TDMA to CDMA2000 White Paper  |
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GSM ou CDMA: Os Desafios Comerciais e Tecnológicos para as Operadoras de TDMA Junho de 2001 2 O que a 3G Pode Oferecer - Uma Definição 2.1 Introdução A indústria de sistemas móveis tem sido atormentada pelas suas próprias hipérboles. Seja ela impulsionada por exuberância ou malícia, os press releases tanto dos fabricantes como das operadoras de redes suscitaram expectativas pouco realistas sobre o que a 2.5G e a 3G podem oferecer, em termos econômicos e comerciais, especialmente a curto prazo. Esse mantra dos press releases concentrou-se em taxas de 384 kbps ou maiores para os ambientes de pedestres e/ou móveis. Essas taxas iriam viabilizar os prometidos vídeo full-motion e multimídia em tempo real. Essas taxas de dados não foram ainda oferecidas comercialmente, já que os custos ainda são um problema e as limitações do ambiente de radiofreqüência (RF) do mundo real são bastante concretas. Elas são viáveis em locais ou redes de teste ideais, onde um grupo de usuários amigáveis, atuando em um espectro dedicado, garante mínima interferência vinda do tráfego de outras redes ou de condições geográficas inconvenientes. No mundo comercial, porém, é preciso levar em conta os custos e é preciso transmitir os sinais de RF sob as condições imperfeitas de congestionamento de freqüências, ruído RF de fundo, condições geográficas difíceis e uma cobertura incompleta pelas redes. Sob tais condições, está ainda para ser comprovada a oferta comercial de uma largura de banda consistente e onipresente a 384 kbps. O fato surpreendente é que a primeira rede comercial atingiu taxas próximas ao ideal teórico. A empresa SK Telecom (SKT), da Coréia, lançou um serviço de CDMA2000 1X em outubro de 2000 e no final de maio de 2001 já contava com 180 mil assinantes desse serviço. A rede oferece taxas de dados de 120 kbps em um ambiente de RF ideal, mas os valores típicos variam entre 70 e 90 kbps.7 As experiências efetuadas na Europa e as expectativas na América do Norte são mais limitadas. Nas duas regiões, os membros da indústria - em especial as operadoras de redes - estão começando a reconhecer e confirmar que, embora o throughput e o potencial a longo prazo possam variar entre 115 kbps e 384 kbps, a realidade de curto prazo irá mostrar valores menores. No caso da CDMA2000 1X, Richard Lynch, o Vice-presidente Executivo e Diretor de Tecnologia da Verizon Wireless, a maior operadora de sistemas sem fio dos E.U.A., antecipa taxas de dados entre 30 e 40 kbps para sistemas móveis, a curto prazo, apesar da expectativa teórica de 144 kbps.8 E no caso do GSM-GPRS, David Williams, Vice-presidente de Planejamento Estratégico da Cingular, a segunda maior operadora de sistemas sem fio dos E.U.A., antecipa taxas entre 20 e 30 kbps a curto prazo.apesar de uma expectativa teórica de 115 kbps.9 Alguns observadores europeus acreditam que o GPRS possa atingir 50 kbps,10 enquanto outros consideram mais provável um valor entre 20 e 40 kbps.11 Se pensarmos a longo prazo, as tecnologias vão amadurecer e as redes serão construídas, o que permitirá a elevação das taxas de dados. Até que chegue esse momento, porém, a vantagem da 3G não está nas taxas elevadas de dados, mas em sua arquitetura de comutação por pacotes. Como observamos na introdução, ao contrário da comutação por circuitos, a comutação por pacotes permite um acesso por IP imediato e de baixo custo à Web e à enorme quantidade de aplicações e serviços disponíveis a partir da mesma. E como discutiremos ao final deste capítulo, independentemente das taxas de dados que as diferentes tecnologias poderão fornecer, as questões econômicas e comerciais irão incentivar as operadoras a oferecer taxas de dados menores. John Roth, Diretor Executivo da Nortel Networks, foi o primeiro a antecipar as vantagens da arquitetura por pacotes, em fevereiro de 1999, durante a convenção anual da Cellular Telecommunications and Internet Association (CTIA). Ele anunciou, naquela ocasião, o objetivo da Nortel de utilizar esse tipo de arquitetura "para reduzir em uma ordem de grandeza o custo global de se operar uma rede de sistemas móveis... dos atuais 37 centavos para apenas quatro centavos em até cinco anos".12 Passados mais de dois anos, em maio de 2001, Conrad Labante, Diretor de Desenvolvimento Comercial Estratégico para a Internet Sem Fio da Nortel, reiterou as expectativas de John Roth - ou seja, de que a arquitetura em pacotes iria reduzir em 10 vezes os custos do fornecimento de dados. Mesmo então, porém, ele ainda via pelo menos cinco anos de desenvolvimento à frente.13 Nokia, um dos principais proponentes da 3G, "não acredita que a questão seja realmente a taxa de dados", e sim aplicações e serviços relevantes. Nos estágios iniciais da implementação do GPRS e EDGE, a Nokia vê taxas de dados entre 20 e 30 kbps viabilizando "uma série de aplicações lucrativas logo no início".14 Em suma, ao dirigir seu foco para taxas elevadas de dados, as operadoras de redes podem estar direcionando incorretamente seus recursos. Em um futuro previsível, as principais questões na implementação da 2.5G e 3G estarão mais provavelmente centradas na relação custo-benefício que certas taxas de dados poderão oferecer para o fornecimento de serviços e aplicações que os usuários irão utilizar, gerando portanto receita para as operadoras de redes. Vamos explorar esse ponto com mais detalhes na conclusão deste capítulo. 2.2 Fatores Que Restringem as Transmissões em Banda Larga Relação custo-benefício à parte, múltiplos fatores limitam as transmissões em banda larga no ambiente do mundo real. Muitos, mas não todos, derivam da imaturidade das tecnologias. Alguns fatores poderão ser mais relevantes para uma interface de RF que para outra. Ao longo do tempo e com suficientes esforços de pesquisa e desenvolvimento, tais fatores serão superados. Enquanto isto não acontece, porém, esses fatores estão impedindo, de forma consistente, que seja atingida qualquer meta próxima às taxas de dados anunciadas. Abordamos rapidamente três desses fatores a seguir - provisão de potência e consumo de bateria, latência e taxa de erro de bits. Essas abordagens não esgotam o assunto. Ao contrário, elas exemplificam a gama de desafios que os fornecedores e as operadoras de sistemas sem fio devem superar, antes que as transmissões de banda larga em tempo real tornem-se uma realidade comercial. 2.2.1 Provisão de Potência e Consumo de Bateria No caso do GSM, a voz convencional é transmitida em uma "janela de tempo" a 9,6 kbps. A banda larga é normalmente anunciada com taxas de até 384 kbps - ou seja, 40 vezes mais que 9,6 kbps. Não importa qual seja a tecnologia de RF, essas transmissões exigem maiores provisões de potência e geram portanto maior consumo de bateria. Isto irá significar um problema para todas as novas tecnologias, embora em menor escala para CDMA2000 1X e UMTS, até agora, do que para GSM, GPRS e EDGE. A potência de transmissão necessária para todas as tecnologias CDMA, incluindo CDMA2000 1X e UMTS (que também é uma tecnologia CDMA), é ajustada continuamente ao volume de bits que está sendo transmitido. Dessa forma, se em um determinado momento poucos bits estiverem sendo transmitidos, como em uma mensagem curta, menos potência será utilizada. E se mais bits estiverem sendo transmitidos, como em um videoclipe, tanto mais potência será empregada. Isto é geralmente conhecido como taxa de dados variável. Portanto, as tecnologias CDMA2000 1X e UMTS são mais eficientes no sentido em que alocam somente a potência de RF necessária para fornecer os bits que estão sendo transmitidos. O consumo da bateria varia de acordo com a potência utilizada. Assim sendo, o consumo médio da bateria é sempre relativamente menor do que nas tecnologias diferentes de CDMA. As tecnologias GSM, incluindo GPRS e EDGE, também variam a potência de saída em relação ao número de bits que está sendo transmitido. Entretanto, são menos flexíveis na forma como adaptam a potência de saída às taxas de bits. Em teoria, elas são capazes de acrescentar ou subtrair até oito janelas de tempo, de acordo com a natureza da transmissão. Devido a esse ajuste menos refinado da potência de saída à taxa de dados, o consumo de bateria é normalmente mais elevado, quando comparado às tecnologias baseadas em CDMA que transmitem o mesmo conteúdo. Esse fenômeno parece estar ocorrendo na rede GPRS recentemente lançada pela BT Cellnet, cujos assinantes estão se queixando do consumo das baterias.15 2.2.2 Latência A latência descreve o atraso de uma transmissão, desde o momento em que entra na rede até o momento em que deixa a mesma. Uma baixa latência significa pequenos atrasos e uma latência elevada, grandes atrasos. A latência pode ocorrer tanto no aparelho telefônico como na própria rede. Aquela que ocorre no aparelho ou entre ele e a estação rádio base é denominada latência de acesso. E a que ocorre a partir da estação base para a rede é denominada latência de rede. Uma baixa latência é essencial para transmissões em tempo real, que incluem conversações por voz ao vivo (mas não mensagens por correio de voz, que são insensíveis ao tempo) e vídeo bidirecional ao vivo (mas não videoclipes de entretenimento, que também não dependem do tempo). A latência não é um fenômeno exclusivo das redes de sistemas móveis. Ela é conseqüência de todas as redes, terminais e dispositivos pelos quais as transmissões devem passar e todos os gargalos (e atrasos, portanto) com que essas transmissões se deparam. Em casa, os usuários das conexões de banda larga com a Internet enfrentam a latência sob a forma de atrasos no download de websites, durante os horários de pico do tráfego (em geral, no início da noite e com clima instável). Esses atrasos são devidos à sobrecarga da largura de banda na periferia da rede. Mais importantes, porém, são os atrasos devidos à sobrecarga da largura de banda no núcleo da rede. Digamos que um usuário de Nova York queira fazer o download de um site sediado em Seattle, por exemplo. De acordo com a carga de tráfego e os custos de transmissão naquele momento, o download poderá fazer o percurso Seattle - Los Angeles - Denver - Houston - Chicago, chegando por fim a Nova York. Ele poderá utilizar redes de fibra de propriedade da Qwest, AT&T e/ou Verizon. Em cada ponto de comutação, e em particular na junção de cada rede, ele irá se deparar com atrasos e cada um desses atrasos tende a aumentar a latência. Isto significa que mesmo se uma rede de sistemas móveis estiver configurada para oferecer uma baixa latência, a operadora não poderá garantir uma latência reduzida para os usuários finais que utilizam seus aparelhos móveis para ter acesso a outras redes ou que empregam seus terminais em ambientes de RF com excesso de ruído e, portanto, com propensão a induzir latência. 2.2.3 Taxa de Erro de Bits Os sinais de voz são menos suscetíveis aos erros de transmissão ou taxas elevadas de erro de bits (BER) que os sinais de dados (também conhecidos como conteúdo "não-voz").16 A razão dessa menor suscetibilidade provém da capacidade do cérebro humano de reconstruir as partes faltantes das conversações. Assim, mesmo que uma sílaba ou até uma palavra seja perdida, o cérebro irá inferir as informações perdidas a partir do contexto da conversação e irá reconstrui-la. Isto permite que as pessoas se comuniquem, mesmo com o ruído ou as interrupções presentes em chamadas de rádios móveis apenas marginalmente compreensíveis. A transmissão de dados não oferece essa vantagem da reconstrução. Caso o conteúdo não-voz seja perdido, ele só poderá ser recuperado (caso isto seja possível) através de sofisticados algoritmos de correção de erros. Essas correções de erros, por sua vez, acrescentam códigos extras às transmissões de RF, que reduzem a taxa real de dados (ou taxa de transmissão) do conteúdo desejado. Quanto maior o número de erros, tanto maior será a correção de erros necessária e tanto menor será a taxa de dados real. Assim sendo, em ambientes imperfeitos de RF qualquer tecnologia de RF irá fornecer apenas uma fração de sua taxa de dados teórica de pico. Além das queixas sobre o consumo excessivo de baterias em seu sistema GPRS, a BT Cellnet está enfrentando também throughputs menores que os esperados no mesmo, em alguns casos de apenas 8 kbps.17 Como já observamos anteriormente, à medida que as demais operadoras forem seguindo o exemplo da BT, as taxas de dados menores que o esperado passarão a ser a regra e não a exceção. Em todo caso, cada uma dessas questões é válida para todas as tecnologias 3G e de transição. Nós as apresentamos como considerações, que poderão se mostrar úteis para que as operadoras de redes avaliem suas alternativas de migração. 2.3 O Custo de Fornecer Taxas de Dados Teóricas Em um futuro previsível, o custo de fornecer taxas de dados teóricas irá se mostrar econômica e comercialmente insustentável. De fato, oferecer algo próximo a uma taxa onipresente e consistente de 384 kbps em tempo real irá exigir enormes investimentos por parte das operadoras. Não podemos esquecer também que as operadoras devem expandir a capacidade de RF para oferecer tais taxas de dados para o conteúdo não-voz, sem comprometer a capacidade de RF necessária para o transporte do tráfego de voz convencional. Assim sendo, caso uma rede esteja no limite de sua capacidade, o acréscimo de recursos de dados irá comprometer a qualidade do serviço para os usuários da voz convencional.18 Se o tráfego de dados provocar a degradação do serviço de voz, os assinantes desse serviço serão alienados. No caso da CDMA2000 1X, não foi ainda divulgado o custo das redes capazes de transportar taxas elevadas de dados sem degradar a qualidade de voz. Os custos envolvidos com a tecnologia UMTS já foram divulgados, como conseqüência dos "concursos de beleza" realizados para se obter as licenças para 3G. Sem a utilização de redes compartilhadas, tais custos seriam de US$ 400 por pessoa coberta, embora US$ 200 por pessoa coberta poderiam ser suficientes.19 Tais custos seriam de três a cinco vezes maiores que os necessários para se oferecer um serviço de voz aceitável. Para fins de comparação, os investimentos cumulativos de todas as operadoras dos E.U.A. (até sete por mercado), entre 1983 e dezembro de 2000, atingiu US$ 89,6 bilhões.20 Dada uma população de 276 milhões, isto equivale a US$ 325 por pessoa coberta. Gastos de capital de US$ 200 a 400 por pessoa coberta são comercialmente inviáveis, no momento. Se considerarmos a fuga de capitais da indústria de telecomunicações, é improvável que a situação mude em breve. Portanto, em um futuro previsível, as operadoras de sistemas móveis irão investir menos em infra-estrutura 3G do que o necessário para se fornecer 384 kbps de modo onipresente e consistente. Isto, por sua vez, irá impedir o fornecimento do divulgado nirvana de vídeo full-motion e multimídia em tempo real.21 Isto significa que, a curto prazo, a relevância comercial de uma 3G onipresente deverá se originar de algo que não seja uma grande largura de banda. Em muitos aspectos, isto irá dirigir o foco para as perspectivas de custo da Nortel e as perspectivas de aplicações e serviços da Nokia. Outros fornecedores poderão ou não concordar com tais perspectivas. 2.4 Uma Alternativa ao Modelo Comercial 3G com Elevada Taxa de Dados É plausível prever que o fornecimento geral de tráfego banda larga sem fio irá se tornar comercialmente viável a partir de 10 anos no futuro. Nos próximos cinco anos, porém, ou talvez um pouco mais, os elevados custos da infra-estrutura necessária irão impedir que as operadoras ofereçam taxas de 384 kbps ou qualquer coisa próxima desse valor, de modo onipresente e consistente. Por esse motivo, será impossível oferecer, também de modo onipresente e consistente, vídeo full-motion e multimídia em tempo real. A viabilidade comercial da 3G não irá se originar do oferecimento de banda larga em grande escala. Na verdade, ela virá do fornecimento (1) de um tráfego econômico que combine voz e dados e (2) de uma conectividade imediata, aberta e barata com a Internet. Esta última possibilidade irá proporcionar acesso a infinitas fontes de infinitos serviços e aplicações, muitos deles disponíveis através de uma largura de banda relativamente estreita. O sucesso do I-Mode da NTT DoCoMo aponta para esse potencial. Apesar das taxas de dados de apenas 9,6 kbps, o I-Mode foi adotado pela maioria dos assinantes da DoCoMo. Dessa forma, a receita média por usuário (ARPU) aumentou 30 por cento ou mais.22 Não queremos dizer com isso que uma taxa de dados de 9,6 kbps será suficiente, porque com o tempo realmente não será. À medida que as redes 3G e suas proxies 2.5G forem sendo lançadas, elas irão permitir larguras de banda maiores que 9,6 kbps, ainda que com valores inferiores às taxas prometidas pela hipérbole da indústria. Como já mencionamos anteriormente, as operadoras que se pronunciaram sobre o assunto situam esses valores na faixa de 20 a 40 kbps. Em um futuro previsível, isto poderá emergir como um benchmark da indústria. Taxas de dados maiores serão consideradas um dividendo extra. Até o momento, a SKT é uma empresa singular, entre todas as operadoras do mundo, por ter sido a única a realizar uma experiência significativa com a operação comercial de uma rede 3G. Com base nessa experiência, ela talvez esteja mais ciente e mais cuidadosa que outras operadoras sobre o compromisso existente entre o fornecimento de serviços comercialmente viáveis, por um lado, e elevadas taxas de dados, pelo outro. Como já vimos anteriormente, a SKT está agora fornecendo taxas entre 70 e 90 kbps a 180.000 assinantes comerciais da CDMA2000 1X. Isto, dentro de uma base de clientes que gira em torno de 12 milhões de pessoas. Apesar de sua grande realização técnica, a SKT entende que serão os motivos econômicos e não os tecnológicos a limitar as taxas de dados oferecidas a seus clientes, em última análise. A empresa observa que, com apenas 180.000 clientes 3G, ela não gerou tráfego suficiente para que surjam problemas com sobrecarga ou implementação. Ela prevê, no entanto, um inevitável compromisso entre voz e capacidade de dados. Por essa razão, a SKT antecipa taxas de dados econômicas entre 30 e 50 kbps - ou seja, o que será capaz de oferecer de forma econômica para cada cliente, mantendo ao mesmo tempo uma qualidade de serviço aceitável. A empresa acredita que a situação será a mesma para qualquer tipo de rede, seja ela CDMA2000 1X, como a sua própria, ou com tecnologia UMTS. Ela não vê diferenças de custo entre as infra-estruturas dessas duas tecnologias 3G. O problema de 3G da SKT não é técnico e sim comercial, proveniente da necessidade de "converter serviços 3G em receita". Para isso, está se empenhando em fornecer serviços de voz e dados com qualidade "razoável", a fim de "satisfazer... os clientes razoavelmente, mas não absolutamente". A SKT percebeu que é perigoso tentar oferecer taxas de dados elevadas e obter uma satisfação absoluta dos clientes ao mesmo tempo. Para conseguir ambos teria que investir pesadamente, reduzindo assim sua chance de lucro.23 Em suma, a SKT encara a questão central da 3G não como taxas de dados elevadas, mas como taxas de dados rentáveis. Ela acredita que um enfoque nas taxas de dados e nas tecnologias que possam fornecê-las desvia a atenção da questão básica perseguida pela empresa - gerar lucros com o fornecimento de serviços 3G. À medida que outras operadoras reconhecerem e adotarem esse ponto de
vista, elas poderão mudar suas perspectivas de longo prazo. Ao invés
de dirigir seu foco para um objetivo distante e comercialmente incerto das taxas
de dados de 144 kbps ou mais, elas poderão redirecionar o foco para o
objetivo imediato e comercialmente rentável das taxas de dados situadas
entre 30 e 50 kbps. À medida que ocorrer esse redirecionamento do foco,
as atuais operadoras de TDMA/IS-136 poderão considerar mais seriamente
a adoção da cdmaOne como via de transição para a
3G. 
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