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3. Sistemas 3G – IMT-2000

O presente tópico irá discorrer sobre as principais características técnicas das tecnologias disponíveis para sistemas IMT-2000, mais especificamente em relação às duas principais interfaces aéreas, as quais acreditamos serem aquelas que serão amplamente adotadas pelas operadoras wireless: W-CDMA e CDMA2000.

Sendo que inclusive já existem hoje, ao redor do globo, cerca de 14 sistemas CDMA2000 de terceira geração operando em caráter comercial, atendendo a cerca de 10 milhões de assinantes (1). Já os sistemas 3G UMTS baseados na tecnologia W-CDMA, devem entrar em operação comercial em meados do próximo ano, vindo a se juntar ao primeiro sistema em operação no Japão, o qual atende hoje, cerca de 200 mil assinantes, sem entretanto, oferecer plena compatibilidade com os padrões definidos pelo 3GPP, para os sistemas UMTS da
Europa.

Assim, o ITU prevê que diversas tecnologias poderão evoluir para a terceira geração de sistemas de comunicação sem fio, mas verifica-se que as tecnologias dominantes, são aquelas baseadas em sistemas CDMA.

Isto ocorre devido principalmente a três motivos. O primeiro é que sistemas CDMA permitem alta flexibilidade para transmissão de altas taxas de dados. O segundo motivo é que CDMA permite a utilização de sinais recebidos por múltiplos percursos (multipath). Para um sistema TDMA seria necessária a utilização de equalizadores adaptativos visando mitigar a efeito de multipath, enquanto os “Rake Receivers” (utilizados em CDMA) permitem a combinação
destes múltiplos sinais, resultando em um ganho na recepção de sinais. Por último, existe o ganho referente ao “Soft Handoff”. Uma vez que todos os usuários transmitem ao mesmo tempo, e na mesma freqüência (fator de re-uso igual a 1, resultando em maior eficiência espectral), um terminal móvel pode se comunicar com várias estações rádio base ao mesmo tempo.

Antes de começarmos a discorrer sobre este assunto, referente aos sistemas de Terceira Geração formalmente chamados de Sistemas IMT-2000, é conveniente termos em mente algumas das definições formais sobre Sistemas 3G, elaboradas pelo órgão máximo das telecomunicações, que é o ITU, bem como caracterizar também quais são as gerações anteriores dos sistemas wireless.

Os primeiros sistemas móveis surgidos ainda na década de 80, no mundo, eram baseados em tecnologias analógicas, tais como: AMPS, NMT, JTACS e ETACS, e são chamados de sistemas de primeira geração – 1G. Estes sistemas eram caracterizados principalmente pela baixa capacidade espectral [Erlang/MHz], e pela relativa vulnerabilidade às interferências e facilidade de interceptação (escuta) das conversações.

Logo depois, já na década de 90, surgem os primeiros sistemas digitais, que apresentavam uma capacidade espectral muito maior (podendo chegar a até 10 vezes mais que nos sistemas anteriores). É nesta época que temos o aparecimento das tecnologias, CDMA, GSM e TDMA, bem como DECT e PHS, dentre outras. Estes sistemas ficaram conhecidos como sendo sistemas de segunda geração – chamados também de 2G.

Ainda nos anos 1990, começou-se a estudar uma série de padrões, visando a criação de um padrão único para os sistemas móveis, que se pretendia, estariam disponíveis por volta do ano 2000, daí o nome IMT-2000. Estes sistemas deveriam ter algumas características básicas, as quais iremos discorrer mais adiante neste Guideline.

De acordo com o ITU, podemos definir os sistemas 3G, como sendo os sistemas idealizados e projetados para prover acesso, através da interface aérea, a uma ampla gama de serviços de telecomunicações que são suportados pelas redes fixas, tais como PSTN/ISDN, bem como a outros serviços específicos de redes móveis.

Para tal, uma variada oferta de terminais do usuário se torna necessária, inclusive para conexões com as componentes terrestres e satelital, definidas para os sistemas IMT-2000.

As principais características dos sistemas de terceira geração IMT-2000, são:

- Alto grau de padronização no design de equipamentos, ao nível da indústria internacional;
- Compatibilidade entre os serviços oferecidos pelas redes fixas e aqueles definidos dentro das normas do IMT-2000;
- Adoção de terminais de usuário leves e compactos, com capacidade de roaming mundial;
- Capacidade de aplicações multi-mídia, e uma variedade de serviços;
- Utilização de redes comutadas a pacote, em comparação às redes baseadas em circuit switch, hoje tão amplamente utilizadas.
- Assimetria de tráfego, com maior volume de informações / pacotes sendo transmitidas no downlink, uma vez que o acesso à Internet é um dos pilares fundamentais dos sistemas de terceira geração.

Estima-se que o número de pessoas que deverão ter acesso a um telefone wireless, seja de cerca de 2 bilhões de usuários espalhados pelo globo até 2010, de acordo com vários organismos de pesquisa e consultoria em telecomunicações.

Espera-se destas tecnologias, as facilidades definidas pela ITU para os chamados sistemas IMT-2000. Ou seja, devem ser tecnologias capazes de prover os mais modernos recursos de comunicação interpessoal, bem como entre dispositivos (conhecida como comunicação máquina-à-máquina), propiciando altas taxas de transmissão de dados, excelente qualidade de conversação, e possibilidade de se oferecer serviços de valor adicionado, através de uma rede de comunicação sem-fio de alcance global.

Dentre estas facilidades, devemos destacar:

- Convergência entre as componentes terrestre e satélite das futuras redes de comunicação de cobertura global,
- Possibilitar o aumento do leque de serviços e facilidades oferecidas aos usuários finais, suprindo ao mesmo tempo, a crescente demanda de acessos wireless, 
- Acesso constante à rede de comunicações, suas facilidades e serviços de voz, dados e multimídia, em qualquer lugar, a qualquer momento, 
- Possibilidade de streaming e download de áudio e vídeo, 
- E mais ainda, vídeo e áudio em tempo-real, para os usuários que necessitam deste tipo de comunicação,
- Atendimento à crescente demanda por serviços de comunicações móveis pessoais nos países em desenvolvimento, 
- Permitir o acesso à Internet (ftp e web-browsing) e serviços multimídia, bem como também o acesso às intranets corporativas.
- Possibilitar as mais diversas formas de comércio eletrônico (m-commerce), nas suas várias modalidades: B2C, B2B, C2C, etc.
- Atendimento à atual, e futura, demanda por maior capacidade, maior velocidade, e maior gama de serviços e facilidades disponibilizadas pelas redes wireless.

Introdução: Sistemas 3G baseados em W-CDMA e CDMA2000

Os próximos dois capítulos irão discorrer sobre as principais características técnicas das tecnologias disponíveis para sistemas IMT-2000, mais especificamente em relação às duas principais interfaces aéreas, as quais acreditamos serem aquelas que serão amplamente adotadas pelas operadoras wireless: W-CDMA e CDMA2000.

Devemos considerar que inclusive já existem hoje, ao redor do globo, cerca de 14 sistemas CDMA2000 de terceira geração operando em caráter comercial, atendendo a cerca de 10 milhões de assinantes (1). Já os sistemas 3G UMTS baseados na tecnologia W-CDMA, devem entrar em operação comercial em meados do próximo ano (estimativas mais atuais), vindo a se juntar ao primeiro sistema em operação no Japão, o qual atende hoje, cerca de 200 mil assinantes, sem entretanto, oferecer plena compatibilidade com os padrões definidos pelo 3GPP, para os sistemas UMTS da Europa.

Assim, o ITU prevê que diversas tecnologias poderão evoluir para a terceira geração de sistemas de comunicação sem fio, mas verifica-se que as tecnologias dominantes, são aquelas baseadas em sistemas CDMA.

Isto ocorre devido principalmente a três motivos. O primeiro é que sistemas CDMA permitem alta flexibilidade para transmissão de altas taxas de dados. O segundo motivo é que CDMA permite a utilização de sinais recebidos por múltiplos percursos (multipath). Para um sistema TDMA seria necessária a utilização de equalizadores adaptativos visando mitigar a efeito de multipath, enquanto os “Rake Receivers” (utilizados em CDMA) permitem a combinação destes múltiplos sinais, resultando em um ganho na recepção de sinais. Por último, existe o ganho referente ao “Soft Handoff”. Uma vez que todos os usuários transmitem ao mesmo tempo, e na mesma freqüência (fator de re-uso igual a 1, resultando em maior eficiência espectral), um terminal móvel pode se comunicar com várias estações rádio base ao mesmo tempo.

[Continua]

(1)   De acordo com o CDG – CDMA Development Group, em JUNHO/2002.