Por Giuseppe Di Giuseppe Deininger

O telefone celular é sem dúvida o aparelho mais utilizado como meio de comunicação e hoje o número de exemplares em uso é superior ao de habitantes no mundo. O início de sua primeira geração ocorreu em 1973 com a primeira chamada de um telefone móvel para um fixo.

A técnica utilizada nos primeiros sistemas móveis era a de Múltiplo Acesso por Divisão de Frequência (FDMA), em que cada usuário era alocado em uma faixa de frequência distinta. Eram utilizadas macrocélulas com raios de transmissão que podiam variar entre 1 e 40 quilômetros, e apesar de ser feita com boa qualidade, sua forma de funcionamento limitava muito o número de usuários. Um exemplo disso era o sistema móvel da Bell Labs, que numa área de cobertura de cerca de 2580km² conseguia manter apenas 12 chamadas ocorrendo simultaneamente.

Dado a necessidade de o espectro de frequência aumentar proporcionalmente ao aumento do número de usuários, o sistema de telefonia teve de ser remodelado a fim de suportar uma maior capacidade de ligações. Dessa forma, o órgão americano regulamentador de telecomunicações, o Federal Communication Commission (FCC) definiu o sistema celular como “um sistema móvel terrestre de alta capacidade no qual o espectro disponível é dividido em canais que são reservados, em grupos, a células que cobrem determinada área geográfica de serviço. Os canais podem ser reusados em células diferentes na área de serviço”.

Com isso surgiu a segunda geração das comunicações móveis. Utilizada efetivamente a partir do início dos anos 90, foi a primeira geração a fazer uso de sistemas digitais. Além da capacidade maior, essa geração também oferecia outras vantagens, como codificação digital de voz mais eficiente, melhor qualidade nas ligações e maior eficiência espectral. O principal sistema dessa geração foi o Sistema Global para Comunicações Móveis (GSM), com Múltiplo Acesso por Divisão de Tempo (TDMA), que funciona de maneira semelhante ao FDMA, porém dividindo o canal de frequência em intervalos de tempo, e essa foi uma das causas do aumento do limite máximo de usuários dessa geração.

Apesar das melhorias, os problemas de capacidade voltaram a surgir após algum tempo. Com isso surgiram duas novas importantes tecnologias: a Enhanced Data Rates for Global Evolution (EDGE) e a General Purpose Radio Services (GPRS). Baseadas na comutação de pacotes, usam eficientemente a largura de banda disponível com taxas de bits variável, entre 100Kbps e 200Kbps. Por se tratarem de uma evolução menor e por abrirem espaço para as tecnologias da terceira geração, é considerada como a geração 2,5.

A terceira geração começou a ser aplicada em 2001 no Japão e foi criada para permitir altos níveis de consumo de banda e transferência de arquivos maiores para diversos dispositivos, com velocidade de até 2Mbps, e além disso, possui maior imunidade a interferências. A principal tecnologia dessa geração foi a Universal Mobile Telecommunications System (UMTS).

Com uma grande popularização nos telefones móveis e do uso deles para transferências de dados, o aumento das valocidades de download e upload se tornaram desejados, e por isso foi criado a tecnologia Long Term Evolution (LTE). Entre as evoluções desejadas, estavam a diminuição dos atrasos para estabelecer a conexão e para transferir dados, aumento da taxa de transferência de bits, diminuição do custo por bit, maior flexibilidade da utilização do espectro de frequência, e diminuição do consumo de energia.

Para aumentar a velocidade de transmissão de dados, foi desenvolvida a tecnologia Multiple Input, Multiple Output (MIMO), que utiliza a diversidade espacial com o uso de duas ou mais antenas a fim de se adaptar e obter um desempenho mais satisfatório.

A técnica de Múltiplo Acesso por Divisão em Frequência com Portadoras Ortogonais (OFDM) é utilizada no LTE para obter uma eficiência espectral maior. É baseada na multiplexação por divisão de frequência e modulação por múltiplas portadoras ortogonais, assim, as faixas espectrais destinadas à transmissão são divididas em subportadoras que são posicionadas ortogonalmente, permitindo um maior aproveitamento do espectro.

Apesar das evoluções, uma característica é comum a todas as gerações citadas anteriormente: a comunicação sempre é feita por meio de uma estação base, e hoje os dispositivos possuem a capacidade de transferir arquivos cada vez maiores, como vídeos em tempo real. Por conta disso, é interessante que ocorra uma comunicação direta entre os dispositivos a fim de tornar a transmissão mais eficiente. Assim começou o desenvolvimento da quinta geração dos sistemas de comunicação móvel.

Baseada em duas camadas, a primeira delas semelhante às camadas anteriores e a segunda que utiliza os próprios dispositivos como pontos de retransmissão, num funcionamento semelhante ao ad-hoc, que dispensa o uso de um ponto de acesso comum e utiliza seus integrantes como “roteadores” para dispositivos vizinhos.

Apesar de promissora, a segunda camada possui diversos problemas iniciais, como a segurança, visto que a informação pode ser captada por qualquer dispositivo no caminho e interferência, dado que a comunicação ocorre dentro da mesma faixa de frequência.

Se bem aplicada, a nova geração pode trazer grandes vantagens, como redução do custo, compartilhamento facilitado de dados, visto que num ambiente com muitas pessoas, como um evento ou um shopping, os dados podem ser transmitidos apenas no ambiente, economizando assim o uso da primeira camada, que é mais cara. Além disso, em situações de catástrofes, mesmo que o sistema responsável pela primeira camada seja danificado, a segunda ainda será capaz de repassar informações para possíveis sobreviventes.

A rede mais comum com funcionamento semelhante ao idealizado para a quinta geração é o Bluetooth, porém, ele é bem menos seguro e rápido do que o desejado para as novas tecnologias.

A rede 5G é o próximo passo para o futuro das comunicações, e apesar de não existir ainda uma estrutura suficiente para seu uso além de testes implementada, ela já está bem idealizada e seus desafios principais são conhecidos. É apenas uma questão de tempo para que a tecnologia se torne viável e seja de fato utilizada, trazendo inúmeros benefícios para seus usuários.

Referências: 

What 5G can do for you. European Comission. Disponível em: http://europa.eu/rapid/press-release_MEMO-14-129_en.htm. Acesso em: 23 de fevereiro de 2017.

Fundamentals of Communications Access Technologies: FDMA, TDMA, CDMA, OFDMA, and SDMA. Lou Frenzel. Disponível em: http://electronicdesign.com/communications/fundamentals-communications-access-technologies-fdma-tdma-cdma-ofdma-and-sdma. Acesso em: 23 de fevereiro de 2017.

Redes GSM, GPRS, EDGE e UMTS. Ricardo Di Lucia Santos. Disponível em: http://www.gta.ufrj.br/ensino/eel879/trabalhos_vf_2008_2/ricardo/1_1.html. Acesso em: 24 de fevereiro de 2017.

LTE: Conceitos de Transmissão e Recepção. Disponível em: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialintlte/pagina_3.asp. Acesso em: 24 de fevereiro de 2017.