estação de rádio com potência extraída de uma bateria portátil. É conectada via sinal de rádio a uma estação rádio-base mais próxima que pertença a uma rede de telefonia móvel. A potência de transmissão de uma estação móvel deve ser suficiente em todo momento a capacitar a estação rádio-base captar seus sinais. A estação rádio-base pode, dentro dos limites definidos na central, ordenar à EM para aumentar ou diminuir a sua potência a qualquer momento. Ø ERB - Estação Rádio-base As principais funções da ERB, Cell Site, RBS (Radio Base Station) ou Site são: - fazer a interface entre a Central de Comutação e Controle e diversas estações móveis; - alocar e controlar canais; - fazer sinalização com as unidades móveis e a Central de Comutação e Controle. A estação rádio-base é capaz de estabelecer comunicação com as estações móveis que estejam se deslocando em uma área em torno dela. Dependendo do tipo de antenas empregadas, uma ou mais células poderão ser cobertas por uma única estação rádio-base. A ERB é conectada á Central de Comutação e Controle (CCC) e contém: - Interface para a CCC; - Transmissores e Receptores de equipamento de rádio; - Equipamento de Antena; - Torre; - Controle Ambiental (Descargas Atmosféricas). Ø CCC - Central de Comutação e Controle A Central de Comutação e Controle é o "cérebro" do sistema, composta por um conjunto de equipamentos eletrônicos, possuindo função similar às desempenhadas pelas centrais locais na RTFC, apresenta as seguintes funções: Interfacear com a rede de telefonia fixa e com outros sistemas celulares; Comutação entre as ERBs; Controle das ERBs; Processamento de chamada e handoff; Funções de administração e manutenção do sistema. Figura 56 - Componentes do sistema celular Ø Rede Telefônica Fixa Comutada - RTFC A conexão entre a CCC e a RTFC(Rede de Telefonia Pública Comutada), ou Rede Pública, permite as chamadas entre móveis e telefones fixos e estabelece a conexão entre CCCs de diferentes sistemas. 65 Handoff Em uma rede celular quando existe deslocamento entre células contíguas, isto é, próximas entre si, ao passar de uma célula para outra, o sistema celular deve ser capaz de comutar entre uma célula e outra ao cruzar a barreira divisória entre elas. Essa operação é denominada Handoff e é realizada em uma fração de segundo, sendo imperceptível ao usuário. O Handoff é ajustado pela operadora do sistema para ocorrer em tempos específicos, de forma que na cidade esse tempo é breve, quando o sistema detecta que o telefone móvel proporciona maior potência em uma ERB que noutra ele comuta quase instantaneamente. Entretanto, para locais mais afastados das zonas urbanas, auto estradas, localidades onde hajam menor número de ERBs, etc. esse tempo será maior, para evitar que ocorram freqüentes comutações entre as ERBs da localidade, que se ocorressem acarretariam um uso desnecessário do sistema. Portanto, o Handoff é o procedimento de transferência de uma chamada de uma célula para outra da mesma CCC permitindo mobilidade. Quando a Estação Móvel (EM), durante uma ligação, se afasta de uma célula e se aproxima de outra, o sinal passa a ser recebido com maior potência na nova célula que se aproxima. A CCC ordena que a chamada seja transferida de uma ERB para a outra, permitindo a continuação da chamada que àquela altura já estava com potência de sinal fraca. Este processo é feito de forma transparente ao usuário. Se houver falha nesse processo de transferência ocorrerá a queda da conexão. Roaming O Roaming é a utilização de uma EM (Estação Móvel) fora da área de serviço de seu sistema original de habilitação, de certa forma é similar ao Handoff, entretanto, necessariamente ocorrerá fora da área original de habilitação do sistema. A utilização dos serviços de outros sistemas é possível devido à conexão das CCCs através da RTPC e à criação ou registro do usuário móvel visitante (roamer) no sistema hospedeiro. A criação do roamer pode ocorrer de duas maneiras: Ø Manualmente: o usuário entra na área de serviço de um sistema, contata o SAC (Serviço de Atendimento ao Cliente) e se registra; Ø Automático: permite que a mudança de sistema seja transparente ao usuário. O roaming (visitante) automático é padronizado por todas as versões do TDMA e pelo padrão AMPS. Cada CCC tem um número de identificação de sistema, o System Identification ou SID. Este número é transmitido nos canais de controle dos sistemas; assim a EM ao ser ligada varre os canais de controle procurando o SID que nela foi programado no momento da habilitação. Caso a EM não encontre o SID programado, procurará serviço de outro sistema. Ao encontrar, a EM estará em Roaming. Figura 57 - Handoff e Roaming O Roaming no Brasil é automático a nível nacional e também internacional, principalmente para os países vizinhos do Mercosul. Alguns outros países possuem Roaming automático. Há uma tendência mundial para padronização dos sistemas para os países vizinhos, possibilitando Roaming entre países fronteiriços. Serviços Especial de Radiochamada - Paging Os serviços de paging consiste no mais simples serviço de comunicação móvel disponível onde é estabelecida apenas comunicação one-way Simplex entre a estação base e o usuário móvel. O primeiro sistema 66 de paging comercial foi o conhecido Beep onde a estação base envia uma mensagem ao aparelho do usuário que emite um alerta sonoro. O usuário tem então, que utilizar um telefone para se comunicar com a estação base e receber a mensagem. Atualmente sistemas mais avançados transmitem mensagens alfanuméricas e até sinais de voz operando em canais de faixa de 12,5 ou 25 kHz de acordo com padronização de codificação e sinalização definida pelo International Radio Consultative Committee (CCIR). Alguns protocolos como o 2-tone, 5/6-tone, POCSAG e FLEX foram padronizados e são globalmente utilizados. Já existam mais de 51 milhões de usuários deste sistema no mundo. Esses sistemas estão em franca decadência devido a possibilidade de realizar tal funcionalidade por meio do telefone celular. Agencia Nacional de Telecomunicações - ANATEL É conveniente que saibamos o órgão nacional que regulamenta as telecomunicações no Brasil antes de estudarmos certos princípios. Pois bem, a Lei Geral das Telecomunicações Brasileiras aprovada em votação na Câmara dos Deputados em 18/06/1997, no Senado Federal em 10/07/1997 e sancionada no dia 16 de julho de 1997 pelo Presidente da República determina a criação da Agencia Nacional de Telecomunicações - ANATEL. A ANATEL é então criada como autarquia especial, administrativamente independente, financeiramente autônoma e não se subordina hierarquicamente a nenhum órgão de governo. Nestes termos suas decisões só podem ser contestadas judicialmente. Assim, a Agência possui poderes de outorga, regulamentação e fiscalização. A autonomia financeira da agência é assegurada pelos recursos do Fundo de Fiscalização das Telecomunicações (FISTEL). No Brasil a Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL) é o órgão regulador e fiscalizador de todos os sistemas de comunicação no Brasil. A ANATEL assumiu e ampliou as funções desempenhadas pelo antigo DENTEL (Departamento Nacional de Telecomunicações). Plano de Freqüências Um projeto de comunicações via rádio baseia-se na transmissão e recepção de informações que modulam uma freqüência portadora. Utiliza-se um plano de freqüências para organizar e padronizar qualquer transmissão. Neste plano as freqüências portadoras são distribuídas de acordo com o fim a que se destinam, seja a televisão, a telefonia, o rádio, etc. Como já vimos, no Brasil o órgão que atualmente tem essa função chama-se Anatel. A faixa dos 800MHz, inicialmente designada pelo FCC a serviços de TV em UHF, posteriormente foi escolhida para a utilização em serviços de comunicação móvel celular. Essa faixa não é a ideal, mas apesar das dificuldades encontradas, foi aprovada a sua utilização. Foram definidos inicialmente apenas 40MHz (20 MHz para transmissão e 20 MHz para recepção), e depois mais 50 MHz (transmissão e recepção). Os primeiro sistemas utilizavam um espectro básico de 666 canais, compreendido da freqüência de 825 MHz a 835 MHz para a Banda A no sentido Estação Rádio Base (ERB) para a Estação Móvel (EM) e, de 835 MHz a 845 MHz para a Banda B no sentido Estação Rádio Base (ERB) para a Estação Móvel (EM). De 870 MHz 880 MHz para a Banda A no sentido Estação Móvel (EM) para Estação Rádio Base (ERB) e de 880 MHz a 890 MHz para a Banda B no sentido Estação Móvel (EM) para Estação Rádio Base (ERB). A Operadora é a empresa que tem a concessão de explorar o sistema de Telefonia Móvel Celular em uma determinada região. No Brasil, em cada região, por questões de concorrência existirão sempre duas operadoras que estarão dividindo o espectro de freqüência do sistema celular em duas bandas: a Banda A e a Banda B e que irão disputar entre si a prestação de serviços de telecomunicações. Ambas têm a concessão da ANATEL para explorar o serviço de telefonia móvel. O tipo de transmissão obtido é Full Duplex (envia e recebe simultaneamente). Posteriormente foram acrescidos novos canais ao sistema que utiliza agora um espectro expandido com 832 canais Duplex. Expandido 824 MHz 825 MHz A’ 869 MHz 870 MHz 33 canais Espectro básico 825 MHz 835 MHz A 870 MHz 880 MHz 333 canais Espectro básico 835 MHz 845 MHz B 880 MHz 890 MHz 333 canais Expandido Expandido 845 MHz 846.5 MHz 846.5 MHz 849 MHz A’ B’ 890 MHz 891.5MHz 891.5MHz 894 MHz 50 canais 83 canais Figura 58 - Plano de Freqüências para as Bandas A e B A ANATEL ainda estuda a entrada de uma terceira operadora de telefonia móvel, que vem sido chamada de Banda C, para as regiões densamente povoadas, a fim de aumentar ainda mais a concorrência entre elas. 67 Qualquer uma das operadoras pode disponibilizar sistemas analógicos ou digitais. Indiferentemente da banda o sistema pode ser digital ou analógico, pelo avanço tecnológico a maioria absoluta das operadora de telefonia celular vem adotando o sistema digital como padrão. Observe na figura acima que são 832 canais com banda de 30 kHz, cobrindo a faixa de 824 MHz a 849 MHz, no sentido ERB para EM e mais 832 canais de 30 kHz, indo de 869 MHz a 894 MHz, no sentido EM para ERB formando os pares de portadora do sistemas Duplex. Você pode calcular a banda, por exemplo, considerando que de 824 MHz a 825 MHz existe 1 MHz, ou 1000 KHz, logo se cada banda tem 30 KHz, basta dividir 1000 KHz por 30 KHz para obter o número de canais (1000 / 30 = 33,33 canais). A maior parte destes canais são canais dedicados à voz. Originariamente, 21 destes canais Duplex são canais de controle do espectro básico (Chamados de Canais Set-Up), com a função de transmitirem sinalização na forma digital. Canais de Controle (42 canais Set-up) Banda A Canais de 313 a 333 Banda B Canais de 334 a 354 Figura 59 - Canais de controle de 30 kHz cada Reuso de Freqüências Como podemos ver os recursos do espectro designados ao serviço celular são finitos, assim o desafio é a utilização das freqüências da maneira mais eficiente possível. Para aumentar a capacidade de usuários podemos aumentar a quantidade de canais de voz (aumentando a faixa designada) ou aprimorar o reuso das freqüências. A forma escolhida para melhor utilização do espectro foi o reuso de freqüências que é, então, a espinha dorsal dos sistemas celulares já que o aumento dos canais é inviável. O método de reuso de freqüência é útil para aumentar a eficiência do uso do espectro, mas, como já vimos, resulta em interferências de co-canal (um canal em relação ao outro), pois o mesmo canal de freqüência é usado repetidas vezes em diferentes células com certa proximidade entre si. Assim, o padrão de reuso vai depender da distância mínima entre células com mesma freqüência, ou seja, células que possam estar submetidas à interferência co-canal. A comunicação móvel celular utiliza o reuso de um mesmo conjunto de canais para conseguir atender ao tráfego pelo uso de um grande número de Estações Rádio Base (ERB). Aprofundando-se no conceito, chama-se célula a região iluminada (alcance) por uma ERB e atendida por um grupo de canais e área celular como aquela coberta pela potência mínima para comunicação adequada. Figura 60 - Conceito de célula O reuso de freqüência é feito dividindo-se todo o espectro disponível em grupos de freqüências. Estes grupos são utilizados em células separadas entre si o suficiente para não haver interferência. As células que contêm o mesmo grupo de canais são denominadas co-células ou células co-canais. 68 Figura 61 - Conceito de reuso Define-se padrão de reuso como o número de células adjacentes que reagrupam todo o espectro original, ou seja, o número de grupos de freqüência. Quanto menor o padrão de reuso, maior o número de canais por grupo, portanto mais canais por célula e maior a quantidade de tráfego oferecido por cada célula. Para que seja a reutilização de uma freqüência em outra área é necessário garantir que o sinal transmitido por uma ERB não interfira na área celular coberta por outra. Para isto a área de serviço é dividida em Clusters contendo todo espectro disponível. Tendo em vista que um conjunto de canais ainda é dividido em dois sistemas A e B de operadoras diferentes, o que permite a utilização de 416 canais por sistema, sendo 374 de voz e 42 de controle, faz-se necessário a utilização otimizada do reuso de freqüências. Na figura abaixo, cada número representa um canal de freqüência. Figura 62 - Conjunto de Clusters O sistema celular permite cobrir toda a área utilizando transmissores de baixa potência, possibilitando a continuidade das chamadas em curso através da técnica de Handoff. O maior número de canais na mesma área oferece alta eficiência de tráfego com baixa Probabilidade de Bloqueio (percentual de tentativas de comunicação mal sucedidas pelo usuário devido ao congestionamento do sistema). Pode-se fazer uso da hierarquia celular com células de diferentes tamanhos atendendo o tráfego flutuante ao longo do dia. O padrão hexagonal é escolhido para a representação das células, mas sabemos que devido as condições de relevo do ambiente de propagação temos áreas celulares disformes, inclusive tendo seus contornos se sobrepondo como mostra a Figura 63, conhecido pelo nome de “Overlap”. A primeira vista isto pode parecer um inconveniente ao sistema. Na verdade estamos diante de uma grande "oportunidade de negócio". 69 Figura 63 - Sobreposição Celular (Overlap) Verifica-se nestas áreas de sobreposição uma maior oferta de tráfego, onde a EM pode ter comunicação adequada com mais de uma ERB. Técnicas de encaminhamento alternativo de tráfego fazem uso destas imperfeições, muitas das vezes até provocadas, para aumento do tráfego oferecido em regiões críticas. Aspectos de Propagação O projeto de um sistema de comunicações móvel celular têm a finalidade de prover acesso ao serviço em toda a área proposta ao usuário, e isto utilizando o menor número possível de ERBs. Mas nem sempre é possível uma cobertura de 100% da área proposta. Assim, o projeto deve considerar a cobertura adequada de regiões com tráfego expressivo e ser flexível nas regiões de pouco tráfego. O primeiro passo para o projeto de cobertura é definir que área geográfica onde acesso ao serviço será possível. Quanto maior a área de cobertura, maior a mobilidade para os usuários do sistema, consequentemente será maior também a quantidade de ERBs a serem utilizadas. Portanto, um estudo detalhado da área a ser coberta nos aspectos de topografia e tráfego é fundamental para a elaboração de um projeto eficaz e economicamente viável. O aspecto de tráfego será detalhado adiante. Com relação a propagação do sinal de rádio móvel, o terreno pode influenciar sob três aspectos: Obstrução: Obstáculos como montanhas, prédios, árvores ou a própria superfície terrestre podem bloquear parcialmente o feixe causando a atenuação por obstrução. Reflexão: Regiões razoavelmente planas como mares, lagos e planícies podem refletir o feixe de ondas com oposição de fase em relação ao sinal direto, causando a atenuação por interferência. Difração: Pontas agudas, como o cume de montanhas, canto prédios podem desviar parcialmente o feixe causando a difração do sinal. Pela necessidade de conhecimento do tipo de terreno no qual o sinal vai ser transmitido, no estudo de propagação do sinal de rádio móvel, considera-se a área de serviço sob as seguintes condições: Estruturas Artificiais Em área aberta Em área suburbana Em área urbana Terreno Sobre terreno plano Sobre terreno montanhoso Sobre água Através de folhagem Figura 64 - Tabela comparativa do tipo de terreno a instalar uma ERB A localização de uma ERB baseado na predição de cobertura tem índices da acerto maiores que 50 % dependendo do algoritmo de predição. Os planos de urbanização, as área sob litígio, dentre outros fatores, impossibilitam o posicionamento de algumas ERBs. Neste caso deve-se escolher um novo local e realizar novos estudos de predição de cobertura. 70 Veja, que, em determinadas situações o alcance previsto para uma determinada célula do sistema pode ser feito com erros, porque, por exemplo, se a ERB for colocada em terreno com árvores, podem ocorrer diferenças de operação na primavera e no outono, porque o número de folhas diminui no outono, favorecendo a propagação do sinal, e na primavera as folhas aumentam, além do surgimento de frutos e flores que atrapalham a propagação do sinal. Aspectos de Comutação Como vimos, a Central de Controle e Comutação (CCC) é o cérebro do sistema de comunicação móvel celular. É composta basicamente de uma unidade de controle e uma unidade de comutação. A unidade de controle de uma CCC pode ser entendida como computador que controla funções especificas de uma sistema de comunicação móvel celular, tal como alocação de freqüência, controle do nível de potência das EMs, procedimento de handoff, controle de tráfego, rastreamento, localização, tarifação e associação de canais são fatores de limitação do sistema. Portanto, a capacidade de processamento da unidade de controle nas CCCs deve ser maior que a de sistemas de telefonia fixa, pois a quantidade de operações que deverá realizar será muito maior. A unidade de comutação celular é similar ao das centrais telefônicas fixas, mas seu processamento é diferente. Na comutação telefônica fixa, a duração da chamada não é fator principal relevante ao sistema, enquanto que em um sistema de comunicação móvel celular essa duração é função do gerenciamento dos canais e do número de handoffs processados. Dois parâmetros são considerados no projeto dos sistemas de comutação: a Acessibilidade e a Graduação. A Acessibilidade representa a capacidade de tráfego de um grupo de canais determinada pelo número destes canais que podem ser atingidos pelas chamadas que ingressam no sistema de comutação. Esta é considerada constante quando é igual em todos os instantes, Plena, quando seu valor é constante e igual à quantidade de troncos do grupo de saída, e limitada em outra situação. A Graduação representa um esquema de interconexão de grupos de canais. Em uma CCC com Acessibilidade Limitada, canais de entrada são agrupados e associados a um grupo de canais de saída, formando um subgrupo de graduação. O aumento da capacidade de tráfego acontece quando há uma associação eficaz entre os canais de entrada no sistema de comutação e os subgrupos de saída. Termos Técnicos da Telefonia Celular A seguir algumas definições básicas que envolvem o estudo de tráfego do sistema celular. Veja que muitas delas já foram estudadas e se referem diretamente também à telefonia fixa: Ø Tempo de Ocupação (t) - Tempo total em que uma dada chamada ocupa um canal. Ø Volume de Tráfego (V) - Soma dos Tempo de Ocupação de todos os canais de um sistema. Ø Intensidade de Chamadas (I) - Número de chamadas que ocorrem em um conjunto de canais em um dado intervalo de tempo. Ø Tempo Médio de Chamada (tm) - A média dos tempos de ocupação por um dado intervalo de tempo. Ø Hora de Maior Movimento (HMM) - O período de uma hora do dia no qual a Intensidade de Tráfego de um grupo de canais atinge o seu valor máximo. Os sistemas de comunicação móvel celular são projetados para que as chamadas realizadas tenham boa probabilidade de sucesso na Horas de Maior Movimento. Neste caso podemos considerar a HMM do sistema, de uma Cluster ou da célula mais congestionada. Ø Probabilidade de Bloqueio (B) - Percentual de tentativas de comunicação mal sucedidas pelo usuário devido ao congestionamento do sistema, ou seja, é razão entre o número de chamadas entrantes mal sucedidas pelo número total de chamadas entrantes. Ø Tráfego Escoado (Ae ) - Porção da Intensidade de Tráfego equivalente às chamadas entrantes ao sistema e que foram atendidas. Ø Tráfego Oferecido (Ao ) - Intensidade de Tráfego máxima suportada pelo sistema. Ø Tráfego Requerido (Ar ) - Intensidade de Tráfego gerada (requerida) pelos usuários. 71 Ø Tráfego Perdido (Ap ) - Intensidade de Tráfego não atendida pelo sistema devido ao congestionamento dos canais no instante da geração da chamada. Ø Intensidade de Tráfego (A) - Densidade do Volume de Tráfego no tempo. A unidade de Intensidade de Tráfego é o Erlang e representa exatamente uma hora de sistema ocupado em uma hora de observação Ø Grau de Serviço (GOS) - Relação entre o Tráfego Perdido e o Tráfego Oferecido. Na verdade é igual à Probabilidade de Bloqueio. Valores típicos de GOS em sistemas de telefonia celular atingem de 2% a 5%. O GOS determina a quantidade de troncos e equipamentos de comutação necessários para atender adequadamente o tráfego telefônico durante a Hora de Maior Movimento. Dimensionamento do Sistema Para o dimensionamento de tráfego de um sistemas devemos obter o número de futuros usuários do sistema, o tráfego requerido por cada usuário e sua distribuição geográfica. Na verdade isto é impossível. Imagine correr atrás de 10.000, 20.000 ou até 400.000 usuários fazendo perguntas. O que se faz é dividir a suposta área de serviço em quadrículas e estimar o número de usuários na quadrícula em situação de HMM e tráfego médio gerado por usuário. Assim basta multiplicar o tráfego médio por usuário pelo número de usuários que teríamos o Tráfego Requerido total em uma determinada quadrícula em situação de HMM. Uma célula englobaria então um grupo de quadrículas onde se calcularia Tráfego Requerido total pela somatória do Tráfego Requerido de cada quadrícula ou de suas proporções. A partir do Tráfego Requerido na célula, considerando-se certo GOS, utiliza-se uma fórmula de Erlang para estimar o número de canais a serem alocados àquela célula. Técnicas de Expansão do Sistema O objetivo das operadoras é o lucro, e este é conseguido através da expansão do sistema para o atendimento de um número maior de assinantes. Tanto a detecção como a criação de necessidades de novos serviços podem ser fatores para aumento de demanda no sistema. Estudaremos a seguir algumas técnicas de expansão do sistema móvel celular. Ø Degradação do Grau de Serviço A degradação do Grau de Serviço é a primeira investida das operadoras para acomodar novos assinantes. É fácil perceber pelos modelos de tráfego já sugeridos que quanto menos exigente no GOS, mais tráfego pode ser atendido com um mesmo número de canais. Mas observe que esta atitude deve ser apenas temporária, pois a degradação da qualidade do serviço prestado, detectada pelo usuário pelo aumento da ocorrência de insucessos ao tentar acessar o sistema (aumento da probabilidade de bloqueio), é fator de desânimo e que muitas vezes faz o usuário trocar de operadora em busca de um serviço melhor. Ø Adição de novos canais A adição de novos canais nas células de um sistema só pode ser feita se o projeto inicial não contemplou todos os possíveis canais de um subgrupo em um certo Padrão de Reuso. Tomemos um exemplo onde projetamos um sistema em que apenas 46 dos possíveis 56 canais de cada subgrupo foram utilizado. Se naquele caso as ERBs suportassem como limite máximo exatamente estes 56 canais, ainda poderíamos expandir o sistema oferecendo mais 10 canais por célula. Ø Empréstimo de Freqüências O empréstimo de freqüências é feito quando uma ERB precisa oferecer um tráfego maior que o oferecido pelo número de canais máximo definido pelo Padrão de Reuso. 72 Neste caso o projetista do sistema atropela o Padrão de Reuso e aloca freqüências a esta ERB fora de seu subgrupo original. Logo as células co-canais cedentes mais próximas desta ERB não pode utilizá-las. Perceba que não há grandes alterações de Hardware. Basta as ERB possuírem rádio disponíveis para sintonizares as novas portadoras. Na verdade o projetista pode fazer isto com quantas células quiser dependendo da distribuição geográfica do tráfego. Perceba que o empréstimo atende apenas a uma determinada região do sistema de maior tráfego, por isto constitui uma alternativa temporária aguardando expansão a física do sistema. Ø Mudança do Padrão Celular Esta técnica constitui a solução mais definitiva e verdadeiramente de expansão do sistema, apesar do alto custo. Neste caso a mudança de um Padrão de Reuso maior para um menor significa diminuirmos o número de células por Cluster. Significa também alocarmos um maior número de canais por célula. Agora, observe que se mantivermos as células originais, com a mesma área coberta e mesma ERB, estaremos apenas aumentando o número de canais na mesma região celular. Seria apenas uma questão de configuração de software da CCC e implantação de novos equipamentos de rádio nas ERBs. Ø Cell Splitting Quando é detectado um aumento inesperado de tráfego em determinada região do sistema já implantado, por exemplo, pela inauguração de um Shopping Center não prevista para a região, o projetista pode fazer uso da técnica de Cell Splitting. Esta técnica consiste em dividir um pequeno grupo de células em células bem menores mas ainda obedecendo o Padrão de Reuso. Assim, para novas células de raio k vezes menor que as originais teremos uma redução da área coberta e aumento da quantidade de ERBs. Na verdade temos alguns fatores que limitam a aplicação desta técnica como: a distância mínima de reuso em função da degradação da qualidade de voz, a possibilidade de locação das novas ERBs e os aspectos econômicos envolvidos. Figura 65 - Técnica Cell Splitting Ø Setorização A setorização é uma excelente técnica tanto para aumentar a capacidade do sistema, quanto para diminuir as interferência co-canal. Nesta técnica a área celular é dividida em setores servidos por diferentes freqüências. Tipicamente temos 3 ou 6 setores (120º ou 60º). Nesse caso não há despesas de infra-estrutura, pois mantêm-se mesmas ERBs. A expansão é muito facilitada pela característica modular das ERBs e da CCC. Desta forma esta técnica se apresenta com custo bem mais baixo que o Cell Splitting. 73 Figura 66 - Técnica da Setorização de ERBs A setorização celular pode ser utilizada para projetar a morfologia (forma) da célula. Assim, além das células omnidirecionais (atendem em uma região circunvizinha de 360º, isto é, em todas as direções), onde um mesmo grupo de freqüências é irradiado uniformemente em toda a região em torno da antena, também podemos ter células setorizadas onde o grupo de freqüências é subdividido em novos subgrupos através de antenas diretivas espaçadas de 120º ou 60º, que corresponde a uma técnica de expansão do sistema. Atualmente para melhor aproveitamento do sistema todas as ERBs instaladas usam essa técnica, normalmente em ângulos de 120 graus. Figura 67 - Setorização Celular Ø Células Overlaid e Underlaid Outra técnica utilizada para concentrar tráfego em uma determinada região é o de criar células sobrepostas de raios diferente, tanto nas células omnidirecionais como nas células setorizadas. Esta técnica garante que uma quantidade maior de canais esteja disponível dentro da célula menor, onde o usuário pode acessar tanto os canais desta célula quanto os canais oferecidos pela célula maior. A vantagem desta técnica é que não há necessidade de modificar a infra-estrutura já existente, como ocorre no Cell Splitting. Observe que um algoritmo de alocação de canais que priorize a ocupação dos canais da célula menor garante GOS aos usuário na periferia. Figura 68 - Células Overlaid e Underlaid Sistema Celular Digital e Analógico Existem basicamente dois sistemas de telefonia celular: o analógico e digital. O sistema analógico é o sistema de telefonia móvel mais antigo, os sinais são transmitidos por freqüência modulada, como as emissoras 74 de rádio FMs. Este sistema esta mais sujeito a interferências, pois durante a passagem do sinal pelo canal de transmissão (o ar), não existe uma "proteção" contra posterior captação indevida para estes sinais. O sistema digital é um sistema mais moderno, os sinais de voz são transformados em um código binário, então estes sinais são transmitido, depois captados pela central e novamente transformado em sinal de voz para o receptor. Esta transformação para o código binário funciona como "proteção" da mensagem, tornando a ligação digital de maior qualidade. Embora a telefonia digital utilize o ar como canal de transmissão, são concedidas "faixas" nesse canal para que cada operadora ocupe, estas faixas são denominadas bandas. No Brasil existem as bandas A e B e não existe diferença de qualidade entre as faixas. No estágio atual de telefonia móvel existem cinco tecnologias diferentes, em que se operam celulares. O FDMA, o CDMA, o TDMA, o GSM e o trunking. Os aparelhos falam entre si e com telefones fixos, em ligações locais e à distância, por causa de "tradutores" nas respectivas centrais, mas não é possível habilitar um aparelho CDMA na companhia que utiliza TDMA ou trunking e vice-versa. Os aparelhos digitais (TDMA, CDMA e trunking) são duais, isto significa que se você sair da cobertura digital, existe a possibilidade de continuar falando e recebendo chamadas sob a cobertura analógica. Antes de estudarmos as tecnologias de operação dos sistemas celulares veremos algumas peculiaridades sobre transmissão de sinais. Transmissão de Sinais Os esquemas de modulação do sinal têm por objetivo adequar as informações a serem transmitidas aos meios de transmissão. Esta transmissão de sinais se faz tanto por esquemas de modulação analógicos como os digitais. Os esquemas analógicos foram os primeiros a serem implementados e propunham a transmissão de ondas senoidais proporcionais em amplitude, em fase, em freqüência ou em suas combinações, contendo a informação. As técnicas digitais surgiram antes das analógicas mas só foram realizáveis com a evolução tecnológica. A seleção do esquema de modulação deve atender a um conjunto de critérios que garantam a comunicação livre de erros e interferências, com eficiência de potência e espectro. A eficiência de potência é delimitada por uma potência máxima de 100 Watts definida pelo órgão FCC dos EUA para cada antenas de uma ERB, o que também limita o número de canais por célula. A eficiência de espectro, o objetivo é diminuir o máximo a largura do canal de comunicação. Os sistemas analógicos preferem as modulações FM para a voz e FSK para dados de sinalização e controle. Já os sistemas digitais fazem uso dos esquemas de modulação FSK e PSK associados às técnicas de processamento digital do sinal de voz. Os problemas de interferência ocorrerem quando os produtos de intermodulação são próximos das portadoras do sistema. A utilização de amplificadores não-lineares classe C é geralmente associada a modulação QPSK para a eliminar este problema. Métodos de detecção e correção de erro baseados na inserção de bits redundantes eliminam possíveis problemas causados pelos ruídos. Esta é uma vantagem dos sistemas digitais. A detecção de erro na recepção e a impossibilidade de correção permite ao sistemas, se houver tempo hábil, retransmitir o bloco contendo o erro através de Automatic Repeat Request (ARQ). As técnicas de acesso ao meio Frequency Division Multiple Access (FDMA), TDMA e CDMA, sofrem diretamente com parâmetros de transmissão. Os ruídos no sistema AMPS são claramente detectados pelo usuário no canal de voz. O sistemas TDMA faz uso do processamento digital da voz para maior eficiência do espectro. O controle automático de potência da EM do sistema CDMA compõem fator importante no projeto. Esquemas de Modulação Analógicos Em 1905, Fesseden obteve sucesso em uma experiência de transmissão de informação via rádio pela utilização de uma técnica chamada Modulação de Amplitude (AM). Já em 1935, Edwin Armstrong apresenta a Modulação em Freqüência (FM), um caso especial da Modulação em Fase (PM), como técnica eficaz de transmissão via rádio. Nestas técnicas os sinais transmitidos no meio são funções contínuas da forma de onda da mensagem. Tanto a amplitude, a fase ou a freqüência de uma onda portadora podem ser continuamente variadas de acordo com a informação a ser transmitida. Alguns exemplos destes esquemas analógicos de modulação são mostrados abaixo. 75 Figura 69 - Esquemas analógicos de modulação do sinal Veremos a seguir alguns fundamentos das técnicas de modulação analógicas mais utilizadas nos sistemas de comunicação de rádio móvel. Amplitude Modulada (AM) A técnica de amplitude modulada consiste em transladar o espectro do sinal de voz para uma freqüência superior adequada para a transmissão. Observe que quanto maior forem as freqüências transmitidas menor serão as dimensões das antenas. A modulação em amplitude AM consiste em eleger uma freqüência que determina uma onda portadora e operar a conjunção entre o sinal de voz e a portadora. O sinal resultante possui as mesmas características de amplitude do sinal original, mas agora está deslocado em freqüência para a freqüência central igual a da portadora. Podemos observar, como exemplificado na figura abaixo, que a onda resultante é uma onda senoidal com freqüência igual ao da portadora, mas com sua amplitude variando de acordo com a amplitude do sinal de voz original. sinal de voz onda portadora sinal modulado Figura 70 - Modulação AM de sinal de voz O processo de recuperação do sinal na recepção, chamado de demodulação, é bastante simples. Os sistemas AM tem por características uma alta sensibilidade às interferências e ao fading, uma vez que uma mínima alteração em sua amplitude reflete proporcionalmente no sinal de voz demodulado na recepção. 76 Modulação Angular (PM / FM) O esquema de modulação angular pode ser feito pela modulação da fase da portadora, da freqüência ou pela cominação delas, em relação ao sinal de modulante. A Modulação em Fase (PM - Phase Modulation) consiste em fazer com que a fase da onda senoidal portadora varie proporcionalmente à variação de amplitude de um sinal modulante. A Modulação em freqüência (FM - Frequency Modulation) altera a freqüência da portadora na proporção da variação da amplitude do sinal de voz modulante. A figura a seguir mostra um exemplo de modulação da freqüência de uma onda senoidal pelas variações de amplitude da onda dente-de-serra modulante. sinal modulante sinal modulado Figura 71 - Modulação de freqüência do sinal dente-de-serra É fácil notar que a amplitude da portadora não carrega nenhuma informação, pois esta é representada apenas pelas variações de freqüência. Isto implica que se o sinal modulado tiver sofrido variações de amplitude devido à fading ao longo do percurso de propagação, isto não acarretará em grandes danos na demodulação da informação. Só importam as variações de freqüência e estas não variam devido ao fading. Verifica-se que as modulações de fase e amplitude se apresentam mais imunes aos ruídos, interferência e desvanecimentos do sinal propagado. O único desconforto desta técnica em relação ao AM é a grande largura de faixa destinada à transmissão da informação. Por exemplo, para um sinal modulante de 4 KHz de faixa, necessitamos de apenas 8 KHz de faixa utilizando AM, enquanto que se utilizarmos FM é necessária uma largura de faixa de aproximadamente 120 KHz se utilizarmos um desvio máximo de freqüência de 60 KHz. Esquemas de Modulação Digitais As técnicas de modulação digitais, assim como as analógicas, tem por objetivo transportar a informação de modo adequado ao meio e com eficiência de espectro. Destacamos a seguir técnicas usadas para modular uma onda portadora cossenoidal em amplitude, freqüência e fase, só que agora por um sinal digital binário. Abaixo veja também técnicas híbridas de modulação digital envolvendo variações de amplitude, freqüência e/ou fase. Ø Modulação por Chaveamento de Amplitude (ASK) A Amplitude Shift Keying (ASK) consiste simplesmente em permitir ou não a transmissão da portadora em função da ocorrência ou não de bits 0 ou 1. Tomemos como exemplo a figura a seguir. Figura 72 - Modulação ASK 77 Ø Modulação por Chaveamento de Freqüência (FSK) A técnica de Frequency Shift Keying (FSK) comuta a freqüência da portadora em dois valores fixos, a freqüência nominal da portadora e outra pré-definida, isto em função do sinal digital binário de entrada. Figura 73 - Modulação FSK Ø Modulação por Chaveamento de Fase (PSK) A modulação Phase Shift Keying (PSK), de modo similar ao FSK, consiste em variar a fase da portadora de acordo com a informação digital binária a ser transmitida, porém assumindo as variações de fase do sinal. Figura 74 - Modulação PSK Ø Modulação por Chaveamento de Fase Diferencial (DPSK) O esquema Differential Phase Shift Keying (DPSK) é uma variação do PSK, onde há a inversão de 180° na fase da portadora sempre que ocorre o bit 0. Este esquema e também chamado de Binary PSK (BPSK). As alterações consecutivas em uma seqüência de bits 0 auxilia no sincronismo da comunicação. Figura 75 - Modulação PSK 78 O esquema de modulação DPSK possui variações em que se considera a unidade de informação como o conjunto de 2 (Dibit) ou até 3 bits (Tribit). Desta forma, para cada variação da portadora, transmitem-se 2 ou 3 bits, dependendo do caso. No caso Dibit chamamos o esquema de DPSK-4, uma vez que dois bit definem 4 possíveis estados. Neste caso cada estado é representado por uma alteração no ângulo da portadora múltipla de 90º conforme mostra a tabela. Dibit Variação de fase Padrão A Padrão B 00 0° 45° 01 90° 135° 11 180° 225° 10 270° 315° Figura 76 - Modulação DPSK-4 No caso de DPSK-8 a unidade de informação é o Tribit onde para cada conjunto de 3 bits fazemos uma variação de fase de múltipla de 45º conforme mostra a tabela. Tribit 001 000 010 011 111 110 100 101 Variação de fase 0° 45° 90° 135° 180° 225° 270° 315° Figura 77 - Modulação DPSK-8 Ø Modulação por Chaveamento de Fase e Quadratura (QPSK) A Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) é uma variação do PSK onde dois sinais BPSK são transmitidos defasados de 180°. Isto duplica a quantidade de informação transmitida. Podemos verificar na figura que a variação de fase resultante da combinação das componentes em fase e quadratura a ser aplicada na portadora dependerá de cada Dibit a ser transmitido. Como as variações de fase são múltiplas de p /4 define-se este esquema como p /4-QPSK. Este esquema está regulamentado através da norma CCITT V26-B. Figura 78 - Modulação DPSK-8 79 Observe que a amplitude de um sinal QPSK é idealmente constante, mas quando há uma transição de 10 para 01, por exemplo, o sinal passa por 0 mesmo que momentaneamente. Para resolver este caso estudaremos o DQPSK a seguir. Ø Modulação por Chaveamento de Fase em Quadratura Diferencial (QDPSK) O esquema Differential Quadrature Phase Shift Keying (DQPSK) aproveita a característica de sincronismo da transmissão do DPSK e aplica ao QPSK. Este esquema resolve também o problema de portadora com amplitude zero em determinadas transições. No DQPSK as transições dos 2 bits do Dibit ocorrem instantes de tempo defasados de meio bit. Isto faz com que apenas um dos bits do Dibit sofra alteração implicando que a variação de fase máxima deste bit seja de p /2, eliminando assim as transições de p radianos. Isto elimina qualquer possibilidade da portadora passar pela amplitude zero como vemos na Figura 3.10. O p /4-DQPSK a 48.8 Kbps é o esquema escolhido para o sistema TDMA. Figura 78 – Constelação DQPSK Ø Modulação por Amplitude em Quadratura (QAM) O esquema Quadrature Amplitude Modulation (QAM) é uma combinação dos esquemas ASK e PSK modificando simultaneamente a amplitude e fase da portadora, por isto também é conhecida como AMPSK. A Tabela 3.3 mostra valores de amplitude e fase da portadora para uma situação de Quadribit. 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 Quadribit 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 Desvio de fase 0° 45° 90° 135° 180° 225° 270° 315° 315° 270° 225° 180° 135° 90° 45° 0° Amplitude 3 3 3 3 3 5 3 5 3 5 3 5 Figura 79 - Modulação QAM 80 Padrões de Modulação Na Europa existem alguns sistemas analógicos operando nas bandas de rádio-frequência de 450 MHz ou 900 MHz. Como, no início, cada país desenvolveu seu próprio sistema, estes sistemas são incompatíveis entre si. No entanto, na Europa o sistema mais usado é o GSM (Global System for Mobiles), e tem uma arquitetura aberta, que utiliza transmissão digital baseada na banda de 900 MHz ou 1800 MHz, especificada pelo ETSI (European Telecommunications Standards Institute). Ele é aceito por todos os países europeus entre outros, inclusive no Brasil. A largura do canal de rádio é de 200 KHz. O sistema analógico AMPS (Advanced Mobile Phone System) é o sistema mais antigo usado nos EUA. Ele usa canais de voz de 3 KHz moduladas em portadoras FM de 30 KHz, e também foi adotado no Brasil. Nos EUA, a tendência é que o sistema AMPS seja totalmente substituído por um sistema digital. Este sistema seria o USDC (US Digital Cellular Technology), que teria uma capacidade de transmissão maior. Como esta mudança acarretaria em custos elevados, a mudança tem que ser gradual. Os americanos então usam uma infra-estrutura híbrida analógica digital conhecida como D-AMPS, que passou a ser conhecida como TDMA (Time Division Multiple Access). Sistemas com transmissões analógicas móveis são menos eficientes na transmissão de dados, possuem equipamentos de interface mais caros do que sistemas que utilizam transmissões digitais e em determinadas regiões com muitos assinantes não conseguem atender a demanda. Cronologia de surgimento dos sistemas celulares: Ano 1978 (1984) 1979 1981 (1986) 1983 1985 1987 (1990) 1989 1993 Sistema/padrão Aurora 400 (800) NTT 800 NMT 450 (900) AMPS TACS GMS800 / 900 (DCS1800) TDMA (IS-54 / IS-136) CDMA (IS-95) País Canadá Japão Escandinávia EUA Reino Unido Europa EUA EUA Buscando uma maior eficiência o uso do espectro disponível aos serviços de rádio móvel, foram criadas técnicas que permitem o acesso de múltiplos usuários ao meio de transmissão, ou seja, o compartilhamento de canais de rádio. A alocação de canais sob demanda é conhecida por Demand-Assigned Multiple Access (DAMA). Três métodos de acesso ao meio se destacaram nos sistemas de comunicação móvel celular diferenciados apenas pela manipulação adequada da freqüência, tempo ou código. O Frequency Division Multiple Access (FDMA) é caracterizado pela alocação de diferentes faixas do espectro para os canais de voz e existe apenas um usuário ocupando uma faixa de canal, acarretando um grande desperdício para a rede. O Time Division Multiple Access (TDMA) faz uso do processamento digital do sinal de voz e multiplexa a informação de diferentes usuários em slots de tempo diferentes dentro de um mesmo canal físico possibilitando até 4 assinantes ocupando uma faixa de canal representando um ganho em relação ao FDMA. Já o Code Division Multiple Access (CDMA) multiplica a informação digital por códigos de taxa mais elevada espalhando o espectro do sinal em uma faixa larga compartilhada com outros códigos, podendo haver até 20 assinantes ocupando uma faixa de canal única. Assim a comunicação Duplex pode ser feita por divisão de freqüência, de tempo ou de código, ou seja, utilizando Frequency Division Duplex (FDD), Time Division Duplex (TDD) ou Code Division Duplex (CDD). Os sistemas também podem ser classificados com relação a largura de faixa do canal. Assim, um sistemas de faixa estreita tem seu espectro dividido em canais de faixa suportando taxas inferiores a 2 Mbps, enquanto na arquitetura de faixa larga, todo o espectro é compartilhado pelos usuários. O FDMA é intrinsecamente uma arquitetura de faixa estreita, enquanto CDMA é uma arquitetura de faixa larga. TDMA, por outro lado, pode ser implementado como de faixa estreita ou de faixa larga. A escolha do método de acesso para sistemas de rádio móvel é uma tarefa tanto complexa pois todos os métodos FDMA, TDMA e CDMA apresentam vantagens e desvantagens. Tecnologias de modulação de Telefonia Celular Ø Tecnologia FDMA (Frequency Division Multiplex Acess) O Acesso Múltiplo por Divisão de Freqüência é método mais comum de acesso, principalmente entre os sistemas analógicos. Neste caso o espectro é dividido em canais onde cada assinante sintoniza sua portadora. 81 Podemos fazer analogia a pares que querem se comunicar, onde cada par utiliza um tubo, representando uma portadora. A informação de um par que se propaga em um tubo não interfere a que se propaga em outro paralelo. O FDMA, no Brasil, usado em conjunto com o padrão AMPS - Advanced Mobile Phone System aloca um único canal de rádio-frequência para um usuário de cada vez, considerado um sistema de 1ª geração, usado na freqüência de 800MHz. Possui capacidade de até 832 canais de 30 KHz. . Se o caminho da transmissão deteriora, o controlador (CCC) passa a ligação para outro canal. Embora tecnicamente simples de implementar, o FDMA desperdiça muita largura de banda: o canal inteiro é disponibilizado para uma única conversação. Além disso, ele não pode tratar de formas diversificadas de dados, somente transmissões de voz. O sistema AMPS faz parte da geração analógica da telefonia móvel celular. É importante salientar que o padrão AMPS são considerações técnicas em relação à tecnologia empregada na modulação de sinais, que é o FDMA. O FDMA pode ser usado com outro padrão de telefonia celular. Será estudado o AMPS por ser utilizado no Brasil. Figura 80 - Multiplexação em Freqüência O número de canais no sistema será função da largura de cada canal. Dentre os canais disponíveis, uma pequena porção é dedicada a canais de controle, sendo os demais utilizados para tráfego de voz. No caso do sistema AMPS o espectro é dividido em canais de 30 KHz usados durante todo a duração de uma chamada. Na alocação do espectro do padrão AMPS o canal de rádio utiliza freqüências separadas para a transmissão da EM e para a transmissão da ERB (operação duplex). A diferença entre as duas freqüências é de 45 MHz. O sistema AMPS utiliza a faixa de 825 a 845 MHz para a transmissão EM-ERB e 870 a 890 MHz para a transmissão no sentido inverso. Os canais de uma ERB podem ser acessados por qualquer EM dentro de suas área de cobertura. Para isto basta a EM sintonizar um portadora, sendo a alocação de canais feita sob demanda pela CCC. O esquema Single Channel Per Carrier (SCPC) implementa o FDMA atribuindo apenas um canal por portadora. Figura 81 - Portadoras do sistema FDMA Os equipamentos eletrônicos de uma ERB apresentam aspectos de não linearidade. Assim, a informação transmitida pode ser afetada por interferência. O espalhamento espectral corresponde ao alargamento do canal excedendo sua própria faixa causando interferência nos canais adjacentes. A intermodulação acontece quando harmônicas de certas freqüências interferem em outras. A transferencia de modulação promove distorções na fase e na amplitude do sinal. A tecnologia empregada para implementar o FDMA é bastante conhecida, pois as técnicas utilizadas não diferem muito das usadas em sistemas analógicos de rádio comum. As EMs são caras já que necessitam de muitos filtros de faixa estreita. 82 Ø Tecnologia TDMA (Time Division Multiplex Acess) Ø Introdução O problema central do sistema de comunicação celular é a escassez do espectro. Por isso o sistema celular necessita usar seu espectro de rádio limitado da maneira mais eficiente possível. Empresas estão solucionando este desafio de duas maneiras. A primeira envolve a gradual mudança do formato do sinal de analógico para digital, pois permite um sistema celular empregar menos estações rádio-base. O segundo método emprega a modulação de fase digital para permitir um grupo de usuários utilizar o mesmo canal de freqüência de rádio simultaneamente. Nos anos 80, a indústria da comunicação sem fio começou explorar a conversão da rede analógica existente para digital com o intuito de aumentar a capacidade. Em 1989, a Cellular Telecommunications Industry Association (CTIA) escolheu o TDMA ao invés do FDMA da Motorola padrão banda estreita como a tecnologia alternativa dos mercados de celular de 800 MHz existentes e para os emergentes mercados de 1,9 GHz. Com o crescimento da competição tecnológica aplicada pela Qualcomm em favor do CDMA e as realidades do padrão GSM Europeu (variante do TDMA), o CTIA decidiu permitir as empresas a fazerem suas próprias escolhas de tecnologia. Os dois maiores sistemas concorrentes que dividem a rádio-frequência são TDMA e o Acesso por Múltipla Divisão do Código (CDMA - Code Division Multiple Access). CDMA é uma tecnologia de espectro amplo que permite que os pacotes de dados sejam transmitidos em canais que se alternam no tempo. Cada pacote digital de códigos CDMA é enviado com uma única chave. Um receptor CDMA responde somente àquela chave e pode demodular o sinal associado. O sistema TDMA é designado para uso em uma variedade de circunstâncias e situações, que vão do uso em um escritório no centro da cidade até um usuário viajando em alta velocidade em uma rodovia. O sistema também suporta uma variedade de serviços para fins do usuário, tais como voz, dados, fax, serviços de pequenas mensagens, difusão de mensagens e WAP - Wireless Application Protocol (internet para celular). O TDMA oferece uma flexível interface aérea, provendo alta performance acerca da capacidade e cobertura, ilimitado suporte de mobilidade e capacidade para tratar dos diferentes tipos de necessidades do usuário. O Acesso por Múltipla Divisão do Tempo (TDMA - Time Division Multiple Access) é uma tecnologia de transmissão digital que permite um número de usuários acessar um único canal de freqüência de rádio sem interferência, locando um slot (espaço) de tempo para cada usuário dentro de cada canal. O esquema de transmissão digital TDMA multiplexa três sinais sobre um único canal. O TDMA padrão para celular divide um único canal em seis slots de tempo, com cada sinal usando dois slots, promovendo um ganho em capacidade de 3 para 1 sobre o AMPS. É um sistema de 2ª geração. Possui 832 canais de 30 KHz (com 3 usuários por canal). O Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo reparte um canal físico em diversos slots (intervalos) de tempo fazendo com que cada canal possa ser usado por mais de uma pessoa, uma de cada vez. A cada assinante é alocado uma seqüência periódica e slots de tempo dentro de um canal físico, assim uma mesma portadora pode ser compartilhada por diferentes assinantes. Figura 82 - Divisão de tempo com os usuários do sistema FDMA Neste caso a analogia é, por exemplo, com três pares que dividem o tempo de acesso a um único tubo (a portadora). Cada par deste grupo tem direito a usar o tubo por um intervalo de tempo que acontece 83 periodicamente. Mesmo assim outros grupos de três pares podem utilizar outros tubos. Esta forma o TDMA utilizado pelos sistemas digitais é, na verdade, uma combinação FDMA/TDMA. Figura 83 - Portadoras do sistema TDMA Observe que quanto maior número de canais lógicos por portadora, maior será a taxa de transmissão e maior a largura de faixa necessária ao canal. Técnicas de processamento digital e compressão do sinal de voz reduzem as taxas de transmissão e a largura dos canais. Na verdade, a transmissão da informação neste esquema é feita forma buffer-and-burst. A informação é primeiramente armazenada em depois enviada em rajadas dentro de seu slot de tempo correspondente, assim diversas EMs alternam a transmissão e recepção de bursts de dados através de uma portadora comum compartilhada. Este método apresenta um aumento significativo no tráfego atendido em relação ao FDMA. Pela característica digital do sistema há maior imunidade a ruído e interferência e também mais segurança no enlace de comunicação promovendo privacidade ao usuário. Há também a necessidade de equalização, mas esta pode ser usada para combater o desvanecimento. Uma grande vantagem deste método é que as taxas de transmissão podem ser variáveis em múltiplo da taxa básico do canal. A potência do sinal e a taxa de erros de bit podem controladas facilitando e acelerando o processo de handoff. O método TDMA é empregado nos sistemas digitais GSM, D-AMPS (IS-136) e PDC. O TDMA divide cada canal em 6 slots de tempo os quais, atualmente, são divididos entre 3 usuários aumentando assim a capacidade do sistema. O período de tempo em que os usuários utilizam o canal é chamado de frame. Um frame na IS-136 (D-AMPS) tem duração de 40ms e tem capacidade de transmitir 1944 bits, resultando numa taxa de 48,6 Kbps. O frame é subdividido em 6 partes, as quais chamamos de time slots. Uma conversação na realidade é composta por um conjunto de time slots. Figura 83 - Frame TDMA Ø Evolução O TDMA foi implantado originalmente em 1988 com o padrão IS-54 pela TIA/CTIA. O IS-54 surgiu como uma evolução do sistema AMPS, que vigorava até então. As principais características desta primeira versão do TDMA são a digitalização e codificação da voz para transmissão multiplexada no tempo e os canais de controle semelhantes aos do AMPS com apenas algumas alterações de mensagens. 84 O IS-54 foi substituído posteriormente pelo IS-136. Este padrão tornou o TDMA totalmente digital com a adição do Canal de Controle Digital - DCCH. O codificador de voz utilizado na IS-54 também foi substituído por outro que apresentou maior qualidade de voz. O IS-136 trouxe novos serviços como os de SMS - Short Messages Service (envio de mensagens curtas), identificador de chamada e outros. O IS-136A foi criado para estabelecer serviço celular na faixa de 1.900 MHz e introduziu novos serviços programados. E finalmente, a implantação do IS-136B incluiu mais serviços como broadcast SMS, dados de pacotes, etc. Figura 84 - Evolução do TDMA Há previsão de implantação do ETDMA - Extended Time Division Multiple Access. O ETDMA permite que a transmissão pare quando um usuário não estiver falando, liberando o canal para outra conversação. O ETDMA poderá até duplicar a capacidade do TDMA e multiplicar a capacidade do AMPS por 10. Ø Canais TDMA Um canal TDMA, assim como um canal AMPS, é constituído, na realidade, de um par de canais: um chamado forward ou direto (para comunicação no sentido ERB - móvel) e outro reverse ou reverso (no sentido móvel - ERB), ambos de largura de 30 KHz e distância entre eles de 45 MHz (separação full-duplex). Figura 85 - Canais TDMA - Faixa de 800 MHz Veja na figura 85 como ficou o espectro de freqüência do sistema celular na faixa dos 800Mhz atualmente, essa canalização é chamada de EAMPS - Extended AMPS. O "R" na figura representa faixas reservadas e não utilizadas. Já existe e é padronizada pela IS-136A e IS-136-B uma faixa no espectro em 1900MHz a qual é usada por outras operadoras. No Brasil a ANATEL (Agência Nacional de Telecomunicações) divulgou a faixa de freqüência para a nova Banda C, que é de 1,8 GHz, utilizando o padrão GSM (Global System Mobile - um sistema variante do TDMA). 85 Ø Dual Mode TDMA/AMPS Como foi visto o TDMA usa os mesmos canais do sistema AMPS na faixa de 800MHz. Isso permitiu o Modo Duplo (Dual Mode) de sistemas dentro do TDMA. Em outras palavras, o sistema AMPS permaneceu dentro do TDMA depois que este foi implementado e foram mantidos os canais sem multiplexação do tempo. A grande vantagem do Dual Mode é a conexão de tecnologias digitais diferentes. Outros padrões digitais, como o CDMA, também possuem duplo modo de funcionamento Digital/AMPS, assim quando uma estação móvel TDMA está numa área coberta por serviço CDMA, conseguirá serviço AMPS nessa área. Isso é muito importante porque em localidades diferentes podem ser adotados padrões diferentes. Esta variação de padrões pode acontecer entre países, estados, cidades e até mesmo entre operadoras que cobrem uma mesma área. Ø Tecnologia CDMA (Code Division Multiplex Acess) A sigla CDMA significa Code Division Multiple Access ou, Divisão de Código com Acesso Múltiplo, as amostras das falas de todos os assinantes que dividem o mesmo canal, seguem ao mesmo tempo, e se completam do outro lado da linha (enquanto no TDMA elas seguem uma depois da outra, no tempo), esta diferença para usuário não é perceptível. A tecnologia CDMA oferece muitos recursos como: • • • • • • Tem uma capacidade ampliada de seis a dezoito vezes em relação a capacidade dos atuais sistemas analógicos AMPS; Tem uma qualidade muito boa pois utiliza um esquema de codificação único que praticamente elimina as linhas cruzadas e reduz muito o impacto das interferências de outras fontes; O consumo das baterias das EMs é muito baixo, permite seis horas de conversação contínua, nos aparelhos CDMA; Tem maior cobertura, porque seu sinal é em espectro espalhado (spread spectrum), sendo superior aos dos sistemas GSM, TDMA e AMPS. Sistema CDMA trás uma grande economia, pois graças a sua cobertura e capacidade, o CDMA requer menos células, reduzindo custos iniciais de instalação e operação. Possui 20 canais de 1250 KHz, com 798 usuários por canal. O Acesso Múltiplo por Divisão de Código foi desenvolvido nos EUA pelo segmento militar. Sua primeira utilização foi para a comunicação entre aviões de caça e radio controle de mísseis teleguiados. Neste método de acesso os as EMs transmitem na mesma portadora e ao mesmo tempo, mas cada comunicação individual é provida com um código particular. Isto garante alta privacidade na comunicação. Voltando a analogia, podemos considerar não mais os tubos, mas uma sala repleta de pares que se comunicam, só que cada par fala um idioma diferente que só eles entendem. Quanto mais deferentes os idiomas utilizados nesta sala, menor a probabilidade de confusão na comunicação (interferência entre os códigos). Por exemplo, o português e o espanhol são idiomas bastante parecidos; já o português e o alemão ou chinês têm bastante diferenças. Figura 86 - CDMA As conexões simultâneas são diferenciadas por códigos distintos de baixa correlação. Seqüências digitais do tipo pseudo-noise (PN) são geradas por códigos pseudo-randômicos (PN codes) e ortogonais com taxa alta de 86 transmissão por Direct Sequence, ou Direct Spread. Obtêm-se, então, um sinal de faixa larga por Spread Spectrum (espalhamento espectral) pelo fato de se transmitir o sinal em uma taxa maior que a taxa da informação. A largura de faixa padronizada para os serviços móvel celular é de 1.25 MHz. A razão entre a faixa espalhada do sinal e sua faixa original é conhecida como ganho de processamento. Na verdade o Direct Sequence não é o único esquema de modulação capaz de espalhar o sinal. A utilização destes esquemas consiste apenas em especificação de projeto do sistema. O código utilizado na transmissão deverá ser conhecido na recepção. Na teoria poderíamos tantos assinantes quanto códigos existisses, mas isto não é verdade uma vez que a comunicação se processa em um ambiente ruidoso. Cada EM gera uma parcela do ruído total do sistema que é proporcional ao número de chamadas em curso. Assim, o receptor correlaciona os sinais recebidos com o código gerador multiplicando-os, detectando o sinal desejado que agora se destaca sobre os demais. No processo de transmissão pelo método do CDMA a voz é primeiramente codificada, passa por um expansor (spreader) que a multiplica por seqüência preestabelecida e única para cada EM, o sinal de espectro agora espalhado é modulado em amplitude e transmitido. A figura abaixo exemplifica o processo de transmissão e recuperação da informação pelo método CDMA. Figura 87 - Recuperação da informação pelo método CDMA O ruído pode ser trabalhado utilizando-se taxas de transmissão menores nos períodos de silêncio em uma conversação. O controle da potência nas EMs equaliza o nível de interferência provocado por usuários próximos ou distantes da ERB. A utilização de antenas diretivas limitando o ângulo de chegada dos sinais também reduz o nível do ruído. Verifica-se que o fator limitante do método CDMA é a relação sinal-ruído por EMs. Assim, a capacidade do sistema é determinada pelo nível da relação sinal-ruído e pelo ganho de processamento. Mesmo assim considerase um ganho da ordem de 8 vezes em relação à capacidade do método FDMA. Os sistemas que utilizam o método CDMA tem como padrão de reuso somente uma célula por cluster. Isto dispensa o planejamento de freqüências. O que diferencia uma célula de outra são os conjuntos de códigos utilizados já que todas a células utilizam a mesma freqüência portadora. Isto facilita a implementação do procedimento de soft-handoff (handoff sem corte de comunicação). Neste procedimento a EM cruzando a fronteira entre duas células poderá utilizar os sinais das duas ERBs ao mesmo tempo, transmitindo o mesmo código, combinando os sinais recebidos para melhorar a recepção. 87 Os sistemas que utilizam o CDMA seguem o padrão IS-95 com taxa de espalhamento a 1,2288 Mbps utilizando uma portadora de 1,25 MHz de faixa. O uso de uma taxa básica de 9,6 Kbps implica em maior capacidade do sistema e em menor qualidade de transmissão. Utilizando 14,4 Kbps teremos uma menor capacidade do sistema, porém uma melhor qualidade de transmissão. Um fato curioso é que as operadoras podem prover serviços em ambas as taxas com tarifas diferenciadas. Para a expansão de um sistemas baseado em CDMA basta aplicar aceitar uma degradação do grau de serviço pelo o aumento do número de usuários no sistema, o que simplesmente aumenta a interferência total, e não implica em nenhuma alteração física do sistema. Ø Conclusão A tecnologia digital trouxe os maiores benefícios para a telefonia celular. Os usuários ganharam uma série de serviços adicionais, segurança, durabilidade de bateria e maior qualidade de voz. O TDMA, assim como é capacitado para comunicação por voz, pode ser facilmente adaptado para a transmissão dados, podendo transmiti-los a velocidades de 64 Kbps a 120 Mbps (expansíveis em múltiplos de 64kbps). Isto permite às operadoras oferecerem serviços de comunicações pessoais incluindo fax, dados de banda de voz, serviços de pequenas mensagens bem como ampla largura de banda para aplicações como multimídia e videoconferência. Quanto às vantagens da tecnologias digitais sobre a analógica é indiscutível a superioridade e o melhor atendimento daquelas em relação a esta, porém não há ainda a conclusão de qual tecnologia digital apresenta o melhor custo-benefício. Os defensores do CDMA tem afirmado a eficiência da largura de banda que é 13 vezes maior do que a do TDMA e entre 20 a 40 vezes a da transmissão analógica. Além disto, eles observam que a tecnologia de divisão do espectro é mais segura e oferece maior qualidade de transmissão do que o TDMA porque aumenta a resistência conta distorção por múltiplos caminhos (é a degradação dada pela alteração na fase do sinal que chega às EMs por múltiplos caminhos graças aos fenômenos de reflexão, refração e difração). Do outro lado, os defensores do TDMA apontam que até essa data não tem havido um sucesso maior comprovado da tecnologia CDMA em relação as capacidades observadas. Além disso, apontam que os teóricos melhoramentos na eficiência da largura de banda observadas no CDMA estão agora começando a ter esta diferença diminuída em relação a tecnologia TDMA que vem melhorando. A evolução do TDMA permitirá aumentar a capacidade de 20 a 40 vezes sobre o sistema analógico em um futuro próximo. Isto combinado com a tecnologia vastamente mais cara necessária para o CDMA ($300.000 por ERB comparada a $80.000 do TDMA) chama para uma questão qual econômica real a tecnologia CDMA pode oferecer. Assim, o IS-136 é provavelmente o caminho mais econômico da migração da rede AMPS para o sistema digital. Ao analisarmos os benefícios de cada tecnologia, estas parecem estar equiparadas, assim as operadoras fazem escolha tanto pelo TDMA como para o CDMA. Se houver a evolução maior de alguma, ou até de outra nova, é possível que a estagnada ceda seu espaço a outra. A preocupação com a escolha da tecnologia digital que tem ocorrido está mais voltada para esta evolução, pois a atualização do sistema da tecnologia que evoluiu, pressupõe-se menos cara que a substituição da estagnada. O TDMA e variantes estão na liderança contra o CDMA. Aquele é utilizado nos EUA e tem representação no Japão com o Japanese Digital Cellular (JDC) e também na Europa e na Ásia com o GSM (adotado também no Brasil como o padrão da banda C). No Brasil, a maioria das operadoras preferem o TDMA, em Porto Alegre só existe TDMA. A ATL presta serviço TDMA no Rio de Janeiro e Espirito Santo utilizando a banda B enquanto a Telefônica Celular presta serviço CDMA na mesma área utilizando a banda A. Em São Paulo a Telesp presta serviço CDMA na banda A; a BCP - Telecomunicações, na banda B, serviço TDMA na capital; e a TESS presta serviço TDMA na banda B em Campinas e interior. Em Minas Gerais a Telemig Celular presta serviço TDMA na banda A e a Maxitel, também TDMA na banda B. Por fim, a única certeza que temos é que a Telefonia Celular digital está cada vez mais difundida e popularizada num mercado de intensa ascensão. A competição entre as operadoras contribuem para a popularização e a entre fabricantes estimulam investimentos para a evolução. Esta evolução implicou maior qualidade, facilidades e serviços extras aos usuários e lucro para as operadoras que ganharam maior largura de banda. A tecnologia dominante do futuro é incerta e esta só no futuro saberemos. Tecnologia GSM Ø Introdução: GSM é um sistema que inclui sistemas de comutação por pacote, para impulsionar as velocidades de dados de 9.6 para 144 Kbps ou mais. O GSM é um sistema padrão com interfaces abertas, completa segurança, roaming global transparente, comunicações de dados, acesso a Internet. GSM é suportado por um portfolio completo de serviços ao cliente que auxiliam desde a inicialização da rede até sua manutenção e expansão. 88 Ø A História do GSM Na década de 80, sistemas de telefones celulares analógicos, foram desenvolvidos na Europa, especialmente na Escandinávia, Reino Unido, França e Alemanha. Foram desenvolvidos diversos sistemas, o que levou a incompatibilidades entre eles, devido a forma de envio de dados, protocolos e freqüência de comunicação. Em 1982 foi realizada a "Conference of European Posts and Telegraphs (CEPT)" onde se formou um grupo denominado "Group Special Mobile (GSM)", com o objetivo de estudar e desenvolver um sistema móvel que obedecesse alguns padrões: • • • • • • Boa qualidade de voz; Eficiência espectral (rendimento no uso dos canais); Terminais pequenos e baixos custos; Suporte para "roaming" internacional; Suportar uma larga área de novos serviços e utilidade; Compatibilidade IDSN. Aproximadamente um ano depois, o memorando de entendimento, como foi denominado, foi assinado por mais de 18 países. Esse memorando declarava que os signatários participariam do sistema GSM e o colocariam em operação até 1991. Em 1989 a responsabilidade passou para o "European Telecomunication Standards Institute (ETSI)", onde em 1990 foram publicadas as especificações do GSM e seu nome foi alterado para Global System for Mobile Group - Grupo Móvel Especial. Tal padrão generalizou-se então pelo resto do mundo. Ø Descrição do sistema: Uma rede GSM é composta por várias entidades com funções e interfaces específicas. A rede GSM pode ser dividida em três partes: a estação móvel, a estação de subsistema base, e o subsistema da demonstrado na figura seguinte. Figura 88 - Estrutura de uma rede GSM Ø Estação Móvel: O GSM (Global System for Mobile Communication) pode ser dividido em três partes - o telefone, a infraestrutura de rádio celular e o centro de controlo de rede. 89 Numa rede GSM, o telefone está dividido em dois componentes: o aparelho e o Subscriber Identity Module (SIM). O cartão SIM é o núcleo de qualquer rede GSM e contém um International Mobile Subscriber Identity (IMSI), que é único, e uma chave para autenticação. Quando alguém marca um número de telefone GSM, está, no fundo, a contatar o cartão SIM. Deste modo, é possível transferir o cartão SIM de um aparelho para outro e ainda assim receber todas as chamadas e os serviços subscritos. O cartão providencia mobilidade pessoal, de tal forma que o assinante consegue ter acesso aos serviços subscritos independentemente do terminal utilizado, isto é, ao inserir o cartão SIM num terminal (telefone) diferente, o assinante pode usufruir dos serviços a partir desse terminal. O cartão SIM tem uma identificação única mundial (IMSI), assim como o terminal (IMEI). Estes códigos são independentes permitindo uma maior mobilidade e uma segurança pessoal contra o uso não autorizado. Ø Subsistema Rádio Base: No início de cada célula encontra-se uma Base Transceiver Station (BTS), que poderá conter entre um e 16 transmissores/receptores de rádio, consoante as exigências de capacidade (normalmente, vemo-los no cimo dos edifícios). A ERB aloja os receptores/transmissores rádio que definem a célula e suportam os protocolos de ligação rádio com a estação móvel. Numa grande área urbana a quantidade de ERB’s deverá existir em maior número. A BSC gerência os recursos para uma ou mais BTS's, tais como, configuração dos canais rádio, saltos de freqüência e transição entre células (hand-off). A BSC realiza a conexão entre as estações móveis (celulares) e o centro de comutação móvel (MSC), que é a CCC. As Multiple Base Transceiver Stations (MBTS) são geridas por uma única Base Stations Controller (BSC), que toma conta da configuração de canais, dos saltos de freqüências e do processo de entrega, em que um utilizador passa de uma Base Station para outra. A infra-estrutura de rede celular é, portanto, composta por muitas BTS e BSC.. Ø Subsistema de Rede: A terceira e última parte do sistema GSM consiste no centro de controle de rede, isto é, este subsistema encarrega-se do controle de ligação rádio com a estação móvel. O componente central é o Mobile Service Switching Centre (MSC), que, como o nome sugere, lida com os requisitos de switching (chaveamento) da rede GSM. O subsistema de Rede também contém o Home Location Register (HLR) e o Visitor Location Register (VLR). O primeiro contém uma base de dados de subscritores pertencentes à área do MSC, bem como a sua localização atual e quaisquer serviços adicionais que possa ter subscrito. O VLR contém informações do HLR do subscritor, necessárias para oferecer os serviços subscritos aos utilizadores visitantes. Quando um subscritor entra na área coberta de um novo MSC, o VLR associado a este MSC irá pedir informações acerca do novo subscritor relativamente ao HLR correspondente. A segurança é lidada pelo Equipment Identity Register (EIR) e pelo Authentication Centre (AuC). O principal componente é o MSC (Mobile Services Swicthing Center) , que se encarrega de fazer a comutação de chamadas entre estações móveis ou entre uma estação móvel e um terminal fixo. Comporta-se como um nó de comutação, e adicionalmente providencia toda a funcionalidade necessária para o tratamento de um assinante móvel, realizando o registro, autenticação, atualização da localização, transição entre células (Handoff) e gerenciando um assinante em roaming. Estes serviços são providenciados em conjunto com várias entidades funcionais que juntas formam o subsistema rede: MSC, HLR, VLR, EIR, AuC. O HLR, o VLR e o MSC, em conjunto providenciam as capacidades de roaming do GSM. O HLR (Home Location Registrer) contém toda a informação administrativa de todo o assinante registrado na correspondente rede de GSM, juntamente com a localização da estação móvel. A localização da estação móvel está geralmente na forma do endereçamento do VLR (Visitior Location Registrer). As informações fornecidas pelo VLR, são necessárias para controlar a chamada e providenciar os serviços de cada assinante, situada dentro de uma determinada área de controle. Outros dois registos são usados para segurança e autenticação. O EIR é uma base de dados que contém listagens de todos os equipamentos móveis válidos na rede, onde todas as estações móveis são identificadas pelo IMEI. Um IMEI é considerado como inválido se declarado como roubado ou incompatível com a rede. O AuC é uma base de dados protegida que guarda uma cópia do código de cada SIM, que é usado para autenticar e encriptar através do canal de rádio. 90 Ø Codificação de canal e voz: A voz em GSM é codificada digitalmente a uma taxa de 13 Kbps (260 bits a cada 20 ms). Com a adição posterior de código para a correção de erros, passamos a ter uma taxa de 22.8 Kbps (456 bits cada 20 ms). Estes 456 bits são divididos em 8 blocos de 57 bits, e o resultado é envio de 8 slots de tempo sucessivos, para proteção contra erros de transmissão. Cada envio tem 156.25 bits e contém 2 blocos de 57 bits, e uma seqüência de treinamento de 26 bits usada para equalização. Cada envio é transmitida em 0.577 ms para uma taxa total de 270.8 Kbps, e é modulada usando GMSK numa portadora de 200 KHz. O controle de erro e equalização contribuem para a robustez do sinal rádio contra interferência e atenuação na transmissão. A natureza digital do sinal TDMA permite a utilização de vários processos para melhorar a qualidade de transmissão, o tempo de vida útil da bateria, e a eficiência espectral. Outra característica do GSM é o controle de potência ,que minimiza a potência de transmissão das estações móveis e da ERBs, e assim minimiza a interferência gerada nos canais e o consumo. Um único time slot GSM não possui a largura de banda suficiente para suportar os 64Kbits/seg do ISDN para a codificação de voz. O sistema PCM (Pulse Code Modulation) usado nesta tecnologia, contudo, contém muita redundância e é por isso facilmente comprimido. Os telefones celulares GSM são sofisticados dispositivos radiofônicos, capazes de se movimentarem entre a transmissão, a recepção e o controlo de slots de tempo num único frame TDMA que, normalmente, se encontram em freqüências diferentes. Deste modo, o sistema GSM pode alternar as freqüências em que os frames TDMA são subsequentes, transmitidos em freqüências de transportadores diferentes. Esta alternância ajuda o sistema GSM a calcular e a eliminar reflexos indesejados de edifícios e de paisagem, reduzindo a interferência entre canais. O sistema GSM e os sistemas nele baseados, DCS1800 (operando a 1.8 GHz) e PCS1900 (operando a 1.9 GHz), são uma primeira aproximação para um sistema de comunicação verdadeiramente pessoal. O cartão SIM trouxe mobilidade pessoal e mobilidade para o terminal. Junto com o roaming internacional e o suporte a uma grande variedade de serviços tais como voz, transferência de dados, fax, SMS , e outros, o GSM chega próximo de uma satisfação total das necessidades de comunicação pessoal. Assim sendo esta virá a ser usada como base para o projeto UMTS. Outra característica a salientar no GSM será a compatibilidade com o ISDN. Em 1991, Portugal assistiu ao lançamento comercial da primeira rede Global System for Mobile Communications (GSM), que funcionava na freqüência dos 900MHz. Mais tarde, surgiram a Telecel (em Outubro de 1992) e a Optimus (em Setembro de 1998). Desde 1991 que as redes GSM têm vindo a evoluir, podendo atualmente gozar de capacidades acrescidas ao usar freqüências diferentes. A primeira alternativa a surgir foi a Digital Cellular System (DCS), a 1800MHz. À parte da freqüência mais elevada, a norma DCS 1800 é exatamente a mesma que o GSM. Hoje, os aparelhos denominados dual-band podem fazer e receber chamadas nas redes de 900MHz e de 1800MHz, aumentando as capacidades do roaming para todo o mundo. Em 1995, o GSM conhecia uma nova freqüência: os 1900MHz. Denominada Personal Communications System (PCS), é empregada em áreas urbanas selecionadas da América do Norte e do Sul. Atualmente, existe cobertura GSM 1900 nas grandes cidades dos EUA. Tal como o DCS 1800, é 100 % compatível com a norma GSM, pelo que foram feitos diversos telefones celulares com suporte adicional para esta freqüência, em configurações de dual e/ou triband. Enquanto o GSM, nas suas várias formas, foi e continua a ser um enorme sucesso na Europa e em partes da Ásia, os EUA e o Japão dependem quase inteiramente das suas próprias normas. A NTT DoCoMo, que é o exemplo mundial mais conhecido devido ao seu enorme sucesso, domina o mercado japonês com o Personal Handyphone System (PHS), lançado em Julho de 1995. Em Janeiro de 1999, a DoCoMo anunciou os primeiros serviços comerciais de dados móveis por pacotes. Chamado de imode, esta tecnologia tem sido um grande sucesso, com mais de 17,5 milhões de usuários em dois anos. Figura 89 - Telefone GSM 91 A solução para as questões de cobertura e de capacidade de uma rede móvel tem obrigatoriamente de passar por dividir o país ou a região em causa numa quantidade de células, cada uma contendo um ou mais transmissores/receptores. O tamanho de uma célula será definido pela potência do aparelho - se for demasiadamente poderoso, então o seu alcance será elevado, eliminando a possibilidade de reutilizar os preciosos recursos de freqüências. Como conseqüência, a potência do transmissor/receptor num sistema celular típico será mantido baixo, de modo a permitir a reutilização de freqüências em células próximas (mas não adjacentes) sem interferências. Para se adequar à geografia local e à densidade urbana, são usados diferentes tipos de células. As macrocélulas, que usam um transmissor/receptor mais poderoso, são instaladas em áreas remotas e pouco habitadas, em que a cobertura é mais importante do que a capacidade. De igual forma, as microcélulas são concebidas para lidar com as exigências de grande capacidade das áreas urbanas, densamente povoadas. Com transmissores/receptores de baixa potência, a cobertura de uma microcélula poderá ser tão baixa quanto uma dezena de metros. As picocélulas são ainda mais pequenas e podem ser recrutadas para aumentar a capacidade de uma determinada área populacional, tal como num concerto ou numa exposição. Uma empresa que exija cobertura móvel no seu próprio edifício poderá instalar uma picocélula, tal como o poderão fazer os centro comerciais. Estas podem ainda ser úteis em situações onde não exista cobertura suficiente por parte da rede existente de células macro e micro. Em vez de oferecer uma cobertura de 360 graus, poderá ser mais desejável que uma célula seja orientada num determinado sentido. Outros tipos de células poderão tomar conta de várias microcélulas, em que se exija uma forma rápida de utilização por parte dos utilizadores - é o caso, por exemplo, de um cruzamento numa autoestrada. A especificação original GSM foi concebida para ser compatível com o sistema de telefonia digital ISDN e foi baseada no protocolo V.110 da ISDN. As linhas duplas de 64Kbits/s ISDN não seriam possíveis, no entanto, sem a largura de banda limitada do GSM. Ao invés, as vozes dos utilizadores teriam de ser digitalizadas de forma mais eficiente, para não falar no envolvimento de outras tecnologias, de modo a permitir que o maior número de utilizadores possa comunicar numa célula a qualquer momento. Ø International Telecommunication Union - ITU: O International Telecommunication Union (ITU) foi fundado em 1932 vinculado às Nações Unidas (ONU) com os objetivos de harmonizar a utilização do espectro de rádio freqüência e padronizar a oferta de serviços telefônicos no mundo. O ITU é coordenado por um Conselho Administrativo, apoiado por uma Secretaria Geral e subdividido em três Comitês: • • • IFRB - International Frequency Registration Board; CCIR - International Radio Consultative Committee; CCITT - International Telegraph and Telephone Consultative Comitee. O ITU divide o mundo em três regiões para coordenação de suas atividades: • • • Região 1: Europa, Antiga URSS, Ásia Menor e África; Região 2: Américas e Hawai; Região 3: Oceania e Restante da Ásia. Ø Bandas de freqüência: O International Telecommunications Union (ITU) alocou as bandas de 890-915MHz a 935-960MHz para as redes móveis na Europa. A primeira banda de 15MHz destina-se a comunicações a partir do telefone celular para a ERB e a segunda banda, de 25MHz, da REB para o telefone celular. Estas ações designam-se, respectivamente, por uplink e downlink. Quando o GSM estava a ser desenvolvido, as bandas de 15MHz estavam já a ser utilizadas pelos telefones celulares analógicos. Porém, a Conference of European Posts and Telegraphs (CEPT) reservou os 10MHz superiores de cada banda para a comunicação de GSM. As redes analógicas estão a ser gradualmente encerradas, pelo que, eventualmente, será alocada ao GSM toda a largura de banda dos 50MHz (25MHz uplink e 25MHz downlink). 92 A largura de banda limitada é partilhada por um número potencialmente elevado de utilizadores que usam as tecnologias Frequency Division Multiple Access (FDMA) e Time Division Multiple Access (TDMA). A FDMA divide a largura de banda disponível em freqüências de transmissão, colocadas separadamente em 200KHz; 124 dessas freqüências poderão ser instaladas ao longo da banda completa de 25MHz, e uma ou mais freqüências de transmissão serão atribuídas a cada célula Base Station. A TDMA divide cada transportador de freqüência por tempo, resultando em oito time slots por carrier (portadora). Estes slots de tempo são agrupados num único enquadramento TDMA, e cada um poderá ser utilizado para um único canal de tráfego com taxa máxima, que poderia transportar voz ou dados de um só sentido. A especificação GSM também lista canais de tráfego de meia taxa, o que duplica a capacidade da rede ao reduzir para metade a largura de banda necessária para digitalizar o discurso de voz. Ø Economia de energia: Melhorar a qualidade do som e a capacidade da rede, bem como aumentar a vida da bateria do telefone, é garantido pela Discontinuous Transmission (DTX), que desativa temporariamente o transmissor quando reconhece que ninguém está a falar durante uma conversação. A sua eficácia depende da capacidade para diferenciar a voz do ruído do ambiente de fundo. A especificação GSM indica cinco classes de dispositivos móveis, definidas pelo seu poder máximo de transmissão em watts: 20, 8, 5, 2 e 0,8. Os aparelhos usam hoje os valores mais baixos, deixando as potências mais elevadas para kits de automóvel. As transmissões de alta potência desgastam as baterias mais rapidamente e estão no centro das discussões acerca da segurança nos telefones celulares. Felizmente, os telefones celulares GSM usam somente o mínimo de corrente necessária e negoceiam, com a estação de base local, um nível suficientemente bom para um sinal e uma qualidade de som aceitáveis. Ø Correção de erros: Qualquer usuário de telefone celular está familiarizado com as variações na qualidade da ligação. Quando não conseguimos ouvir o que alguém acabou de dizer, ou pedimos que repita ou adivinhamos em função do contexto da conversa. Este processo consiste no cérebro humano a fazer uma correção de erros. Embora possamos tolerar uma ligação de voz de qualidade variável, a transmissão de dados por computador tem de ser impecável. Uma vez que as condições dos telefones celulares podem variar consideravelmente, terá de ser usada uma forma de correção de erros eficaz. As redes digitais podem operar com dois tipos de ligações de dados: transparentes ou não transparentes. Uma ligação transparente passa diretamente através do IWF, sem qualquer correção de erros pela rede. As ligações não transparentes em redes digitais móveis usam uma forma de correção de erros precisa, de nome Radio Link Protocol (RLP). Quando os dados do lado do destinatário contêm erros, o RLP pode instruir o telefone emissor a retransmitir os dados corrompidos. Este processo poderá repetir-se até que os dados sejam recebidos com sucesso. Esta correção de erros vai atrasar a eventual passagem de dados, mas assegura que a informação irá isenta de erros. As longas pausas freqüentes no envio de dados, como resultado da retransmissão por RLP, tornam as comunicações não transparentes inadequadas para aplicações em tempo real, tais como a telefonia de duas vias e a videoconferência - neste caso, é preferível ter o sinal a quebrar ligeiramente desde que se mantenha a conversação em tempo real. Alguns protocolos usados pelas aplicações de comunicações já usam a correção de erros. Usar mais do que uma pode vir a revelar-se um exagero, reduzindo desnecessariamente o envio dos dados. É por isso que, em alguns casos, as ligações transparentes podem ser mais desejáveis do que as não transparentes. Ø Taxas de dados: Anteriormente, vimos que a voz em taxa total ou melhorada é codificada a 13Kbit/s. Embora possamos suportar alguns ruídos durante as conversas, os dados de computador são muito menos tolerantes. Em conseqüência, após a correção de erros, os dados GSM básicos funcionam a somente 9,6Kbits/s e, como em 93 todas as redes sem fios, este valor máximo raramente é atingido. Na prática, as taxas de dados entre os 6 e os 9,6Kbits/s são as mais freqüentes. No entanto, e à medida que os anos passaram, os dados GSM revelaram-se suficientemente robustos. Melhoramentos no interface entre o aparelho e a ERB permitiram que as taxas de dados máximas fossem aumentadas de 9,6Kbits/s para 14,4Kbits/s. É também possível juntar vários slots de tempo, de modo a aumentar a largura de banda total. Por exemplo, dois time slots de 14,4Kbits/s permite uma taxa de dados de 28,8Kbits/s. A combinação de vários slots é tecnicamente conhecida como High Speed Circuit Switched Data (HSCSD). Para que o HSCSD funcione, terá de ser suportado pelo aparelho telefônico e pela rede. O telefone celular WAP pioneiro da Nokia, o 7110, foi o primeiro a oferecer um único slot de tempo HSCSD a 14,4Kbits/s, enquanto o seu último PC Data Card foi o primeiro a suportar múltiplos slots de tempo HSCSD. Figura 90 - Telefones WAP Nokia 7110 (à esquerda) e o VideoPhone suportam HSCSD Ø WAP (Wireless Application Protocol): O Wireless Application Protocol é uma norma de comunicações aberta, concebida à partida para entregar informações relevantes a dispositivos sem fios e em condições variáveis. O Wireless Markup Language (WML) é a linguagem de descrição de páginas que exibe os conteúdos WAP. Os microbrowsers WAP, usados para exibir conteúdo WML, estão disponíveis para uma série de plataformas, mas normalmente encontram-se em telefones celulares modernos. A Nokia escreveu o seu próprio, tal como a Ericsson no passado, embora esta última (junto com a Sony) tenha acordado em usar porções da plataforma do Mobile Explorer da Microsoft em certos aparelhos. A Motorola e outros utilizadores usam o software da Openwave, a antiga Phone.com. Durante o seu lançamento, em 2000, o WAP esteve submetido a muitas críticas por parte de utilizadores que foram levados a crer que este iria prestar as belas e atraentes apresentações que a publicidade levava a pensar. Contudo, tal não significa que o WAP não seja útil. Embora seja pouco mais do que uma sessão interativa de mensagens de texto com um servidor, o WAP parece destinado a tornar-se numa perspectiva muito mais compulsiva e de sucesso logo que o Global Positioning System (GPS) ligar permanentemente os telefones celulares à Internet. Figura 91 - O GPS irá localizar os utilizadores móveis 94 Algumas das áreas com maior potencial de crescimento são os serviços locais. Sabendo onde se encontra o utilizador, estes podem ser usados para entregar conteúdos adequados à sua localização. A possibilidade de localizar alguém é essencial numa emergência, em segurança ou nas aplicações de controle de veículos, mas é também inegavelmente útil para qualquer pessoa que deseje saber onde poderá sacar dinheiro de um caixa mais perto ou onde é o tal restaurante italiano. Aqui, o Global Positioning System (GPS) terá um papel muito importante. No entanto, o aparelho terá de estar na linha dos satélites GPS orbitais, o que excluirá as situações em que as pessoas estejam no interior de edifícios ou em locais densamente povoados. Por outro lado, enquanto as capacidades GPS podiam ser instaladas nos telefones celulares do futuro, poucos (ou até nenhum) possuem hoje as facilidades necessárias. Todavia, os operadores de redes móveis podem já hoje identificar em que célula se encontra um utilizador, com um grau de precisão abaixo de 100 metros no centro de uma cidade ou até um quilômetro no campo. Tais sistemas de posicionamento requerem pouco ou nenhum upgrade nas redes ou nos dispositivos, oferecendo assim uma oportunidade de valor acrescentado pronta a consumir pelos operadores. Ø Short Message Service (SMS): O Short Message Service (SMS), serviço de mensagens curtas, permite aos utilizadores de telefones celulares enviar e receber mensagens de texto até 160 caracteres. Os telefones modernos podem coordenar até 160 caracteres e enviá-los como mensagens de texto múltiplo. O SMS foi concebido como parte da norma GSM e pode, por isso, ser usado para trocar mensagens entre telefones ligados a qualquer rede GSM no mundo. As gateways GSM permitem que as mensagens de texto sejam enviadas para aparelhos de fax, websites e contas de e-mail. Desde que a rede não esteja muito ocupada, as mensagens de texto são normalmente recebidas numa questão de segundos, desde que o emitente e o destinatário estejam na região com cobertura de uma rede GSM em qualquer parte do mundo. Uma vez que é algo dispendioso ter uma conversa longa, o SMS é uma forma extremamente eficaz de trocar mensagens num ambiente móvel. É quase instantâneo e não requer um PDA ou um notebook e nem sequer terá de se preocupar acerca dos custos da ligação. Ø Multimedia Message Service (MMS): O Multimedia Message Service (MMS), de modo similar ao SMS, é um serviço mais aprimorado para envio de pacotes multimídia, tais como textos associados a sons e imagens estáticas (fotografias) e em movimento. Ø Aumento de banda do sistema GSM): Em 1991, altura em que o GSM foi lançado, a especificação original suportava taxas de dados por circuito de 9,6Kbits/s, cerca de um quarto da velocidade média de um modem analógico. Nessa época, o GSM foi descrito como sendo um sistema móvel de segunda geração (2G), referindo-se a primeira geração às redes celulares analógicas originais. Por seu lado, o General Packet Radio Service (GPRS) poderá empregar vários slots de tempo para aumentar as taxas de dados, da mesma forma que o HSCSD. Um melhoramento futuro, conhecido por EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), melhora a modulação do interface radiofônico, aumentando as taxas dos slots de tempo individuais para 38Kbits/s e 60Kbits/s, respectivamente em HSCSD e GPRS. Aliás, a geração 2,5 pode ir até aos 400Kbits/s, usando vários slots de tempo. Ao longo dos próximos dois anos, os melhoramentos 2,5G irão indicar as exigências regionais para serviços de terceira geração (3G), que só poderão entrar em funcionamento em áreas como os centros das cidades, em que são exigidas taxas de dados mais elevadas. Muitos peritos prevêem ilhas de 3G num mar de sistemas GSM e GPRS, abrindo o mercado para os futuros telefones de modo duplo. Estas ilhas de 3G podem estar mais perto do que somos levados a pensar. As células macro, micro e pico da terceira geração sofrem de uma cobertura inferior quando comparadas com as de GSM, com alcances de somente 1000, 400 e 75 metros respectivamente. A taxa máxima de dados da 3G de 2Mbits/s só estará disponível para os utilizadores com baixa mobilidade e em áreas suportadas por picocélulas, ou células micro com baixo tráfego. Os utilizadores com maior mobilidade deverão andar pelas células macro, mas apenas poderão dispor de 400Kbits/s. 95 As picocélulas privadas poderão oferecer a infra-estrutura alternativa às redes empresariais sem fios. Os centros comerciais e os estádios de futebol também poderão instalar picocélulas, que bombardearão os utilizadores 3G com publicidade multimídia direcionada, quem sabe em troca de chamadas mais baratas. Os smart cards também poderão ser incorporados nos telefones celulares 3G para aplicações de comércio eletrônico (mcommerce). As melhores taxas de transmissão podem impressionar-nos, mas são os serviços oferecidos pelos operadores as verdadeiras razões para fazer upgrades a redes e a aparelhos. Do GPRS até à terceira geração, o Universal Mobile Telecommunication System (UMTS), o aspecto técnico-chave é a comutação de pacotes, que mantém o utilizador permanentemente ligado à Internet (sendo cobrados os dados transferidos e não o tempo online). Os chamados serviços localizados vão poder dispensar a complicada seleção de utilizadores por cidades e áreas, aconselhando-nos diretamente onde poderemos comer uma refeição ou levantar dinheiro, uma vez que a nossa posição será conhecida a cada momento pela rede. Já estão a desenrolar-se os planos para as redes de quarta geração (4G). Ao final do ano 2001, a Ericsson revelou planos que poderão elevar as taxas de dados até 50 vezes mais do que as prometidas pela 3G, permitindo experiências tridimensionais em ambientes móveis. Mas ainda falta algum tempo - prevê-se que a 4G chegue num prazo nunca inferior a dez anos. Enquanto os cabos continuarão a ser utilizados para fornecer a infra-estrutura de rede, as comunicações sem fios irão, aos poucos, dominar a experiência do utilizador - quer seja dando uma vista de olhos com um Tablet PC, reservando as férias pelo telefone ou vendo as previsões meteorológicas com um smart-phone, as comunicações por dados móveis são a tecnologia que nos irá libertará. NAM - Numerical Assignment Module Em uma EM são gravados numa memória EPROM ou EEPROM alguns códigos que identificam o aparelho e o sistema ao qual este está associado. Esta programação é chamada de Nam (Programação Numérica de Assinante) e os principais códigos são o ESN, MIN e SID, que serão descritos a seguir. Ø ESN - Electronic Serial Number A unidade do usuário possui um número serial de 32 bits que identifica esta estação em qualquer sistema, haverá somente uma EM em todo o mundo com um determinado ESN. Esse número é gravado na fábrica e não pode ser alterado posteriormente. O aparelho móvel deve transmitir para a ERB seu ESN em várias situações (num access, paging, serviços de mensagens e etc.), para que a central, conferindo o serial number cadastrado em sua base de dados, possa proteger contra fraudes o sistema. O ESN é formado por dois números: Serial Number: 18 primeiros bits, identificam a unidade móvel; MFR Code (Manufacturer Code): 8 últimos bits, identificam o fabricante da unidade móvel; Figura 92 - Electronic Serial Number Ø Mobile Identification Number - MIN Número de 10 dígitos que é derivado do número de habilitação e o representa. Por exemplo, em Minas Gerais o MIN é formado pelo código de área e o número de habilitação sem o primeiro 9. Assim se um número de telefone for (032) 9123 4567 o MIN ficará 0321234567. O MIN pode ser reprogramado uma vez que deve ser dado ao usuário o direito de habilitar o seu celular em qualquer operadora quando quiser. 96 Ø SID System Identification Code System Identification Code - número de 5 dígitos que identifica a CCC. Também pode ser reprogramado. É o código que identifica a operadora em cada região (área de registro); muda de acordo com o código do DDD. No Rio Grande do Sul, por exemplo, a telefônica Celular opera com os seguintes números de SID: Código DDD 051 053 054 055 SID 00259 00257 00261 00263 Criptografia A medida que evoluem as redes de comunicação de informações crescem os riscos de invasões e leitura indevida de dados por terceiros. Para isso deve se prover sistemas de comunicação com proteções contra acesso de pessoas não autorizadas. Logicamente não existe um método de proteção totalmente eficaz e infalível. Entretanto, é necessário que se criem sistemas de proteção para minimizar problemas. Um dos métodos que possui maior utilização é chamado de criptografia. A criptografia é uma palavra de origem grega que significa: Kriptos = escondido, oculto Logos = estudo Dessa forma a criptografia é a ciência que estuda o oculto, mais especificamente sistemas para criação de comunicações secretas. A criptografia (secreto + grafia) é a ciência de escrever em código, isto é, é um conjunto de técnicas que permitem escrever mensagens de formas incompreensíveis durante o trânsito da mensagem, mas que podem ser decifradas no destinatário. A criptoanálise (secreto + decomposição) é a ciência que permite determinar ou decifrar as mensagens previamente codificadas. O sistema telefônico móvel utiliza um sistema criptográfico para voz, sendo a voz transformada de sinais analógicos para digitais. Alguns acrônimos da telefonia celular 2,5G: Serviços de dados móveis melhorados da segunda geração (2G), em evolução para as redes 3G. 3G: Redes de telefones celulares de terceira geração, com serviços de dados melhorados e (espera-se) com roaming global. AMPS (Advanced Mobile Phone System): Rede celular analógica desenvolvida pela Bell Labs nos anos 70. Sistema de 1ª geração usada na freqüência de 800MHz. Possui capacidade de 832 canais de 30 KHz. BSC (Base Station Controller): Gera várias BTS, controlando a configuração de canais, os saltos de freqüências e os handovers, à medida que o aparelho móvel passe de uma célula para outra. CDMA (Code Division Multiple Access): Possui 20 canais de 1250 KHz, com 798 usuários por canal. Comutação de circuitos: Tipo de ligação de dados em que a ligação ocupa uma largura de banda fixa, independentemente de existir ou não transferência de dados. Comutação por pacotes: Ligação de dados em que o dispositivo está sempre ligado e partilha todos os recursos disponíveis com todos os utilizadores ligados. DCS (Digital Celular System): Baseado no GSM, funciona a 1800MHz. 97 DTX (Discontinuous Transmission): Desativa temporariamente um transmissor móvel quando o utilizador não estiver a falar. Poupa energia e, nalguns casos, recursos de rede. EDGE (Enhanced Data GSM Evolution): Aumenta as taxas de dados HSCSD e GPRS. Representa parte dos chamados serviços 2,5G. ERB (Estação Rádio Base): Transmissor/receptor radiofônico no coração de cada célula de uma rede. FDMA (Frequency Division Multiple Access): Divisão de recursos por freqüência, de modo a aumentar a capacidade do utilizador. Sistema de 2ª geração usado no GSM e no UMTS. Possui 832 canais de 30 KHz (com 3 usuários por canal). GPRS (General Packet Radio Service): Extensão dos dados GSM, permitindo que os aparelhos móveis estejam sempre ligados à Internet. São cobrados os transferidos e não o tempo de ligação. GPS (Global Positioning System): Usa redes de satélites para posicionar com precisão a localização do utilizador. O GSM permite um posicionamento menos preciso. GSM (Global System for Mobile Communications): A norma para células digitais na Europa e partes da Ásia e dos EUA e no Brasil. Funciona nas freqüências de 900, 1800 e 1900MHz. Possui 124 canais de 200 KHz (com capacidade de 8 usuários por canal). HSCSD (High Speed Circuit Switched Data): Melhoramento da norma GSM, subindo as taxas dos slots de tempo individuais para 14,4Kbits/seg, permitindo ainda que sejam unidos vários slots. i-mode: Serviço de dados em comutação nas redes PHS japonesas. Semelhante ao WAP, mas com um sucesso muito superior. IWF (InterWorking Function): Parte da rede GSM que se liga a outras redes de comunicações durante chamadas telefônicas. MSC (Mobile Switching Centre): Parte de uma rede GSM que toma conta dos requisitos de comutação e das gateways para outros tipos de redes ou dispositivos de comunicações. PCS (Personal Communications Services): Baseado no GSM, funciona a 1900MHz. Usado pela maioria das redes GSM nos EUA. RLP (Radio Link Protocol): Sistema de correção de erros usado pelas transmissões de dados GSM. SIM (Subscriber Identity Module): Um pequeno cartão que contém os pormenores de conta do utilizador. Funciona em qualquer telefone GSM, desde que o dispositivo não esteja bloqueado. Slot de tempo: Unidade derivada do processo TDMA. Existem oito slots de tempo por freqüência de transportador ou frame TDMA e cada um pode ser usado para tráfego de voz ou dados GSM, num só sentido. SMS (Short Message Service): Norma de mensagens de texto até 160 caracteres para GSM, permitindo comunicações point-to-point entre telefones móveis. TACS (Total Access Communications System): Rede analógica celular desenvolvida pela Motorola, com uma freqüência de 900MHz, mas a ser gradualmente substituída pelo GSM digital. TDMA (Time Division Multiple Access): Divide os recursos disponíveis por tempo, de modo a aumentar a capacidade do utilizador. Usado pelo GSM e pelo UMTS. UMTS (Universal Mobile Telecommunication System): Nome europeu para o sistema de comunicações 3G, sucessor do GSM, e cujo lançamento comercial geral será em 2002. WAP (Wireless Application Protocol): Uma forma pela qual os conteúdos da Internet podem ser vistos em telefones móveis, sendo predominante o texto.. WML (Wireless Markup Language): Linguagem de descrição de páginas em ambiente WAP. 98 WLL - Wireless Local Loop A tecnologia WLL significa Wireless Local Loop, em português, Rede de Acesso sem Fio. Em alguns países também é conhecida por Radio in the Loop (RITL) ou ainda Fixed Radio Access (FRA). Embora funcione com rádio-frequência trata-se de uma tecnologia utilizada na telefonia fixa, onde são utilizados os mesmos elementos da telefonia celular, resguardadas algumas diferenças. É uma tecnologia híbrida, empregando alguns conceitos da telefonia celular aliados ao sistema de telefonia fixa. Ø Operadoras de telefonia WLL É interessante que estudemos primeiramente particularidades sobre as operadoras de telefonia WLL operando no Brasil, antes de partirmos para as características técnicas da tecnologia. No Brasil, foram autorizados pela Anatel as empresas Vésper e GVT para operar em diversos estados do país. A Vésper oferece seus serviços no estado de São Paulo e em mais 88 municípios espalhados em 17 estados brasileiros, denominadas de Região 1 e 3. Figura 93 - Regiões I e III de operadoras WLL no Brasil A outra operadora que utiliza a tecnologia WLL é a empresa GVT, que atende 10 estados do Brasil, atingindo um total de 54 municípios. Figura 94 - Região II de operadora WLL no Brasil Essas operadoras são conhecidas com espelhos e foram autorizadas para funcionar após a privatização do sistema Telebrás. Elas têm a função de prestar serviço aos assinantes disponibilizando novas linhas. No Brasil, devido à presença de fortes concorrentes, como Telefônica e Telemar o sistema WLL não tem conseguido um grande número de assinantes. 99 Ø Tecnologia A utilização do sistema WLL foi autorizada pela Anatel para aumentar a concorrência e o número de linhas disponíveis para assinantes no Brasil. O WLL é um acesso via ondas de rádio a um telefone fixo de um assinante. Ou seja, é como se fosse um telefone fixo convencional, mas no lugar do par de cobre da telefonia fixa que conduz a informação do usuário até a central o acesso é feito via ondas de rádio, sem cabos, que troca informações com uma estação controladora. Essa estação controladora converte os sinais de rádio e a sinalização em sinais que são compreensíveis por uma central telefônica, onde a partir daí a chamada segue seu tráfego de modo convencional. Como o WLL substitui os cabos de cobre da telefonia fixa por um link de rádio, mas preserva as características da telefonia convencional, a Anatel considera um sistema onde se aplicam as regras da telefonia fixa, tais como tarifas, normas, procedimentos, etc. A figura abaixo ilustra como funciona a rede de telefonia convencional. Figura 95 - Caracterização da Rede Convencional A substituição dos cabos por um link de rádio provoca uma grande mudança na rede telefônica, principalmente na parte da infra-estrutura, ou seja, na instalação física dos cabos. Em uma rede convencional, os assinantes são concentrados no DG (Distribuidor Geral). Do DG sai um cabo denominado primário, com uma grande quantidade de pares de assinantes. Esses cabos são distribuídos pela cidade por via subterrânea ou via aérea até os armários de distribuição. Dessas caixas são feitas as distribuições para cada assinante, o que leva a uma gigantesca rede de fios e cabos metálicos distribuídos por uma determinada região. Uma rede WLL substitui todos essa rede metálica por um link de rádio funcionando como se fosse um “celular fixo”, como demonstra a figura a seguir. Figura 96 - Caracterização da Rede WLL A rede externa é essencial na telefonia fixa, mas representa também onde acontecem os maiores problemas, desde a instalação, onde são necessários a autorização dos órgãos públicos, grandes obras civis para a passagem dos cabos e um elevado investimento. Além disso, é um item que sempre atrasa ou dificulta novos projetos de expansão, pois sempre é a parte mais demorada por questões construtivas. Outro problema é que muitas vezes são necessárias grandes obras para a construção de redes e toda uma infra-estrutura para atender regiões que possuam poucos assinantes (telefones) dificultando os investimentos. Imagine por exemplo uma área rural de grande extensão com poucos assinantes. A operadora tem que construir toda uma rede física de cabos para atender todos esses usuários e situações apresentadas, embora eles apresentem pouca receita para a operadora. Também associa-se o fato da 100 rede de cabos ser um item de alto custo de manutenção devido ao desgaste dos cabos, problemas climáticos com as intempéries do tempo, problemas com animais roedores, acidentes em postes de transmissão e a facilidade de Ter o sigilo quebrado efetuando “grampos”. A principal vantagem que levou a implementação de redes WLL foi substituir a rede física por uma interface aérea, mais fácil de gerenciar e adaptável conforme a demanda de assinantes, o que possibilitou a solução de alguns dos problemas anteriormente apresentados. Veja, que naquela mesma área rural de grande extensão é bem mais fácil atender assinantes com um sistema WLL do que um sistema convencional. Basta uma estação rádio base (ERB) cobrindo toda a região e os assinantes da área já estão aptos a receber o serviço telefônico. A maior vantagem está no fato de que se no próximo ano dobrar o número de assinantes da região, a mesma ERB será capaz de atender essa demanda, bastando apenas que se reajuste alguns parâmetros. Pode-se então resumir nas seguintes principais vantagens que justifique uma rede WLL: flexibilidade de projeto, que permite atendimento telefônico a uma região pouco habitada; baixo custo operacional para manter a rede; redução de custo de instalação e elevada velocidade de implantação do sistema. Deve-se, entretanto, salientar que o sistema WLL foi concebido como uma alternativa para a telefonia fixa, não tendo a intenção de eliminar o acesso via cabo. Até mesmo porque a rede externa já está totalmente construída e operando. Por não ser um sistema que conseguiu muitos usuários ainda, as operadoras não conseguem ter uma economia de escala a serem mais agressivas em descontos e em planos de tarifas. Esta pode ser considerada uma das maiores desvantagens do sistema WLL. Outra desvantagem é a limitação na capacidade de transmissão de dados. A tecnologia atual permite conexões com velocidades inferiores às que podem ser encontradas na telefonia fixa tradicional. Ø Arquitetura do sistema Como pode-se ver na figura anterior, a rede WLL é formada pelos seguintes elementos: ð Estação controladora das Radio Base; ð Central telefônica WLL; ð Estações Rádio Base; ð Estação Terminal de Acesso (ETA): é como e chamado o conversor de um telefone comum para utilização no sistema WLL. O sinal é transmitido por várias ERBs que são controladas pela estação controladora, que está ligada na central WLL, que faz conexão com a rede fixa convencional por fibra óptica ou link de rádio freqüência. Verifica-se que o sistema WLL é muito parecido com a rede celular. No Brasil foi adotado o padrão CDMA para implementar o sistema. A Vésper, por exemplo usa a freqüência de 1,9 GHz para oferecer seus serviços. A técnica de espalhamento espectral (CDMA) foi herdada das forças armadas onde o sinal a ser transmitido é espalhado em uma faixa de espectro bastante larga, tornando as transmissões difíceis de interceptar. É importante salientar que por não haver conexão física com a rede externa, o sistema não possui autoalimentação, por isso deve-se prover uma bateria para o sistema local para que o sistema funcione na ausência de energia elétrica. Figura 97 - Sistema WLL 101 BINA - B Identifica Número A O problema de identificação do assinante chamador, era considerado, mundialmente, um problema de solução quase impossível a nível de usuário e de serviços como 13X, 19X, 0900, 0800, etc., apresentava ainda o agravante da retenção da chamada ser, operacionalmente, quase também impossível pois, o terminal chamador (A) era quem comandava a chamada e bastava simplesmente repor o fone no gancho e toda a rede de conexão se desfazia, inviabilizando até o conhecido rastreamento. Os fabricantes criaram então uma condição que ficou conhecida pelo nome fantasia de "chamada maliciosa" e consistia em dar uma condição de discriminação (categoria) ao assinante chamado (B), que possibilitava que este assinante "B" também pudesse reter a chamada, onde então só seria desfeita a rede de conexão desta chamada se os assinantes "A" como "B" colocassem o fone no gancho simultaneamente. A medida que a rede telefônica (centrais locais, centrais de trânsito nacionais e internacionais) foram sendo implantadas, este sistema "chamada maliciosa", foi ficando operacionalmente inviável, pois o rastreamento das conexões no sentido de "B" para "A" ficou operacionalmente inviável e seu custo financeiro impraticável, pela quantidade de técnicos das centrais potencialmente envolvidas, ou seja, como não se podia adivinhar de qual a central e a qual hora seria originada a "chamada maliciosa", tornava-se imprescindível manter os técnicos ostensivamente e em tempo integral em todas as centrais do sistema telefônico local e nacional. Dentro desta condição técnica de rastreamento de alto custo operacional para as empresas operadoras do sistema telefônico, foi necessário tentar reduzir ao máximo o atendimento de solicitações de rastreamento, levando as empresas telefônicas a apelarem ao “Poder Judiciário”, estabelecendo que a condição de "chamada maliciosa, rastreamento", só seria aplicada em casos de extrema gravidade definidos pelo Juiz e expedida a "ordem judicial", criando e resultando equivocadamente o conceito de que saber o número do terminal originador da chamada (A) era quebra de sigilo telefônico. No ano de 1977, Nélio José Nicolai, brasileiro inventor do bina, assistia a uma palestra sobre centrais CPA (Centrais de Programa Armazenado) ministrada pela Ericsson no edifício sede da TELEBRÁS em Brasília. Nesta época havia uma política do Ministério das Comunicações de não permitir a implantação de centrais CPA e a TELEBRÁS estava sendo pressionada pelos fabricantes para liberar a implantação de Centrais CPA, inclusive por meio de constantes palestras. Nesta palestra, a Ericsson apresentava como motivação principal da mudança de centrais analógicas para centrais digitais CPA, as grandes facilidades e rentabilidade dos serviços suplementares (Discagem Abreviada, Transferência de Chamadas, Linha Executiva, Não Perturbe, Chamada em Espera, Consulta, Transferência, etc.). Ao término da palestra, Nicolai fez um questionamento, (sugestão ao palestrante), ponderando que não estava questionando a tecnologia CPA e suas inúmeras vantagens de Hardware e Software, o que considerava era um "esquecimento" dos projetistas das centrais CPA, pois fizeram uma central inteligente e "esqueceram" do terminal telefônico, que continuava "burro" unicamente com o mesmo conceito de "fone e disco". O que Nicolai considerava ser ser uma grande contribuição gerou as reações mais malucas, principalmente da Diretoria da TELEBRÁS, onde ouviu um "grande comentário", de que se o projeto das centrais CPA envolveram os maiores cientistas do mundo como poderia um pretensioso "técnico de Brasília" ter a coragem de dizer que estava errado. Em contrapartida Nicolai alegou que não estava criticando, estava apenas tentando contribuir, mas que não perderia tempo em responder ou polemizar com um diretor da TELEBRÁS e sobre tanto baixo nível e desrespeito a um profissional brasileiro, apenas comentou: “- Se o Sr. se lembra, alguém também disse : "mas que gira, gira!”. Retomando o seu trabalho normal em centrais analógicas ARF-10 Ericsson, Hélio resolveu provar a si mesmo que estava certo e que teríamos em futuro bem próximo de desenvolver o "terminal telefônico inteligente". Nocolai concentrou-se na viabilidade econômica (baixo custo) do projeto, raciocinando sobre o conceito de "Avanço Tecnológico" e não sobre "Tecnologia Avançada", para que possa ser usado por todos. Para conseguir êxito usou todas características do sistema telefônico nacional e internaciona já implantado. O grande segredo e ponto chave desta invenção, não seria o aparelho telefônico (conhecido hoje como BINA, Identificador de Chamadas, Caller Id, Detecta, Quem Liga?, ou qualquer outro apelido), pois a viabilização e grande "ponto" da invenção estaria na modificação da central telefônica. Como usar todas as características do sistema telefônico, se haveria uma barreira que era considerada intransponível pois, não havia modo de sinalizar com o terminal do assinante, e o único contato do usuário com a central era o (antigo) relé de linha, o par telefônico, o ring (campainha), o atendimento e a conversação. As condições estavam quase todas presentes ou seja, já estava prevista a identificação do terminal do assinante na origem (A) somente para chamadas interurbanas (DDD), estava previsto o envio do número do assinante originador (A) somente para chamadas interurbanas (DDD), porém e apenas quando a chamada fosse interurbana e as centrais trânsitos solicitassem através de sinal "A5" (enviar categoria e identidade do assinante chamador), o envio do número do terminal originador da chamada (A). Mas para as chamadas locais, que não fossem encaminhadas para as centrais trânsitos, quando se envia todo o número chamado (B) era previsto apenas e tão somente o envio do sinal "A3 (passar para a sinalização do 102 grupo B)", o que era o passo definitivo para a finalização da chamada e definição desta chamada, com envio do sinal "B1 (assinante livre com tarifação)" sendo estabelecida a chamada telefônica e conseqüentemente a conversação, ou no caso do sinal "B2 (assinante ocupado)" com a desconexão desta chamada e de todos os órgãos envolvidos. As constantes tentativas de projetar um sistema sempre paravam neste sinal "A3", e ou tornavam-se inviáveis economicamente. Nicolai raciocinando sobre as possibilidades de solução, subitamente teve uma inspiração, com a solução totalmente simples e clara: "Se o problema é o sinal "A3" , a solução é simples pois basta trocar a programação do sinal A3 pelo sinal A5". E desse modo iniciou um novo projeto todo fundamentado nessa idéia, projetando o "algoritmo" (arquitetura) para as modificações das centrais telefônicas, uma forma de "discriminação (categoria)", para criar o serviço, e finalmente projetando o equipamento que seria instalado na casa do usuário e que recebeu o nome de BINA (B Identifica Número A) (em telefonia o assinante que recebe a chamada é o assinante B e quem originou a chamada é o assinante A). Vejam que os grandes cientistas do mundo sejam dos fabricantes seja das empresas operadoras, sejam particulares, ninguém havia "enxergado" que bastava mudar o sinal "A3" pelo sinal "A5" e todas as portas se abririam e os terminais, agora inteligentes poderiam protocolar com todo o sistema telefônico" Para se ter uma idéia da simplicidade da invenção que viabilizou o sistema "BINA", temos na figura abaixo classificada como "antes", o protocolo de sinalização tradicional em uma central telefônica, encerrada com a determinação do número do assinante chamado e o completamento da chamada no estágio final. Temos, agora nesta figura classificada como "depois", o protocolo de sinalização tradicional em uma central telefônica, mas não temos mais o comportamento de estágio final, e sim pela simples troca do sinal "A3" pelo sinal "A5" transformamos este estágio final em um estágio intermediário, passando a central de origem a protocolar com o BINA, que passou a exercer a função de estágio final. Figura 98 - Sistema WLL 103 Na parte de projetar o equipamento (BINA) que seria instalado na casa do usuário, ocorreram sérias dificuldades pois, na Telebrasília (onde o aparelho foi testado) além de não haver laboratório de desenvolvimento, a mínima possibilidade de um técnico se destacar, criou "n" barreiras e o máximo que Nicolai conseguiu foi que em 1977 o Dr. Francisco de Paula (Diretor de Operações da Telebrasilia), o apoiasse, enviando uma carta à TELEBRÁS, para que este produto fosse utilizado, também, em mesas interurbanas (10x) e sendo desenvolvido no CPqD da TELEBRÁS em Campinas, mas ouve um total descaso e sem resposta. Como não ouve um interesse da TELEBRÁS, Nicolai partiu para desenvolver um protótipo. Para teste foi usada (adaptando) uma máquina calculadora normal, onde via-se o telefone de quem ligava através do visor (diplay) da própria máquina de calcular. O número saía impresso na bobina, como o resultado de uma conta qualquer. Além do BINA, o que chamava atenção era ver a máquina calculadora funcionando "sozinha", sem ninguém estar teclando. A reação de algumas pessoas era engraçada, alguns riam igual criança, ao ver o número de quem estava ligando sendo impresso na calculadora. Somente em 1980 foi fundada a empresa Sonintel (Sociedade Nacional de Indústria de Telecomunicações Ltda) que mais tarde mudaria sua razão social para ATEL (Avanços Tecnologicos em Eletrônica Ltda) e iniciado o primeiro modelo industrial que recebeu o nome fantasia de "BINA 82" e que se referia realmente ao ano de 1982. Ø Os primeiros BINA Lançado em 1982 na cidade de Brasília, O BINA 82 foi o primeiro BINA comercializado para usuários em todo o mundo.Instalado na residência do usuário, funcionava nas centrais eletromecânicas sendo ligado em paralelo com a linha telefônica. Ao receber uma chamada, o telefone de quem estava ligando aparecia na tela e uma campanhia tocava no aparelho. O BINA, não foi inventado com o objetivo principal de pegar "trotes", como muitas pessoas imaginam, e sim como um terminal inteligente, com varias funções. A eficiência do BINA, consiste em obter o número recebido antes da chamada ser atendida, possibilitando ao usuário a opção de atendimento, ou em sua ausência, as chamadas recebidas serem armazenadas automaticamente, possibilitando um ret orno da chamada. Figura 99 - Bina 82 Lançado em 1985 o BINA 87 (referência 87 não foi em relação ao ano mas sim ao processador utilizado 8748). Com capacidade para armazenar as últimas 10 chamadas recebidas e originadas, com a informação de hora de cada chamada. Ao receber uma chamada uma campanhia tocava no aparelho. Como no BINA 82 também era instalado em paralelo com a linha telefonica. 104 Figura 100 - Bina 87 Lançado em 1987 o BINA 87S. Com capacidade para armazenar os 16 números recebidos, com informação de chamada atendida ou não, tempo de conversação, e as últimas 16 chamadas originadas. Este modelo era instalado em série na linha do usuário, sendo que o BINA não mais tocava, e sim gerava o sinal "ring" para os telefones da residência, nele instalado. Figura 101 - Bina 87S Lançado em 1989 o BINA 87S PLUS. Com capacidade de memória para 30 chamadas recebidas e 30 originadas. Agora com display de cristal liquido alfanumérico, possibilitando a escrita de informações no display. Neste modelo além das demais funções, foi acrescentado a informação do dia. Instalado em série. Figura 102 - Bina 87S Plus 105 Em 1996 é lançado o CITA 700 (com a empresa Citatel). Acoplado dentro ao telefone foi inicialmente fabricado pela Utrera em São Paulo, e posteriormente em Manus pela DDA. Com capacidade de armazenamento de 350 chamadas recebidas e 350 originadas. Sinalizaçao DTMF e MFP. Figura 103 - Bina Cita 700 Ø Funcionamento do BINA em Centrais Eletromecânicas Os BINAs para centrais eletromecânicas como o BINA 82,87 e 87S Plus, funcionavam como uma extensão da central telefônica, é o BINA quem trocava informação com a central de origem, além de gerar o toque de supervisão de chamada para o usuário que esta ligando, e o BINA era quem gerava o toque de chamada "ring" nos aparelhos telefônicos nele instalados. Veja um exemplo de funcionamento deste equipamento: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Supondo que, um assinante em Manaus liga para um número em Brasília (este número possui BINA); Após a troca de informações entre a central de Manaus e a central de Brasília, para localização do assinante chamado (localização e verificação se o número não esta ocupado), a central de Brasília verifica a Desciminação / categoria BINA (se este assinante possui um BINA instalado em seu número); Após verificado que o assinante possui BINA, a central de Brasília não completa a chamada, e envia o primeiro sinal para a central de Manaus, (sinal A5) solicitando que esta central envie o número do telefone; Ao enviar o sinal A5, para a central de Manaus, a central de Brasília conecta o BINA com a central de Manaus, para receber o número, neste momento a central de Brasília estabelece a conexão fisica e não tem mais controle da chamada passando todo o controle para o BINA, que recebe o primeior digito e passa a enviar o segundo sinal A5; A central de Manaus ao receber o segundo sinal A5, envia o primeiro dígito, o qual passa pela central de Brasília e chega até o BINA instalado na residência do assinante; O primeiro número enviado, determina o tipo de assinante (também chamada de categoria) número 1 residencial ou comercial, número 4 telefone público, etc; Ao receber este número, o BINA armazena esta informação e envia novamente o sinal A5 (veja que o BINA agora esta trocando informação com a central de Manaus) que passa pela central de Brasília e chega até a central de Manaus, este sinal é interpretado novamente, e a central de Manaus envia o próximo dígito do prefixo do assinante, este processo se repete até se receber todo o número do assinante de Manaus; Ao final, após receber todo o número do assinante de Manaus e completar o protocolo de sinalização, o BINA envia o toque supervisão de chamada para o telefone em Manaus (ou seja o assinante em Manaus está escutando o tom de chamada gerado pelo BINA e não pela central de Brasília), e é o BINA também quem toca uma campanhia no próprio aparelho, ou em outros modelos como o BINA 87S,87S Plus, é o BINA quem gera o toque (ring) para os telefones instalados na linha do usuário. Obs: A informação descrita acima é apenas um exemplo simples (funcionamento básico), pois o funcionamento completo (sinalização) envolve outros sinais e comandos que não vem ao caso neste exemplo. Ø Como se procede uma chamada para um BINA (telefone fixo) No desenho a seguir temos o telefone "A" ligando para o telefone "B". 106 Figura 104 - Procedimento de uma ligação com BINA (telefone fixo) A central do telefone "B" é uma central CPA (Central de Programa Armazenado). As reivindicações da patente de Nélio José Nicolai não se referem a nomes dos órgão utilizados nas centrais telefônicas, mas dos procedimentos necessários para o processo de identificação do número do assinante chamador, itens da patente: 1 - A central de origem identifica o número do telefone chamador; 2 - A central do telefone chamado verifica se este telefone tem o serviço de identificação BINA. Foi criado um novo SERVIÇO / função (discriminação / categoria) na central do telefone chamado para definir a solicitação do número do telefone chamador; 3 - A central do telefone chamado armazena o número de quem esta ligando; 4- A central do assinante "B" envia o número do assinante "A" para o BINA, e logo após envia o sinal de chamada. Ø Como se procede uma chamada para um BINA (telefone celular) No desenho seguinte temos o telefone "A" ligando para o telefone "B". 1 - A central do assinante "B" antes de enviar o toque de chamada para o telefone "B" verifica em seu banco de dados se este assinante possui equipamento BINA. 2 - A central do assinante "B" envia um sinal para a central do assinante "A" solicitando o número telefônico deste assinante. 3 - A central do assinante "B" armazena o número do telefone do assinante "A". 107 Figura 105 - Procedimento de uma ligação para telefone celular com BINA O texto e figuras sobre o BINA foram extraídos do site do seu inventor. Maiores informações podem ser obtidas em http://www.nelio.hpg.ig.com.br/. Comutação Privada Até agora as centrais estudadas foram do tipo pública. Veremos agora as centrais de comutação privada, que são mais conhecidas pelas siglas PBX (Private Branch Exchange) e PABX (Private Automatic Branch Exchange), caso sejam, respectivamente, de operação manual ou automática. Estas centrais são utilizadas basicamente por empresas, órgãos públicos, condomínios, etc., onde o tráfego telefônico interno alcance volumes consideráveis. Funcionam de modo similar às centrais públicas. A central se liga à rede telefônica pública externa por certo número de linhas, ou troncos, e dispõe de linhas internas, ou ramais, em quantidade várias vezes superior à de troncos. A grande vantagem da central PABX é o seu menor custo de operação, basicamente por não haver tarifação das chamadaas internas e por demandar menor número de linhas/troncos que o número total de terminais atendidos. Assim como as centrais públicas, as centrais privadas podem ser manuais ou automáticas, classificandose estas últimas em eletromecânicas e eletrônicas. Na atualidade, praticamente todas as centrais produzidas são eletrônicas automáticas (PABX), estando a operação manual limitada a fins muito específicos, como por exemplo chamadas internacionais. Mais recentemente, inclusive, tem-se disseminado a digitalização da comutação privada, que permite o uso de serviços de valor adicionado. A comutação privada tende a substituir os chamados terminais KS, ou “Key-Systems”, os quais são receptores telefônicos que dispõem de mais de um ramal e de algumas funções adicionais de sinalização. 108
