Table of Contents Chpt. 1 Visão Geral Chpt. 2 O que a 3G Pode Oferecer - Uma Definição Chpt. 3 Uma Análise das Vias Convencionais de Migração para 3G Chpt. 4 Comparação das Vias de Migração Chpt. 5 Resumo e Conclusões Isenção de Responsabilidade Créditos Prefácio Download Paper

GSM ou CDMA :
Os Desafios Comerciais e Tecnológicos para as Operadoras de TDMA

Uma Análise Efetuada Pelo
The Shosteck Group
Publicada pelo
CDMA Development Group
Junho de 2001

Also Available in English

1   Visão Geral

1.1 Introdução

Este white paper examina e discute as opções oferecidas às operadoras de redes TDMA/IS-136 na migração para as tecnologias sem fio de terceira geração (3G). Ele aborda, especificamente, a conveniência da CDMA2000* 1X (denominada anteriormente CDMA/IS-95-C, CDMA 1xRTT ou cdma2000 1x) e de suas derivações futuras, CDMA 1xEV-DO e CDMA 1xEV-DV, como alternativas 3G.

O cerne de nossa análise é formado pelas questões de disponibilidade de aparelhos telefônicos, de custo desses aparelhos e das economias da escala de produção de curto a médio prazo. Ao avaliar tais questões, chegamos à conclusão que, na transição de TDMA/IS-136 para 3G, as vantagens geralmente atribuídas às tecnologias maduras podem não se confirmar na prática.

O The Shosteck Group não endossa o uso de uma determinada tecnologia em detrimento de outras ou de uma via de migração para 3G sobre as demais. Ao invés disso, apontamos e discutimos os possíveis desafios que as operadoras de TDMA/IS-136 poderão enfrentar com a implementação do GSM e as possíveis vantagens oferecidas pela cdmaOne™ +. Com base nessas possíveis vantagens, sugerimos que as operadoras de TDMA possam encontrar vantagens ao avaliar a tecnologia CDMA como uma opção para 3G. E que, entre as operadoras de TDMA que fizerem tal avaliação, algumas poderão concluir que o GSM é realmente a melhor opção - especialmente as empresas licenciadas para operar nas freqüências de 1900 MHz. Outras operadoras de TDMA, porém, poderão concluir que a CDMA é a opção mais viável - especialmente aquelas licenciadas para operar nas freqüências de 800 MHz. Em suma, com este white paper pretendemos levantar questões essenciais envolvidas na transição para 3G. A solução de tais questões, até o limite possível, deverá ocorrer a partir de discussões efetuadas entre as operadoras de redes e seus fornecedores.

Como primeiro passo, vamos esclarecer o que queremos dizer com 3G. O componente de rádio das tecnologias avançadas varia em termos de três características, pelo menos.

1. A largura do canal de RF, que pode variar de 200 kHz, no caso de GSM-GPRS, a 5 MHz em UMTS.
2. A alocação do espectro de RF. Ele pode variar desde a implementação em um espectro já atribuído em 800 e 1900 MHz, no caso da CDMA2000 1X, até a implementação em um espectro recém-atribuído em 1900 e 2100 MHz, no caso do UMTS. Embora pouco discutido, este último espectro é também adequado à CDMA2000 1X.
3. A taxa de dados, que pode variar entre valores teóricos de 115 kbps e além de 2 Mbps, de acordo com a tecnologia. Algumas tecnologias avançadas foram denominadas 2.5G enquanto outras receberam o nome de 3G; outras ainda são (ou foram) conhecidas por ambos os nomes.

A International Telecommunication Union (ITU) atua como árbitro para os padrões 3G. Ela não define a 3G em termos de largura de canal ou alocação de espectro, mas de acordo com a taxa de dados. Segundo a definição da ITU, a interface de RF 3G é capaz de aceitar taxas de dados iguais ou superiores a 144 kbps. Ela admite que as tecnologias W-CDMA (UMTS) e CDMA2000 1X satisfazem esse critério.¹

Taxas de dados maiores permitirão que os usuários finais disponham de um conteúdo mais variado que o disponível atualmente e, juntamente com a arquitetura em pacotes, tenham acesso imediato e de baixo custo à Internet. Essas maiores taxas de dados e principalmente o acesso imediato e barato à Internet irão expandir, por sua vez, o futuro tráfego em redes. À medida que o tráfego em redes se expandir, a receita das operadoras irá aumentar. No entanto, independentemente da capacidade das tecnologias, as operadoras devem identificar os compromissos econômicos e comerciais dos custos de rede em relação às taxas de dados. Em última análise, cada operadora deverá otimizar a taxa de dados oferecida aos usuários finais em termos do custo para oferecê-la contra a receita gerada.

As operadoras AT&T e Rogers AT&T, por exemplo, que utilizam a TDMA/IS-136, optaram pelo GSM, para em seguida evoluir para GSM-GPRS e depois implementar o GSM-GPRS-EDGE, para finalmente adotar a tecnologia UMTS (conhecida também como W-CDMA). Este último passo considera garantida a disponibilidade de espectro para UMTS. Essa via de migração presentemente assumida tem um desenvolvimento bastante recente. Outras operadoras de TDMA estão ainda decidindo qual via de migração irão adotar. Há cerca de um ano, a via de migração assumida para as operadoras de TDMA/IS-136 era a implementação de TDMA-GPRS, seguida pela TDMA-GPRS-EDGE e por fim - por meio de um processo mal definido - a adoção do UMTS. Essa primeira via de migração deixou de ser discutida.

Ao examinar as vias de migração, dirigimos nosso foco às questões comerciais com as quais devem lidar as operadoras de TDMA/IS-136 na escolha de uma alternativa 3G. Nesse processo, cinco séries de questões se destacaram. São elas:

1. Elevar a receita média por usuário (ARPU).
2. Minimizar os custos de implementação da tecnologia
3. Adotar um processo de implementação tão simples (e, portanto, tão indolor) quanto possível.
4. Implementar serviços comerciais viáveis em tempo hábil.
5. Manter um serviço satisfatório para o usuário final durante esse processo.

As duas últimas questões são especialmente importantes. Caso as operadoras não possam implementar serviços comerciais viáveis e em tempo hábil, elas correrão o risco de perder sua posição competitiva. E se a rede e/ou os aparelhos telefônicos fornecerem um serviço deficiente ao usuário final, eles não só deixarão de gerar receita, como irão também incentivar o fenômeno de "churn". Preferimos não dar muita atenção às nuanças de elegância tecnológica que as tecnologias alternativas podem ou não oferecer. Para nossos objetivos, as questões comerciais são mais importantes.

Não devemos esquecer da importância dos serviços de voz. É verdade que com a utilização de técnicas de compressão e o gerenciamento mais sofisticado para a largura de banda, a 3G deverá permitir a adoção de aplicações que não utilizam voz, tal como vídeo full-motion e multimídia, tudo em tempo real. Dito isto, os serviços de voz continuarão gerando a maior parte da receita das operadoras em um futuro previsível. Isto provém do "efeito do estímulo dos dados", ou seja, o aumento dos serviços de dados não irá desbancar o tráfego de voz e sim expandi-lo. Mesmo os mais entusiásticos defensores das aplicações sem voz reconhecem esse fenômeno.²

1.2 Vias de Migração e Períodos de Tempo para Implementação

Daqui a 10 ou 15 anos, as atuais questões da migração para 3G estarão desaparecendo e passando à memória histórica. Todas as operadoras 2G de hoje já terão implementado a 3G e talvez algumas tecnologias ainda mais avançadas. Os desafios da implementação, alguns deles ainda não totalmente reconhecidos, terão sido superados com sucesso.

Nesta época, porém, as questões críticas enfrentadas pelas operadoras estão centradas em qual das tecnologias da próxima geração devem escolher para um futuro que varia de imediato a médio prazo - ou seja, o próximo período de um a cinco anos. Essas vias de evolução de um a cinco anos são claras para as operadoras que já implementam as tecnologias GSM, cdmaOne ou PDC. O mesmo não se pode dizer das operadoras que implementam atualmente a TDMA/IS-136.

Para recapitular, as operadoras de GSM, ou mais precisamente aquelas licenciadas para o espectro de 900 e/ou 1800 MHz, irão evoluir antes para GSM-GPRS e em última análise para UMTS, podendo implementar ou não o GSM-GPRS-EDGE como passo intermediário. A implementação do UMTS irá exigir que tais operadoras utilizem uma parte do espectro 3G (UMTS) recém-alocada e recém-atribuída em 1900 MHz (enlace ascendente) e 2100 MHz (enlace descendente), juntamente com o espectro GSM atualmente atribuído de 900 e/ou 1800 MHz. Ela irá requerer também aparelhos telefônicos multimodo/multibanda para GSM-GPRS-UMTS (ou GSM-GPRS-EDGE-UMTS). Tais aparelhos multimodo irão permitir handoffs de uma rede a outra, o que irá viabilizar um fornecimento perfeitamente consistente de serviços GSM básicos (voz e mensagens) ao longo de toda a rede, além do oferecimento de UMTS nas partes de tráfego mais intenso. Isto irá possibilitar ainda que as operadoras implementem a infra-estrutura 3G apenas de acordo com a demanda, minimizando assim o ônus de seus investimentos.

Não é tão clara a via de migração para as operadoras de GSM que operam no espectro de 1900 MHz (quase todas situadas nas Américas). Um espectro 3G separado, que seja adequado para UMTS, está ainda para ser alocado. Até que tal espectro esteja alocado e disponível, as operadoras de GSM que atuam no espectro atribuído de 1900 MHz estarão impedidas de avançar além do GPRS e do EDGE, caso este último torne-se comercialmente acessível.

As operadoras da cdmaOne, por sua vez, quer atuem nas freqüências da faixa de 800 MHz, 1900 MHz ou ambas, poderão evoluir para a CDMA2000 1X utilizando seu espectro atual, o que elimina o desafio de encontrar um novo espectro. A evolução para CDAM2000 1X requer placas de canal e atualizações de software para as estações rádio base da cdmaOne, além do lançamento de aparelhos telefônicos para CDMA2000 1X. Como todos os aparelhos CDMA2000 1X são retroativamente compatíveis com a infra-estrutura cdmaOne herdada, estará eliminada também a necessidade de aparelhos multimodo.

No Japão, as operadoras de PDC irão construir redes UMTS totalmente separadas para os espectros recém-atribuídos de 1900 e 2100 MHz. Os assinantes terão acesso a essas redes por meio de aparelhos UMTS de um só modo e uma só banda.

Durante o próximo período de um a cinco anos - até meados de 2006, portanto - nenhuma operadora deverá concluir a evolução para 3G, não importa qual tecnologia esteja adotando atualmente (GSM, cdmaOne, TDMA/IS-136 ou PDC). Algumas delas poderão até implementar totalmente uma infra-estrutura 3G, mas sem um subsídio maciço para os aparelhos telefônicos, todas ainda terão assinantes que continuarão a utilizar as redes 2G. Algumas operadoras deverão avançar substancialmente na transição para a 3G, principalmente aquelas que implementam hoje a cdmaOne e optaram pela CDMA2000 1X. Para as que implementam TDMA, porém, a via de evolução é mais complexa e menos clara.

Assim sendo, independentemente de as operadoras de TDMA/IS-136 escolherem GSM ou cdmaOne como via de migração, elas terão que superar desafios nunca antes enfrentados pela indústria do setor. Dessa forma, as duas vias deverão se mostrar mais complexas, dispendiosas, difíceis e demoradas que muitas das inicialmente imaginadas. Entretanto, como sugerimos em nossa análise a seguir, ao menos para algumas operadora de TDMA a tecnologia CDMA deverá se tornar uma alternativa menos onerosa.

1.3 O Dilema das Operadoras de TDMA

Os maiores níveis de complexidade, despesas, dificuldade e tempo irão se originar do fato da TDMA/IS-136 estar se tornando uma "tecnologia órfã". Como todas as tecnologias órfãs, ela se caracteriza por duas limitações

1. Ela satisfaz apenas as necessidades de curto prazo do mercado.
2. Ela não oferece uma base para evolução futura.³

Entre as órfãs pode haver também novas tecnologias com um ciclo de vida limitado. Um bom exemplo é a HSCSD (dados de alta velocidade comutados por circuito), que mal chegou a ser implementada antes de ser abandonada. Outras chegam a ser tecnologias maduras ao final de sua vida útil. A TDMA pertence a esta categoria.

Por sua própria natureza, as tecnologias órfãs estão sendo substituídas por alternativas mais funcionais e/ou de menor custo. Por essa razão, elas oferecem apenas vantagens de curta duração às operadoras de redes e/ou aos usuários finais. Para os fabricantes, isto significa um decréscimo rápido dos volumes de produção e dos lucros. Logo que identificam essa situação, os fabricantes congelam os investimentos em pesquisa e desenvolvimento, o que acelera a condição de órfãs das tecnologias em questão. Com isto, elas vão perdendo mais terreno em relação às novas e mais avançadas tecnologias. À medida que vão perdendo terreno, passam a oferecer cada vez menos benefícios às operadoras de redes e/ou aos usuários finais. Por fim, são abandonadas.

Entre outros exemplos de tecnologias órfãs podemos citar o telégrafo (substituído pelo telefone), o telex (substituído pelo fax - que, por sua vez, está sendo substituído pelo e-mail) e a telefonia comutada por circuitos (que está sendo substituída pela telefonia por pacotes.

As vendas de terminais em todo o mundo atestam a condição emergente de órfã da TDMA/IS-136. Durante o ano de 2000, 63 por cento dos terminais vendidos eram GSM, 13 por cento eram cdmaOne e apenas 9 por cento eram TDMA.⁴ O volume relativamente baixo de vendas da TDMA está tornando essa tecnologia menos atraente para os fabricantes. Sua condição de órfã foi selada com o anúncio da AT&T Wireless, feito em novembro de 2000, de que estava abandonando os planos de incorporar as tecnologias GPRS e EDGE à TDMA. Ao invés disso, ela declarou que irá sobrepor a tecnologia GSM à sua rede TDMA já existente.⁵ Em teoria, isto irá permitir que a AT&T implemente as tecnologias GSM-GPRS, GSM-GPRS-EDGE e, desde que haja espectro disponível, GSM-GPRS-EDGE-UMTS como sua via de migração para a 3G.

A abordagem da AT&T leva em conta a possibilidade de tirar proveito dos enormes esforços de pesquisa e desenvolvimento que estão sendo aplicados à via de transição para GSM (isto é, GSM-GPRS e GSMGPRS-EDGE) e da esperada economia oferecida em escala de produção pelo GSM e possivelmente pelo UMTS, ao longo do tempo. De fato, essa premissa da economia de longo prazo proporcionada por pesquisa e desenvolvimento e escala de produção constitui a base lógica por trás da escolha do GSM como via de transição para a 3G.⁶ Ela define também o dilema central, embora não mencionado, que cada operadora de TDMA está enfrentando. Por um lado, deve a operadora escolher uma via para a 3G que envolva custos menores de curto e médio prazo, mas custos incertos de longo prazo? Pelo outro, deve ela optar por uma via para a 3G envolvendo custos de curto e médio prazo mais elevados, mas com custos de longo prazo aparentemente mais definidos e reduzidos?

Esclarecer essas questões de custo é um dos objetivos deste documento. Mais adiante, iremos abordar também a economia de escala de produção. Veremos que, com a implementação de aparelhos telefônicos bimodais TDMA-GSM, as operadoras de TDMA/IS-136 não poderão tirar proveito da economia de escala normalmente associada à adoção do GSM como via de migração para a 3G. Vamos discutir também o compromisso existente entre projeto/operação de uma rede econômica (e potencialmente lucrativa) e o fornecimento de taxas elevadas de dados.

Ao adotar o GSM, a AT&T destruiu qualquer esperança de um desenvolvimento adicional para a TDMA/IS-136 e de uma migração para a 3G baseada na mesma. Isto significa que todas as operadoras de TDMA devem agora escolher uma nova alternativa para tal migração. Embora a maioria dos observadores da indústria já tenham assumido que a escolha irá recair sobre o GSM, a tecnologia cdmaOne também tem chances.

A utilização do GSM como forma de chegar a 3G é realmente um conceito atraente. No entanto, ele requer a implementação, pelas operadoras de TDMA/IS-136, do que para todos os efeitos será uma rede 3G completamente separada - o que deverá se mostrar uma proposta difícil e dispendiosa. Ela será especialmente difícil para as operadoras de TDMA que atuam nas freqüências de 800 MHz, em contraste com a faixa de 1900 MHz. De fato, para as operadoras de 800 MHz a disponibilidade de uma infra-estrutura para GSM é ainda uma promessa, embora as empresas Nokia, Ericsson, Motorola e Nortel, que fizeram tal promessa, sejam fornecedores confiáveis. Ainda mais importante e também não mencionado será o fornecimento em tempo hábil de aparelhos telefônicos GSM para 800 MHz, a custos razoáveis. Na época da redação deste documento (junho de 2001), tanto a data de fornecimento como o custo dos mesmos permaneciam desconhecidos.

1.4 Os Dois Passos da Evolução para a 3G

Não importa que as operadoras de TDMA/IS-136 escolham GSM ou cdmaOne como via de migração para a 3G, pois elas irão enfrentar as mesmas duas barreiras existentes nessa transição.

1. O desafio e o custo de implementar uma rede GSM ou CDMA separada, em paralelo com suas redes TDMA já estabelecidas.
2. O desafio e o custo de utilizar essa rede separada para efetuar a transição para a 3G.

Assim sendo, vimos que o GSM e a cdmaOne oferecem alternativas de migração substancialmente diferentes. Vamos explorar essas alternativas nos próximos capítulos, abordando principalmente as questões de custo e implementação em tempo hábil.

 

*	CDMA2000 é marca da Telecommunications Industry Association (TIA)
†	cdmaOne é marca registrada do CDMA Development Group (CDG)
1.	"The Road to IMT-2000", http://www/itu.int/imt/what_is/roadto/index.html. O padrão 3G especifica, mais exatamente, 144 kbps em ambientes móveis, 384 kbps em ambientes de pedestres e 2 Mbps em ambientes fixos
2.	Ian Allison, "Ericsson on the EDGE: Interview," Wapweek, 9 de abril de 2001
3.	The Shosteck Group, Third Generation Wireless (3G): The Continuing Saga, Wheaton, Maryland, fevereiro de 2001, pág. 263-264.
4.	"Terminal Sales by Technology, World Market, 1992-2000," Shosteck E-STATS, The Shosteck Group, Wheaton Maryland, contínuo.
5.	"AT&T to Ditch TDMA for GSM-Based Data Migration," 3G Mobile, 29 de novembro de 2000, pág. 1-2.
6.	Comunicação pessoal por fonte industrial informada, Bellevue, Washington, 25 de maio de 2001.