Importância das comunicações móveis para o vídeo por TCP/IP no Brasil

FACULDADE DE INFORMÁTICA E ADMINISTRAÇÃO PAULISTA
Pós-Graduação <<Gestão de Redes de Computadores – Turma
9rds >>

CAMILO ALBERTO ANAUATE

A IMPORTÂNCIA DO DESENVOLVIMENTO DAS

COMUNICAÇÕES MÓVEIS (GSM 3/4G, WIMAX, WI-MESH)

PARA O AVANÇO DO VÍDEO POR TCP/IP NO BRASIL

São Paulo

2011

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Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado à Faculdade de
Informática e Administração
Paulista, como um dos requisitos
para a conclusão do Curso de Pós-
Graduação em Gestão de Redes de
Computadores

Orientador: Prof.Ms. Alexandre José

São Paulo

2011
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Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado à Faculdade de
Informática e Administração
Paulista, como um dos requisitos
para a conclusão do Curso de Pós-
Graduação em Redes de
Computadorores.

Aprovada em de de 2011.

BANCA EXAMINADORA

Prof. MS. Alexandre José
Orientador

Prof(ª). Dr. ou. Ms Xxx (nome completo)
Componente da Banca

Prof(ª). Dr. ou. Ms Xxx (nome completo)
Componente da Banca
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ii

Dedicatória: Dedico o presente trabalho a

meus filhos, Helena e Felipe, aos quais tive

muitas vezes que dizer que não voltaria para

casa cedo.

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AGRADECIMENTOS

Agradeço aos Professores do nosso curso, os

Srs. Alexandre José, Ricardo Giorgi, Antônio

Mariano, Anderson Tadeu Milochi, Miguel

Molina, Andrea de Paiva Gonçalves, Aldilene

Rissato Guirau, Flavio Foguel, João Carlos

Nogueira Guirau, Enock Godoy, Henry Kupty,

agradeço à Faculdade e agradeço aos colegas

de turma 9rds.

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RESUMO

Assim como smartphones, e-readers e players, o impulso na popularização dos
mais novos dispositivos datacêntricos chamados tablets empurrarão a banda
larga móvel para além de seus limites. Além de poderem ler sinopses, escolher
filme, sessão, assento e realizar a compra, o mesmo aparelho dá acesso
imediato a emails, ao serviço de chat móvel, atualiza notícias, provisiona
conteúdo das matérias e trabalhos escolares, executa jogos, toca videoclipes.
Tudo isso é possível através de aplicativos baixáveis pela internet,
gratuitamente ou não, que hoje se multiplicam. Uma destas interfaces gráficas
poderá mostrar imagens em tempo real geradas por câmeras de vigilância
espalhadas pelo planeta cujo acesso for aberto ou conhecido. Hoje já vemos o
poder do website YouTube e como abriga conteúdos em vídeo de cunho
educativo e de entretenimento em geral.

O vídeo sobre IP, seja pela TV digital, longa-metragem e filmes caseiros em
bibliotecas virtuais, ou imagens de câmeras de vigilância, continuarão a atrair
mais demanda. Além da segurança pública que precisa monitorar parques,
trânsito, aglomerações urbanas e ter equipamentos instalados em veículos da
polícia, ônibus e trens, novas aplicações devem surgir objetivando monitorar
remotamente, gado, plantios, obras, processos industriais, eventos, fenômenos
meteorológicos, marés entre outros acontecimentos sem ter de se deslocar.
Para acompanhar essa demanda, haverá necessidade de muita infra-estrutura.
Ao entregá-la poderemos estar redefinindo alguns índices da população
brasileira e integrando os 200 milhões de cidadãos pela via da comunicação à
distância. Na minha opinião, o provimento ostensivo de sinal de banda larga
em todos os recantos do país poderá motivar uma redistribuição demográfica.
A maneira mais rápida e eficiente de conseguir isso é pulverizar
geograficamente as concessões procurando subdividir as áreas em províncias
cuja demanda esteja latente. Seguindo o exemplo Norte-Americano, o governo
Brasileiro lançou o PNBL (Plano Nacional de Banda Larga) e estão surgindo as
MVNO (Mobile Virtual Network Operators), operadoras incumbidas de gerir o
acesso e o tráfego de dados.

Será necessário um grande alinhamento tecnológico, investimentos vultosos e
muita capacitação técnica de instalação e configuração de equipamentos. As
operadoras de telefonia celular que hoje dominam este mercado teriam de
compartilhar sua hagemonia e dividir sua responsabilidade e lucros. Normas
internacionais das tecnologias WiMAX, 4G/LTE e femtocelulares teriam que ser
aplicáveis no Brasil. A crescente oferta de dispositivos moveis bem como a
ampla gama de escolha entre variadas marcas e modelos disponíveis está
provocando o congestionamento das redes wireless, especialmente devido aos
aplicativos cada vez mais dinâmicos. Estimativas recentes de um relatório de
pesquisa indicam que serão mais de 1.5 bilhão de consumidores de banda
larga móvel ativos em 2015 para os quais o tráfego de dados será um desafio
significativo.

Palavras-chave: Vídeo sobre IP, WiMAX, 4G, LTE, Femtocélulas.
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ABSTRACT

Just as with smartphones, e-readers and players, the surge in popularity of the
newest datacentric devices called tablets will push mobile broadband beyond its
limits. Besides being able to read synopses, choose movie, seat and purchase
cinema ticket, the same device gives instant access to email, to mobile chat
service, to news updates, provides content for schoolwork, executes games and
plays videoclips. All this is possible through downloadable free and price rated
applications over the Internet, that are multiplying by the minute. One of such
graphic interfaces can display real-time images generated by surveillance
cameras around the planet to which access is open or known. Today we
already seeing the power of YouTube, as a home video content access tool with
an educational and general entertainment appeal.

Whether as Any format of IP video be it digital TV, feature films and home
movies stored into virtual libraries, or images from surveillance cameras, all will
continue to attract more demand. Besides public security’s monitoring of parks,
traffic, urban gatherings and cameras inside police vehicles, buses and trains,
new applications will arise to remotely monitor livestock, crops, construction,
industrial processes, events, weather, tides and many other events without
having to relocate. To supply this demand, there is much need for infrastructure.
As it is deployed, some population indexes can start being redefined and the
200 million Brazillian citizens will become progressively more integrated by
means of distance communication. In my opinion, the provision of blatant
broadband signal in all corners of the country can motivate a populational
redistribution. The fastest and most efficient way to accomplish this is to spray
the awards geographically by subdividing large areas into provinces or counties
where demand is latent. Following the example given by the U.S., the Brazilian
government launched the PNBL (National Broadband Plan) and the emerging
MVNOs (Mobile Virtual Network Operators) will play the role of managing
access and data traffic.

A great technological alignment will be necessary, as well as large investment
sums and lots of technical training for equipment installation and configuration.
The mobile operators that dominate this market would have to share their
hagemonia and divide their responsibilities and profits. International standards
of newer communication systems such as WiMAX, femtocell and 4G/LTE would
have to be fully applicable in Brazil. The increasing availability of mobile devices
and the wide range of choices between various available brands and models is
causing congestion on today’s wireless networks, especially considering the
increasingly dynamic applications. Recent estimates of a research report
forecast over 1.5 billion consumers of mobile broadband assets in 2015 for
which data traffic will be a significant challenge.

Keywords: Video over IP, WiMAX, 4G, LTE, femtocells

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SUMÁRIO

INTRODUÇÃO ................................................................................ 3

1 ABSORÇÃO DO CRESCIMENTO DE DADOS ......................... 8

2 TRANSFORMAÇÕES NA ATUALIDADE ....................................9

3 O MERCADO BANDA LARGA MMDS NO BRASIL..................14

4 MODULAÇÃO OFDM ................................................................20

5 MIMO .........................................................................................28

6 WIMAX .......................................................................................32

7 LTE / 4G ................................................................................... 54

8 CRIAÇÃO DE NEGÓCIOS - MULIMÍDIA INTERNET .............. 65

9 AS MVNO NO MUNDO E NO BRASIL .................................... 72

10 SOLUÇÕES WIRELESS DE VÍDEO-VIGILÂNCIA................ 75

11 RAZÕES DE SOLUÇÕES SEM FIO PARA VÍDEO .............. 89

12 O PADRÃO DE COMPACTAÇÃO H.264.............................. 90

13 AS FEMTOCÉLULAS............................................................ 98

14 PUBLICAÇÕES ....................................................................118

15 CASES DE SUCESSO .........................................................121

CONCLUSÃO ..............................................................................130

REFERÊNCIAS............................................................................131

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3

INTRODUÇÃO

O mercado de CFTV no Brasil tem crescido expressivamente e as ocorrências
capturadas pelas câmeras de vigilância aparecem nos noticiário da TV e nos
jornais quase que diariamente flagrando diversos tipos de ação ilícita.
Entretanto, a infra-estrutura de comunicação, o processamento e o tratamento
das informações de vídeo ainda são precários. A banda disponível para tráfego
de vídeo torna-se cada vez mais insuficiente para atender às novas demandas
de transmissão e transferência das imagens em tempo real pela internet. Para
que as centrais de monitoramento possam agir na prevenção ou gestão das
contingências com maior eficiência, os projetos precisam contemplar meios de
acesso mais modernos. A rede de cabos telefônicos de cobre existente já
chegou ao seu limite de capacidade e as instalações de fibra óptica são
limitadas por seu alto custo, atendendo apenas projetos pontuais. A solução de
curto prazo aponta para o uso da tecnologia wireless de última geração cujos
projetos vem se multiplicando em todo o mundo, em função do crescimento da
demanda por dados sobre IP de forma ubíquita. Uma ostensiva implementação
de sistemas de comunicações móveis no território brasileiro impulsionará o
ritmo de desenvolvimento econômico nacional desde que o setor de
telecomunicações acelere este processo. Seja por iniciativa pública ou privada,
o presente trabalho aborda tecnicamente os benefícios latentes contidos no
salto qualitativo da adoção da comunicação sem fio para dados, como isto já
vem sendo alcançado na atualidade e suas perspectivas futuras.

Objetivo

O presente trabalho se propõe a primeiramente citar as tecnologias de
comunicação sem fio existentes na atualidade, dar uma idéia do potencial que
elas trazem e mostrar os últimos aprimoramentos técnicos embutidos nas
mesmas que as permitem alcançar os níveis de qualidade exigidos no fluxo de
pacotes de vídeo. Num segundo momento são abordados recursos de gestão
de conteúdo de vídeo sobre IP e os aplicativos pelos quais ele chega ao
dispositovos móveis do usuário final. Num terceiro momento são apresentadas

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soluções complementares de infra-estrutura no assinante que ajudam a
distribuir a carga do tráfego de dados das macrocélulas. Finalmente este TCC
irá levantar algumas aplicações práticas de monitoramento de vídeo por IP em
tempo real utilizando determinados equipamentos, topologias e bandas de
frequência e mostrar os avanços alcançados. Há casos em que uma
combinação de investimentos púbico-privados beneficiam a municipalidade em
sua gestão de segurança pública e de engenharia de trânsito e podem também
atender o comércio por meio do acesso wireless. Objetiva-se também
demonstrar que a eficiência de streaming de imagens resulta da compressão
de vídeo utilizada, o que está ligado à qualidade de imagem, tanto na sua
resolução (pixels) quanto na taxa de atualização (quadros por segundo).
Existem, portanto, diversos parâmetros que compõem a equação do vídeo
(imagem capturada por câmeras) sobre IP e que derivam do processamento,
da transmissão e da recepção das imagens. A digitalização permite que sejam
tratadas como dados, o que nos coloca diante do desafio de obter largura de
banda suficiente com cobertura e alcance do sinal satisfatório. Abre-se ainda
uma importante vertente que é a gestão de conteúdo pela rede, recursos de
business intelligence que modelarão os produtos e serviços a serem oferecidos
no mercado na forma de negócios altamente rentáveis. O desempenho desta
comunicação pode significar o desempenho destes negócios, pois há uma forte
tendência para a queda dos preços de banda larga que precisam ser
assimilados no Brasil a exemplo do resto do mundo. Concluir mostrando a
importância da evolução tecnológica das comunicações móveis para a geração
de novas aplicações de tecnologia em modelos de negócios que beneficiem
pessoas e empresas.

Problema

Há hoje demanda por diversas soluções de tráfego de dados à distância
usando a internet que esbarram em limitações a serem vencidas. Neste
contexto, as o fluxo de imagens para vídeo-vigilância e monitoramento por IP
precisam de maior cobertura e largura de banda para alcançarem o
desempenho necessário. No Brasil, enquanto as operadoras emperram a
concessão das tecnologias WIMAX e Wi-MESH por interesses comerciais,

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todos os setores da economia padecem da carência de meios eficientes de
assegurar seus bens ativos, fiscalizar processos, investigar ocorrências e traçar
padrões de comportamento. Ou seja, existem diversas situações tais como
improdutividade, furtos, ameaça à segurança das pessoas, crimes ambientais,
seqüestros, assaltos, homicídios, acidentes, tráfico de armas e drogas, maus
tratos, e outros fenômenos naturais e sociais que poderiam ser combatidos
mais eficientemente, amenizados ou evitados.
Ainda há múltiplas outras finalidades em que o vídeo sobre IP poderá auxiliar,
quais sejam, processos agro-industriais, aglomerações públicas, ocorrências
em geração e transmissão de energia elétrica, vazamentos de tubulações,
procedimentos cirúrgicos, etc. Nas cadeias de lojas, hotéis e restaurantes,
joalherias, setor bancário, instituições de ensino, transporte público e até
penitenciárias, pode-se usar imagens para disciplinar os funcionários ou
acompanhar o cumprimento de padrões. Um exemplo bastante real foi o roubo
das provas do ENEM, que poderia ter sido evitado, e causou enorme prejuízo
ao governo e aos estudantes. A viabilização da gestão do vídeo-monitoramento
poderá estar logicamente atrelada a outros dados tais como GPS, temperatura,
sensoriamentos e alarmes através de vínculos lógicos em firmware para
integrar informações e automatizar comandos. Alternativamente pode-se optar
por notificações para análise prévia, tomada de decisão e disparo manual de
comandos. Enfim, de posse dos subsídios de informações e das
funcionalidades configuráveis, o operador poderá atingir níveis de interatividade
cada vez mais complexos. Isto permitirá uma análise, tomada de decisão e
adoção de medidas instantaneamente. A eficácia destas respostas a eventos
imprevistos poderão significar altas somas em dinheiro, ou excelente retorno
sobre investimento.

Metodologia

O procedimento metodológico incial foi de ampla pesquisa por tópicos
relacionados com o tema proposto. Foram utilizados catálogos de fabricantes,
revistas técnicas, websites, tutoriais para criar um acervo bibliográfico
abrangente. Depois, foram selecionados artigos técnicos, whitepapers, vídeos,
depoimentos, fichas de especificações técnicas de produtos, e outros

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conteúdos e destacados os trechos de relevância para o trabalho. Após isto, as
informações foram reunidas numa sequência lógica buscando contextualização
e entendimento específico dos fatores que compõe a equação que foi montada.
O roteiro utilizado foi o de construir o raciocínio a partir de informações que, a
permanecerem soltas nada significariam, mas “costuradas” em torno do tema
Mobile IP-Video visaram conduzir o leitor a um amplo entendimento.

A técnica utilizada incluiu a busca por palavras-chave, coleta, leitura,
organização, seleção, encadeamento, exemplificação e integração de todas as
informações. Mais da metade do material utilizado estava na língua inglesa na
forma de webinars, podcasts, palestras, chamadas para conferências,
seminários, estudos, forums virtuais (vide abaixo lista de grupos no portal
LinkedIn). A maioria das informações reflete a visão de futuro de países mais
adiantados em relação à comunicação de dados sem fio, tais como na América
do Norte e Europa. Entratanto, o fenômeno da globalização está rapidamente
suprimindo e até eliminando diferenças de estágio de desenvolvimento entre os
países dos cinco continentes, o que valida e justifica todas as colocações
feitas, pois com velocidade crescente teremos que alcançar um patamar
aceitável de infra-estrutura de comunicações não obstante a nossa extensão
territorial.
Fóruns de Grupos no portal Linked In:
1. Video Surveillance from IP Video Market Info
2. Networked Video Surveillance Servers (NVS)- CCTV, NVR- Video Analytics
3. Security Industry Group
4. Surveillance Investigators
5. Surveillance Technology
6. Telecom Professionals

 Tipos de pesquisa:

Exploratórias – Não foram feitas experiências em laboratório ou e campo;

Descritivas ou explicativas – Na parte de infra-estrutura de comunicações
sem fio, foram feitos levantamentos acerca do espectro de freqüências, das
tecnologias OFDM, MIMO, WiMAX, 3G, 4G, LTE, Femtocélulas. Na parte de
aplicativos de usuário final foram pesquisadas e explicadas as últimas

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tendências de interfaces gráficas em dispositivos móveis mostrando
principalmente o novo conceito de múltiplas telas. Integrado a isto, foi falado
de técnicas de gestão de BI (business intelligence) para traçar perfis de
consumo e modelar negócios que melhor atendam aos anseios dos
clientes.

Estudo de caso – Foram pesquisados e estudados vários casos de
sucesso divulgados pela internet nos websites de diferentes fabricantes de
equipamento de comunicação sem fio para transmissão de dados na forma
de vídeo sobre IP. Na lista dos fabricantes figuram empresas como
Alvarion, Cisco, Dragonwave, Firetide, Fluidmesh, General Electric, Go-Net,
Motorola, Parks, Proxim, Radwin, Redline, Sky-Pilot, Tessco, Vencima,
Wavion, Wittelcom-Bertek, WKA-Tranzeo. Em algumas delas,
principalmente Motorola e Proxim, destaquei soluções já em funcionamento
no Brasil e exterior.

 Métodos científicos específicos:

Dedutivo – Empregado a partir de fatos demonstrados em pesquisas.
Gráficos apontando tendências comportamentais de mercado alinharam-se
com o que se pretendia provar neste TCC.

Hipotético-dedutivo – A citação de diversos conceitos tecnológicos
auxiliou a identificação e compreensão da existência de tais recursos nos
equipamentos de rádio dos fabricantes e sua finalidade.

Fenomenológico – Por se tratar de comunicação por propagação de
ondas, as carcterísticas e limitações do meio físico justificam plenamente os
parâmetros de configuração apresentados. Buscou-se portanto embasar
científicamente as características da comunicação sem fio vinculadas à
idéia de fluxo de dados em altas taxas de bits por segundo sobre portadoras
em faixas de freqüência controladas.

 Amostras: não foi feita pesquisa de campo

 Instrumentos: não foi feita pesquisa de campo

 Procedimentos: não foi feita pesquisa de campo

 Análise e interpretação dos dados: não foi feita pesquisa de campo

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1 – OPÇÕES DE ABSORÇÃO DO CRESCIMENTO DO
TRÁFEGO DE DADOS
Como podem as operadoras continuar a oferecer uma alta qualidade do serviço
a todos os clientes mantendo a integridade de seu negócio? Os provedores de
serviços estão executando uma combinação de soluções para resolver a
questão, já que são eles próprios os “anfitriões” dos benefícios e dos
inconvenientes. São investimentos cuja estratégia engloba planos empresariais
e expansão da infra-estrutura.

1.1 – Aumento da capacidade instalada (Infra-estrutura)

A maneira óbvia de endereçar redes congestionadas é justamente aumentar
sua capacidade. Entretanto, a precificação dos serviços associada à
necessidade de infra-estrutura adicional resulta em um baixo e lento retorno
sobre investimento, porque o tempo e os recursos são empregados na frente, e
os ganhos virão depois. Além disso, é uma solução provisória, pois a infra-
estrutura adicional gera mais banda que poderá suportar mais demanda por
tráfego de dados, mas será somente uma questão de tempo até que a rede se
congestione novamente e comece tudo de novo.

1.2 – Investimento em novas tecnologias

O investimento nas tecnologias “next-generation” (LTE e WiMAX) é uma outra
opção importante e necessária para as operadoras, que trazem desafios de
complexidade de implementação e de alocação ajustada de espectro. Neste
contexto, é questionável se compensa esperar que as operadoras atuais
expandam o 3G pois a regionalização abre espaço para que novos players
(MVNOs) empreguem novas tecnologias comprovadamente eficientes. Além do
meio de acesso, as tecnologias de captura (câmeras profissionais e IP) e
processamento das imagens (compressão H.264) também evoluíram.

1.3 – A pulverização das células de carga

Outra opção é o “offloading” que move os dados para fora da rede
congestionada através das femtocells e das redes de Wi-Fi. Isto tem potencial
para ser uma solução elegante, mas depende de sistemas de faturamento
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sofisticados o suficiente para diferenciar entre dados consumidos da rede
celular contra os dados “offloaded” (descarregados) de uma rede fixa. Uma
quarta opção é controle ativo do consumo dos recursos com uma política de
rede que comercialize planos ou pacotes de serviços cuja tarifação atualizará
os controles de carregamento ajudando a regular o uso dos dados. Neste
equacionamento precisam ser levados em conta fatores como as opções
particulares da flexibilidade em dispositivos como o iPad. Aqui entram as
femtocélulas.

1.4 – Serviços sob demanda

Os serviços podem ser oferecidos por encomenda, com cálculo de gastos dos
períodos máximos e rendimentos associados diretamente com o consumo. Os
modelos por atacado (variações de e-commerce) em desenvolvimento
igualmente apresentam oportunidades ricas para receitas adicionais. Aqui entra
o acsso multimedia à internet por múltiplas telas de dispositivos móveis.

1.5 – Novos modelos de comercialização

Há o modelo de empacotamento do acesso de dados com preço de uma
aplicação, abandonando completamente o acesso de rede por assinatura. Tal
modelo de serviço permitiria promover descontos às aplicações vendidas, já
advertindo para evitar uso durante períodos de congestionamento. Empacotar
serviços fornece oportunidades novas de inserir nos pacotes informações que
auxiliem no controle de tráfego de dados móveis. Aqui entram as inovações de
BI

2 – TRANSFORMAÇÕES NA ATUALIDADE

2.1 – A Resiliência da Rede Mundial

O colapso da internet pública é um “alvo móvel”. VOIP, P2P e vídeo já foram
considerados como killer applications (aplicativos que “matam” a rede) da
internet, entretanto hoje funcionam robustamente. Serão as redes mais
resilientes do que se pensa? O diagrama abaixo mostra a evolução do uso de
banda na internet em termos de finalidade e consumo:

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Figura 1 – Ilustração da evolução do tráfego na internet por serviço em 20 anos. Fonte:

2.2 – A eminente redução da receita das operadoras

Para atender à crescente demanda por serviços de comunicação de dados, o
mercado precisa assimilar as aplicações e absorver novas tecnologias. Ao
entrarem em operação, geram mais competitividade e cria-se um hiato (gap)
entre a melhora na largura de banda, velocidade, cobertura, etc e o aumento
da receita pelo novo volume de tráfego. Em outras palavras, o preço tende a
cair, conforme mostra a figura abaixo, e isso já acontece no exterior. Na
transição eminente de 3G para 4G o tráfego de dados passará a ser dominante
sobre voz e provocará um desacoplamento entre faturamento e volume de
dados.

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Figura 2 – Evolução de dados sobre IP sem fio: desacoplamento entre receita das operadoras
e volume de tráfego. Fonte: The Big Skinny: How to get more bits through the same pipe at a
lower cost - DWI-APP-206 – agosto/2009 – www.Dragonwaveinc.com

2.3 – A solução é tecnológica, mas a viabilização é política

No quesito aumento da capacidade instalada, para continuarem competitivas
as operadoras terão de se modernizar e oferecer serviços equiparáveis aos de
primeiro mundo. A desagregação (unbundling) de elementos de redes de
telecomunicações conjuntamente com a regulamentação dos serviços para
ampliação da oferta e da competição são necessárias e fazem parte do PGMU
(Plano Geral de Metas de Universalização).

2.4 – Faixas de Freqüência para Tráfego de Voz, Imagem e Dados

Frequência Sigla Alocação
3 GHz – 30 GHz SHF Radio Digital, TV por assinatura DTH
300 MHz – 3 GHz UHF Canais de TV e a telefonia celular
30 MHz – 300 MHz VHF Rádio FM e TV aberta, canais 2 a 13

2.5 – A Quantidade de Espaço Reservada a Cada Tipo de
Serviço

telefonia 6,25 KHz para cada ligação ( 6,25 KHz de banda )
rádio AM 10 KHz de espaço para cada estação ( 10 KHz de banda )
rádio FM 200 KHz reservado para cada emissora ( 200 KHz de banda )
televisão 6 MHz de espaço para cada canal ( 6 mega de banda)

Estas bandas são reservadas segundo as características e quantidade de
informações que devem ser transportadas para cada tipo de serviço. Como

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exemplo, verifica-se que o espaço reservado para transmitir uma emissora de
TV poderia transmitir 960 telefones simultaneamente. Isto acontece porque a
telefonia precisa transportar apenas a voz que oscila em uma faixa em torno de
1.000 Hz. Portanto os 6,25 KHz de banda são mais que suficientes para
transportar as oscilações da fala em ambos os sentidos, sendo 3 KHz para
transmissão, mais 3 KHz para recepção com uma pequena freqüência de
espaço entre TX (transmissão) e RX (recepção).
A televisão, no entanto, tem mais informações. Só de vídeo são 30 quadros por
segundo. Cada quadro é formado por 525 linhas. Cada linha é constituída por
aproximadamente 450 pontos. Estes pontos são os pixels, menor unidade
visível que forma a imagem em uma tela de TV. Quanto maior o número de
pixels, melhor a definição da imagem (Resol. Horiz, cap2.2 –
http://www.willians.pro.br/imagemtv.htm – A formação da imagem na televisão).
Todos estes números mostram que, para formar o vídeo da TV são mais de 7
milhões de pixels a serem transmitidos por segundo. Além do espaço para o
vídeo propriamente dito, há bandas de áudio, de sincronismo e de outros
elementos característicos da TV. Logo, a TV (analógica) necessita 6 MHz de
banda para que caibam todos os elementos a serem transmitidos. O Rádio FM,
por exemplo, nos oferece maior qualidade sonora. Isto ocorre porque a banda
de passagem para o rádio FM é de 200 KHz por canal, bem maior que os 10
KHz do rádio AM. Enfim, cada meio tem suas características, portanto
necessitam de um espaço adequado no espectro de freqüência para que suas
características possam ser levadas desde o transmissor até o receptor,
mantendo suas características originais.

2.6 – As Alocações de Frequência

Os canais de TV VHF e UHF foram sendo atribuídos conforme o crescimento
do volume de sinais transmitidos e foi quase possível colocá-la na seqüência
na medida em que exigem freqüências maiores com comprimento de onda
menor. Já a telefonia celular foi atribuída em diversos espaços do espectro,
preenchendo lacunas que ainda estavam disponíveis, que hoje praticamente já
não existem.

2.7 – A Otimização das bandas de comunicação

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Mas cada nova tecnologia requer um espaço novo em um espectro de
freqüência que é fixo e já não tem como atender a todos os desejos humanos.
Isto fez com que o Homem pesquisasse meios para aumentar os espaços para
mais sinais, que a tecnologia pede para inserir na sociedade. A alternativa foi
tentar diminuir a quantidade de informações que necessitam passar pelo
mesmo espaço. Assim, foram desenvolvidas técnicas de divisão de sinal em
segmentos menores que podem levar a mesma quantidade de informação. Na
fibra óptica, foi criada a multiplexação por comprimento de onda (Wavelength
Division Multiplexing ou WDM) de sinal luminoso. Para rádio, após a
modulação, também se buscou multiplexar os sinais para trafegar dados
simultaneamente por múltiplos pedaços de portadora. Isto foi possível após a
digitalização dos sinais que permitiu a compactação dos espaços repetitivos do
sinal transmitido encaixando mais transmissões no mesmo espaço do espectro.

2.8 – As Bandas de Freqüências para o Celular no Brasil

Estão disponíveis para o celular no Brasil (serviço móvel pessoal ou SMP)
frequências nas bandas de:
 850 MHz, antigas bandas A e B
 900 MHz, bandas de extensão utilizadas pelo GSM

 1700 e 1800 MHz, bandas D, E e subfaixas de extensão utilizadas pelo
GSM

 1900 e 2100 MHZ destinadas na sua maior parte para sistemas 3G

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É em atendimento a estas 4 bandas que se caracterizou o “quadriband” da
maioria dos aparelhos hoje no mercado. São subdivididas da seguinte forma:

Figuras 3, 4 e 5 – Diagramas das bandas de freqüência de celular no Brasil 850 e 900 Mhz –
TELECOM inteligência em Telecomunicações – Seção: Telefonia Celular – Áreas – 07/04/2010
– Link: http://www.teleco.com.br/bandac.asp

No quesito investimento em novas tecnologias, podemos analisar o seguinte:

3 – O MERCADO BANDA LARGA MMDS NO BRASIL

3.1 – O Fator MMDS na Banda Larga Móvel em 2,5 GHZ

A Distribuição de Sinais Multiponto para Multicanais – (MMDS ou Multichannel
Multipoint Distribution Service) é uma modalidade de serviço especial de
telecomunicações sem fio, que se utiliza de faixa de microondas para transmitir
sinais a serem recebidos em pontos determinados dentro de uma área de
prestação. Usado para redes de banda larga, o MMDS é um método alternativo
de recepção de programação de televisão a cabo comum em áreas rurais
pouco povoadas, onde cabos não são economicamente viáveis, mas também
estão presentes em áreas urbanas e no Brasil a Jet é a empresa licenciada
pela Anatel.

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Figura 6 – Esquema da topologia MMDS. Fonte: UFINE Technologies – Link:
http://ufine.co.kr/bbs/board.php?bo_table=02_075

3.2 – Vantagens MMDS para o wireless de internet banda
larga

1 – Curto período de construção. 6 dias do headend ao lançamento.
2 – Menor investimento. Dispensa vários cabos e a manutenção da linha.
3 – Maior alcance de cobertura. Com suficiente altura da torre da transmissão,
cobre diretamente 100 kms., chegando a 200 kms. através de relé.
4 – Maior índice de programações. Transporta mais de 100 jogos (cartão
SD/HDD).
5 – Suporta o acesso do serviço do Internet e do VolP.
6 – Permite selecionar mais espectros. Escolha de qualquer largura de faixa
dos seguintes bandas: 2.1 a 2.3; 2.3 a 2.5; 2.5 à faixa de 2.7 MHz (Ku).
7 – STB suporta PPV, PPT, NVOD e email.
8 – Serviço gratuito da instalação e do treinamento.

Some-se a isto que, apesar da confiabilidade do cabo, o custo de passar cabos
e componentes em frente às casas e prédios residenciais é altíssimo e nem
todos os moradores aderem. No sistema via ar, parte do investimento é feito
dentro da casa do consumidor, por isso é mais rápido e barato de ser

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implementado, e ainda se beneficia por completo dos avanços do sistema
digital. No Brasil, a TVA usa o MMDS, enquanto a DirecTV e a SkyNET utilizam
DTH (Direct to Home), e o NET Vírtua usa Cabo (coaxial bi-direcinal), sendo
que os sistemas MMDS e a Cabo oferecem ainda serviços de internet banda
larga. A figura abaixo da direita mostra os 3 tipos e a figura da esquerda ilustra
a distribuição do sinal:

Figura 7 e 8 – Diagrama com os 3 sistemas de TV por assinatura e Figura 22 – Diagrama
MMDS
Links: http://www.cefetrio.hpg.ig.com.br e HTTP://www.kbest.com.tw

As antenas 2.4 GHz são utilizadas para sistemas Internet Wireless, MMDS e
links de microondas, tornando possível a comunicação sem fio em longas
distâncias. Na ponta da transmissão podem ser antenas setoriais 90°,
enquanto que do lado da recepção são antenas parabólicas que vão instaladas
no topo de prédios e residências com visada livre, conforme imagens abaixo:

Figura 9 – Foto da esquerda: Antena Painel Setorial 90° | MM-2412S90 AQUARIO Link:
http://loja.tray.com.br/loja/produto-14629-1525-
antena_painel_setorial_90__mm2412s90_aquario
Figura 10 - Foto da direita: Antenas Parabólicas MMDS Fabricante Chinês www.cnetek.net
Distribuidor: Guilin Aiwei Electronic Equipment CO. Ltd.

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Link: http://tw.wdbiz.net/productdetail/mmds-parabolic-antennas-227041.aspx

Juntas, elas respondem pela topologia ilustrada abaixo:

Figura 11 – Desenho de instalação típica de MMDS com linha de visada entre as antenas
transmissora e receptora. Fonte: Link – http://www.lbagroup.com/associates/lbatn115.php
LBA Group Inc. – 3400 Tupper Drive Greenville, North Carolina – USA – 27834
800-522-4464 / 252-757-0279 / Fax 252-752-9155

3.3 – A Valorização da faixa 2,5 GHZ e a Digitalização

Segundo José Luiz Frauendorf, ex-diretor geral da Associação dos Operadores
de Sistema MMDS (Neotec - entidade que representa as operadoras de
MMDS), “houve uma valorização do espectro em que opera este sistema,
devido ao seu desenvolvimento tecnológico. Utilizando a faixa de microondas
terrestre entre 2500 e 2686 MHz, o MMDS tem alcance de 50 quilômetros e
tem capacidade para 31 canais no formato analógico e 180 canais no formato
digital. A programação local pode se juntar à recebida pelo satélite”.
Conforme noticiado em 16 de agosto de 2010, A proposta apresentada pela
Anatel na Consulta Pública 31 prevê que 140 MHz (segmentação de 2 x 70
MHz em FDD) dos 190 MHz da faixa de 2,5 GHz sejam gradativamente,
transferidos para o SMP (serviço móvel pessoal). As operadoras de MMDS
ficariam apenas com um bloco central de 50 MHz (TDD). Isto pode inviabiizar a
atividade do setor no país, exatamente pela impossibilidade de oferta de triple
play (como o NET “Combo”). Outra necessidade eminente para as operadoras

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de MMDS, será a digitalização de seu LineUP, para digamos assim, fazer
caber sua grade de programação dentro de um espectro tão reduzido (50Mhz).
A tabela abaixo mostra as novas destinações para a faixa de 2.500–2.620
MHz, incluindo os serviços SMP, SCM, MMDS, STFC, SLP, a divisão da faixa
em sistemas TDD e FDD e a destinação da faixa de 2.170–2.182 MHz ao
MMDS em caráter primário até 30/06/2013.
Com a digitalização de sua grade, as operadoras de MMDS podem ofertar
além de imagem em alta definição (HD) também serviços de Internet Banda
Larga. O grande desafio (além dos investimentos) é fazer caber tudo isso em
uma faixa tão pequena de espectro. Para isso o uso de tecnologias como
Encoders H.264, Multiplexadores e Moduladores digitais são questões a serem
estudadas pelos engenheiros e técnicos a serviço do MMDS. Os aparelhos
tecnológicos domésticos (conhecidos CPEs ou Customer Premises Equipment)
conectar-se-ão por antenas às macrocéulas das antenas nas estações rádio-
base fazendo um balanceamento de carga através das femtocélulas. É
importante notar que a topologia do MMDS assemelha-se à do WiMAX para
comunicação fixa, e ambas formam boas alternativas no salto qualitativo
necessário ao avanço do vídeo sobre IP no Brasil.

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Figura 12 - Diagrama da projeção do uso da faixa 2,5 GHz antes e depois de 31/06/13. Fonte:
Ampliação Do Acesso À Banda Larga: A Visão Do Regulador.
Conselheira Emília Maria Silva Ribeiro Curi - Agência Nacional de Telecomunicações –
ANATEL - XXIV Seminário Internacional ABDI São Paulo, 08/11/2010 – Slide 31/40

3.4 – A Atribuição da Faixa 2,5 GHz para WiMAX nos EUA

Nos EUA foi anunciado pelo FCC em novembro de 2004 o plano de reforma de
regras para o espectro na faixa entre 2.5-2.7 GHz MMDS/IFTS. Estas bandas
de frequência estavam originalmente designadas ao serviço de distribuição
multiponto (MDS ou Multipoint Distribution Service) e ao serviço fixo de
televisão educativa (ITSF ou Instructional Television Fixed Service). Mas para
alimentar a competição com os sistemas xDSL (serviço digital para linha de
assinante, por exemplo, o Speedy da Telefônica) e de cable modem (TV por
assinatura a cabo) e por sua aptidão natural, foram destinadas ao WiMAX,
conforme mostra diagrama abaixo.

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Figura 13 – Diagrama do planejamento de uso em WiMAX da faixa 2,5 GHz nos EUA em 2004
– Notícia divulgada em site não mediado (Creative Commons License)
Link: http://www.unmediated.org/archives/2004/06/fcc_alters_mmds.php

4 – MODULAÇÃO OFDM

4.1 – Conceitos de Codificação, Mudulação e Multiplexação

Codificar é o ato de representar um significado (informação) através de
símbolos (dados) e comunicá-lo através do tempo ou espaço. Nas
comunicações digitais, acomodamos uma determinada quantidade de símbolos
(bits) em um determinado canal de comunicação, cuja capacidade de
transferência (banda de passagem) nos dará taxas (bitrates) medidas em bits
por segundo. Qualquer processo físico de transmissão envolve a manipulação
de alguma característica específica do meio utilizado. Este meio é a portadora
do sinal. Falando de ondas eletromagnéticas como portadoras, podemos
manipular separadamente ou em conjunto a amplitude, a frequência ou a fase
para representar o nosso sinal codificado. o ato de manipular as características
da portadora é o que chamamos modulação. A escolha da portadora e da
forma de modulação impõe restrições sobre a forma de codificação. Agora que
temos sinais (informação) codificados e modulados, temos o problema do
compartilhamento dos nossos canais de comunicação. A essência do termo
multiplexar é isto: compartilhar o meio de comunicação. Isto pode ser feito no

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domínio frequência (frequency division multiplexing – FDM) ou no domínio
tempo (time division multiplexing – TDM). A própria maneira como o espectro
eletromagnético é "loteado" entre os diversos tipos de usuários (rádio, TV, etc.)
já é um exemplo de FDM. Mantendo suficientemente afastadas as frequências
das portadoras utilizadas por cada tipo de usuário evita-se o "crosstalk" (ou
diafonia, ou interferência co-canal, dependendo do contexto em que o
fenômeno se manifesta). Na multiplexaçào TDM, o que é feito é "fatiar" o tempo
de uso do canal, entregando a cada usuário, periodicamente, uma "fatia" de
tempo (time slot) durante a qual o canal é só dele. Isto é feito, por exemplo, nas
interfaces E1, onde os 2 Mbps (2048 Kbps mais precisamente) da banda do
canal são alocados em 32 time-slots de 312,5 ms (30 para canais de voz. um
para sinalização e um para sincronismo).

4.2 – Tipos de Modulações

Existem as moduações QAM (Quadrature Amplitude Modulation), sendo que
16QAM tem QoS superior com maior distância entre os 16 símbolos 4 bits cada
dificultando erros de interpretação no receptor, e 64 QAM tem maior taxa de
transmissão com constelação de 64 símbolos de 6 bits. Depois temos o tipo
PSK (PhaseShift Keying) cuja informação do sinal digital é embutida nos
parâmetros de fase da portadora. O QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)
utiliza parâmetros de fase e quadratura da onda portadora para modular o sinal
de informação. Formam 4 símbolos com 2 bits cada. Já no DQPSK (Differential
QPSK) cada conjunto de bits representado por um símbolo provoca uma
variação de fase determinada no sinal da portadora.
O tipo CCK (Complementary Code Keying) é uma forma de espalhamento
espectral utilizando códigos complementares binários, que são seqüências de
mesmo comprimento com autocorrelação nula. Este código é utilizado para
modular a onda portadora e espalhar o sinal de informações a ser transmitido
da seguinte forma: a saída de um embaralhador (scrambler) de bits de dados
entra em um modulador através de um multiplexador 1:8 de entrada serial e
saída paralela, de modo que cada grupo de 8 bits é modulado separadamente.
Destes 8 bits, os seis últimos e mais significativos são utilizados para
selecionar uma dentre um conjunto de 64 palavras código complexas de 8
chips.
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A palavra selecionada é em seguida alimentada a um modulador diferencial.
Enquanto isso, os dois primeiros e menos significativos bits de dados que
entram no multiplexador são utilizados para realizar uma rotação de fase da
palavra código complexa selecionada, fazendo uma espécie de modulação
QPSK nela. As saídas deste modulador são os termos de fase e quadratura da
palavra código após a rotação. Estes símbolos são transmitidos através de
uma única portadora.

Figura 14 – Diagrama do I/O da modulação – Trabalho Final de Redes, tema Modulação, por
Maria Moura Malburg – Depto. Eng.Eletrônica – UFRJ em 04/11/04

4.3 – A Modulaçao OFDM

Nos anos 90, o OFDM (do inglês, Ortogonal Frequency-Division Multiplexing)
foi explorado para comunicação de dados em banda larga sobre canais radio
moveis, HDSL (Linha Digital de Assinante de Alta Taxa), ADSL (Linha Digital
de Assinante Assimétrica), VHDSL (Linha Digital de Assinante de Taxa Muito
Alta), DAB (Radiodifusão de Áudio Digital) e DVB (Radiodifusão de Vídeo
Digital).
A técnica de transmissão OFDM é uma forma especial de modulação multi-
portadora que consiste na transmissão paralela de dados modulando-se
diversas sub-portadoras densamente espaçadas cujas freqüências são
escolhidas de modo a manter ortogonalidade mútua. A técnica abandona a
utilização das bandas de guarda, permitindo a sobreposição espectral entre
sub-portadoras, onde um canal de banda larga altamente seletivo em
freqüência é dividido em sub-canais banda estreita não seletivos em
freqüência, cada qual enviando um sinal com taxa de bits relativamente baixa.
Isso lhe confere propriedades interessantes como a robustez a espalhamento
de atraso por múltiplos percursos de propagação e a ruído impulsivo,

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capacidade de transmissão de alta taxa de dados com elevada eficiência
espectral, possibilidade de emprego de modulação com taxa adaptativa e
possibilidade de alocação de potência nas sub-portadoras de acordo com as
condições do canal. Entretanto, tem sido mostrado (SLISKOVIC, 2001) que o
desempenho de um sistema OFDM é seriamente degradado pela interferência
inter-portadoras decorrentes de erros na estimação de parâmetros de
sincronização, tais como o desvio de freqüência entre transmissor e receptor e
o instante de inicio dos símbolos OFDM. A busca por algoritmos de
sincronização robustos que tenham baixa complexidade computacional tornou-
se muito importante.

4.3.1 – Ortogonalidade

Antes de serem modulados os sinais passam por diversas etapas de
processamento que melhoram sua performance. Primeiro, os dados são
submetidos a sistemas de proteção de erro com a inserção de um código
corretor como por exemplo o Reed-Solomon e embaralhamento (scrambling),
em que os bits de um mesmo byte são todos misturados. Em seguida, os bits
passam por um processo de entrelaçamento (interleaving), no qual eles são
reorganizados de modo que bits subseqüentes passam a ser separados no
tempo. Desta forma, a informação torna-se mais imune a erros do tipo rajada
(burst errors), que atingem bits subseqüentes, pois após este processamento,
estes erros passam a atingir bits pertencentes a diversos bytes diferentes, que
estão muito distantes na informação original. Isto torna mais fácil a recuperação
do sinal original no receptor.

Figura 15 e 16 – Exemplo de Distribuição de 3 e 6 sub-portadoras utilizando OFDM

Geralmente os sinais OFDM têm largura de banda de cada portadora na faixa
de 1kHz, podendo transmitir uma quantidade maior de informação em uma
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mesma largura de banda. Também é possível implementar a modulação OFDM
por meio de transformadas discretas de Fourier, viabilizando a utilização de
processadores digitais de sinais (Digital Signal Processor ou DSP) de alto
desempenho, resultando em um sistema mais estável, flexível e de custo
reduzido.
Os símbolos OFDM associados a cada subportadora são transformados em
símbolos prontos para transmissão através da transformada rápida inversa de
Fourier (IFFT ou Inverse Fast Fourier Tranform).

Figura 17 - Diagrama do sistema de transmissão diagrama de bloco, OFDM parte, tutorial 2:
MIMO, Turbo e JCE, por Alister Burr, Jaffrot Emmanuel, Eduardo Rodrigues de Lima, e Teich
Werner publicado em 2008/09/17 12:00 PM EDT

A figura abaixo é um fluxograma das etapas de processamento de sinais às
quais a informação contida no streaming de vídeo com padrão de codificação
MPEG2 é submetida à modulação OFDM.

Figura 18 - Diagrama “Experiences in establishing a digital C-OFDM transmission network” - por
Claus Wittrock, M.Sc. E.E - PROTELEVISION TECHNOLOGIES A/S – Pág. 2/12

4.3.2 – Intervalo de guarda elimina interferência entre
símbolos
O intervalo de guarda evita a interferência entre símbolos (ISI – Inter-Symbol
Interference), pois numa constelação com símbolos muito próximos entre si,

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com distância euclidiana muito pequena, aumentam as possibilidades de erro
de interpretação destes símbolos no receptor, proporcionando menor
segurança para a informação. A modulação de 1 x 106 símbolos/seg. indica
1ìseg de duração para cada símbolo. A ortogonalidade usa 1000 subcanais
com duração de 1ms por símbolo e insere intervalos de guarda iguais a 1/8
(125 ìseg) do tamanho dos símbolos entre eles. A ISI será evitada se o tempo
de dispersão do multipercurso (tempo entre recepção do primeiro e do último
eco) for menor que o intervalo de guarda, por exemplo, 125 microsegundos.
Isso corresponde a uma máxima diferença de 37,5 Km entre a distância dos
equipamentos. Os últimos 125 microsegundos de cada símbolo são copiados e
enviados com antecedência como um prefixo cíclico. Essa redundância ajudará
o receptor a integrar os multipercursos em senóides inteiras na demodulação.
O novo posicionamento das portadoras após a inserção do intervalo de guarda
é claramente ilustrado na figura abaixo que também mostra como as
portadoras coloridas são separadas no tempo e na freqüência.

Figura 19 – Intervalos de guarda, gráfico esquemático 3G

Este processo reduz a taxa de bits de cada portadora, mas por outro lado
proporciona uma maior robustez ao sinal com relação a ecos e multi-percursos.
Por exemplo, em ambientes bastante montanhosos ou com muitas edificações,
é comum que o receptor receba reflexões do sinal com certo atraso.

4.3.3 – Padrão 802.11

No padrão 802.11, utilizado para redes WLAN, a modulação CCK é utilizada no
preâmbulo ou cabeçalho dos pacotes de dados informando-os do início da

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transmissão sua duração, enquanto a modulação OFDM é aplicada ao resto
das informações úteis a taxas muito mais altas. Este processo híbrido evita a
ocorrência de colisões (CSMA/CA) e faz a compatibiliza com aparelhos padrão
802.11b e 802.11a/g.

4.3.4 – Codificação de canal de entrelaçamento

Exemplos de tipos de códigos de correção de erros incluem códigos de
decodificação turbo e códigos LDPC. Esses códigos somente funcionam perto
do limite Shannon ao canal Additive White Gaussian Noise (AWGN), e alguns
sistemas que adotaram esses códigos os concatenaram ou com Reed-
Solomon (por exemplo, no sistema MediaFLO) ou nos códigos BCH (no
sistema DVB-S2) para melhorar a performance sobre um canal wireless. O
modelo particular de canal WSSUS (Wide Sense Stationary Uncorrelated
Scattering Channel) tem sido usado em alguns trabalhos internacionais para
avaliação de desempenho de taxa de erros de bit do receptor na transmissão
digital de vídeo em sistemas de comunicações móveis.

4.3.5 – Transmissão adaptativa

O feedback ou retorno de informações sobre um canal criará a modulação
adaptativa que aplicará a codificação do canal e alocação de potência às
portadoras coletivamente. Entretanto pode atuar numa determinada faixa de
freqüência que sofreu interferência ou atenuação desabilitando ou
desacelerando suas sub-portadoras ao aplicar uma modulação mais robusta ou
codificação de erro (Modulação Discreta Multitom ou Discrete Multitone
Modulation - DMT). Esta adaptação de taxa na transmissão é chamada de bit-
loading e é usada em tempo real no ADSL e VDSL.
4.3.6 – OFDM estendido com múltiplo acesso
OFDMA é usado no uplink do padrão Wireless MAN IEEE 802.16, comumente
conhecido por WiMax. No Acesso por divisão múltipla de código multiportadora
(Multi-Carrier Code Division Mutliple Access ou MC-CDMA), também conhecido
como OFDM-CDMA, já faz a separação dos usuários. O manual de
planejamento de Alocação de Canal Fixo (FCA) é simplificado, ou esquemas
de Alocação Dinâmica de Canal são evitadas.
4.3.7 – Diversidade Espacial

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As redes de freqüência única (Single Frequency Networks ou SFN) são uma
forma de transmitir macrodiversidade, pois várias transmissões simultâneas
reforçarão a cobertura sobre uma área metropolitana. Elas usam o espectro
disponível mais eficientemente do que as redes de broadcast multi-freqüênciais
(MFNs) convencionais onde um conteúdo é replicado em diferentes
freqüências de portadoras. OFDM pode ser combinada com outras formas de
diversidade espacial, como por exemplo antenas dispostas e canais MIMO.
Isso é feito no padrão Wireless LAN 802.11n.

4.4 – Sumário das Vantagens do OFDM

 Ortogonalidade elimina diafonia entre os subcanais;
 Quase toda a banda disponivel pode ser utilizada;
 Equalização simplificada – coeficiente único de multiplicação de sub-canais;
 Robusto contra interferências co-canal na transferência de vários sub-
canais
 Robusto contra desvanecimento causado por propagação multipercurso;
 Alta eficiência espectral, próximo à taxa de Nyquist;
 Implementação eficiente usando FFT para modulação e demodulação;
 Componentes de processamento digital baratos calculam FFT
eficientemente;
 Baixa sensibilidade sincronização de erros;
 Não é requerido receptor de sub-canal modificado;
 Facilita redes de freqüência simples, como transmissão por macro-
diversidade;

4.5 – Sumário das Desvantagens do OFDM

 Sensibilidade ao efeito Doppler;
 Sensibilidade ao desalinhamento nos osciladores TX-RX;
 Sensibilidade a problemas de sincronização de freqüências – exigência
entre transmissor e receptor;
 Consumo de energia do transmissor ineficiente, devido a necessidade de
um amplificador linear de energia.

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5 – MIMO

5.1 – Definição sintética de MIMO

A tecnologia MIMO (Multiple Input Multiple Output), pronuncia-se “my-mo”,
quebra a barreira dos 100Mbps em transmissões wireless. O MIMO utiliza
múltiplas antenas para transmissão e recepção para melhorar o desempenho.
Quando dois transmissores e dois ou mais receptores são usados, dois canais
de transmissão podem ser transmitidos duplicando a taxa de transferência de
dados, além de aumentar a distância entre os equipamentos. O padrão IEEE
802.11n utiliza a tecnologia MIMO que no mínimo pode duplicar a taxa de
transmissão de 54Mbps dos padrões 802.11a e 802.11g para 108Mbps. MIMO
traz aumento de throughput e de alcance de um link sem necessidade de
banda adicional ou mais alimentação de energia, traz maior eficiência espectral
(maior taxa bps por largura de banda em hertz) e ainda dá maior confiabilidade
e diversidade (menor atenuação de sinal). Por todas estas propriedades, o
MIMO é uma importante parte da comunicação sem fio via modem nos padrões
IEEE 802.11n (Wi-fi), 3GPP Long Term Evolution, WiMAX e HSPA+.

5.2 – Funções do MIMO

MIMO pode ser sub-dividido em três categorias principais, pré-codificação
(precoding), multiplexação espacial (spatial multiplexing ou SM) e codificação
de diversidade (diversity coding).

5.2.1 – Pré-codificação

Na definição mais estrita, pré-codificação consiste na formação das múltiplas
emissões a serem transmitidas. Em termos mais gerais, é considerado todo o
processamento espacial que ocorre no transmissor. Na formação em camada
única (single-layer beamforming), o mesmo sinal é emitido a partir de cada uma
das antenas de transmissão com ponderação de fase (e às vezes ganho)
apropriada de tal forma que a potência do sinal seja maximizada na entrada do
receptor. Os benefícios são o aumento do ganho do sinal recebido, através de
sinais emitidos por antenas diferentes que se somam construtivamente, e a
redução do efeito de enfrequecimento do sinal (multipath fading). Na ausência

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do espalhamento (scattering), a pré-codificação resulta em um padrão bem
definido de direção, mas, em células típicas as emissões convencionais não
perfazem boa analogia. Quando o receptor tem várias antenas, a pré-
codificação não pode simultaneamente maximizar o nível de sinal em todas as
antenas de recepção. Neste caso, a pré-codificação com vários fluxos é
utilizada, o que requer o conhecimento de informações de estado de canal
(channel state information ou CSI) no transmissor.

5.2.2 – Multiplexação Espacial

A multiplexação espacial requer configuração de antena MIMO. Um sinal de
alta taxa é dividido em múltiplos fluxos de menor taxa sendo cada um então
transmitido de uma antena de transmissão diferente no mesmo canal de
freqüência. Se esses sinais chegam na matriz de antenas receptoras com
assinaturas espaciais suficientemente diferentes, o receptor pode separar
esses fluxos em (quase) canais paralelos. A multiplexação espacial é uma
técnica muito poderosa para aumentar a capacidade dos canais com maior
razão sinal ruído (signal noise ratio ou SNR). O número máximo de fluxos
espaciais está limitado ao menor número de antenas no transmissor ou no
receptor. A multiplexação espacial pode ser usada com ou sem conhecimentos
de canal de transmissão. Também pode ser usada para a transmissão
simultânea para vários receptores, conhecida como a divisão de espaço de
múltiplo acesso (space division multile Access). Ao se fazer a programação dos
receptores com diferentes assinaturas espaciais, uma boa “separabilidade”
poderá ser assegurada.

5.2.3 – Codificação de Diversidade

As técnicas de codificação de diversidade são usadas quando não há
conhecimento dos canais no transmissor. Nos métodos de diversidade, um
fluxo único (diferentemente dos vários fluxos na multiplexação espacial) é
transmitido, mas o sinal é codificado usando uma técnica chamada codificação
espaço-tempo (space-time coding). O sinal é emitido a partir de cada uma das
antenas de transmissão, com codificação totalmente (ou quase) ortogonal. A
diversidade de codificação explora o desvanecimento independente nos links
de múltiplas antenas para aumentar a diversidade de sinal. Como não há

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conhecimento dos canais, não há nenhum ganho na formação das emissões
para transmissão ou na matriz de antenas receptoras pela diversidade de
codificação.
A multiplexação espacial, entretanto, poderá ser combinada com a pré-
codificação quando o canal for conhecido no transmissor, ou combinado com a
codificação de diversidade quando a confiabilidade na decodificação for um
fator compensatório.

5.3 – Do serviço 802.11g para 802.11n

Figura 49 – Equipamentos 802.11n.
Fonte: Entendendo o Padrão 802.11n por Carlos E. Morimoto
Com o ponto de acesso e placa 802.11n, ambos com três antenas somando
todas as melhorias, foi possível aumentar tanto a velocidade de transmissão
quanto o alcance. A velocidade nominal subiu de 54 para 300 megabits (600
megabits nos APs 4x4, capazes de transmitir 4 fluxos simultâneos) e o uso de
múltiplos fluxos de transmissão torna o alcance do sinal quase duas vezes
maior.
Para atingir taxas de transmissão tão altas, o 802.11n combina uma série de
melhorias. A primeira é a redução do guard interval (o intervalo entre as
transmissões) de 800 ns para 400 ns, o que resulta em um ganho de cerca de
11% na taxa de transmissão. A ele se soma o aumento no número de
subportadoras (subcarriers) para a transmissão de dados de 48 para 52, o que
resulta em um ganho proporcional na taxa de transmissão. Somando os dois
com uma melhoria no algoritmo de transmissão de erros, foi possível chegar a
uma taxa de transmissão de 72.2 megabits por transmissor (usando um único
canal).
Se as melhorias parassem por aí, o 802.11n ofereceria um ganho de apenas
33% sobre o 802.11g, o que ofereceria poucos ganhos na prática. Daí em

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diante, os ganhos se baseiam no uso de "força bruta", combinando o uso de
vários rádios e de dois canais simultâneos. É aí que entra o MIMO.
Graças ao uso do MIMO, os pontos de acesso 802.11n podem utilizar dois ou
quatro fluxos simultâneos, o que dobra ou quadruplica a taxa de transmissão,
atingindo respectivamente 144.4 e 288.8 megabits.
A princípio, o uso de diversos transmissores, transmitindo simultaneamente na
mesma faixa de freqüência parece contra produtivo, já que geraria interferência
(como ao ter várias redes operando no mesmo espaço físico), fazendo com
que os sinais se cancelassem mutuamente. O MIMO trouxe uma resposta
criativa para o problema, tirando proveito da reflexão do sinal. A idéia é que,
por serem transmitidos por antenas diferentes, os sinais fazem percursos
diferentes até o receptor, ricocheteando em paredes e outros obstáculos, o que
faz com que não cheguem exatamente ao mesmo tempo. O ponto de acesso e
o cliente utilizam um conjunto de algoritmos sofisticados para calcular a
reflexão do sinal e assim tirar proveito do que originalmente era um obstáculo:

5.4 – MIMO, MISO e SIMO

Várias são as vantagens de se utilizar múltiplas antenas ao invés de uma. A
terminologia é “M” para Múltiplo, “S” para única, “I” para input e “O” para output.
Entretanto, os termos input e output são relativos às transmissões no ar e não
aos equipamentos. Essa notação particular, múltiplos inputs (MI) significa que
múltiplos transmissores enviam múltiplos fluxos de dados no ar; Múltiplos
outputs (MO) significa que múltiplos receptores estão recebendo múltiplos
fluxos de dados através do ar. A figura mostra as formas possíveis de
transmissão e recepção utilizando a tecnologia de múltiplas transmissões e
recepções.

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Figura 20 – Diferentes formas de tx/rx wireless – Fonte:
http://computer.yourdictionary.com/mimo

Todas as formas de comunicação estão contempladas, satisfazendo as
condições de topologia mista da comunicação ponto-a-ponto e ponto-
multiponto, além de ubíquita. Amplamente utilizado por rádios WiMAX, o MIMO
auxilia muito o tráfego de dados mais denso como é o caso de streaming de
vídeo. Independentemente do conteúdo, sejam canais de TV aberta, Pay-TV,
CATV, CFTV, IPTV ou fotos e filmes amadores pela internet, desde que
digitalizados, serão tratados como dados trafegando via TCP/IP. Os formatos
poderão variar entre MJPEG, MPEG2, H.263, H.264, AVI, WMV, extensões
proprietárias ou auto-executáveis, mas o empacotamento do OFDM usando
MIMO via WiMAX nos traz uma combinação de qualidade e eficiência.

6 – WiMAX
O WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) é uma tecnologia
com presença maciça no mundo todo, mas no Brasil ele pouco se desenvolveu
até hoje. Como meio de acesso a banda larga sem fio (Broadband Wireless
Access ou BWA), o WiMAX reúne condições para se concretizar como
plataforma comum padronizada no transporte de vídeo/imagens, voz e dados
(triple play) com segurança e QoS num ambiente wireless.

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Figura 21 - Mapa de instalações WiMAX em todo o mundo atualizado em abril/2010. Fonte:
Link: http://origin.library.constantcontact.com/download/get/file/1103610692385-
4/Worldwide+Map+of+Deployments+April2010.pdf

6.1 – As Tecnologias Wireless
O WiMAX pode ser classificado com W-WAN (Wireless Wide Área Network),
mas não é exclusivamente ponto a ponto. Ele pode operar na W-LAN (como
hotspot), na W-MAN (como backhaul) ou na W-WAN (como backbone).

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Figura 22 – Tecnologias wireless - Guia Técnico Cidades Digitais Mód.2 WiMAX – INATEL –
pág.2

A cobertura dos serviços wireless também está em mais de uma camada e sua
tecnologia depende da forma como é utilizada. Segundo a definição do próprio
WiMAX Forum: “WiMAX não é uma tecnologia e sim uma marca de
certificação, ou melhor, um selo de qualidade”. Isso significa que o WiMAX foi
desenvolvido para operar em diversas topologias e formas diferentes, em
LANs, MANs e WANs, conforme figura abaixo:

Figura 23 – Cobertura das tecnologias wireless - Guia Técnico das Cidades Digitais – Módulo 2
WiMAX – INATEL – pág.3

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6.2 – Comparativo Wi-Fi com WiMAX

Figura 24 – Comparativo Wi-Fi/WiMAX - Guia Técnico Cidades Digitais Mód.2 WiMAX –
INATEL – p.4

Acima vemos que ambas as tecnologias são padronizadas pelo IEEE, utilizam
a modulação OFDM que otimiza o espectro de freqüência e são amplamente
aceitas pelo mercado e muito utilizadas em dispositivos embarcados. A
diferença começa quando falamos do espectro de freqüência. WiMAX pode
trabalhar em freqüências não licenciadas, mas também tem freqüências
próprias. Outra vantagem é que a interferência co-canal que existia na
canalização do Wi-Fi e que inexiste no WiMAX, pois foi desenvolvido para atuar
em redes de longa distância, tem QoS total para todos tipos de serviço, prevê
roaming, tem segurança total e pode ser utilizado freqüentemente sem gastos
excessivos em infra-estrutura. Estes fatores colocam o WiMAX em uma
posição de destaque e polêmica entre as tecnologias emergentes da
atualidade.

6.3 – Tecnologia do WiMAX

O WiMAX não conflita com o padrão 802.11 (WiFi) mas o complementa. Como
o padrão IEEE 802.16 utiliza o mesmo LLC (Logical Link Controller baseado no
padrão IEEE 802.2) de outras redes LANs e WANs, é possível o roteamento

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entre eles. Por ser um complemento do WiFi também é possível incluir outros
protocolos das redes Ethernet (802.3), token-ring (802.5) e outras tecnologias
não padronizadas pelo IEEE mas que usam o LLC, incluindo o FDDI e o cable
modem (DOCSIS).
A solução da Intel para o WiMAX com acesso fixo opera nas freqüências de
2.5-GHz, 3.5-GHz e 5.8-GHz. Essa tecnologia é uma alternativa para o cable
modem, vários tipos de transmissão xDSL, serviços multiplexados tipo E1 e
serviços oferecidos por fibra óptica. A revisão IEEE 802.16e é uma extensão do
802.16-2004 com o objetivo de adicionar portabilidade e habilitar os clientes
móveis para acesso direto a redes WiMAX. O 802.16e usa a técnica de
multiplexação OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), que é
similar ao OFDM. No caso do IEEE 802.16-2004, o sinal do OFDM é dividido
em 256 canais contra os 64 canais do IEEE 802.11. Um aspecto importante do
IEEE 802.16 é que ele define uma camada MAC (Media Access Control) que
suporta múltiplas especificações da camada física (PHY). Isto é crucial para
que os fornecedores de equipamentos possam diferenciar suas ofertas de
serviços.

6.4 – Aplicações do WiMAX
6.4.1 – WiMAX como conexão WAN (Topologia Ponto-a-
ponto)

A combinação entre as tecnologias WiFi e WiMAX é representada na figura a
seguir, onde se aproveita os baixos custos do WiFi para as conexões entre os
clientes móveis de um prédio e a conexão WAN através de WiMAX até o
provedor de Internet.

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Figura 25 – WiMAX como conexão WAN - Eduardo Mayer Fagundes – Link:
www.efagundes.com
Figura 26 – Topologia de rede fixa com backhaul ponto-a-ponto WiMAX e clientes finais Wi-Fi.

6.4.2 – WiMAX como alternativa de conexão de gateways Wi-fi

Mas o WiMAX também é alternativa de conexão direta com gateways WiFi, a
exemplo de conexões do tipo E1 e DSL. Nesse caso, o gateway WiFi já possui
um chipset que se comunica diretamente com a antena do WiMAX, evitando a
instalação de uma outra antena exclusiva para o WiMAX.

Figura 27 – WiMAX como alternativa de conexão de gateways WiFi – Eduardo Mayer
Fagundes – Figura 28 Andrew Company e Artigo “Funcionamento do WiMAX Parte 1 por
Valdecir Lima (Gestor TI - CEASA) - Fortaleza, CE – 22/10/08 – Link:
http://tihoje.blogspot.com/2008/10/.html

6.4.3 – WiMAX como alternativa para conexões com clientes

No próximo exemplo a rede wireless combina conexões em WiFi e WiMAX
numa mesma rede, o que é possível porque ambos utilizam o mesmo protocolo
LLC.

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Figura 29 – WiMAX como alternativa para conexão com clientes - Eduardo Mayer Fagundes –
Link: www.efagundes.com;
Figura 30 – Topologia de rede fixa com backhaul mesh WiMAX e clientes finais Wi-Fi em áreas
privadas.

6.5 – O WiMAX nas camadas OSI física e de enlace

O Comitê 802 do IEEE, (Institute of Electrical and Electronics Engineers) dos
Estados Unidos, desenvolveu e publicou uma série de normas para redes
locais (LANs) e Metropolitanas (MANs) que foram adotadas mundialmente
inclusive pela ISO (International Organization for Standardization). As normas
desenvolvidas pelo IEEE para o padrão 802.16 são ilustradas na figura 10,
conforme o padrão OSI.

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Figura 31 – Pilha de protocolos no padrão OSI – Fonte:TELECO Inteligência em
Telecomunicaçãoes Seção Tutoriais Banda Larga - Wi-Fi e WiMAX II: Padrões IEEE 802.16/
Fig.10 FIGUEIREDO 2008. Link: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialww2/pagina_4.asp

6.5.1 – Protocolos 802.16

Os protocolos apresentados no padrão IEEE 802.16 podem ser classificados,
no modelo OSI, nos níveis: Usuário, Controle e Gerência. Conforme a figura
11, é possível notar que existem 2 camadas, MAC (Medium Access Control –
Controle de Acesso ao Meio) e PHY (Physical Layer – Camada Física), onde a
camada MAC possui três sub-camadas, CS (Service-Specific Convergence
Sublayer – Sub-camada de Convergência Específica), CPS (Common Part
Sublayer – Sub-camada de Convergência Comum) e SS (Security Sublayer –
Sub-camada de Segurança).

Figura 32 - Pilha de protocolos do IEEE 802.16 – Fonte:TELECO Inteligência em
Telecomunicaçãoes Seção Tutoriais Banda Larga - Wi-Fi e WiMAX II: Padrões IEEE 802.16/
Fig.11 FIGUEIREDO 2008. Link: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialww2/pagina_4.asp

Essas camadas têm as seguintes funções:
 Subcamada de convergência: Transformação ou mapeamento de dados da
rede externa em SDU’s (Service Data Unit) MAC. Oferece suporte a ATM
(Asynchronous Transfer Mode) e protocolos baseados em pacotes;
 Parte Comum da Subcamada MAC: Funcionalidade do núcleo MAC do
sistema de acesso, alocação de largura de banda, estabelecimento e
manutenção de conexão;

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 Subcamada de Privacidade: Troca de chaves seguras, criptografia e
autenticação;
 Camada Física (PHY): Apresenta diversas especificações, onde cada uma
delas é apropriada a uma dada faixa de freqüência.

Na camada MAC, dependendo da demanda dos assinantes, é alocado pelas
estações base à banda necessária nos canais de Uplink e Downlink, utilizando
a camada física que se adapte a faixa de freqüência de uso (LIMA 2008).

6.5.2 – Camada Física

A camada física contém a região física que provê características mecânicas,
elétricas, funcionais e procedimentais para ativar, manter e desativar conexões
físicas para transmissão de bits entre entidades da camada de enlace. Uma
rede sem fio de banda larga necessita de mais espectro do que as bandas ISM
(Industrial, Scientific and Medical) podem oferecer. Isso determinou a escolha
das bandas entre 10 e 66 GHz e 2 a 11 GHz para a operação do padrão IEEE
802.16. As microondas nesta faixa de freqüências se difundem em linha reta,
de maneira semelhante à luz, fazendo com que seja necessária à propagação
com linha de visada (Line Of Sight ou LOS). Foi projetado o padrão para
alcançar até 50 km de cobertura, para padrões mais robustos na modulação e
transmissão com linha visada. Diferente resultado disto é que as microondas
podem ser reunidas em feixes direcionais, desta forma, uma mesma estação
base pode direcionar várias antenas para diferentes setores com grande
independência.
Em razão das grandes distâncias cobertas por uma rede metropolitana, a
potência recebida na estação base pode mudar expressivamente de estação
para estação, fazendo com que a relação sinal/ruído atenue. Por isso, são
utilizados três esquemas de modulação diversos, dependendo da extensão
entre o assinante e a estação base: o QAM-64 (6 bits/baud); o QAM-16 (4
bits/baud); e o QPSK (2 bits/baud). A conseqüência é a extensão do alcance do
serviço ao valor de uma taxa de dados mais baixa, conforme figura abaixo:

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