GPRS, EDGE, HSDPA e HSUPA – Entenda as tecnologias 3G

As conexões móveis estão se tornando as sucessoras do acesso discado, no sentido de que estão disponíveis em praticamente qualquer lugar, atendendo até mesmo as áreas mais afastadas, onde outras modalidades de acesso não estão disponíveis.

Elas fazem também a alegria de quem precisa de uma conexão contínua em qualquer lugar, para trabalhar ou manter contato com os amigos.

Entretanto, nem sempre foi assim. Na época dos celulares analógicos (1G), a única forma de acessar a web através do celular era ligá-lo a um modem discado e acessar através dele. Como a qualidade da chamada era ruim, a conexão funcionava a no máximo 2.4 kbits, uma velocidade comparável com a dos modems do início da década de 1980.

Essas conexões eram usadas por alguns pioneiros para ler e-mails e trocar mensagens rápidas quando estavam em lugares afastados, onde nenhuma outra forma de conexão estava disponível. Em geral, era um pouquinho mais rápido do que escrever em papel e mandar pelo o correio…

As coisas mudaram a partir da introdução das redes GSM, que trouxeram o GPRS e EDGE e, mais recentemente, com a implantação das redes 3G, também o WCDMA e o HSDPA/HSUPA.

O GSM (Groupe Spécial Mobile, mais tarde renomeado para Global System for Mobile) surgiu da união de vários países europeus, em torno da idéia de criar um padrão unificado de telefonia, capaz de substituir os diversos padrões proprietários usados na primeira geração de redes celulares. A primeira rede GSM entrou em operação em 1991, na Finlândia, e o padrão se popularizou rapidamente desde então, tornando-se a força dominante em todo o mundo.

A padronização em torno do GSM acabou sendo um dos principais fatores que possibilitaram a massificação dos celulares e dos smartphones, já que o uso de um padrão comum permitiu que os custos caíssem e que os mesmos aparelhos fossem vendidos em diferentes países, com apenas pequenas alterações nos softwares e nas funções.

A tecnologia mais básica de acesso dentro do GSM é o CSD (Circuit Switched Data), um sistema que permitia conexões a 9.6 kbits, mas que ainda era tarifado por minuto, da mesma forma que uma chamada de voz. No CSD, a conexão era feita pelo próprio celular, sem necessidade de um modem externo: bastava comprar um cabo de dados e configurar a conexão usando um software fornecido junto com ele (ou baixado da página do fabricante do aparelho). Como a conexão era muito lenta, acabava sendo utilizável apenas para tarefas leves, como trocar mensagens de texto e e-mails.

O GPRS (considerado uma tecnologia 2.5G) foi a primeira opção de acesso à web através da rede celular realmente utilizável. Ele é um sistema inteiramente digital, baseado na transmissão de pacotes, tarifado de acordo com o volume de dados transferido e não mais por tempo de conexão.

No GPRS são usados slots (ou canais) de dados, com de 8 a 20 kbits cada um, de acordo com o sistema de modulação usado. O CS-4, usado apenas quando o aparelho está próximo à antena, oferece os 20 kbits completos. Conforme decai a qualidade do sinal, passa a ser usado o CS-3 (14.4 kbits), CS-2 (12 kbits) ou CS-1 (8 kbits).

No sistema adotado pela maioria das operadoras, são usados um total de 5 slots, sendo 4 deles para download e um para upload, resultando em de 32 a 80 kbits de download e de 8 a 20 kbits de upload. Entretanto, as taxas obtidas na prática ficam um pouco abaixo disso, devido aos pacotes perdidos e às retransmissões.

É comum que as velocidades das conexões GPRS sejam comparadas às dos modems discados, mas na prática elas acabam parecendo mais lentas, devido à enorme latência da conexão.

Enquanto em uma conexão via modem a latência fica em torno de 100 a 200 ms, no GPRS fica geralmente entre 500 e 1000 ms, de acordo com a qualidade do sinal e o número de estações retransmissoras por onde ele precise passar até chegar à central.

Atualmente, o GPRS é a modalidade mais simples de conexão oferecida pelas operadoras GSM, usado como fallback nas áreas onde o UMTS ou o EDGE não estão disponíveis.

Em seguida, temos o EDGE, uma evolução do GPRS, que mantém a mesma estrutura GSM, mas implementa um novo sistema de modulação, que multiplica por três a velocidade de conexão. Apesar do aumento da velocidade, o EDGE não é considerado uma tecnologia 3G, mas sim 2.75G.

No EDGE são utilizados nove sistemas de modulação, que vão do MCS-9 (59.2 kbits por slot) até o MCS-1 (8.8 kbits), passando por estágios intermediários de 54.4, 44.8, 29.6, 22.4, 17.6, 14.8 e 11.2 kbits, de acordo com a qualidade do sinal. Assim como no GPRS, são usados 4 slots para download e um slot para upload, o que resulta em de 35.2 a 236.8 kbits para download e de 8.8 a 59.2 kbits para upload.

Mesmo nas redes GSM já atualizadas para o EDGE, o GPRS continua disponível, atendendo a aparelhos que não ofereçam suporte ao EDGE, como é o caso de modelos antigos e também de muitos dos aparelhos made-in-China vendidos no mercado informal.

Não existe diferença prática no alcance do sinal entre o EDGE e o GPRS, por isso os aparelhos que usam o EDGE continuam usando o sistema independentemente da qualidade do sinal. Entretanto, a velocidade de acesso do EDGE cai mais rapidamente conforme o sinal fica mais fraco e, nas áreas onde o sinal é ruim, a diferença entre os dois é muito pequena (35.2 contra 32 kbits).

O EDGE pode ser ampliado para 8 slots, o que dobra a velocidade, permitindo atingir 473.6 kbits e duas portadoras podem ser combinadas em uma única conexão, novamente dobrando a taxa de download, que passa a ser de quase 1 megabit. Esta tecnologia é chamada de EDGE Evolution e pode ser usada pelas operadoras como uma solução interina entre o EDGE e o UMTS (3G). Entretanto, ela não chegou a ser utilizada pelas operadoras nacionais, que preferiram migrar direto para o 3G.

Apesar da velocidade de transferência “bruta” ser relativamente alta, as conexões via EDGE trabalham com uma latência muito elevada, o que torna o carregamento das páginas muito mais lento. Nas conexões via GPRS o acesso é ainda pior, já que a latência é combinada com a baixa taxa de transferência. De uma forma geral, navegar via EDGE não é muito diferente da experiência de navegar usando um modem de 56k, e uma conexão via GPRS se assemelha a uma conexão via modem com uma linha ruim.

Por outro lado, as coisas são muito melhores no 3G, onde houveram grandes melhoras nas duas frentes. Em uma área com boa cobertura, você pode até mesmo fazer ligações VoIP de forma confortável e, com um plano de dados ilimitado, você pode arriscar baixar um ISO de CD ou fazer downloads de outros arquivos grandes.

O grande problema em usar uma conexão 3G através do celular é que a alta velocidade de transmissão dos dados faz com que a carga da bateria se esgote rapidamente. Na maioria dos modelos, a autonomia ao transferir dados continuamente (como ao fazer um download) é de menos de duas horas, de forma que um carregador USB acaba sendo um acessório importante para quem acessa usando o notebook.

Naturalmente, o aparelho é capaz de economizar energia quando dados não estão sendo transferidos, de forma que se você usar a conexão apenas para navegar e executar outras tarefas básicas, com um baixo volume de transferência de dados, a bateria pode durar vários dias.

Em seguida, temos as conexões 3G. Apesar de inicialmente ter concorrido com o EVDO (o sistema 3G baseado no CDMA), o UMTS acabou emergindo como a tecnologia adotada por todas as operadoras nacionais que já oferecem acesso 3G, entre elas a Claro (que passou a oferecer planos 3G baseados no UMTS a partir do final de 2007), a TIM, a Oi e até mesmo a Vivo, que passou a operar uma rede mista, com o UMTS e o EVDO.

Assim como no caso do GSM, que suporta o uso do GPRS e do EDGE, o UMTS oferece dois modos de acesso, que são usados de acordo com a disponibilidade, qualidade da recepção e do modo suportado pelo aparelho.

O mais básico é o WCDMA (não confundir com o CDMA, que é o padrão concorrente do GSM), que oferece taxas de transmissão de até 384 kbits, tanto para download quanto para upload. Apesar de, no papel, o valor ficar próximo dos 236.8 kbits oferecidos pelo EDGE, na prática o WCDMA oferece tempos de latência muito melhores e uma conexão muito mais utilizável. Um bom exemplo da diferença é o uso de aplicativos de VoIP, que são quase inutilizáveis no EDGE, devido ao lag na transmissão, mas fluem de forma satisfatória no WCDMA.

Em seguida temos o HSDPA, um protocolo mais recente, que reduz a latência e aumenta a taxa de download da rede de forma expressiva. Utilizando o HSDPA como protocolo de transporte, o UMTS suporta taxas de 1.8, 3.6, 7.2 e 14.4 megabits, de acordo com a implementação usada pela operadora (no Brasil a versão de 7.2 megabits é a mais comum). 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 bem mais alta que no WCDMA.

O grande problema é que o HSDPA funciona bem apenas a distâncias relativamente curtas, por isso os aparelhos chaveiam automaticamente para o WCDMA nas áreas de menor cobertura, fazendo com que a taxa de transmissão seja reduzida. Outra limitação é que o HSDPA aumenta apenas a taxa de download, sem fazer nada com relação ao upload, que continua sendo de apenas 384 kbits, assim como no WCDMA.

O HSDPA é considerado um protocolo 3.5G e (na maioria dos aparelhos) é possível verificar qual sistema está sendo usado simplesmente olhando o ícone da conexão. Um “3.5G” indica que está sendo usado o HSDPA, um “3G” que está em uso o WCDMA, um “E” que está sendo usado o EDGE e um “G” que você está em uma área em que apenas o velho GPRS está disponível.

Temos também o HSUPA (também chamado de EUL), um padrão atualizado, que complementa as melhores taxas de download do HSDPA com melhoras também nas taxas de upload, indo de 730 kbps (no HSUPA categoria 1) até 5.76 megabits (HSUPA categoria 6), de acordo com a implementação. Por ser apenas uma extensão do UMTS e não um novo padrão 3G, os investimentos necessários para migrar as redes são relativamente pequenos, já que é preciso apenas substituir alguns equipamentos nas torres e redimensionar a estrutura de roteamento, sem exigir o licenciamento de novas faixas de freqüências ou substituição de antenas.

O HSDPA e o HSUPA são dois padrões complementares e não concorrentes. O HSDPA melhora as taxas de download em relação ao WCDMA, enquanto o HSUPA melhora as taxas de upload.

De acordo com os equipamentos usados, as operadoras podem suportar ambos os padrões, oferecendo tanto download quanto upload mais rápidos, ou suportar apenas o HSDPA.

No Brasil, a primeira operadora a utilizar o HSUPA (no início de 2009) foi a Vivo.