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VII. Evolução de Sistemas 2G para 3G

Nesse item são abordados aspectos da evolução dos principais sistemas de segunda geração em direção à 3G. Em [Sin00] pode-se obter informações interessantes sobre aspectos de custos, benefícios e riscos em cada etapa de evolução dos padrões GSM e IS-95. Esses aspectos não serão considerados nesse texto.

Evolução do Padrão GSM

Na sua primeira “versão 2G” (GSM phase 1) o padrão GSM possui como principais características de sua interface de rádio aquelas listadas na Tabela 4. Esse padrão possui uma versão européia em 1.800 MHz chamada DCS1800. Nos Estados Unidos existe também uma versão similar ao GSM para operação na faixa dos sistemas PCS chamada PCS1900. 

Tabela 4 – Sumário das especificações da interface de rádio do GSM. 

O padrão GSM vem sendo constantemente revisado pelo SMG do ETSI de forma que sejam implementadas novas possibilidades de serviços e taxas de dados mais elevadas como os atuais HSCSD, CAMEL e GPRS, pertencentes à fase 2+ do padrão. 

HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) é um atributo do GSM que permite a co-alocação de múltiplos canais de tráfego (múltiplos slots) a um usuário. O objetivo do HSCSD é o de oferecer diferentes serviços a diferentes taxas de dados em uma única estrutura de camada física do sistema. Essa implementação aumenta significativamente a capacidade de tráfego de um canal, podendo suportar taxas de até 57,6 kbit/s. Detalhes sobre o HSCSD podem ser obtidos em [ETSI99d]. 

CAMEL é a sigla para Customized Applications for Mobile network Enhanced Logic. Trata-se de um atributo de rede (e não um serviço suplementar) que possui mecanismos que permitem às operadoras oferecerem serviços independentes da localização dos usuários. Isso permite que serviços específicos sejam oferecidos mesmo que os usuários estejam em roaming. Esse atributo integra a estrutura da rede GSM com o conceito de Rede Inteligente (IN, Intelligent Network) e o VHE já citado. Mais detalhes sobre esse atributo podem ser obtidos em [ETSI99e]. 

GPRS (General Packet Radio Service) é um conjunto de serviços previsto por norma para o sistema GSM. Esses serviços permitem aos usuários a transmissão e recepção de dados por comutação de pacotes para, por exemplo, acesso a redes IP e X.25 com taxas de dados até 115,2 kbit/s. Os vários serviços suportados pelo GPRS e outras informações adicionais podem ser obtidas em [ETSI99a], [ETSI99b], [Cai97] e [ETSI97]. O EGPRS (Enhanced General Packet Radio Service) corresponde a uma evolução do GPRS, com inovações tais como: compatibilidade com modulação 8PSK (além da GMSK), novos esquemas de codificação de canal e técnicas de melhoria na qualidade do link de comunicação [Roh00]. Essas inovações permitem taxas mais elevadas que o GPRS convencional, além de permitirem maior flexibilidade no gerenciamento da QoS oferecida. 

EDGE[1] (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) representa um conceito inicialmente concebido pelo SMG 2 do ETSI de forma a permitir a transmissão de dados a taxas compatíveis com as propostas de evolução do GSM em direção à terceira geração (IMT-2000 / UMTS). Tanto transmissões no modo de comutação de pacotes quanto comutação de circuitos são consideradas e o EDGE é suficientemente genérico para ser aplicado a outros sistemas celulares. Prova disso é a adoção do conceito pelo comitê TR45 da TIA (EUA) para dar suporte à evolução do IS-136 rumo à 3G. 

No EDGE é prevista a utilização de modulações com maior eficiência espectral, além das atuais GMSK do GSM e p/4-DQPSK do IS-136, em bandas de 200 kHz e 1,6 MHz. Essas modulações são as principais implementações do EDGE que viabilizarão as elevadas taxas de dados esperadas. 

A rede de acesso do sistema GSM EDGE tem o nome de GERAN (GSM/EDGE Radio Access Network) e sua especificação está alinhada com aquelas do sistemas UMTS. 

O UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) representa o último degrau de evolução do GSM rumo à 3G. Como já citado, o UMTS corresponde à iniciativa Européia do IMT-2000 definida pela UTRA (IMT-DS e IMT-TC). Nesse estágio de evolução ter-se-á todas as características da interface de rádio conforme especificadas para o IMT-2000, com compatibilidade com as versões anteriores do padrão. Vale aqui ressaltar que a tecnologia de acesso TDMA do GSM será nessa etapa complementada com acesso CDMA, conforme prevê a RTT UTRA. 

A Tabela 5 ilustra o caminho de evolução do GSM em direção à 3G. Comentários são adicionados a cada item de forma a facilitar a visualização das principais implementações em cada etapa dessa evolução. 

Tabela 5 – Sumário sobre a evolução do GSM em direção à 3G.

Evolução do Padrão IS-136

Na sua versão 2G/2,5G o padrão de telefonia celular/PCS digital TDMA IS-136 (TIA/EIA/IS-136) possui como características básicas: 

-       Sistema de telefonia celular/PCS TDMA.

-       Também conhecido como D-AMPS (Digital AMPS).

-       Acesso TDMA/FDMA com 3 slots full-rate ou 6 slots half-rate por canal com banda de 30 kHz.

-       Duplexação FDD com 45 MHz de separação entre os links.

-       Sistema dual-band (800/1.900 MHz) & dual-mode (digital TDMA / analógico AMPS).

-       Possibilidade de interface com certas centrais privadas (PBX/CENTREX^®).

-       Handoff assistido pelo móvel (MAHO, Mobile Assisted Handoff ).

-       Serviço de mensagens (SMS, Short Message Service), modo sleep.

-       Modulação para canais de voz e controle: p/4-DQPSK à taxa de 48,6 kbit/s.

-       Canalização e planejamento de freqüências, em 800MHz, idênticos ao AMPS (EIA/TIA-553). 

A evolução da atual fase do padrão IS-136 (fase 1) em direção à 3G foi planejada em duas etapas independentes, sendo uma etapa comum à evolução do GSM chamada EDGE. Essas evoluções correspondem ao IS-136+ e ao IS-136HS. Juntas, as especificações do IS-136, do IS-136+ e do IS-136HS são denominadas UWC-136. Os principais objetivos da fase 2 (IS-136+) são [Pan00, p. 67]: 

-       Taxas de dados mais elevadas e maior eficiência espectral (através do uso de modulações melhoradas);

-       Melhor qualidade de voz;

-       Transmissão de dados por comutação de circuitos e de pacotes (similar ao HSCSD e GPRS do GSM) a 64 kbit/s; 

Uma cooperação entre o ETSI e o UWCC resultou na proposta de convergência do GSM e do IS-136 na etapa correspondente à implementação do conceito EDGE. Dentre os aspectos comuns resultantes dessa cooperação destacam-se: 

-       Requisitos da interface de rádio e dos serviços oferecidos pelo IS-136HS/EDGE à taxa de 384 kbit/s;

-       Modulação 8PSK para canais de 200 kHz;

-       GPRS como arquitetura para transmissão de dados por comutação de pacotes.

A Tabela 6 ilustra as principais alterações sofridas no processo de evolução do padrão IS-136 e a Tabela 7 destaca os aspectos comuns da evolução do IS-136 e GSM [Roh00]. Os dados correspondentes à evolução do IS-136 são identificados na Tabela 7 através da designação UWC-136 (família IS-136, 136+ e 136HS). 

Tabela 6 – Parâmetros da evolução do IS-136.

Tabela 7 – Atributos comuns do GSM e UWC-136. 

Além das modificações anteriormente citadas, o grupo de estudos TR45.2 da TIA vem realizando atividades no sentido de desenvolver atributos de rede que permitam o oferecimento de serviços pelos sistemas celulares e PCS similares aos que proporcionam o CAMEL do GSM. Aos padrões relacionados a esses atributos dá-se o nome de WIN (Wireless Intelligent Network).

[2] A modulação citada como 8PSK para o conceito EDGE se refere à modulação 3p/8-O8PSK.