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:: Problemas de Performance em Redes Celulares

José Mauricio dos Santos Pinheiro em 30/05/2004

 

Introdução

É fato que nos últimos anos os sistemas de telefonia móvel utilizando os acessos por rádio enlaces têm experimentado um crescimento verdadeiramente exponencial e, como qualquer outra rede de telecomunicações desenvolvida para prestar serviços a diferentes tipos de assinantes, seu projeto, sua manutenção e operação são fatores importantes a serem considerados. Por esse motivo, no momento em que se deseja determinar os parâmetros básicos para um sistema de telefonia celular, baseado em premissas de projeto, planejamento, operação e manutenção, deve-se considerar também algumas restrições que irão determinar a qualidade que o sistema poderá oferecer aos seus assinantes.

Vários sistemas de telefonia celular foram desenvolvidos ao longo do tempo, fato que permitiu comparações e avaliações entre eles, trazendo um melhor conhecimento técnico sobre os aspectos de gerenciamento dessas redes, bem como sobre a avaliação das dificuldades que podem ocorrer na transmissão e recepção dos sinais de rádio que, de alguma forma, podem contribuir para a degradação da performance do sistema.

Pequeno histórico

A FCC (Federal Communications Commission) dos Estados Unidos, define um sistema de telefonia celular como sendo "um sistema móvel terrestre de alta capacidade, no qual o espectro de rádio é dividido em canais discretos, os quais são designados em grupos a células geográficas, cobrindo uma área geográfica do serviço celular. Os canais discretos são reusados em diferentes células dentro da área de serviço, através de um processo chamado reuso de freqüência."

O primeiro sistema de comunicação celular foi desenvolvido no final da década de 1970 no Japão. De lá para cá muitos outros sistemas foram desenvolvidos, baseados em técnicas de transmissão analógicas como o AMPS, TACS, NMT, etc, até chegarmos aos sistemas digitais atuais.

Gerenciamento de Freqüências

Em sistemas de telefonia celular, o gerenciamento de freqüências é um fator importante para garantir a perfeita utilização do espectro de freqüências de rádio disponível. Essa função de gerenciamento de freqüências consiste em dividir um determinado número de canais em uma área geográfica de cobertura limitada conhecida como "célula", e posteriormente reutilizá-los em outras áreas de cobertura.

Dessa maneira, a qualidade dos serviços de comunicação baseados em meios não guiados, como é o caso da telefonia celular, é obtida através da limitação da cobertura de cada transmissor, em cada estação rádio base, para a área de uma célula, de tal forma que os mesmos canais de rádio possam ser reusados por outras células adjacentes, pertencentes a uma outra estação rádio base localizada nas proximidades. A determinação da alocação e reuso desses canais é fundamental para uma avaliação do sistema à medida que ocorra algum aumento de tráfego, aumento do número de assinantes, concentração em determinadas áreas, etc.

No caso específico das redes de telefonia celular, o reuso das freqüências está sujeito a vários fatores externos que podem degradar a performance do sistema. Estes fatores estão muitas vezes fora do controle das operadoras que prestam o serviço de comunicação e apresentam muitos desafios quanto à sua detecção e a definição das medidas corretivas.

 Condições de funcionamento

 Independente do sistema que utilizam, todas as redes de telefonia celular têm um ponto em comum: são projetadas para serem confiáveis e utilizam equipamentos de alta qualidade que devem funcionar continuamente em quaisquer condições ambientais, desde condições severas de temperatura (excesso de frio ou calor) até condições de umidade excessiva.

Os equipamentos que funcionam nas redes de telefonia celular normalmente possuem diversos recursos que facilitam o diagnóstico e a solução de problemas que venham a ocorrer na sua área de cobertura. Muitos componentes do sistema celular ficam expostos constantemente às intempéries como é o caso das ERB’s (Estações Rádio Base) e suas antenas, que são freqüentemente encontradas nos pontos geográficos mais altos nas localidades do interior ou no topo dos edifícios, nos grandes centros urbanos.

Essa exposição constante causa, no decorrer do tempo, uma degradação da performance do sistema, provocada principalmente por equipamentos ou componentes danificados / corroídos pelo tempo ou ainda problemas devido à falhas de conexões. Nesses casos, as operadoras dos serviços móveis necessitam de profissionais e de ferramentas capazes de localizar, identificar e solucionar rapidamente as causas que provocaram essa degradação.

 Interferências

A existência de diversas fontes de rádio próximas às antenas poderá provocar algum tipo de interferência. Por exemplo, os sinais de interferência podem ser provocados pela intermodulação de transmissões de TV e rádio FM de alta potência, cujos produtos resultantes aparecem dentro da banda. Até mesmo as transmissões ilegais de estações de rádio piratas, que estejam violando a alocação do espectro de radiofreqüência, poderão ser causas de problemas.

Esses sinais de interferência em suas bandas de transmissão reduzirão a performance da rede e, no final, provocarão a insatisfação dos assinantes.

 

Figura 1 - Fontes de interferência

 Os problemas de performance

 As técnicas desenvolvidas para a transmissão de sinais por enlaces de rádio não são usadas exclusivamente em sistemas de telefonia celular, encontrando diferentes aplicações nas redes de telecomunicações. Por esse motivo, nem sempre é fácil detectar uma falha em um sistema de telefonia celular, que pode se dar tanto por uma interação com outros sistemas wireless (interferência) quanto por problemas de operação (degradação de performance) que é detectada apenas pelo assinante do serviço, traduzindo-se por falhas na comunicação, ruídos audíveis, etc.

Na grande maioria das vezes os alarmes que chegam até a Central de Comutação e Controle (CCC) permitem informar ao administrador da rede que há uma falha em um componente do sistema, mas uma investigação mais detalhada dessa falha só pode ser feita localmente. Embora a maior parte dos equipamentos utilizados atualmente sejam modulares, possuindo painéis com indicadores que ajudam a informar o seu status operacional, podem existir problemas mesmo quando todos os indicadores mostram que o sistema está completamente operacional, uma vez que os assinantes continuam reclamando de problemas de conexão.

Figura 2 - Detectando problemas

Possíveis causas da degradação da performance

Podemos considerar três fatores que contribuem diretamente para a degradação da performance de uma rede celular. O primeiro fator é a interferência proveniente de outros sistemas de rádio ou de outras células da própria rede celular. O segundo fator está relacionado com problemas nos componentes passivos do sistema, como conectores e outros componentes com problemas de conexão, problemas construtivos, etc. Finalmente, o terceiro fator diz respeito aos problemas associados às partes ativas do sistema, como a própria ERB e os amplificadores eventualmente utilizados no sistema.

Associados aos fatores acima mencionados, estão outros quatro elementos do sistema de telefonia celular que podem contribuir para a degradação da performance de uma célula: o transmissor, os cabos e antenas, o link de comunicação e a interface aérea.

 Transmissor

 O transmissor é normalmente considerado como o componente mais difícil de se trabalhar em um sistema celular. Transmissores que geram sinais de rádio de alta potência normalmente trabalham em altas temperaturas. Uma dissipação térmica insuficiente em climas mais úmidos pode provocar superaquecimento nos transmissores e, no sentido oposto, o frio extremo pode provocar fissuras nos dissipadores dos transmissores. Em ambos os casos, haverá uma degradação na performance especificada para o sistema, causando transmissões de baixa potência, modulação desbalanceada, baixa performance de canal adjacente, entre outros.

Cabos e Antenas

 Os cabos e as antenas também estão expostos diretamente aos elementos. Antenas, cabos e conectores danificados pelas intempéries podem provocar uma degradação ainda maior. Às vezes, um amplificador de baixo ruído é colocado próximo à antena para reforçar o sinal ou um rádio de microondas é usado para o enlace com a rede. Estes elementos estão igualmente expostos às mesmas condições ambientais, o que os tornam propensos a falhas.

 Link de Comunicação

Quando uma estação móvel está transmitindo, um sinal de rádio propaga-se pelo ar até a célula mais próxima. Nesse percurso o sinal pode ser degradado pela interferência de outros sistemas de rádio ou por refletir em edifícios altos ou aclives. Em um ambiente onde haja diversos sinais, os sinais podem intermodular entre si.

Interface Aérea

A qualidade de voz, a capacidade e a cobertura da rede são os principais diferenciais entre as operadoras do serviço móvel celular. Geralmente os equipamentos sofrem manutenções periódicas, para evitar falhas (manutenção preventiva). As operadoras também podem optar por monitorar as tendências na performance de seus equipamentos e, às vezes, prever uma falha antes que esta ocorra (manutenção preditiva).

Figura 3 – Partes problemáticas de um sistema celular

:: ( 2ª Parte ) ::
Identificando Interferências

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