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6. Espectro de RF para Sistemas 3G

A questão do espectro alocado para os futuros sistemas IMT-2000, pode ser analisada de duas formas distintas, onde uma primeira análise se faz levando em conta as razões históricas que conduziram à idealização e criação dos sistemas IMT-2000, e uma outra análise, que já leva em conta as razões de cunho prático, decorrentes do cenário hoje vivido pelas telecomunicações no mundo, principalmente Europa e Estados Unidos.


6.1. Definições Históricas

Em meados de 1992, a ITU promoveu uma reunião com todos os seus membros associados, que foi chamada WRC-92 (World Radio Conference - 1992), e que teve como maior objetivo, a criação de um grande comitê de trabalho, e grupos de estudo, cuja finalidade principal era a elaboração e padronização de uma nova tecnologia (nova interface-aérea, nova filosofia de rede, etc.), e que seria a base para o tão desejado sistema de "padrão-mundial", comumente referenciado como IMT-2000 (International Mobile Telecommunications - 2000), originalmente conhecido como FPLMTS (Future Public Land Mobile Telecommunications Systems), que era
o nome formal dos standards de terceira-geração.

Durante esta reunião, definiram-se algumas faixas de frequência que seriam comuns a todos os países, facilitando o trânsito de assinantes de diferentes partes do globo através destas "redes mundiais". Esta padronização de frequência, também permitiria uma padronização dos terminais móveis (handsets).
Foram definidas as seguintes faixas para os sistemas IMT-2000, as quais acabaram sendo conhecidas como core-band:

- 1885-2025 MHz e 2110-2200 MHz. Ambas as faixas deveriam acomodar as componentes terrestre e satelital; bem como o downlink e uplink, no caso dos sistemas FDD (3), e também os sistemas TDD (4).
- para a componente terrestre, definiu-se as sub-faixas de 1885-1980 MHz e 2110-2170 MHz.
Alternativas tais como: sistemas TDD (5), e duplex-variável, também são alvo de estudos da ITU e dos fabricantes de infra-estrutura e de terminais, visando o máximo aproveitamento do espectro disponível.


6.2. Razões Mercadológicas

Para entendermos a atual alocação de espectro para os sistemas IMT-2000 (que em última análise, serão aqueles que utilizarão as tecnologias W-CDMA e CDMA2000, dentre as definidas pela ITU), basta extrapolarmos a situação hoje vivida pelo Brasil em relação à identificação e definição de bandas para os sistemas 3G, para os demais países membros da ITU.

Por exemplo, nos Estados Unidos, o espectro de 1900 MHz que faz parte da porção alocada pela WRC-92 para o IMT-2000, acabou sendo leiloado pela FCC para a implantação dos sistemas PCS nesta faixa. Seis faixas acabaram sendo leiloadas: A, B e C (com 15 MHzpareados cada uma - FDD), e D, E e F (com 5 MHz pareados cada uma - FDD).

Com essas frequências sendo leiloadas, praticamente acabou-se inviabilizando a adoção e reserva da faixa para os sistemas IMT-2000 de terceira-geração nos EUA, uma vez que haveria o conflito de serviços dentro da faixa. Vale lembrar que o PCS norte-americano ocupa a faixa compreendida entre 1850-1990 MHz (uplink e downlink).
Com este novo cenário sendo desenhado, então, já no ano de 2000, realizou-se em Istambul, na Turquia, a WRC-2000, onde novas faixas acabaram sendo também reservadas e destinadas como alternativas para a implantação do IMT-2000.

São elas:

- 806-960 MHz (a ser implantada na forma Regional Basis)
- 1710-1885 MHz
- 2500-2690 MHz

Os fabricantes de equipamentos de infra-estrutura, e as Administrações Regionais e Nacionais (CITEL e ANATEL, por exemplo) também acabaram por desempenhar um importante papel nesta flexibilização das faixas de espectro, visando um melhor aproveitamento das faixas disponíveis em cada país, bem como uma harmonização dentro das administrações (por exemplo, toda a Região-II, da qual o Brasil faz parte), permitindo um melhor aproveitamento e integração das plantas já existentes (por exemplo: 800 e 1800 MHz na Europa, e 850 e 1900 MHz nas Américas).

Uma das possíveis justificativas para a criação destas novas faixas, poderia ser a necessidade de bandas-de-guarda entre serviços ocupando faixas adjacentes de espectro. A utilização de sistemas TDD, e duplex-variável, também acabaram se constituindo emalternativas importantes, para o máximo aproveitamento do espectro disponível.

Dessa forma, novas possibilidades acabaram se desenhando para as operadoras wireless, no tocante à migração para os sistemas 3G.

Em 2001, durante a 5a. reunião do grupo WP-8F, da ITU, foi apresentada uma proposta de que o espectro hoje destinado aos sistemas analógicos de primeira-geração, alocados nafaixa de 450 MHz (por exemplo: NMT-450), também seja considerado como uma opção para a implantação do IMT-2000. Este assunto continua em discussão, inclusive em outros fora, como por exemplo, a CITEL.

Devemos ainda, lembrar que, já existem opções tecnológicas para esta faixa, seja com cdma450 baseado em IS.2000 (Band-class 5 - padrão cdma2000 definido pelo 3GPP2), ou o EDGE-400 definido pelo 3GPP. Esta proposta tem o aval de operadoras da Europa, que já implantaram redes baseadas em CDMA2000 nesta faixa, e oferecem aos seus assinantes, taxas de até 144 kbps, para a transmissão de dados no modo pacote.

6.3. Eficiência Espectral 

Nesta seção, vamos apresentar um breve comparativo, da eficiência espectral oferecida pelas tecnologias 3G, bem como a eficiência de algumas tecnologias já utilizadas atualmente, de maneira a facilitar a compreensão deste tópico.

Eficiência espectral e velocidade de transmissão de dados

Pela figura acima, podemos perceber que as tecnologias com maiores taxas de dados, são realmente aquelas definidas como padrão para IMT-2000. Já em relação à eficiência, pode-se observar que a tecnologia CDMA2000, leva uma grande vantagem em relação às demais, superando em muito todas as outras tecnologias.

Tipicamente, um sistema CDMA2000, devido às suas características intrínsecas, tal como fator de reuso unitário (k=1), e codificação por espalhamento espectral, apresenta uma eficiência espectral que pode chegar até cerca de 1000 assinantes/MHz/ERB, numa faixa de 1,25 MHz. Esta eficiência poderia ser expressa também, mais adequadamente, em função da capacidade em Erl/MHz: teríamos então um valor típico de 26,4 erlangs (6) numa faixa de 1,25 MHz, o que nos dá cerca de 105,6 erlangs, normalizados para uma faixa de 5 MHz.

Para os sistemas UMTS/W-CDMA, estima-se uma eficiência de cerca 82 erlangs numa faixa de 5 MHz.

[Continua]

(3) O modo usual de operação de um sistema wireless, onde os canais de uplink e de downlink, utilizam diferentes
frequências. A técnica FDD é utilizada em bandas pareadas, onde, usualmente, haja um espectro disponível de 2 x nn MHz.

(4) Já na técnica TDD, os canais de uplink e downlink são separados pela sua divisão no tempo, isto é, eles ocupam
diferentes time-slots, numa mesma banda de frequência. Como resultado, o modo TDD requer uma única banda
disponível, e se aplica aos casos onde não haja banda pareada. Tipicamente, o TDD é usado para serviços
assimétricos, por exemplo, web-browsing, onde a maior demanda de tráfego do downlink (download), pode ser
conseguida através da alocação a maioria dos time-slots para os canais de downlink.

(5) Os sistemas baseados em tecnologia TDD, não devem vir a se consolidar como uma alternativa viável para
sistemas 3G, sendo que atualmente se pensa em utilizar tecnologias baseadas em TD-SCDMA, para as faixas
originalmente reservadas para TDD.

(6)  Medidos para o caso de vocoders EVRC de 9,6 kbps.