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2.4.        Planejamento de Freqüências

O planejamento de freqüências é essencial para a otimização do uso do espectro, aumento da capacidade e redução de interferências.

 Os órgãos regulamentadores de telecomunicações permitem que os sistemas operem em determinadas bandas de freqüência, desde que as operadoras estejam de acordo com algumas normas. O uso eficiente da banda requer planejamento de freqüências, envolvendo numeração de canais, agrupamento de canais em subgrupos, planejamento celular e alocação de canais dentro de células. Um bom planejamento de freqüências deve garantir um isolamento adequado entre canais, para que a interferência de canal adjacente seja mantida em níveis aceitáveis. E ainda, deve ser escolhida uma distância de reuso adequada de forma a evitar interferência cocanal e ainda assim permitir a capacidade desejada de usuários. ^[4] O planejamento de freqüências é, portanto, tarefa da maior importância em sistemas de comunicações celulares.

 Um exemplo de alocação de banda é o mostrado na Figura 2-28 ^[4], que constitui as bandas conhecidas como A e B utilizadas no sistema AMPS. Cada banda ocupa 12,5 MHz na sua versão estendida, que será a tratada. Usando canais com espaçamento de 30 kHz, tem-se 12,5 MHz / 30 kHz  =  416,7  ®  416 canais por banda. Desses canais, 21 são usados para controle, de forma que 416 – 21 = 395 canais são usados para voz em cada banda.  

Figura 2-28  -  Alocação de freqüências para celular (800 MHz) – bandas A e B

        A’, B’ e A’’ foram acrescentadas para formar a versão estendida

 Cabe lembrar que o conceito de canal engloba as porções da banda usadas nos sentidos direto e reverso. O esquema mostrado na permite uso FDD, de maneira que a uma certa distância espectral (45 MHz, nesse caso) do conjunto de freqüências mostrados, está um outro arranjo idêntico, correspondente ao sentido oposto de comunicação, como ilustra a Figura 2-29 ^[4].

 Figura 2-29  -  Espaçamento espectral entre links direto e reverso (FDD)

 Assim, quando se fala em “canal de 30 kHz” está se fazendo referência às duas faixas de 30 kHz alocadas a um usuário: uma no sentido direto e outra, a 45 MHz de afastamento, no sentido reverso. A distância de 45 MHz foi considerada suficiente para evitar interferências entre os links direto e reverso.

 A alocação de freqüências está relacionada aos números dos canais da seguinte forma: ^[4]

·        freqüência de transmissão da base  =  0,03 (N – 1023) + 870   MHz

·        freqüência de recepção da base  =  0,03 (N – 1023) + 825   MHz

onde N é o número do canal (N = 1, ... , 1023), de acordo com a Figura 2-28 .

Dessa forma, conhecendo-se o número do canal, pode-se calcular o par de freqüências portadoras associadas a ele.

 A forma inicial de se especificar um plano de freqüência é através da escolha do número de células por cluster e, dessa forma, o fator de reuso. Entre os planos mais conhecidos pode-se citar: N = 3, 4, 7 e 9, onde N é, como já visto, o número de células por cluster. Entre os quatro planos citados, N = 3 e N = 9 são menos usados, porém há tendência a terem seu uso aumentado, especialmente em sistemas TDMA; e N = 7 é de uso bastante amplo nos sistemas celulares atuais. ^[4]

Como um exemplo de como pode ser realizado um planejamento de freqüências, será citado o plano N = 7 / 21 utilizando antenas omnidirecionais. Nesse esquema, as freqüências disponíveis são divididas em 21 grupos, aproveitando o fato de que existem 21 canais de controle. A divisão para a Banda A está mostrada na Figura 2-30 ^[4], onde cada coluna da tabela corresponde a um grupo e os números correspondem aos canais. Possíveis divisões de canais pelas células do cluster são mostradas na Figura 2-31 ^[4], onde também são mostradas as possibilidades de interferência de canal adjacente.

Figura 2-30  -  Planejamento de freqüências 7 / 21 , para a banda A

                         a  -  não otimizado                                             b  -  otimizado

  Figura 2-31  -  Alocação de freqüências em cluster

(as linhas grossas representam interferência de canal adjacente)

Como há sete células por cluster, o número de grupos por célula é: 21 / 7 = 3 grupos distintos por célula em um cluster. A alocação dos grupos às células é feita da seguinte forma: cada célula recebe os grupos iniciados por (n, n + 7, n + 14), onde n é o número da célula no cluster (n = 1, ..., 7). Ou seja, de acordo com a , a célula 1, por exemplo, receberia três colunas: a iniciada pelo canal 1, a iniciada pelo canal 8 e a iniciada pelo canal 15.^[4] Na Figura 2-31 , os números em cada célula correspondem ao primeiro canal de seus grupos de canais.

 Quanto a interferências, o afastamento entre grupos nas células provê um eficiente isolamento entre canais, porém, como mostra a Figura 2-31 , mesmo a versão otimizada de distribuição dos canais não permite a eliminação completa da possibilidade de interferência de canal adjacente entre células vizinhas. O reuso das freqüências através da região a ser coberta faz com que esse problema se propague. Esse é um ponto fraco do esquema 7 / 21 omnidirecional. ^[4]

 Variações do plano 7 / 21 são empregadas, com setorização de antenas em 120⁰ e 60⁰, para que se diminua a interferência cocanal entre clusters, como já explicado. Outra variação, também se utilizando N = 7, é o esquema trapezoidal. O plano é assim denominado pelo fato do arranjo de células no cluster ter formato trapezoidal. Como características, pode-se citar: elimina a interferência de canal adjacente entre células vizinhas; pelo seu formato, é especialmente adaptado para o uso em estradas; embora seja um esquema N = 7, a geometria do cluster (não hexagonal) fornece uma relação D/R ¹ 4,58. D/R = 6,25 nesse esquema. ^[4]

 Há alguns outros planos em uso, como: 4 / 24 omni (N = 4, 24 grupos por cluster, omnidirecional); 12 / 24 omni (N = 12, 24 grupos por cluster, omnidirecional); e planos em que a base está localizada no vértice das células, alimentando um grupo de três células, por exemplo (vantagem de custo, entre outras). ^[4]

 Cada plano possui sua própria característica quanto a interferências (cocanal e de canal adjacente), custo, capacidade de usuários e capacidade de expansão. Cabe aos projetistas a decisão do melhor plano a ser usado em cada situação.

 2.5.        Características de Sistemas

 Utilizando as tecnologias de acesso e modulação já descritas, bem como as diferentes soluções de planejamento de freqüências, foram criados inúmeros sistemas de comunicações celulares, de Primeira (analógicos) e Segunda Geração (digitais).

 Na ^[8] e na Tabela 2-3 ^[8] está um resumo das características dos principais sistemas criados. Alguns dos sistemas / tecnologias possuem aplicação não só na telefonia celular convencional, mas também – e, em alguns casos, principalmente – em cordless, WLL (Wireless Local Loop) e PCS (Personal Communication Systems).

  (^*)  -  NES: espectro não-expandido (bandas A e B com 10 MHz, cada)

       -  ES: espectro expandido (bandas A e B com 12,5 MHz, cada)

Tabela 2-2  -  Sistemas de Primeira Geração

(a nação associada ao sistema é a de origem do sistema)

  (^*)    -  uso também em WPBX.

  (^**)   -  celular: para alguns usos específicos. Uso também em grandes WPBX e WLL.

  (^***)  -  sistemas unidirecionais: base – móvel.  

Tabela 2-3  -  Sistemas de Segunda Geração

(a nação/continente associada ao sistema é a de origem do sistema)

2.6.        Referências Bibliográficas

[ 1 ] - Theodore S. Rappaport, “Wireless Communications – Principles & Practice,” Prentice Hall Communications Engineering and Emerging Technologies Series, 1996.

[ 2 ] - Asha Mehrotra, “Cellular Radio: Analog and Digital Systems,” Mobile Communications Series - Artech House Publishers, 1994.

[3] - Notas de Aula do Curso de Planejamento de Sistemas Celulares - Professor Luiz Alencar Reis da Silva Mello, CETUC - PUC/Rio, 1998.

[ 4 ] - Saleh Faruque, “Cellular Mobile Systems Engineering,” Mobile Communications Series – Artech House Publishers, 1996.

[ 5 ] - Michel Daoud Yacoub, “Foundations of Mobile Radio Engineering,” CRC Press, 1993.

[ 6 ] - William C. Y. Lee, “Mobile Cellular Telecommunications Systems,” Mc Graw-Hill International Editors, 1989.

[7] - Gilberto Silva e Barradas, “Sistemas Radiovisibilidade”, Embratel, Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 3^a edição.

[ 8 ] - Vijay K. Garg and Joseph E. Wilkes, “Wireless and Personal Communications Systems,” Prentice Hall PTR, 1996.

[ 9 ] - Pritpal Singh Mundral, T. L. Singal and Rakesh Kapur, “The Choice of a Digital Modulation Scheme in a Mobile Radio System,” 43^rd IEEE Vehicular Technology Conference, pp. 61-64, Meadowlands Hilton, Secaucus, New Jersey, USA, 18-20 de Maio, 1993.

[10] - Apostila do Curso de Sistemas Móveis - Professor Mauro S. Assis, UFF.