Tecnologias 2G e 2,5G: TDMA, CDMA, GSM, GPRS e EDGE

A telefonia móvel faz parte da vida da maioria das pessoas. Na época em que este texto foi desenvolvido, por exemplo, o Brasil registrava cerca de 255 milhões de linhas de telefones celulares em uso, muitos dos quais com acesso à internet. O problema é que por trás desta "revolução das comunicações" há tantas tecnologias, que muita gente não sabe ao certo quais as diferenças entre elas.

Se este é o seu caso, não se preocupe. Nas próximas linhas, o InfoWester explica como a telefonia celular funciona e, em seguida, aborda as tecnologias que são conhecidas como 2G e 2,5G: TDMA,CDMA, GSM, GPRS, EDGE e HSCSD. Na segunda parte deste texto são mostradas as tecnologias que fazem parte das categorias 3G e 4G: CMDA-2000, UMTS (W-CDMA), HSPA (HSDPA e HSUPA), HSPA+e LTE. Vamos lá?

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Como a telefonia celular funciona?

Para que você possa entender melhor o assunto, é conveniente ter uma ideia de como a telefonia celular funciona. Basicamente, trata-se de um sistema de transmissão que utiliza ondas de radiofrequência, assim como os walkie-talkies o fazem, por exemplo.

Mas há uma série de diferenças. Para começar, uma rede de telefonia celular divide uma área geográfica em segmentos chamados células (daí a denominação "celular"). Cada célula possui umaestação rádio-base (chamada a partir deste ponto apenas como base) formada por antenas com receptores e emissores de sinal, e ligada a uma centra telefônica.

Torre de telefonia celular

Outra diferença é que os celulares são sistema full-duplex, o que significa que, quando uma chamada é estabelecida, a pessoa pode ouvir e falar ao mesmo tempo. Isso é possível porque uma determinada frequência de rádio é utilizada para recepção de sinal, enquanto que outra é destinada à emissão. Walkie-talkies são half-duplex, ou seja, utilizam uma única frequência, por isso, só uma pessoa pode falar por vez.

O que acontece, essencialmente, é que quando uma chamada é iniciada, o telefone celular estabelece uma conexão com a base que cobre a célula onde o usuário está. Esta, por sua vez, se comunica com uma central que possa localizar a célula do número de destino e, assim, estabelecer a comunicação. Se o número chamado pertencer à telefonia fixa, é feita comunicação com a central telefônica correspondente.

O interessante do esquema de células é que várias delas podem utilizar as mesmas frequências, desde que não sejam adjacentes. Por exemplo, imagine uma rede formada por quinze células, onde as células 1, 7, 10 e 14 utilizam as mesmas frequências. Isso é possível porque nenhuma delas está ao lado da outra.

Estas áreas costumam ser representadas por hexágonos porque, normalmente, cada uma delas pode ter até seis células vizinhas

Também é interessante notar que cada chamada estabelecida pode ter sua célula trocada durante a comunicação. É por isso que você consegue utilizar o telefone celular durante uma viagem de carro ou de trem, por exemplo. Neste caso, quando o aparelho telefônico percebe que o sinal da base atual está ficando fraco (isto é, mais distante), procura uma base mais próxima. Se encontrar, a transferência é iniciada.

Não raramente, os limites de uma célula são ultrapassados, mas o aparelho não consegue encontrar outra base (situação muito comum em áreas rurais, por exemplo). A consequência não poderia ser outra: a chamada telefônica é interrompida. O usuário só conseguirá se comunicar novamente quando o aparelho encontrar outra base.

É claro que cada célula suporta uma quantidade máxima de telefones realizando chamadas. Quando o limite é atingido, o excedente, obviamente, fica sem comunicação. É por isso que muita gente não consegue realizar chamadas logo após a virada do Ano Novo, por exemplo, já que em eventos como este costuma haver um aumento significativo de telefonemas realizados simultaneamente.

O que determina a capacidade máxima de cada célula é, entre outros fatores, a tecnologia utilizada, assunto que começa a ser abordado a partir do próximo tópico.

Tecnologias 2G

A primeira geração (1G) de tecnologias para a telefonia móvel foi marcada pelo ar de novidade: até então, o máximo que a maioria das pessoas tinha como referência para a telefonia móvel eram os telefones fixos com aparelhos sem fio. O 1G fez surgir os primeiros celulares, com destaque para a tecnologia AMPS (Advanced Mobile Phone System), padrão analógico adotado por vários países, entre eles, Brasil e Estados Unidos.

No entanto, a telefonia celular somente começou a fazer parte da vida da ampla maioria das pessoas com a chegada dos padrões 2G, isto é, da segunda geração de tecnologias móveis. Esta "revolução" foi possível porque esta geração é composta por tecnologias digitais, que são mais estáveis, cobrem áreas maiores e têm capacidade para suportar uma quantidade grande de usuários.

Entre as tecnologias 2G mais utilizadas estão o TDMA, o CDMA e o GSM.

O que é TDMA?

Sigla para Time Division Multiple Access (algo como "Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo"), oTDMA é uma tecnologia que funciona fazendo com que um canal de comunicação seja dividido emslots, isto é, em intervalos de tempo alternados.

Cada chamada estabelecida é destinada a dois slots: um é utilizado no sentido "telefone para base" e o outro no modo inverso, ou seja, "base para telefone". Como os slots são alternados, uma chamada não interfere na outra, apesar de todas utilizarem o mesmo canal.

O TDMA geralmente consegue suportar até três vezes mais conexões do que as tecnologias analógicas que utilizam a mesma quantidade de canais. Isso é possível porque, como o TDMA é uma tecnologia digital, os dados da comunicação são comprimidos, fazendo com que esta ocupe apenas um terço da capacidade do canal. Com isso, os outros dois terços podem ser aproveitados para outras chamadas.

No que se refere à telefonia celular, a tecnologia TDMA foi aplicada em três sistemas bastante utilizados: IS-54, IS-136 e GSM (este será abordado mais à frente).

O IS-54 é, em poucas palavras, a alternativa digital do padrão analógico AMPS (primeira geração). Não por menos, ambos compartilham algumas características, entre elas, o suporte à mesma faixa de frequência (na casa dos 800 MHz). Por este motivo, o IS-54 também é conhecido como D-AMPS (Digital AMPS).

O IS-136 é uma evolução do IS-54, tendo entre suas principais características o suporte às faixas de 800 MHz e 1.900 MHz, além do uso de um canal de controle mais avançado.

Sistemas de telefonia celular baseados em TDMA foram bastante utilizados por algum tempo a partir da década de 1990, mas perderam espaço paras as tecnologias CDMA e GSM, vistas a seguir.

O que é CDMA?

O TDMA representou um passo importante para a telefonia celular, mas encontrou limitações ao longo do tempo, especialmente no que se refere ao aumento da quantidade de usuários, apesar de redes baseadas na tecnologia contarem com maior capacidade que os sistemas analógicos. Assim, alternativas tiveram que ser encontradas, sendo uma delas a tecnologia CDMA, sigla para Code Division Multiple Access (algo como "Acesso Múltiplo por Divisão de Código").

Em vez de utilizar o esquema de divisão em slots, o CDMA faz com que as chamadas, após digitalizadas, sejam "espalhadas" pelo canal de frequência. Em outras palavras, não há organização por intervalos de tempo, pois todas as conexões são realizadas ao mesmo tempo.

Para que haja distinção entre as chamadas, as informações de cada uma delas recebem uma codificação exclusiva. Este código é então utilizado pelo receptor: os dados que tiverem a identificação esperada serão aceitos; os que não tiverem serão ignorados.

Graças a este método, o CDMA consegue diminuir situações de interferências entre células, já que possibilita o uso de frequências iguais em células adjacentes, e permite a cada uma delas suportar maior quantidade de usuários (até dez vezes mais que redes AMPS), uma vez que os canais são melhor aproveitados.

Na telefonia celular, o primeiro sistema amplamente utilizado que tem como base a tecnologia CDMA possui a denominação IS-95, sendo também referenciado como CDMAOne (nome comercial empregado pela empresa Qualcomm).

Houve também uma revisão denominada IS-95B, cujo principal diferencial é permitir o tráfego de dados à velocidade máxima de 64 Kb/s (kilobits por segundo) - o IS-95 original permite somente taxas de até 14,4 Kb/s.

O CDMA normalmente utiliza as faixas de frequência de 800 MHz e 1.900 MHz.

No Brasil, a tecnologia CDMA teve bastante utilização graças à operadora Vivo. No entanto, a empresa migrou a sua rede CDMA para a tecnologia GSM de maneira gradativa, seguindo uma tendência percebida em vários países.

O que é GSM?

Sigla para Global System for Mobile Communications (algo como "Sistema Global para Comunicações Móveis"), o GSM é uma tecnologia desenvolvida e amplamente utilizada na Europa, e que não tardou para chegar em países de outros continentes, inclusive ao Brasil. Não por menos, é a tecnologia móvel mais difundida da atualidade.

O GSM também realiza transmissões baseadas no padrão TDMA, embora o faça de maneira um pouco diferente em relação aos sistemas IS-54 e IS-136, já que utiliza até oito slots em cada canal.

Vale frisar, no entanto, que o GSM também pode trabalhar com o padrão FDMA (Frequency Division Multiple Access - "Múltiplo Acesso por Divisão de Frequência") que, como o próprio nome indica, divide uma faixa de frequência e concede cada parte obtida a uma conexão. Trata-se de um método bastante utilizado em sistemas analógicos.

Uma característica bastante interessante da tecnologia GSM é o uso de um dispositivo chamado SIM(Subscriber Identity Module - algo como "Módulo de Identificação do Assinante"). Conhecido no Brasil simplesmente como "chip" ou como "cartão SIM", este minúsculo dispositivo armazena informações referentes à linha telefônica e ao usuário, como número, operadora, lista de contatos, entre outros.

Cartão SIM

Os cartões SIM são bastante populares porque, graças a eles, os usuários podem trocar de telefone celular mantendo o mesmo número. Para isso, basta transferir o cartão do aparelho antigo para o novo. Redes CDMA não exigem cartão SIM, mas o usuário precisa recorrer à sua operadora de telefonia para conseguir mudar de aparelho sem trocar de número.

O uso dos cartões SIM também ajuda a evitar um problema recorrente em dispositivos móveis CDMA: a clonagem do aparelho. Com o uso de determinados equipamentos e técnicas, um indivíduo mal-intencionado pode fazer com que um aparelho obtenha o mesmo número de outro celular. Com a popularização da tecnologia GSM, esta prática foi reduzida drasticamente, uma vez que o indivíduo precisa clonar o cartão SIM, atividade que é muito mais difícil.

Ainda no aspecto da segurança, a tecnologia GSM utiliza proteção via criptografia para evitar que dados dos usuários sejam indevidamente interceptados.

Outra vantagem do GSM é que, por esta ser uma tecnologia utilizada em diversos países, torna-se mais fácil a ativação do recurso de roaming, que permite a uma linha oriunda de um determinado local funcionar em redes de outros lugares (cidades ou países) a partir da infraestrutura da mesma operadora ou de empresas conveniadas a esta.

Redes GSM podem operar em várias frequências, sendo as faixas de 900 MHz, 1.800 MHz e 1.900 MHz as mais comuns. A faixa escolhida varia de acordo com o país e com a operadora.

Número IMEI

Entre os recursos de segurança da tecnologia GSM está o IMEI (International Mobile Equipment Identify). Trata-se de uma sequência numérica exclusiva para cada aparelho e definidido pelo fabricante. Conhecer o IMEI é importante porque, em caso de perda ou roubo do dispositivo, a operadora terá mais facilidade para bloqueá-lo remotamente.

O IMEI é formado por quinze dígitos: os oito primeiros possuem informações referentes ao fabricante e ao modelo do dispositivo; os outros seis dígitos correspondem ao número de série; o último dígito é um número "verificador", ou seja, que atesta a validade de todo o código.

Para obter o IMEI de seu aparelho, basta digitar a sequência *#06# nele. O número também pode estar registrado na parte traseira do aparelho, geralmente no campartimento da bateria.

Obtendo o número IMEI do aparelho

Tecnologias 2,5G

Durante algum tempo, a telefonia celular atendeu apenas ao seu propósito inicial: permitir comunicação por voz. No entanto, como você sabe, a telefonia móvel também possibilita a troca de mensagens de textos curtas via SMS (Short Message Service) e acesso à internet.

Estas possibilidades viraram realidade a partir dos padrões 2G, porém começaram a atrair usuários de maneira ampla com a chegada das tecnologias 2,5G, denominação esta que nunca foi adotada oficialmente, mas que passou a ser utilizada por fabricantes e pelo comércio por comodidade.

De fato, atribuir às tecnologias 2,5G a classificação de "terceira geração" seria uma precipitação, uma vez que estes padrões utilizam como base os sistemas 2G - enquanto estes trabalham essencialmente com comutação de circuitos (fazendo com que o canal permaneça ocupado durante toda a comunicação), o 2,5G complementa estas redes com recursos de comutação de pacotes de dados (o canal permanece ocupado apenas quando dados são transferidos).

A categoria 2,5G é formada, essencialmente, pelas tecnologias GPRS, EDGE e HSCSD.

O que é GPRS?

Sigla para General Packet Radio Service (algo como "Padrão de Transmissão de Rádio por Pacote"), oGRPS tem como base a tecnologia GSM, funcionando como uma "extensão" desta, grossamente falando. Seu foco, é claro, é a transferência de dados, mais precisamente, a comunicação com a internet, dada a sua compatibilidade com o protocolo IP. Esta atividade pode ser realizada de maneira simultânea às chamadas de voz.

O GPRS também utiliza múltiplos slots (máximo de oito), mas como trabalha com comutação de pacotes, estes permanecem ativos apenas quando há envio ou recebimento de dados. É por isso que a maioria das operadoras não cobra por tempo de uso do acesso à internet, mas sim por quantidade de dados transferidos.

Teoricamente, a velocidade de transferência de dados do GRPS pode chegar a 171,2 Kb/s (kilobits por segundo), mas normalmente não ultrapassa 80 Kb/s. Tudo depende de uma série de fatores, especialmente da quantidade de slots em uso, já que cada um possui determinada velocidade: se estiver em uso um esquema de codificação de canal chamado CS-1, cada slot transmite até 9,05 Kb/s; se for utilizado CS-2, o limite é de 13,4 Kb/s; no caso de CS-3, a taxa máxima é de 15,6 Kb/s; por fim, o slot chega a 21,4 Kb/s com CS-4.

Na maioria dos casos, as operadoras utilizam cinco slots, sendo um deles destinado ao upload. Também pode-se encontrar um esquema onde três slots são destinados ao download e dois ao upload.

Como se vê, estas são taxas baixas para os padrões atuais, de qualquer forma, representam uma evolução se considerarmos que o GSM, por si só, alcança transferência máxima de apenas 9,6 Kb/s.

Vale frisar que outros sistemas baseados em tecnologia TDMA, como o IS-136, também são compatíveis com o GPRS.

O que é EDGE?

Sigla para Enhanced Data Rates for GSM Evolution (algo como "Transferência de Dados Melhorada para a Evolução do GSM"), o EDGE também tem como base a tecnologia GSM, mas se mostra mais sofisticado que o padrão GPRS. Há, inclusive, quem considere o EDGE como um GPRS "melhorado" (Enhanced GPRS).

De fato, as características do EDGE são bastante parecidas com as especificações do GPRS, inclusive na utilização de múltiplos slots nas conexões, mas o padrão utiliza um esquema de modulação mais avançado (8-PSK) e novos tipos de codificação de canal, fazendo com que as taxas de transferência de dados aumentem consideravelmente: a velocidade máxima teórica da tecnologia é de 473,6 Kb/s, embora dificilmente ultrapasse 384 Kb/s.

O melhor desempenho na transferência de dados do EDGE abriu espaço para uma aplicação até então praticamente inédita no acesso móvel à internet: streaming, isto é, transmissão contínua de dados, como um show ao vivo em vídeo, por exemplo.

Curiosamente, há quem considere a tecnologia EDGE como parte da categoria 3G por causa de seu surgimento tardio. No entanto, como o padrão não é oficialmente reconhecido como tal, não raramente o EDGE é referenciado como sendo uma tecnologia "2,75G".

O que é HSCSD?

Sigla para High Speed Circuit Switched Data (algo como "Comutação de dados por Circuito em Alta Velocidade"), a tecnologia HSCSD também tem como base o padrão GSM, surgindo, na verdade, antes do GPRS. Trata-se de uma especificação que apresentou pouco impacto para o acesso móvel à internet, especialmente por sua baixa velocidade (máximo de 57,6 Kb/s) e por utilizar comutação por circuito, fazendo com que sua cobrança seja baseada em tempo de uso e não em quantidade de dados trafegados.

» Veja mais na parte 2: Tecnologias 3G e 4G: CDMA-2000, (W-CDMA), HSPA (HSDPA / HSUPA), HSPA+ e LTE

Escrito por Emerson Alecrim - Escrito em 04_06_2012 - Atualizado em 18_03_2013