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
3 Uma Análise das Vias Convencionais de Migração
para 3G 3.1 Introdução Para que seja possível compreender as opções de migração abertas às operadoras de TDMA/IS-136, vamos começar examinando as vias de migração já concebidas para as principais tecnologias 2G: GSM, cdmaOne e TDMA/IS-136. Este capítulo analisa e expande partes de nossas abordagens anteriores. Após essa análise, examinamos a possibilidade de adotar a CDMA2000 1X como uma alternativa de migração para TDMA. Não analisamos a PDC, uma tecnologia 2G exclusiva do Japão e que será substituída pelas tecnologias UMTS e CDMA2000 1X. Uma via de migração já estabelecida para TDMA/IS-136 assume uma transição inicial para o GSM, com a adoção subseqüente de GPRS e EDGE e uma implementação final da tecnologia UMTS, que é o padrão 3G geralmente aceito para GSM. Ao examinar essa via estabelecida, descobre-se o que poderiam vir a ser barreiras para as operadoras de TDMA que implementam o GSM. Devido a essas barreiras, algumas operadoras de TDMA talvez possam reavaliar as vantagens globais de custo da opção GSM e considerar a CDMA2000 1X (também denominada CDMA 1xRTT) como uma alternativa para a habilitação de serviços 3G. Isto será particularmente útil para as operadoras que operam no espectro de 800 MHz.24 3.2 Via de Migração para as Atuais Operadoras de GSM25 A via de migração para as atuais operadoras de GSM prevê as etapas de aperfeiçoamento GPRS e EDGE para a tecnologia GSM, seguidas pela transição para UMTS em um novo espectro. A implementação de GPRS e EDGE poderá ocorrer nos espectros de 900, 1800 e/ou 1900 MHz, nos quais a tecnologia GSM está atualmente implementada. Essa migração assume a disponibilidade de aparelhos telefônicos multimodo/multibanda, que irão permitir uma operação perfeitamente consistente entre os sistemas GSM (incluindo GPRS-EDGE) e UMTS - que em um futuro previsível será implementado nos espectros de 1900 e 2100 MHz. 3.2.1 Serviço Geral de Rádio por Pacotes (GPRS) O Serviço Geral de Rádio por Pacotes (General Packet Radio Service - GPRS) é considerado o primeiro passo na transição para a 3G. O GPRS aperfeiçoa a rede GSM ao sobrepor uma arquitetura de pacotes à arquitetura já existente de comutação por circuitos. Ele permite que as operadoras de GSM obtenham experiência com a operação de redes por pacotes, a bilhetagem de tráfego em pacotes e o fornecimento de aplicações IP baseadas em pacotes no que será um ambiente combinado de comutação por circuitos e pacotes. Em teoria, o GPRS permite que a redes de sistemas móveis tenham acesso à Internet com velocidades de até 115 kbps. Como já vimos no capítulo anterior, na prática as taxas vão variar entre 10 e 40 kbps, embora seja possível atingir até 50 kbps. Vimos também no capítulo anterior que a empresa BT está operando, por enquanto, a taxas de apenas 8 kbps. Esse número deverá aumentar, porém, à medida que a tecnologia for amadurecendo. O custo de implementação do GPRS é apenas uma fração do custo necessário para implementar o UMTS. Em teoria, as operadoras de GSM serão capazes de incorporar a infra-estrutura do GPRS aos futuros sistemas UMTS. Essa possibilidade irá reduzir o risco de o GPRS tornar-se uma tecnologia órfã e um investimento perdido. De fato, isto faz com que a infra-estrutura do GPRS (embora não os terminais) pareça "livre" para as operadoras de GSM que planejam a transição para a 3G. O GPRS requer um terminal bimodal GSM-GPRS. Uma vez atingida a economia de escala de produção, as primeiras classes de terminais GSM-GPRS terão um custo apenas ligeiramente superior ao dos terminais GSM convencionais.26 3.2.2 [Taxa] de Dados Aprimorada para Evolução Global (EDGE) A [Taxa] de Dados Aprimorada para Evolução Global (Enhanced Data [Rate] for Global Evolution - EDGE) está sendo divulgada como um complemento do GPRS. De fato, a EDGE iria aperfeiçoar a interface aérea com a Rede GSM. Em teoria, a integração da EDGE com o GPRS deveria viabilizar taxas de dados de até 384 kbps. No mundo da TDMA/IS-136, a EDGE será provavelmente implementada como parte integrante de uma nova rede GSM. Por essa razão, a implementação de uma rede GSM-EDGE "virgem" seria teoricamente mais simples que integrar a EDGE a uma rede GSM já estabelecida. A implementação da EDGE, porém requer mais que uma simples atualização de software. Ela exibe características de modulação diferentes, tanto em relação à TDMA como ao GSM. Por isso, a combinação GSM-EDGE poderá exigir alterações e/ou acréscimos aos subsistemas de hardware das estações rádio base. Isto poderá envolver amplificadores, combinadores e isoladores. Além disso, a EDGE poderá exigir também mudanças nos padrões de reutilização estabelecidos, o que implicaria alterações nas antenas das estações rádio base. É importante lembrar ainda que a EDGE exibe uma provisão de enlace 4 a 7 dB mais reduzida que a do GSM. Essa deficiência poderia ser compensada por estações rádio base em maior número.27 Por essas razões, talvez a implementação da EDGE seja mais complexa do que alguns previram inicialmente. A tecnologia EDGE deverá utilizar as mesmas freqüências da combinação GSM-GPRS, além de exigir aparelhos telefônicos trimodais, próprios para GSM-GPRS-EDGE. Alguns observadores chamam a atenção para o desafio de engenharia que será a imposição de uma arquitetura em pacotes aos time slots GSM agregados. A extensão desse desafio é sugerida pelos atrasos no fornecimento de aparelhos telefônicos GPRS comerciais e pelo limitado throughput de dados apresentados pelos mesmos até agora. Vem corroborar essa observação o fato de que nenhum fornecedor demonstrou ainda um protótipo de aparelho telefônico EDGE. Por esses motivos, é ainda incerto quando os aparelhos EDGE irão se tornar comercialmente disponíveis (caso isto ocorra) e, caso se tornem disponíveis, quais taxas de dados irão apresentar.28 Há ainda a questão adicional do custo desses aparelhos telefônicos GSM-GPRS-EDGE. A partir dos fatos acima expostos, mesmo assumindo que os aparelhos EDGE tornem-se comercialmente disponíveis, algumas operadoras de GSM deverão dispensar a tecnologia EDGE, migrando diretamente do GSM ou GPRS diretamente para o UMTS. 3.2.3 Serviço Telefônico Móvel Universal (UMTS) O Serviço Telefônico Móvel Universal (Universal Mobile Telephone Service - UMTS) é o padrão 3G aceito para as operadoras de GSM. O UMTS requer um par de canais de RF de 5 MHz, quatro vezes mais amplo que o par de canais de 1,25 MHz necessários para CDMA2000. Por essa razão, o UMTS é denominado algumas vezes "CDMA banda larga" (W-CDMA). Ao migrar para o UMTS, as operadoras irão ter acesso a um espectro adicional, assim como à maior capacidade e à funcionalidade expandida da nova tecnologia. O UMTS incorpora ainda um vocoder (codec) variável mais eficiente. Em comum com a CDMA2000 1X, esse vocoder irá elevar a capacidade de voz de uma determinada faixa do espectro. Já mencionamos que, fora das Américas, o UMTS está sendo implementado nas freqüências de 1900 MHz (enlace ascendente) e 2100 MHz (enlace descendente). Devido a essa característica, algumas operadoras não poderão migrar para o UMTS, principalmente aquelas sediadas nas Américas que estão utilizando as freqüências de 1900 MHz para a tecnologia PCS.29 A alocação de outras freqüências para o UMTS poderá se revelar possível ou não. Os bem conhecidos insucessos de operadoras americanas em adquirir freqüências no espectro de 700 MHz (ocupado pelas emissoras de TV), 1700 MHz (ocupado pelos militares) ou 2500-2600 MHz (ocupado por emissoras educacionais) fornecem alguns exemplos. Com a única exceção do Japão (que está construindo redes UTMS autônomas), as operadoras de UMTS irão empregar terminais multimodo e multibanda. Esses terminais irão permitir handoffs perfeitamente consistentes entre o que serão redes GSM-GPRS (ou GSM-GPRS-EDGE) totalmente implementadas e redes UTMS parcialmente implementadas. Esses handoffs consistentes irão permitir que as operadoras desenvolvam redes UTMS à medida que a tecnologia vá amadurecendo e a demanda vá crescendo, de forma bastante semelhante às operadoras do espectro de 800 MHz nas Américas do Norte e do Sul, que desenvolveram redes digitais como extensões de suas redes analógicas a partir de meados dos anos 90. Em suma, a transição para UMTS irá permitir a vantagem de um investimento gradual em infra-estrutura, perfeitamente adaptado à demanda. Ela irá introduzir, porém, a desvantagem de terminais complexos e caros. 3.3 Via de Migração para Operadoras de TDMA/IS-136 A migração da TDMA/IS-136 para a 3G deveria ser originalmente paralela à migração do GSM para a 3G. As operadoras de TDMA deveriam ter sobreposto a tecnologia GPRS baseada em pacotes à sua infra-estrutura TDMA. Em seguida, deveriam ter introduzido uma interface de RF da tecnologia EDGE. No entanto, com a adoção do GSM pela AT&T, essa via de migração foi alterada. Assume-se atualmente que as operadoras de TDMA irão antes implementar uma rede GSM em seu atual espectro de 800 e/ou 1900 MHz, já atribuído. Com isso, terão um estrutura sobreposta ou em paralelo à sua rede TDMA estabelecida. Em seguida, elas irão seguir a via das operadoras de GSM, efetuando a migração de suas redes GSM para GPRS, talvez para EDGE e por fim para UMTS. Em teoria, essa mudança na via de migração irá permitir que as operadoras de TDMA se beneficiem dos avanços em pesquisa e desenvolvimento e das economias de escala já desfrutados pelo mundo GSM. Enquanto conceito, essa abordagem é coerente. Ela apresenta, porém, pelo menos quatro desafios de implementação, todos eles referentes às operadoras de TDMA/IS-136 que ocupam as freqüências de 800 MHz. Dois deles referem-se às operadoras de TDMA que ocupam as freqüências de 1900 MHz.
A empresa AT&T, que precipitou o movimento das operadoras de TDMA/IS-136 em direção ao GSM, pode ser um caso à parte. Ao contrário da Cingular, a outra grande operadora de TDMA dos E.U.A., ela reuniu um volume desproporcional de freqüências no espectro de 1900 MHz, nas 12 maiores áreas metropolitanas do país.35 A AT&T detém licenças para o espectro de 1900 MHz em 9 desses 12 maiores mercados.36 A Cingular, por sua vez, detém tais licenças em apenas quatro deles.37 Dessa forma, ao adotar o GSM como via de migração para a 3G, a AT&T pode estar respondendo ao que reconhece como uma vantagem competitiva - uma vantagem que a Cingular, seu principal concorrente, não será capaz de igualar. Em suma, está claro o conceito de adotar o GSM como via de migração da TDMA/IS-136 para a 3G. Na prática, porém, há uma série de barreiras para seguir essa via. No caso das operadoras TDMA dos 800 MHz, há uma incerteza na disponibilidade de equipamentos GSM 800, principalmente telefones, além da necessidade potencial de uma rede GSM inesperadamente densa. E no caso das operadoras tanto de 800 como de 1900 MHz, existe o potencial impedimento de utilização, pelos assinantes, dos serviços GSM quando estiverem em roaming em redes TDMA. Além disso, há ainda a incerteza sobre a futura disponibilidade de espectro para a implementação do UMTS. Não devemos desprezar também as questões de custos dos aparelhos telefônicos. De fato, os aparelhos bimodais GSM-TDMA são inerentemente caros e serão úteis apenas em nichos de mercado. Como tais, eles não irão se beneficiar da economia de escala - que será de modo geral desfrutada pela comunidade GSM. Vamos discutir tal economia em nosso próximo capítulo. 3.4 Via de Migração para Operadoras de cdmaOne A via de migração inicial para as operadoras de cdmaOne começa pela atual tecnologia cdmaOne (também conhecida como CDMA/IS-95 ou CDMA/IS-95-A), passando opcionalmente pela CDMA/IS-95-B (implementada apenas no Japão, na Coréia e recentemente no Peru) e concluindo com a CDMA/IS-95-C ou CDMA 1xRTT (Um Multiplicado por Tecnologia de Transmissão de Rádio ou One Times Radio Transmission Technology). A CDMA 1xRTT é geralmente abreviada como CDMA2000 1X e algumas vezes como CDMA2000 1x. O próximo passo na evolução é a CDMA2000 1x EV-DO (Evolução - Apenas Dados). Embora o cronograma de sua implementação ainda não esteja definido, a Sprint antecipa sua disponibilidade comercial para o início de 2003. A Sprint está cautelosa em sua adesão à EV-DO, preferindo antes observar como o mercado de dados vai se desdobrar antes de assumir um compromisso.38 Outras empresas prevêem que a EV-DO irá se tornar comercialmente disponível no final de 2002. A tecnologia CDMA2000 1x EV-DV (Evolução - Dados e Voz) deve ser implementada futuramente. A Motorola demonstrou essa tecnologia durante o primeiro trimestre de 2001 e já propôs um padrão juntamente com a Nokia, a Philips Semiconductors e a Texas Instruments. Na época o grupo antecipou que o padrão seria estabelecido em maio de 2001.39 Agora parece mais provável que isto vá ocorrer no final de 2001. 3.4.1 cdmaOne/IS-95-A A tecnologia cdmaOne/IS-95-A oferece suporte a sinais de voz comutados por circuitos e dados comutados por circuitos ou pacotes, com velocidades de até 14,4 kbps. Devido ao enfoque inicial de fornecedores e operadoras em sinais de voz, historicamente a cdmaOne/IS-95-A tem sido utilizada apenas para voz comutada por circuitos e, mais recentemente, para um pequeno volume de dados comutados por circuitos. 3.4.2 cdmaOne/IS-95-B A tecnologia cdmaOne/IS-95-B oferece suporte a sinais de voz comutados por circuitos e dados comutados por pacotes. As empresas KDDI, no Japão, e SKT, na Coréia, vêm implementando essa tecnologia desde 1999. Em teoria, ela fornece taxas de dados de até 115 kbps, atingindo geralmente valores práticos de 64 kbps. A cdmaOne/ IS-95-B está sendo agora substituída pela CDMA2000 1X, de maior capacidade e velocidade, e dificilmente será implementada em outras regiões. 3.4.3 CDMA2000 1X A tecnologia CDMA2000 1X foi historicamente considerada como a primeira fase de migração da cdmaOne para a 3G. Como já observamos no Capítulo Um, a ITU já considera essa tecnologia como 3G. Ela oferece suporte a voz comutada por circuitos e dados comutados por pacotes no mesmo canal de RF. Em teoria, a CDMA2000 1X Versão A permite taxas de dados de até 307 kbps ou mesmo superiores, de acordo com o ambiente de RF. A anterior representa uma elevação de dez vezes sobre a taxa de 14,4 kbps oferecida pela cdmaOne, sendo compatível com o padrão de desempenho aceito para a 3G. Em outubro de 2000, a empresa coreana SK Telecom (SKT) lançou, utilizando equipamento Samsung, o primeiro serviço CDMA2000 1X comercial, em seu espectro já ocupado de 800 MHz. Na época, ela anunciou planos de cobrir todas as regiões urbanas do país durante o segundo trimestre de 2002.40 Em maio de 2001, outras duas empresas coreanas, LG Telecom (LGT) e Korea Telecom Freetel (KTF), também lançaram um serviço comercial utilizando a CDMA2000 1X em seus espectros já ocupados. Na época, a LGT declarou que iria cobrir todo o país até o final do ano.41 Nos E.U.A., as empresas Verizon e Sprint PCS deverão implementar a tecnologia CDMA2000 1X até o final de 2001.42 Os lançamentos efetuados pelos coreanos ilustram a flexibilidade e a plena disponibilidade comercial da CDMA2000 1X. As empresas SKT e KTF receberam licenças 3G para implementar o UMTS nos espectros de 1900 e 2100 MHz. No entanto, enquanto aguardam a oferta comercial e os testes de uma infra-estrutura e de telefones UMTS, estão implementando primeiramente a tecnologia CDMA2000 1X em seu espectro atual. 3.4.4 CDMA2000 1x EV-DO A tecnologia CDMA2000 1x EV-DO oferece suporte, em canais de RF separados, a sinais de voz comutados por pacotes e dados de alta velocidade comutados por pacotes. O canal de voz facilita a manutenção da baixa latência necessária para a transmissão de conversações bidirecionais. O canal de dados exibe o roteamento flexível e as vantagens de transmissão de baixo custo de uma rede em pacotes. A CDMA2000 1x EV-DO oferece taxas de dados teóricas de até 2,4 Mbps. Em princípio, a utilização de canais separados para voz e dados requer mais largura de banda que um canal combinado. Na prática, porém, a desvantagem do espectro diminui à medida que aumenta o tráfego de dados. Isto é válido especialmente para as operadoras com maior número de faixas no espectro e elevados throughputs. Um detalhe importante - e em alguns casos não totalmente reconhecido - é que a migração da cdmaOne para a CDMA2000 1X e tecnologias posteriores oferece uma utilização mais flexível do espectro, se comparada às migrações de GSM para UMTS e de TDMA/IS-136 para UTMA através de GSM. Sob os conceitos atuais, o GSM não estará disponível para as freqüências de 1900 e 2100 MHz alocadas para o UMTS. Este, por sua vez, não estará disponível para as freqüências de 800, 900, 1800 e 1900 MHz43 alocadas para GSM. No entanto, as operadoras têm condições de implementar a tecnologia CDMA2000 1x EV-DO (e possivelmente também a EV-DV) nos espectros recém-atribuídos de 1900 e 2100 MHz e/ou nos espectros já estabelecidos de 800 e/ou 1900 MHz. Como já comentamos anteriormente, as empresas coreanas SKT, LGT e KTF já implementaram a CDMA2000 1X nos espectros que estavam ocupando. Além disso, a operadora japonesa KDDI pretende implementar a CDMA2000 1X em um espectro recém-atribuído. A maioria das operadoras deverá implementar a tecnologia CDMA2000 1X em espectros já ocupados. Essa utilização flexível do espectro é uma das vantagens da CDMA2000 1X. Ao permitir que as operadoras utilizem o espectro já em uso, ela pode poupar às mesmas os custos evidentes das licitações por novas faixas no espectro 3G ou, no caso dos "concursos de beleza", os custos ocultos de requerer tais faixas. Os custos do segundo caso podem ser consideráveis, principalmente quando incluem condições onerosas para a construção de redes. A Suécia, por exemplo, não taxa as licenças para 3G. No entanto, exige que cada licenciado gaste o equivalente a US$ 3 bilhões ou mais na construção de redes que cubram todo o país, em até dois anos a partir da concessão da licença.44 (O órgão regulador já reduziu essas exigências, permitindo que o licenciado compartilhe até 70 por cento da infra-estrutura de 3G). As operadoras que implementam a tecnologia CDMA2000 1X em seus espectros já ocupados não tiram proveito da capacidade adicional oferecida por um novo espectro. Essa desvantagem, porém, é compensada até certo ponto por um algoritmo de codificação mais eficiente, incluído na CDMA2000 1X. Esse algoritmo dobra a capacidade teórica da cdmaOne, embora na prática o ganho de capacidade fique próximo dos 50 por cento, sem degradação de voz.45 As tecnologias EDGE e UMTS também vão incluir um algoritmo de codificação mais eficiente, obtendo assim os ganhos de capacidade associados. A tecnologia GPRS, por sua vez, não é capaz de oferecer ganhos de capacidade pelo fato de ser uma arquitetura de rede e não uma interface de RF. 3.5 CDMA2000 1X como Alternativa para as Operadoras de TDMA/IS- Nossa análise anterior comparou resumidamente as vias de migração já assumidas para a 3G, a partir das tecnologias TDMA/IS-136 e cdmaOne. Ela revelou quatro barreiras em potencial para as operadoras de TDMA que desejam adotar o GSM.
As operadoras de TDMA/IS-136 que ocupam as freqüências de 800 MHz
irão enfrentar todas as quatro barreiras. Ao permitir a transição para a 3G no espectro já ocupado pela operadora, seja em 800 ou 1900 MHz, a tecnologia CDMA2000 1X elimina tais incertezas. A infra-estrutura e os terminais para CDMA2000 1X estão disponíveis para as freqüências dos espectros de 800 e 1900 MHz. Além disso, todos os terminais da CDMA2000 1X para 800 MHz possuem um modo analógico, garantindo assim a cobertura de buracos não digitais da rede. As operadoras já possuem o espectro para atuar. Por fim, a eficiência 50 por cento maior (ou mais) da CDMA2000 1X e suas derivações oferece capacidade para aplicações com maior largura de banda e também maior volume de sinais de voz. São todas vantagens significativas. Por essas razões, é recomendável que as operadoras de TDMA/IS-136 reavaliem a totalidade dos benefícios de custo da cdmaOne em relação ao GSM e considerem a cdmaOne e suas derivações para a habilitação de serviços 3G. O próximo capítulo compara com mais detalhes as alternativas GSM e cdmaOne.
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