Vivemos numa época em que a vida sem os nossos telemóveis parece, no mínimo, muito invulgar. De acordo com um relatório da Ericsson (Ericsson Mobility Report Nov 2019), houve cerca de 8 bilhões de assinaturas de celulares no terceiro trimestre de 2019, o que pode significar que já podemos ter mais assinaturas de celulares neste mundo do que pessoas. No início da década de 1980, quando tudo começou, os celulares eram mais um item de luxo para aqueles entre nós que precisavam fazer ligações importantes enquanto estavam em movimento. Ainda tínhamos telefones fixos naquela época, mas a demanda por mobilidade cresceu consistentemente de comunicação apenas por voz, no início dos anos 80, para praticamente todos os modos de comunicação de hoje. O surgimento dos smartphones tem sido o verdadeiro divisor de águas que transformou os nossos telemóveis em mini-computadores onde as chamadas de voz são apenas uma das muitas opções disponíveis.

Embora a evolução dos dispositivos móveis possa ter sido uma parte óbvia, foram os avanços tecnológicos no ecossistema geral das comunicações móveis que tornaram tudo isto possível. As redes móveis têm visto grandes melhorias a fim de superar os principais desafios em torno da capacidade, qualidade e segurança desde o seu início. Elas evoluíram continuamente da primeira geração (1G) de redes móveis no início da década de 1980 para a quinta geração (5G) que temos hoje. Você pode saber mais sobre 5G em outro post, clicando neste link.

As redes móveis eram sempre digitais?

No mundo de hoje, a palavra ‘digitalização’ é usada com bastante frequência pelas operadoras móveis e outros provedores de serviços de comunicação. Com as redes 5G já disponíveis que podem potencialmente digitalizar muitas indústrias, é difícil imaginar uma época em que as próprias redes móveis não fossem digitais. A primeira geração de redes móveis (1G) foi analógica e empregou FDMA (Frequency Division Multiple Access) para a interface aérea, a fim de permitir a conectividade sem fio. A era digital das redes móveis começou no início da década de 90 com a introdução das redes de segunda geração (2G), que eram mais seguras. As principais tecnologias que possibilitaram a 2G foram GSM (Global System for Mobile Communications) e D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone System). Você pode saber mais sobre redes digitais e analógicas consultando este post.

2G

A segunda geração (2G) de redes móveis introduziu duas novas tecnologias de acesso TDMA (Time Division Multiple Access) e CDMA (Code Division Multiple Access) na mistura. Para simplificar, a tecnologia de acesso é o que conecta um telefone móvel à rede móvel, enviando e recebendo sinais através da interface aérea sem fio.

GSM foi o padrão mais amplamente implantado para a segunda geração de redes móveis. Utilizou uma combinação de FDMA e TDMA para oferecer serviços de comunicação móvel. No GSM, o espectro de frequência disponível é primeiro dividido em canais de frequência mais pequenos, e depois dividido ainda mais com base em faixas de tempo. A banda de frequência original para as redes GSM era de 890 MHz a 915 MHz para a ligação ascendente e de 935 MHz a 960 MHz para a ligação descendente. Esta banda de frequência é conhecida como banda GSM primária ou P-GSM. A banda GSM primária foi posteriormente estendida para adicionar 10 MHz tanto para a ligação ascendente como para a descendente.

GPRS ou General Packet Radio Service foi um aprimoramento da rede GSM existente, a fim de fornecer serviços de dados móveis de forma eficiente. O GPRS podia oferecer velocidades de downlink de pico de até 171,2 kbps. Mais tarde, houve outro aprimoramento chamado EDGE (Enhanced Data for Global Evolution) que aumentou as velocidades de pico de downlink para 384 kbps. GPRS e EDGE são às vezes referidos como 2,5G e 2,75G, respectivamente. Você pode aprender mais sobre GSM em nosso post dedicado sobre GSM clicando aqui.

Even hoje, após quase 30 anos de sua primeira introdução, você ainda pode obter telefones GSM. Se você pensa em GSM a partir de uma perspectiva celular, então é melhor você conseguir qualquer smartphone que suporte 2G/3G/4G. Mas se você pensar no GSM como uma alternativa ao seu telefone fixo, você ainda pode obter um telefone GSM bonito e usar como seu telefone residencial para chamadas de voz. Há um telefone GSM do Easyfone que vem com um suporte de carga e parece quase como um telefone sem fio. Como é um telefone GSM, você pode levá-lo para fora de sua casa e até mesmo viajar com ele sem se preocupar em perder a conexão, desde que haja cobertura GSM. Você pode encontrar este telefone no site da Amazon aqui ou no site da Amazon UK aqui.

D-AMPS ou Digital AMPS foi o outro padrão 2G que também usou uma combinação de FDMA e TDMA para a interface aérea. O timing do D-AMPS foi semelhante ao do GSM, ou seja, no início dos anos 90. O D-AMPS utiliza a mesma banda de frequência para comunicação que o seu equivalente 1G AMPS (Advanced Mobile Phone System), que é de 824 MHz a 894MHz. Você pode saber mais sobre D-AMPS e AMPS em nosso posto dedicado aqui. Durante o mesmo período, foi introduzida uma terceira tecnologia chamada Interim Standard 1995 (IS-95) que utilizava CDMA (Code Division Multiple Access) para a interface aérea. Detalhes do IS-95 podem ser encontrados em nosso post dedicado a este tópico aqui.

3G

Existiram duas faixas-chave para a terceira geração de redes móveis (3G) e ambas foram baseadas em CDMA (Code Division Multiple Access). A primeira faixa foi a Universal Mobile Telecommunications Systems (UMTS), que foi utilizada para a migração de redes GSM para 3G. A outra faixa foi CDMA2000, que permitiu que IS-95 (cdmaOne) e D-AMPS migrassem para 3G.

UMTS foi baseada em Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA) e podia oferecer picos de velocidade de downlink de até 2 Mbps. Como GSM, GPRS e EDGE utilizavam uma tecnologia diferente de acesso via rádio, a migração UMTS exigia que as estações rádio-base fossem atualizadas para suportar WCDMA. As redes UMTS usaram a mesma abordagem de comutação de pacotes que GPRS e EDGE usaram e fizeram uso de SGSN e GGSN na rede central para suportar serviços de dados móveis. Como as redes UMTS foram projetadas para coexistir com as redes GSM, elas foram bem integradas para garantir que as transferências entre tecnologias (IRAT – Inter Radio Access Technology) pudessem ser realizadas. A arquitetura de alto nível das redes UMTS baseadas no WCDMA pode ser vista no diagrama abaixo. Se você estiver interessado nos aspectos detalhados de design das redes WCDMA, podemos recomendar a leitura do WCDMA Design Handbook no site da Amazon aqui ou no site da Amazon UK aqui.

Para os clientes, isto significava novos telefones celulares com capacidade 3G/UMTS que poderiam suportar a nova tecnologia de acesso, bem como as novas freqüências que as redes UMTS empregavam. Assim como as tecnologias GPRS e EDGE foram introduzidas como aprimoramentos no GSM, o HSPA (High-Speed Packet Access) foi introduzido como um aprimoramento nas redes UMTS. Este aprimoramento focou no aumento da velocidade de dados das redes 3G ainda mais. O HSPA é uma combinação de HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) e HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access). Ele pode oferecer velocidades de pico de downlink e uplink de até 14,4 Mbps e 5,76 Mbps, respectivamente. Com melhorias adicionais na forma de HSPA+, estas velocidades subiram para 42 Mbps e 11,5 Mbps. Se você precisar de mais informações sobre HSPA e HSPA+, você pode conferir nosso post dedicado a este tópico clicando aqui.

Se você quiser obter um resumo rápido das redes UMTS, confira este vídeo de 3 minutos.

A migração 3G para as duas outras tecnologias 2G D-AMPS e IS-95 seguiu um caminho diferente e usou o CDMA2000. CDMA2000, também conhecido como CDMA2000 1xRTT ou IS-2000 é um sucessor do padrão anterior IS-95 (cdmaOne) e oferece serviços móveis 3G conforme especificado no IMT2000 (International Mobile Telecommunication specifications for the year 2000). O CDMA2000 é compatível com o seu predecessor IS-95, o que torna a atualização do IS-95 para o CDMA2000 fácil e sem problemas. Ele usa a mesma largura de banda de 1,25 MHZ e é tanto comutado por circuito como por pacote. Assim como o HSPA foi introduzido para melhorar as velocidades de dados nas redes UMTS, uma tecnologia chamada EVDO (Evolved Data Optimized) foi introduzida no CDMA2000 para oferecer velocidades de dados mais altas. O EVDO pode oferecer picos de velocidade de downlink e uplink de até 14,7 Mbps e 5,4 Mbps, respectivamente. Se estiver interessado, pode consultar o nosso post dedicado no IS-95 e CDMA2000 clicando aqui. Também temos um post no EVDO que você pode encontrar aqui.

4G

A quarta geração de redes móveis (4G) foi habilitada por uma nova tecnologia chamada LTE que significa Long Term Evolution (de redes móveis). LTE é o caminho de migração 4G para as principais tecnologias 3G, incluindo o Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) e o CDMA2000. Outra tecnologia WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) também pode fornecer um caminho de atualização 4G, mas LTE tem sido a principal tecnologia utilizada mundialmente para a implantação de redes 4G.

Unlike GSM and UMTS, LTE utiliza tecnologias separadas de múltiplo acesso para o downlink (estação base para móvel) e o uplink (móvel para estação base). Ele emprega FDMA Ortogonal (OFDMA) para o downlink e FDMA de uma única portadora (SC-FDMA) para o uplink. O LTE é muito mais eficiente que as tecnologias 3G anteriores, e também reduz a latência na transferência de dados. As taxas de dados alcançáveis dependem do sabor do LTE de que estamos falando, mas as seguintes taxas de pico de dados podem ser alcançadas:

• LTE – até 300 Mbps no downlink
• LTE Avançado – até 1Gbps no downlink
• LTE Avançado pro – até 3 Gbps no downlink

Como você pode estar pensando, estas velocidades quase nunca são alcançáveis na vida real porque são picos de velocidade. Dê uma olhada neste post para descobrir as velocidades médias reais que você pode obter com redes 4G LTE.

Você pode aprender mais sobre LTE em nosso post dedicado clicando aqui. Se você está procurando por uma referência aprofundada sobre LTE Avançado, recomendamos LTE-Advanced: A Practical Systems Approach to Understanding 3GPP LTE lança as tecnologias de acesso via rádio 10 e 11. Você pode encontrar este livro no site da Amazon aqui ou no site da Amazon UK aqui.

Para resumir; GSM, UMTS e LTE representam as tecnologias de rede móvel 2G, 3G e 4G, respectivamente. GSM significa Global System for Mobile Communications, UMTS significa Universal Mobile Telecommunications System, e LTE significa Long Term Evolution (of Mobile Networks). GSM usa TDMA e FDMA para sua interface aérea, UMTS usa WCDMA, e LTE usa uma combinação de OFDMA e SC-FDMA.

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