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GSM, 3G, HPSA, 4G e LTE: TudoCelular explica as diferenças entre cada tipo de conexão

28 de maio de 2018 27

Quando se fala em conexão via smartphones é impossível não ficar animado com a chegada do 5G esperado para os próximos meses. A tecnologia promete ultra velocidade de download e upload para que seja possível fazer cada vez mais com nossos avançados dispositivos de bolso sem precisar mais de uma conexão fixa em casa.

Mas enquanto o 5G não chega de vez, você sabe como eram as primeiras conexões em celulares? Consegue identificar quando o seu aparelho está em uma rede de alta velocidade como a LTE ou preso em uma conexão mais lenta como a HPSA? O TudoCelular vai explicar a evolução das redes móveis e quais estão presentes nos smartphones atuais.

Muito antes mesmo de você ter o seu primeiro smartphone, surgiu a primeira geração da tecnologia da telefonia móvel. Ela ainda era analógica, diferente da atuais que são digitais, e chegou ao mercado na década de 1980.

1G

Como dito, os primeiros celulares com conexão 1G trabalhavam com sinal analógico. Era necessário um modem dedicado para ser usado junto com o aparelho para que a conexão fosse realizada. Sem eles, não era possível a troca de dados como conhecemos hoje, ficando limitados apenas a chamadas de voz.

A qualidade das ligações era bastante precária devido à interferência nas ondas do sinal resultantes da mudança de forma contínua. Outro ponto negativo para a primeira geração das redes móveis era sua segurança. Interceptar uma conversa era muito mais simples do que é atualmente em uma rede 4G, por exemplo.

A rede 1G ainda tinha outro problema crítico: não havia uma padronização. Na Europa era usado o padrão NMT, enquanto nos Estados Unidos tínhamos o AMPS. Já o Japão resolveu adotar três padrões diferentes: TZ-801, TZ-802 e TZ-803. Resultado disso? Os usuários sofriam com celulares que não conectavam em qualquer rede, tornando sua usabilidade muito limitada.

Dentre os padrões adotados, o AMPS foi o que ganhou mais popularidade, devido a sua capacidade de alcançar uma velocidade de conexão de 10 Kbps - chegando ao Brasil já no final da primeira geração. No entanto, a exigência por conexões mais rápidas acabou impulsionando o desenvolvimento da segunda geração da redes móveis, que chegou ao mercado sob as siglas TDMA, CDMA e GSM.

2G (TDMA, CDMA e GSM)

A segunda geração da conexão móvel foi marcada pela mudança da tecnologia analógica para a digital. Essa mudança aconteceu por volta do ano 1990 e surgiu da necessidade de poder ter um maior número de ligações simultâneas no mesmo espectro de radiofrequência. Além de ser possível agregar outros serviços na mesma banda de sinal, como o envio de mensagens de texto (SMS) e troca de dados via fax e modem.

TDMA

O padrão TDMA surgiu com a necessidade de acabar com as interferências da primeira geração das redes móveis. Chamado de Time Division Multiple Access (Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo), este padrão, como o nome sugere, divide o canal de frequência em até oito intervalos de tempo distintos.

A tecnologia TDMA era usada no Brasil pela antiga BCP, que acabou se tornando a Claro que conhecemos hoje. Nessa mudança da operadora, no entanto, o TDMA acabou sendo substituído pelo GSM. As frequências usadas pela operadora ficavam nas faixas de 800 MHz e 1900 MHz, enquanto outras que apostam no GSM trabalham com 900 MHz e 1800 MHz.

É inegável que a tecnologia TDMA trouxe avanços para as redes de celular, mas possuía suas limitações. Ela não permitia ter muitos usuários conectados ao mesmo tempo. E com a popularização dos telefones móveis, as operadoras precisaram buscar uma forma de expandir suas redes, apostando em alternativas como o CDMA ou GSM.

Motorola V60i: modelo foi lançado em versões GSM e TDMA

CDMA

CDMA vem de Code Division Multiple Access (Acesso Múltiplo por Divisão de Código). Enquanto o TDMA seguia um esquema de divisão de slots, no CDMA as chamadas são espalhadas por toda a faixa de frequência, sendo possível com que mais chamadas sejam realizadas ao mesmo tempo.

Cada chamada dentro da rede recebe um código específico, que só é decodificado pelo receptor. Tivemos duas gerações desta tecnologia: IS-95 e IS-95B. A primeira recebeu o nome comercial de CDMAOne por parte da Qualcomm e permitia ter conexões de até 14,4 Kbps, enquanto a segunda era mais rápida e entregava até 64 Kbps.

A tecnologia CDMA normalmente ocupava as faixas de frequência de 800 MHz e 1.900 MHz, e aqui no Brasil foi adotada pela Vivo antes de a operadora migrar posteriormente para a GSM.

LG Octane foi um aparelho CDMA de bastante sucesso nos EUA

GSM

O GSM (Global System for Mobile Comunication) chegou com a missão de acabar com o problema da falta de padronização da geração anterior, o que permitiu expandir a conexão móvel pelo mundo. Agora seria possível usar um celular em outro país, desde que a frequência entre cada operadora fosse a mesma.

Essa geração demorou mais de 10 anos para chegar ao mercado diante da dificuldade das fabricantes de adotarem um único padrão. Mas diante dos resultados positivos, com taxa de transferência de até 97 kbps, não é de se estranhar o seu sucesso.

Nokia 3310: um celular GSM bastante popular no Brasil

O GSM ganhou peso na Europa e chegou posteriormente ao Brasil. Os celulares com este tipo de conexão exigem o uso de cartão SIM (Subscriber Identity Module), conhecido pelos brasileiros apenas como chip, é encontrado nos smartphones atuais com conectividade 4G LTE. Este componente guarda informações sobre a linha telefônica e alguns dados do usuário como lista de contatos.

E é aqui que entra a primeira diferença entre as redes GSM e CDMA, a segunda não usa cartão SIM, o que dificulta a vida de quem quer trocar de celular sem perder o número. Em aparelhos GSM basta apenar tirar o cartão SIM e colocar em outro aparelho. O uso de chip também ajudou a reduzir a clonagem de celulares.

A tecnologia GSM também utiliza proteção via criptografia, o que evita que seus dados sejam interceptados. Com a segunda geração tivemos a popularização do roaming, o que permitiu usar as redes de outras operadoras pelo mundo. Entre as faixas de frequência mais comuns do GSM temos 900 MHz, 1.800 MHz e 1.900 MHz.

Número IMEI

Você deve saber ou deve ter ouvido falar sobre o IMEI (International Mobile Equipment Identify). Ele funciona como a identidade do seu celular e começou a aparecer junto com a tecnologia GSM. Essa novidade foi bastante importante, pois facilita bloquear um aparelho perdido ou roubado juntamente com sua operadora.

Galaxy S8 brasileiro é dual SIM e possui dois IMEI diferentes

Em alguns smartphones você consegue encontrar o código IMEI do seu aparelho no próprio menu do sistema, como visto no Galaxy S8 da Samsung. Caso o seu não disponibilize este código de forma fácil, é possível digitar a sequência *#06# no discador para que o IMEI seja mostrado. Este comando é universal e funciona em cada celular.

2,5G (GPRS, EDGE e HSCSD)

GPRS

Enquanto o GSM tinha seu maior foco nas chamadas de voz, o GPRS (General Packet Radio Service) surgiu como uma atualização mais focada na transferência de dados. Graças ao suporte ao protocolo IP, a tecnologia passou a ser adotada para acessar a Internet em celulares, com conexão simultânea com as chamadas de voz.

Enquanto as redes 2G ficavam limitadas a no máximo 64 Kbps, com a internet via GPRS era possível alcançar taxas de transferência de até 171,2 Kbps – apesar de que na maior parte do tempo tínhamos uma média de 80 Kbps. Pode parecer pouco para o que temos hoje, mas para a época foi um grande avanço.

Outro diferencial entre a conexão GSM e GPRS é que na primeira o usuário pagava pelo tempo que ficava conectado, enquanto na segunda era cobrado pelo fluxo de dados transmitido (como ainda acontece nos atuais planos das operadoras). Além disso, estabelecer uma conexão ficou mais rápida com a chegada do GPRS, permitindo que o celular esteja sempre em uma rede ativa de dados.

EDGE


A tecnologia EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) veio como uma evolução do GSM, como seu nome sugere. É uma versão melhorada do GPRS, que também usa conexão por múltiplos slots, mas com modulação mais avançada (8-PSK) e um sistema de codificação de canal aprimorada.

Essas modificações fizeram com que a tecnologia EDGE aumentasse consideravelmente a velocidade de conexão comparado às redes GPRS. A velocidade máxima teórica é de 473,6 Kbps, mas na prática temos médias de 384 Kbps.

Com este avanço na velocidade de conexão em celulares começou a surgir a demanda por streaming, algo que praticamente domina a internet atualmente. Claro que uma conexão EDGE é muito lenta para lidar com vídeos em alta resolução no YouTube, mas já era suficiente para serviços de música, por exemplo.

Por ser consideravelmente mais rápida que as demais opções de redes 2,5G, alguns defendem a tecnologia EDGE como uma espécie de 2,75G.

HSCSD

HSCSD (High Speed Switched Data) veio como uma variante do GPRS e tinha como apelo, como seu nome sugere, entregar alta velocidade. Ela usava quatro canais de redes GSM para alcançar velocidades maiores, mas acaba ficando limitada a no máximo 57,6 Kbps – o que acabou impedindo a sua adoção em larga escala.

Apesar de ter coexistido com a tecnologia GPRS, a HSCSD surgiu antes. Enquanto a primeira permite compartilhar um canal (slot) por vários usuários, na segunda temos uma atribuição de um canal físico permanente à ligação durante a totalidade da duração da chamada, mesmo que não estejam a ser efetuadas transferências de dados.

A vantagem da tecnologia HSCSD perante a GPRS estava no menor investimento de equipamentos. Apesar de não trazer um ganho expressivo na velocidade de conexão, a HSCSD entregava uma transferência de dados mais constante, o que era importante para soluções sensíveis.

Mesmo com o menor custo de investimento, a tecnologia foi abandonada rapidamente pelas operadoras.

3G (UMTS, HSPA e HSPA+)

Com a chegada da terceira geração das redes móveis houve uma imensa popularização da Internet nos celulares. A velocidade atingida já era suficiente para demanda de vídeos no YouTube e diversos outros serviços.

As operadoras começaram a comercializar os modems 3G, que permitiam levar a internet para qualquer lugar com seu notebook. Esta geração ainda é muito popular no Brasil, especialmente em lugares mais remotos ou pequenas cidades que não contam com conexão 4G.

E assim como na segunda geração, o 3G também é dividido em diversos padrões.

Modem 3G permitiu levar Internet móvel para seu notebook em qualquer lugar

UMTS

A tecnologia UMTS (Universal Mobile Telecommunications Service) é a evolução direta da GSM, sendo capaz de aproveitar boa parte da infraestrutura. O desenvolvimento surgiu de uma derivação do projeto da implementação da tecnologia W-CDMA, assim como também alguns protocolos da HSPA.

Japão e Europa tiveram a adoção inicial da tecnologia UMTS, que era usada para transmissão de TV móvel, mas que acabou fazendo maior sucesso com a Internet. Ela utiliza um canal de rádio portador de 5 MHz, sendo capaz de aperfeiçoar esta banda.

Assim como no GSM, o UMTS permite o uso de dois protocolos diferentes: W-CDMA e HSPA – como dito anteriormente. No primeiro temos uma velocidade de conexão de até 384 Kbps, pouco acima do que é oferecido pelas redes EDGE. Na prática, no entanto, a menor latência da terceira geração faz com que o W-CDMA entregue uma melhor experiência em aplicações de VoIP.

Usando o HSDPA como protocolo de transporte, o UMTS suporta taxas de 1,8, 3,6, 7,2 e 14,4 Mbps, de acordo com a implementação usada pela operadora. No Brasil a velocidade mais comum deste tipo de rede é 7,2 Mbps. Naturalmente, a velocidade real varia de acordo com a qualidade do sinal e o número de usuários conectados à mesma estação de transmissão, mas ela é sempre mais alta que no padrão W-CDMA.

HSPA (HSDPA e HSUPA)

Como dito acima, o HSPA é um dos protocolos usados pelo UMTS. Por ser mais rápido, alguns consideram esta tecnologia com sendo a geração 3,5. Apesar de entregar um salto bastante considerável em velocidade, o padrão HSPA sofre com a limitação da cobertura, já que o sinal não tem a mesma intensidade do W-CDMA.

O padrão foi dividido em dois protocolos: HSDPA e HSUPA. O primeiro é o mais comum e que trouxe grandes ganhos de velocidade, mas apenas para download, enquanto o upload em redes móveis continua limitado a apenas 384 Kbps. O segundo tem seu foco maior no upload, comprometendo a taxa de download de dados – velocidade máxima de 5,76 Mbps.

Para saber se o seu smartphone está usando o protocolo HSPA, você verá ao lado do ícone de sinal de rede escrito 3,5G ou um simples H. Caso apenas apareça 3G significa que naquele momento o aparelho está em uma rede W-CDMA de velocidade mais lenta. Em alguns modelos podemos encontrar o símbolo 3G+.


HSPA+

Se a tecnologia HSPA já é chamada de 3,5G, a HSPA+ acabou recebendo o “apelido” de 3,75G por ser uma evolução. Ela consegue atingir taxa teórica de 168 Mbps para download e 22 Mbps para upload. Algumas operadoras usam o termo 3G++ para distinguir esta velocidade superior das demais versões da terceira geração. Vivo preferiu adotar o termo comercial 3G Plus, enquanto a Claro usa 3G Max.

É claro que na prática não temos uma conexão nem mesmo perto do que a tecnologia é capaz de entregar na teoria. Na Vivo, por exemplo, a operadora fez a maior propaganda da conexão HSPA+ em 2012, mas só conseguia entregar 6 Mbps aos seus clientes.

Este padrão não trouxe apenas uma Internet móvel mais rápida, mas também outros benefícios, como um menor tempo para estabelecimento de uma conexão de voz graças ao uso de VoIP, melhor suporte a serviços que demandam de grande quantidade de informações e melhor aproveitamento da estrutura de redes HSPA.

Em alguns smartphones vemos o ícone H aparecer na barra de status, enquanto outros exibem H+ para indicar que você está na melhor conexão possível do 3G. Isso ajuda a identificar quando estamos conectados em rede HSPA ou HSPA+.

4G (LTE e LTE Advanced)

Chegamos então a atual quarta geração das redes móveis. A grande mudança no 4G está no uso da tecnologia LTE (Long Term Evolution). Curiosamente, a ITU (International Telecommunication Union) não aprovou a LTE como sendo uma tecnologia de quarta geração devido a algumas limitações, mas acabou sendo aceita por falta de soluções alternativas.

A tecnologia LTE trouxe um salto bastante considerável em termos de velocidade comparado à HSPA+. Teoricamente temos até 300 Mbps de download e 75 Mbps de upload, o que é mais rápido que a internet banda larga nas casas da maioria dos brasileiros. No entanto, essa velocidade não é alcançada por todos os smartphones.

O 4G é dividido em categorias, que são aceitas pelos modems de nossos telefones. Em aparelhos com suporte a cat, 1, por exemplo, a taxa de download fica limitada a apenas 10 Mbps, enquanto o upload chega a 5 Mbps. Na tabela abaixo vemos os valores para cada categoria da LTE.

Categoria Download Upload
Cat. 01 10 Mbps 5 Mbps
Cat. 02 50 Mbps 25 Mbps
Cat. 03 100 Mbps 50 Mbps
Cat. 04 150 Mbps 50 Mbps
Cat. 05 300 Mbps 75 Mbps

Assim como nas gerações anteriores, estes valores não chegam a ser alcançados na prática, já que depende da quantidade de conexões ativas na mesma rede, a intensidade do sinal, interferências, entre outros fatores. Assim como o HSPA+, a tecnologia LTE também utiliza técnicas MIMO (capta o sinal de mais de uma antena).

Enquanto as tecnologias UMTS e HSPA são baseadas no padrão W-CDMA, a LTE utiliza especificações OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). Essa mudança permitiu que as informações fossem transmitidas entre diversos subconjuntos paralelos, o que resultou no ganho de velocidade visto acima. Já para realizar upload na rede é usado o padrão SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) que gera um menor consumo de energia do dispositivo.

LTE Advanced


Os esforços não pararam até que a tecnologia LTE Advanced foi desenvolvida, sendo esta conhecida como 4G+ comercialmente no Brasil. Esta versão foi aceita pela ITU como sendo uma conexão realmente de quarta geração por ser capaz de atingir até 1 Gbps para download e 500 Mbps para upload.

Para um celular tirar proveito do avanço do LTE Advanced é necessário conectar em mais uma frequência ao mesmo tempo. No Brasil, as principais usadas pelas operadoras são: 2.600 MHz (banda 7) e 1.800 MHz (banda 3), além dos recentes 700 MHz (banda 28) que estão sendo liberados gradativamente com o desligamento de sinal da TV analógica.

Apenas smartphones mais avançados possuem suporte ao 4G+. Também é necessário está em uma área que ofereça o sinal (atualmente poucas cidades brasileiras contam com LTE Advanced). É necessário que a operadora ofereça agregação de sinal, já que seu smartphone não é capaz de conectar em duas frequências distintas automaticamente.

Atualmente, todas as capitais brasileiras contam com sinal 4G+. Por ser retrocompatível com o 4G, sempre que você sair da área de cobertura do LTE Advanced, seu smartphone permanece conectado, mas agora em uma rede 4G convencional com velocidade de conexão reduzida.

Municípios cobertos com tecnologia LTE Advanced no Brasil (dados de abril de 2018)

Operadora Municípios com LTE Advanced
Claro 537
Vivo 500
TIM 432
Algar 3
Total 1.142

4,5G (LTE Advanced Pro)

A Claro vem promovendo o 4,5G no Brasil desde o ano passado. Este é um nome comercial adotado pela operadora, já que tecnicamente estamos diante do LTE Advanced Pro. O que muda aqui é que a operadora é capaz de agregar até três faixas de frequência, além de permitir os smartphones conectarem a quatro antenas com o padrão MIMO 4x4.

A promessa é de termos uma internet móvel 10 vezes mais rápida que o 4G convencional. Atualmente 153 municípios brasileiros já contam com 4,5G da Claro, não sendo restrito apenas às capitais (dados de abril de 2018). No entanto, apenas os smartphones mais avançados (flagships ou intermediários premium) possuem modem compatível com o LTE Advanced Pro.

A operadora informa em seu site quais as cidades brasileiras com sinal 4,5G e quais os smartphones compatíveis com a tecnologia. Entre eles temos: Galaxy Note 8, Galaxy S8, Galaxy S8 Plus, Galaxy S9, Galaxy S9 Plus, Moto Z2 Force, LG G6, Xperia XZ2, Xperia XZ Premium, iPhone 8, iPhone 8 Plus e iPhone X.

5G

O 4,5G já oferece uma velocidade incrível de conexão, e em breve teremos um novo avanço com o 5G. No entanto, o foco da nova geração não está apenas em velocidade, mas sim em conectividade de bilhões de eletrônicos. Seu maior diferencial será levar a Internet das Coisas a um novo patamar, permitindo que todos os eletrônicos da sua casa “conversem” entre si.

A tecnologia permite que até 1 milhão de dispositivos se conectem em uma mesma rede com menor latência do que temos no 4G atualmente. A velocidade máxima teórica é de 10 Gbps, mas podemos esperar valores menores na prática. De qualquer forma, esta velocidade será capaz de fazer com que o 5G substitua a internet via fibra ou cabo na casa dos brasileiros.

O 5G foi padronizado no final do ano passado e deve chegar ao Brasil em 2019 ou apenas em 2020. Até lá veremos o lançamento de novos flagships com suporte a 5G, enquanto modelos mais baratos devem ser lançados com suporte ao 4,5G.


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