SISTEMA AMPS

1. SISTEMA AMPS

2. HISTÓRICO O PRIMEIRO SISTEMA CELULAR IMPLANTADO NO MUNDO SE CHAMOU ADVANCED MOBILE PHONE SERVICE – AMPS. ELE FOI CONCEBIDO E DESENVOLVIDO PELOS EXTINTOS BELL LABS DOS ESTADOS UNIDOS. ENTROU EM OPERAÇÃO NOS PRIMEIROS ANOS DA DÉCADA DE 1980. LOGO SURGIRAM SISTEMAS CELULARES EUROPEUS E ASIÁTICOS DE CONCEPÇAO BASTANTE SEMELHANTES AO AMPS

3. HISTÓRICO NA ÉPOCA, OS APARELHOS ERAM VOLUMOSOS E PESADOS DEVIDO AO ESTADO DA ARTE DA TECNOLOGIA DE HARDWARE DAQUELE TEMPO. POR ISTO, SUA FINALIDADE ERA PROPORCIONAR TELEFONIA CELULAR PARA OS AUTOMÓVEIS. SEU CONSUMO DE ENERGIA ERA DE TAL MONTA QUE SUA ALIMENTAÇÃO ELÉTRICA ERA PROVENIENTE DA BATERIA DO AUTOMÓVEL

4. HISTÓRICO LOGO AS OPERADORAS PECEBERAM AS VANTAGENS DE CONCEBER UM TERMINAL MÓVEL COM ALIMENTAÇÃO INDEPENDENTE COM VOLUME E PESO QUE PERMITISSEM SEREM PORTADOS POR PESSOAS. POR VOLTA DE 1985 JÁ ERAM FORNECIDOS APARELHOS PORTÁTEIS CUJO TAMANHO ERA POUCO MENOR DO QUE UM TIJOLO E QUE PESAVA QUASE DOIS QUILOGRAMAS.

5. HISTÓRICO NO FINAL DA ÉCADA DE 1980, A MOTOROLA APRESENTOU O TERMINAL PORTÁTIL ILUSTRADO AO LADO. SEU PESO NÃO PASSAVA DE 400 GRAMAS. APRESENTAVA, PELA PRIMEIRA VEZ, NO DISPLAY, INFORMAÇOES RELEVANTES DOS ESTADOS DA COMUNICAÇÃO. NA ÉPOCA, ISTO FOI CONSIDERADO UM IMPRESSIONANTE AVANÇO TECNOLÓGICO. POR VOLTA DE 1991 O TERMINAL MÓVEL ATINGIU QUASE O TAMANHO E AS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DOS APARELHOS ATUAIS.

6. FAIXAS DE FREQUÊNCIAS DESTINADAS À OPERAÇÃO DO SISTEMA AMPS

7. FAIXAS DE OPERAÇÃO CONFORME O SENTIDO DE TRANSMISSÃO 25 MHz ERB MÓVEL 824 - 849 MHz 45 MHz 869 - 894 MHz ERB MÓVEL

8. FAIXA DE OPERAÇÃO TODOS OS PAISES QUE ADOTARAM O SISTEMA AMPS UTILIZARAM, PARA OPERAÇÃO, UMA FAIXA DE FREQUÊNCIAS DE LARGURA 25 MHz. ESTA FAIXA DE OPERAÇÃO, QUE AINDA HOJE É USADA, FICA CENTRALIZADA, APROXIMADAMENTE NA FREQUÊNCIA DE 850 MHZ. ELA ESTÁ DIVIDIDA EM DUAS SUB-FAIXAS DE LARGURA 12,5 MHz CADA UMA: BANDA “A” E BANDA “B”. DESTA MANEIRA O SERVIÇO CELULAR TEM A POSSIBILIDADE DE SER OFERECIDO, EM UM MESMO LOCAL, POR DUAS OPERADORAS CONCORRENTES

9. FAIXA ORIGINAL = 20 MHz 25 MHz POSIÇÕES OCUPADAS PELAS BANDAS AE BNA FAIXA DE FREQÜÊNCIAS DO SERVIÇO MÓVEL CELULAR

10. SITUAÇÃO ATUAL O AMPS É CONSIDERADO UM SISTEMA DE PRIMEIRA GERAÇÃO. NESSE SISTEMA A TRANSMISSÃO DO SINAL DE VOZ É REALIZADA NA FORMA ANALÓGICA. ELE FOI TOTALMENTE SUBSTITUIDO PELOS SISTEMAS DE SEGUNDA GERAÇÃO, ONDE A TRANSMISSÃO DE VOZ OCORRE NA FORMA DIGITAL. TANTO A BANDA A COMO A BANDA B CONTINUARAM A SER UTILIZADAS POR OPERADORAS CONCORRENTES. ENTRETANTO A UTILIZAÇÃO ATUAL, DE NOVAS FAIXAS DE FREQUÊNCIAS DE OPERAÇÃO, EM TORNO DE 1800 MHz, PERMITIU QUE, EM UM MESMO LOCAL, O SERVIÇO CELULAR POSSA SER OFERECIDO POR ATÉ QUATRO OPERADORAS CONCORRENTES.

11. MODULAÇÕES E LARGURAS DE FAIXA DOS CANAIS AMPS

12. CANAL DE VOZ E CANAL DE CONTROLE NO SISTEMA AMPS

13. SISTEMA AMPS FDMA - FREQUENCY DIVISION MULTIPLE ACCESS

14. MODULAÇÕES UTILIZADAS NO AMPS CANAL DE VOZ: MODULAÇÃO EM FREQÜÊNCIA - FM CANAL DE CONTROLE: “FREQUENCY SHIFT KEYING - FSK CADA CANAL DE VOZ, MODULADO EM FREQÜÊNCIA, OCUPA UMA LARGURA DE FAIXA DE 30 kHz. A MODULAÇÃO FSK EQUIVALE A UMA MODULAÇÃO DE FREQÜÊNCIA PARA SINAL DIGITAL. A LARGURA DE FAIXA OCUPADA PELO CANAL DE CONTROLE MODULADO EM FSK É, TAMBÉM, 30 kHz.

15. ESPECIFICAÇÃO DA OPERAÇÃO AMPS NA BANDA A OU B MODULAÇÃO DO CANAL DE VOZ: FM LARGURA DE FAIXA DO CANAL RF DE VOZ: 30 kHz. MODULAÇÃO DO CANAL DE CONTROLE: FSK LARGURA DE FAIXA DO CANAL DE CONTROLE: 30 kHz QUANTIDADE DE CANAIS EM 12,5 MHz: N=12.500/30 = 416 CANAIS DE CONTROLE: 21 DISTRIBUIÇÃO DOS CANAIS DE CONTROLE: 1 POR SETOR CANAIS DE VOZ: V = 416 - 21 = 395 DISTRIBUIÇÃO DOS CANAIS DE VOZ NOS 21 SETORES: 17 SETORES COM 19 CANAIS DE VOZ 4 SETORES COM 18 CANAIS

16. NOÇÕES SOBRE TRÁFEGO TELEFÔNICO

17. EXEMPLO: MEDIDAS DE TRÁFEGO INSTANTÂNEO, A CADA MINUTO, DURANTE UMA HORA

18. TRÁFEGO OFERECIDO VAMOS SUPOR QUE EXISTA UMA QUANTIDADE DE CANAIS IGUAL OU MAIOR QUE A QUANTIDADE DE USUÁRIOS DE UMA DETERMINADA COMUNIDADE. VAMOS SUPOR, AINDA, QUE EM DETERMINADOS INSTANTES, REGISTRAMOS A QUANTIDADE DE CANAIS OCUPADOS. ESTA QUANTIDADE DE CANAIS, OCUPADOS EM CADA INSTANTE , É DENOMINADA “TRÁFEGO INSTANTÂNEO OFERECIDO”. SUA UNIDADE É “ERLANG INSTANTÂNEO”. EXEMPLO: SE EM UM DETERMINADO INSTANTE OCORRER 21 CANAIS OCUPADOS , TEREMOS UM TRÁFEGO OFERECIDO INSTANTÂNEO IGUAL A 21 ERLANG.

19. EXEMPLO: MEDIDAS DE TRÁFEGO INSTANTÂNEO, A CADA MINUTO, DURANTE UMA HORA

20. TRÁFEGO MÉDIO OFERECIDO DURANTE UMA HORA SOMA-SE TODAS AS MEDIDAS INSTANTÂNEAS REALIZADAS DURANTE UMA HORA E DIVIDE-SE O VALOR DESSA SOMA PELA QUANTIDADE DE MEDIDAS REALIZADAS. A UNIDADE DO TRÁEGO MÉDIO RESULTANTE É, SIMPLESMENTE, ERLANG. EM NOSSO EXEMPLO, FORAM FEITAS 60 MEDIDAS, DE TRÁFEGO INSTANTÂNEO, DURANTE UMA HORA. SOMANDO-SE ESSAS MEDIDAS RESULTOU UM TOTAL DE 1250 ERLANGS. NESTE CASO, O TRÁFEGO MÉDIO OFERECIDO DURANTE AQUELA HORA É DADO POR:

21. TRÁFEGO MÉDIO OFERECIDO DURANTE A HORA DE MAIOR MOVIMENTO DE UM DETERMINADO DIA É O MAIOR VALOR DO TRÁFEGO MÉDIO, OFERECIDO DURANTE UMA HORA, NO DECORRER DE UM DIA. NORMALMENTE ESTE VALOR DEPENDE DO DIA DA SEMANA. QUANDO NÃO SE ESPECIFICA O DIA, SUBENTENDE-SE, GERALMENTE, QUE SE REFERE AO MAIOR VALOR OCORRIDO DURANTE A SEMANA.

22. TRÁFEGO MÉDIO OFERECIDO POR CADA ASSINANTE É O VALOR DO TRÁFEGO MÉDIO NA HORA DE MAIOR MOVIMENTO DIVIDIDO PELA QUANTIDADE DE ASSINANTES. EXEMPLO: VAMOS SUPOR QUE UMA COMUNIDADE DE 900 ASSINANTES OFERECE UM TRÁFEGO MÉDIO DE 20,8 ERLANG NA HORA DE MAIOR MOVIMENTO. NESTE CASO RESULTA:

23. SITUAÇÃO EM QUE A QUANTIDADE DE CANAIS É MENOR DO QUE A QUANTIDADE DE ASSINANTES NESTE CASO EXISTE UMA CERTA PROBABILIDADE DE QUE, EM DETERMINADOS INSTANTES, TODOS OS CANAIS FIQUEM OCUPADOS. AS CHAMADAS QUE OCORREREM NAQUELES INSTANTES DE CONGESTIONAMENTO SERÃO RECUSADAS. ESTA SITUAÇÃO SE CHAMA BLOQUEIO DE CHAMADAS. EM TELEFONIA CELULAR, DIMENSIONA-SE A QUANTIDADE DE CANAIS PARA QUE O BLOQUEIO DE CHAMADAS NÃO ULTRAPASSE 2 %. ESTE DIMENSIONAMENTO SE FAZ COM A UTILIZAÇÃO DA FÓRMULA “ERLANG B “. ESSA FÓRMULA SUPÕE QUE O NÚMERO DE ASSINANTES É MUITO MAIOR DO QUE O NÚMERO DE CANAIS DISPONÍVEIS. ISTO SEMPRE OCORRE EM TELEFONIA CELULAR.

24. FÓRMULA DE ERLANG B

25. FÓRMULA DE ERLANG B. A = TRÁFEGO MÉDIO OFERECIDO NA HORA DE MAIOR MOVIMENTO. C = QUANTIDADE DE CANAIS DE TRÁFEGO. B = BLOQUEIO RELATIVO: RELAÇÃO ENTRE AS CHAMADAS RECUSADAS E O TOTAL DAS CHAMADAS ( ACEITAS + RECUSADAS )

26. EXEMPLO DE CÁLCULO DE BLOQUEIO DETERMINAR O BLOQUEIO RELATIVO DE CHAMADAS QUANDO A COMUNIDADE OFERECE UM TRÁFEGO MÉDIO DE 3 ERLANG A UM SISTEMA COM 4 CANAIS. ESTE RESULTADO INDICA QUE, DE CADA 100 CHAMADAS TENTADAS, NA HORA DE MAIOR MOVIMENTO, 20 SERÃO RECUSADAS DEVIDO A AUSÊNCIA DE CANAIS VAGOS NOS INSTANTES EM QUE ELAS ACONTECEM.

27. TABELAMENTOS A FÓRMULA DE ERLANG B ESTÁ TABELADA NOS LIVROS SOBRE TRÁFEGO TELEFONICO. PODE-SE ENTRAR COM DOIS PARÂMETROS E DETERMINAR O TERCEIRO.

28. TABELA PARCIAL DE TRÁFEGO EXEMPLO: DETERMINAR QUANTOS ERLANGS PODEM SER OFERECIDOS A UM SISTEMA DE 19 CANAIS DE TAL MODO QUE O BLOQUEIO DE CHAMADAS SEJA 2 %. A = 12,3 Erlang A TABELA NOS FORNECE O RESULTADO:

29. DETERMINAÇÃO DOS ERLANGS QUE PODEM SER OFERECIDOS A UMA ERB NO SISTEMA AMPS SUPONDO B = 2 %. ( BANDA A OU B ) • - QUANTIDADE DE CANAIS DE TRÁFEGO NO SETOR: C = 19 • ERLANGS OFERECIDOS SUPONDO B = 2 %: PARA C=19 E • B = 2 %, A TABELA FORNECE: AS = 12,3 Erlang • - ERLANGS OFERECIDOS À ERB: AE = 3 x 12,3 = 36,9 Erlang AE = 36,9 Erlang

30. DETERMINAÇÃO DA QUANTIDADE DE ASSINANTES SERVIDOS POR UMA ERB AMPS, SUPONDO UM TRÁFEGO DE 0,025 ERLANG POR ASSINANTE.

31. FATOR DE SEGURANÇA NO SISTEMA CELULAR NÃO SE PODE GARANTIR QUE A QUANTIDADE DE USUÁRIOS SERVIDOS POR UMA ERB NÃO SEJA ULTRAPASSADA. CASO ISTO ACONTEÇA O BLOQUEIO DE CHAMADAS PODE ADQUIRIR UM VALOR INACEITÁVEL . POR ISTOÉ ACONSELHAVEL ADOTAR UM FATOR DE SEGURANÇA NO DIMENSIONAMENTO DA QUANTIDADE MÁXIMA DE ASSINANTES SUPORTADA POR UMA ERB. SEJA 0,7 ESSE FATOR DE SEGURANÇA.

32. DENSIDADES POPULACIONAIS A DENSIDADE DE ASSINANTES NÃO É CONSTANTE. NA ÁREA URBANA, DE UMA CIDADE , ESSA DENSIDADE É MAIOR DO QUE NA ÁREA SUBURBANA QUE, POR SUA VEZ, É MAIOR DO QUE NA ÁREA RURAL.

33. ÁREAS DE COBERTURA DAS ERB PARA MANTER APROXIMADAMENTE A MESMA QUANTIDADE DE ASSINANTES POR ERB, A OPERADORA UTILIZA CELULAS MENORES NAS REGIÕES URBANAS. NAS ÁREAS RURAIS, TEM-SE AS CÉLULAS DE MAIOR TAMANHO. AS REGIÕES SUBURBANAS OPERAM COM CÉLULAS DE TAMANHO INTERMEDIÁRIO

34. DETERMINAÇÃO DA QUANTIDADE MÍNIMA DE ERB’S AMPS PARA PROVER SERVIÇO PARA 1 MILHÃO DE ASSINANTES

35. DETERMINAÇÃO DA QUANTIDADE MÍNIMA DE ERB’S AMPS PARA PROVER SERVIÇO PARA 1 MILHÃO DE ASSINANTES NO CÁLCULO DA QUANTIDADE DE ERB FOI SUPOSTO QUE TODAS AS ERB SERVISSEM A A QUANTIDADE MÁXIMA DE ASSINANTES ESTABELECIDA COM BASE NO TRÁFEGO CALCULADO. ENTRETANTO, MUITAS ERB, ESPECIALMENTE NAS ZONAS SUBURBANAS E RURAIS, NÃO ATINGEM ESSA QUANTIDADE DE ASSINANTES. MESMO QUE TENHAM POUCOS ASSINANTES, ESSAS ERB SÃO NECESSÁRIAS DEVIDO A QUESTÃO DA COBERTURA GEOGRÁFICA DO SISTEMA CELULAR. ISTO FAZ AUMENTAR A QUANTIDADE DE CÉLULAS. DIGAMOS QUE ESSE AUMENTO SEJA 30 %. NESTE CASO:

36. LIMITAÇÃO PRÁTICA NA QUANTIDADE DE ERB ´ NAS MAIORES CIDADES DOMUNDO É IMPRATICÁVEL A UTILIZAÇÃO DE MAIS DO QUE 400 ERB POR UMA OPERADORA DE CELULAR. NESTE CASO, O NÚMERO MÁXIMO DE ASSINANTES AMPS, SERVIDO POR UMA OPERADORA, FICAVA LIMITADO EM 320.000 ESTA SITUAÇÃO SÓ PODE SER RESOLVIDA AUMENTANDO A QUANTIDADE DE CANAIS DE VOZ POR SETOR. PARA ISTO TEM-SE DUAS SOLUÇÕES: 1) AUMENTANDO A LARGURA DE FAIXA DE OPERAÇÃO. POR EXEMPLO: SE A LARGURA DA FAIXA DE OPERAÇÃO FOR TRIPLICADA, A QUANTIDADE DE CANAIS POR SETOR TRIPLICA. 2) MANTENDO A MESMA LARGURA DA FAIXA DE OPERAÇÃO, MAS DIMINUINDO A LARGURA DE FAIXA OCUPADA PELO CANAL DE VOZ E PELO CANAL DE CONTROLE. POR EXEMPLO: SE A LARGURA DE FAIXA DESSES CANAIS DIMINUIR DE UM FATOR 3, CABERÁ 3 VEZES MAIS CANAIS NA MESMA FAIXA DE OPERAÇÃO.

37. SISTEMA EUROPEU DE SEGUNDA GERAÇÃO A EUROPA OPTOU PELA PRIMEIRA SOLUÇÃO EM SEU SISTEMA DE SEGUNDA GERAÇÃO, CONHECIDO COMO GSM. SEUS CANAIS DE VOZ E DE CONTROLE POSSUEM A MESMA LARGURA DE FAIXA DE SEU SISTEMA ANALÓGICO DE PRIMEIRA GERAÇÃO. ENTRETANTO, O GSM TRABALHA EM UMA NOVA FAIXA DE OPERAÇÃO CUJA LARGURA MÁXIMA É 45 MHz. ESTA FAIXA DE OPERAÇÃO ESTÁ CENTRADA EM TORNO DE 1800 MHz.

38. SISTEMAS AMERICANOS DE SEGUNDA GERAÇÃO OS SISTEMAS CELULARES, DE SEGUNDA GERAÇÃO, ADOTADOS PELOS AMERICANOS, UTILIZARAM A DIMINUIÇÃO DA LARGURA DE FAIXA OCUPADA PELOS CANAIS DE INFORMAÇÃO. O PRIMEIRO SISTEMA CELULAR AMERICANO, DE SEGUNDA GERAÇÃO, FOI O D-AMPS, QUE INICIALMENTE ERA CHAMADO DE TDMA IS-136. ELE, USANDO A MESMA FAIXA DE OPERAÇÃO DO AMPS, CONSEGUIU TRIPLICAR A QUANTIDADE DE CANAIS DOS SETORES DAS ERB. O SEGUNDO SISTEMA AMERICANO, DE SEGUNDA GERALÇAO, QUE TAMBÉM FOI ADOTADO PELOS AMERICANOS, FOI O CDMA ONE, INICIALMENTE CHAMADO CDMA IS-95. ELE AUMENTA OITO VEZES A QUANTIDADE DE CANAIS POR SETOR

39. COMPARAÇÃO DO AMPS COM OS OUTROS SISTEMAS. VIMOS QUE PARA SERVIR 1 MILHÃO DE ASSINANTES NECESSITA-SE AS RÁDIO BASES: AMPS REPETINDO-SE O CÁLCULO PARA OS SISTEMAS AMERICANOS, DE SEGUNDA GERAÇÃO, RESULTA:. D-AMPS CDMA ONE FORAM MANTIDOS, NESSE CÁLCULO, O MESMO BLOQUEIO DE CHAMADAS E OS MESMOS FATORES DE SEGURANÇA.

40. TÓPICOS SOBRE PROPAGAÇÃO EM AMBIENTE MÓVEL

41. PROPAGAÇÃO NO ESPAÇO LIVRE

42. PROPAGAÇÃO NO ESPAÇO LIVRE POTÊNCIA DO TRANSMISSOR GANHO DA ANTENA DE TRANSMISSÃO GANHO DA ANTENA DE RECEPÇÃO COMPRIMENTO DA ONDA TRANSMITIDA DISTÂNCIA ENTRE O TRANSMISSOR E O RECEPTOR POTÊNCIA RECEBIDA

43. PROPAGAÇÃO NO ESPAÇO LIVRE PODEMOS OBSERVAR QUE A POTÊNCIA DO SINAL RECEBIDO DECRESCE COM O QUADRADO DA DISTÂNCIA ENTRE O TRANSMISSOR E O RECEPTOR. ISTO EQUIVALE A DIZER QUE A POTÊNCIA DO SINAL RECEBIDO DECRESCE DE 6 dB CADA VEZ QUE SE DOBRA A DISTÂNCIA.

44. PROPAGAÇÃO PRÓXIMA AO SOLO

45. PROPAGAÇÃO PRÓXIMA AO SOLO ( TERRENO PLANO E HORIZONTAL ) NESTE CASO O SINAL QUE REFLETE NO SÓLO COMPÕE-SE SUBTRATIVAMENTE COM O SINAL DIRETO, CAUSANDO A DIMINUIÇÃO DA INTENSIDADE DO SINAL RECEBIDO.

46. PARA FICA MENOR DO QU E PROPAGAÇÃO PRÓXIMA AO SOLO QUANDO A DISTÂNCIA ENTRE O TRANSMISSOR E O RECEPTOR FOR SUFICIENTEMENTE GRANDE, TAL QUE SE TENHA ENTÃO, A PROPAGAÇÃO DO SINAL SEGUE A EXPRESSÃO: ALTURA EFETIVA DA ANTENA DA ERB ALTURA DA ANTENA DO TERMINAL MÓVEL

47. PROPAGAÇÃO PRÓXIMA AO SOLO ( CONTINUAÇÃO ) • PODEMOS NOTAR QUE: • A POTÊNCIA DO SINAL RECEBIDO PASSA A DEPENDER DO • QUADRADO DAS ALTURAS DAS ANTENAS . • ESSE SINAL RECEBIDO FICA INVERSAMENTE PROPORCIONAL • À DISTÂNCIA ELEVADA A QUARTA POTÊNCIA. • NESTE CASO, O SINAL CAI 12 DB CADA VEZ QUE SE DOBRA A • DISTÂNCIA ENTRE O TRANSMISSOR E O RECEPTOR.

48. PROPAGAÇÃO PRÓXIMA AO SOLO ( CONTINUAÇÃO ) PODEMOS CONCLUIR QUE, QUANDO O MÓVEL SE AFASTA DA ERB, INICIALMENTE A POTÊNCIA, DO SINAL RECEBIDO, CAI 6 dB CADA VEZ QUE DOBRA A DISTÂNCIA. A PARTIR DE UMA CERTA DISTÂNCIA, O NÍVEL DO SINAL PASSA A CAIR 12 dB QUANDO A DISTÂNCIA DUPLICA. PARA UMA ANTENA DE 30 METROS DE ALTURA ESSE PONTO DE TRANSIÇÃO ACONTECE A UMA DISTÂNCIA DA ORDEM DE 2 km.

49. INFLUÊNCIA DA INCLINAÇÃO DO TERRENO E ALTURA EFETIVA DA ANTENA

50. ALTURA EFETIVA DA ANTENA DA ERB QUANDO A PROPAGAÇÃO OCORRE EM UM TERRENO SEM INCLINAÇÃO. NESTE CASO, A ALTURA EFETIVA DA ANTENA É IGUAL À SUA ALTURA FÍSICA.