Introdução ao LTE – Long Term Evolution Este tutorial

Introdução ao LTE – Long Term Evolution
Este tutorial apresenta um estudo do sistema Long Term Evolution (LTE), que é a evolução dos sistemas de
terceira geração das comunicações móveis.
O objetivo deste estudo é abordar as principais características e as principais alterações dos elementos que
compõem esta nova rede. Para isto, inicialmente serão descritos a evolução das redes móveis, as principais
tecnologias que darão suporte ao LTE como o MIMO e o OFMA e quais os padrões estão sendo definidos
para implementar esta rede.
A caracterização do projeto foi feita através de uma investigação exploratória, cujo objetivo é conhecer e
compreender como se darão a substituição das redes baseadas em circuitos, por redes totalmente baseadas
em pacotes.
O tutorial foi preparado a partir do Trabalho Final de Curso “ Introdução ao LTE – Long Term Evolution”
apresentado ao Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Telecomunicações da Pontifícia Universidade
Católica de Minas Gerais, como requisito para parcial para obtenção do título de Especialista em Sistemas
de Telecomunicações. Foi orientador do trabalho o Prof. Ildelano Ferreira e Silva.
Marco Antônio F. R. de Almeida
Graduado em Engenharia de Telecomunicações pela Universidade FUMEC e Especialista em Sistemas de
Telecomunicações pela PUC-MG.
Atualmente é Engenheiro de RF na Claro, regional MG, realizando atividades de otimização na rede GSM,
analise de viabilidade técnica para instalação de BTS e análise de indicadores de qualidade da rede.
Email: [email protected]
Categoria: Telefonia Celular
Nível: Introdutório
Enfoque: Técnico
Duração: 15 minutos
Publicado em: 02/01/2012
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LTE: Introdução
A cada dia a necessidade por serviços de banda larga cresce cada vez mais. Segundo Ericsson:
Dos estimados 3,4 bilhões de pessoas que terão banda larga até 2014, cerca de 80 por cento serão assinantes
de banda larga móvel – e a maioria serão servidos por High Speed Packet Access (HSPA) e Long Term
Evolution (LTE). (ERICSSON, 2009, tradução nossa).
Alguns serviços que há poucos anos eram praticamente inacessíveis à maioria da população e das empresas,
hoje são considerados essenciais e se tornaram amplamente difundidos. Serviços como videoconferência,
download de vídeos, jogos interativos e Voz sobre IP, que já são considerados por muitos como necessários,
devem aumentar cada vez mais a demanda por largura de banda. É com foco neste cenário que o grupo que
padroniza o desenvolvimento dos sistemas celulares, o 3rd Generation Partnership Project (3GPP), vem
trabalhando para desenvolver padrões que atendam às necessidades das pessoas.
Os principais motivos que têm demandado esforço ao comitê são o aumento da velocidade para
transferência de dados (chamado throughput), eficiência espectral dos sistemas, e a redução da latência da
rede. O 3GPP vem concentrando esforços para desenvolver as redes 3G atuais e alcançar o nível esperado
para as redes 4G do futuro próximo.
Uma recente padronização do 3GPP é o Long Term Evolution (LTE). Segundo a Qualcomm (2009) esta é
uma solução móvel para fornecer altas taxas de dados e para aprimorar a experiência do usuário quanto à
utilização de serviços móveis. O LTE é uma evolução paralela que dá continuidade ao histórico 3G de
mobilidade e alta eficiência espectral. Concebido para ser uma camada sobreposta às redes 3G existentes, o
LTE aumentará efetivamente a capacidade de dados nas densas áreas urbanas com alta demanda.
Inicialmente projetada para prover serviços de dados, espera-se que esta rede melhore substancialmente o
throughput final do usuário, a capacidade do setor e reduza a latência do plano do usuário, trazendo uma
nova experiência com total mobilidade. Esta tecnologia está programada para fornecer suporte ao tráfego
baseado em IP com QoS fim-a-fim e conta com o apoio de outras tecnologias como o Orthogonal
Frequency-Division Multiple Access (OFDMA) e Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) para alcançar os
objetivos propostos pelo 3GPP.
Ao contrário do High Speed Packet Access (HSPA), que foi acomodado dentro da arquitetura Universal
Mobile Telecommunication System (UMTS) Release 99, o 3GPP está especificando um novo núcleo
baseado em comutação por pacotes, o Evolved Packet Core (EPC), para apoiar as outras camadas de rede
através de uma redução no número de elementos de rede, simplificando a sua arquitetura.
Os principais objetivos desta tecnologia são o esforço para minimizar a complexidade do sistema e dos equipamentos dos usuários,
permitir a distribuição flexível do espectro através de novas frequências ou das faixas já utilizadas e permitir a coexistência desta rede com
outras redes já implantadas como o Global System for Mobile Communications (GSM) e o Wide-Band Code-Division Multiple Access
(WCDMA) além de oferecer altas taxas de downlink e uplink.
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LTE: Evolução das Redes Móveis
A real história do telefone móvel, também conhecido como celular, começou em 1973, quando foi efetuada
a primeira chamada de um telefone móvel para um telefone fixo. Foi a partir de Abril de 1973 que todas as
teorias comprovaram que o celular funcionava perfeitamente, e que a rede de telefonia celular sugerida em
1947 foi projetada de maneira correta. Este foi um momento não muito conhecido, mas certamente foi um
fato marcado para sempre e que mudou totalmente a história do mundo.
Inicialmente, os sistemas móveis tinham como objetivo alcançar uma grande área de cobertura através de
um único transmissor de alta potência, e utilizavam a técnica de acesso conhecida como Frequency Division
Multiple Access (FDMA), onde cada usuário era alocado em uma frequência distinta. Embora essa
abordagem gerasse uma cobertura muito boa, o número de usuários era limitado. Como exemplo da baixa
capacidade, pode-se citar o sistema móvel da Bell em Nova Iorque, em 1970: o sistema suportava um
máximo de apenas doze chamadas simultâneas em uma área de mais de dois mil quinhentos e oitenta
quilômetros quadrados. Dado o fato de que as agências de regulamentação dos governos não poderiam
realizar alocações de espectro na mesma proporção do aumento da demanda de serviços móveis, ficou óbvia
a necessidade de reestruturação do sistema de telefonia por rádio para que se obtivesse maior capacidade
com as limitações de espectro disponível e, ao mesmo tempo, provendo grandes áreas de cobertura.
(AL-SHAHRANI, Abdurrhman; AL-OLYANI, Hammod, 2009).
O conceito celular foi uma grande descoberta na solução do problema de congestionamento espectral e
limitação de capacidade de usuários que havia em sistemas de comunicações móveis até então. O Federal
Communication Commission (FCC) – órgão americano regulamentador de telecomunicações, em uma
regulamentação de 22 de Junho de 1981 definiu o sistema celular como:
Um sistema móvel terrestre de alta capacidade no qual o espectro disponível é dividido em canais que
são reservados, em grupos, a células que cobrem determinada área geográfica de serviço. Os canais
podem ser reusados em células diferentes na área de serviço. (RODRIGUES, 2000).
As tecnologias de telefonia celular são classificadas em gerações e sua evolução é apresentada na figura 1 a seguir.
Figura 1: Evolução da tecnologia celular
Fonte: SILVA, 2010
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Primeira Geração
Com a invenção dos microprocessadores e a concepção da comunicação celular nas décadas de 70 e 80, a
primeira geração das comunicações móveis nascia. Estes sistemas eram essencialmente analógicos e
utilizavam o FDMA para se comunicar e foi projetado para trafegar somente voz. Os primeiros sistemas
desenvolvidos foram o Nordic Mobile Telecomunications (NMT), Advanced Mobile Phone Service (AMPS),
Total Access Comunications System (TACS), Extended Total Access Comunications System (ETACS), C450
e o Radicom 2000. (AL-SHAHRANI, Abdurrhman; AL-OLYANI, Hammod, 2009).
De acordo com AL-SHAHRANI e AL-OLYANI (2009) o NMT foi o primeiro sistema celular analógico que
começou a ser operado na Escandinávia em 1979. Inicialmente utilizava a banda de 450 MHz e um pouco
mais tarde foi nomeado NMT450. Devido a necessidade de mais capacidade, o sistema adotou a banda de
900 MHz e ficou conhecido como NMT900. O AMPS foi introduzido nos EUA em 1978 pelos laboratórios
Bell e começou efetivamente a ser operado em 1983 em Chicago. O TACS teve inicio em UK em 1982. Os
sistemas celulares conhecidos como C-450 (operava na banda de 450 MHz) e o Radicom 2000 (operava na
banda de 200 MHz) foram introduzidos na Alemanha e na França respectivamente em 1985.
Estes sistemas possuíam inúmeros problemas como limitação de capacidade, terminais de usuários grandes e pesados, incompatibilidade
entre os sistemas, as interfaces não eram padronizadas, baixa qualidade nas ligações e não havia nenhum tipo de segurança na
transmissão das informações. Os principais sistemas desenvolvidos na 1ª geração são comparados na tabela 1 a seguir:
Tabela 1: Sistemas móveis de 1ª geração
PARÂMETROS
DO SISTEMA
AMPS
(EUA)
TACS
NMT
C450
(REINO (ESCANDI- (ALEMANHA,
UNIDO) NÁVIA)
OCIDENTAL)
NTT
(JAPÃO)
Frequência de
transmissão
870–890 935–960 463-467,5
(MHz)
825–845 890–915 453-457,5
- base
- móvel
461,3-465,74
451,3-455,74
870-885
925-940
Espaçamento
entre banda de
45
transmissão e
recepção (MHz)
45
10
10
55
Largura
de
30
canal (kHz)
25
25
20
25
180
222
600
Número
canais
Raio
Cobertura
Base (km)
Sinal de áudio
- modulação
666
de (NES) /
1000
832
(ES)
de
da 2 - 25
FM
±12
2 – 20
1,8 – 40
5 – 30
5 (urbano)
10
(suburbano)
FM
±9,5
FM
±5
FM
±4
FM
±5
4
- Δf
(kHz)
máximo
Sinais
de
controle
FSK
- modulação
±8
- Δf (kHz)
FSK
±6,4
FSK
±3,5
FSK
±2,5
FSK
±4,5
Taxa
de
transmissão de 10
dados (kbps)
8
1,2
5,28
0,3
Fonte: SILVA, 2010
Segunda geração
Devido a necessidade de padronização para o sistema celular Europeu e a crescente demanda pelo serviço
móvel, foi necessário dar início ao desenvolvimento de sistemas digitais. Os sistemas de 2ª geração
começaram a ser efetivamente utilizados no início de 1990 e foi impulsionado pelo avanço da tecnologia dos
circuitos integrados que permitiram a efetiva utilização da transmissão digital.
Estes sistemas, além de possibilitar uma maior capacidade, ofereciam as seguintes vantagens sobre os
analógicos:
Técnicas de codificação digital de voz mais poderosas
Maior eficiência espectral
Melhor qualidade nas ligações
Tráfego de dados na rede
Criptografia da informação transmitida
Como resultados deste esforço surgiram os sistemas conhecidos como GSM, CT-2 e DECT na Europa, o
Time Division Multiple Acess (TDMA, também conhecido como IS-54 e IS-136), o Code Division Multiple
Access (CDMA IS-95) nos EUA e o Personal Digital Cellular (PDC) no Japão. (CASTRO, 2009).
A tabela 2 apresenta as principais características de cada tecnologia:
Tabela 2: Sistemas móveis de 2ª geração
PARÂMETROS
DO SISTEMA
Técnica
acesso
de
Uso principal
Frequência
transmissão
(MHz)
- base
de
IS-54
IS-136
(EUA)
GSM
(EUROPA)
IS-95
(EUA)
CT-2
CT-3,
DECT
(EUROPA, DCT-900
(EUROPA)
ÁSIA)
(SUÉCIA)
TDMA
TDMA
CDMA
FDMA
TDMA
TDMA
celular
celular
celular
cordless
cordless
celular
cordless
869–894
824–849
864–868
862–866
1800-1900
935–960
869–894 890–915
824–849 1710–1785
1805–1880
/
5
- móvel
Técnica
duplexação
de
FDD
FDD
FDD
TDD
TDD
TDD
200
1250
100
1000
1728
GMSK
BPSK
QPSK
BFSK
GMSK
GMSK
2000 / 125
600
10 / 5
80 / 5
250 / 10
sim
sim
sim
sim
sim
sim
não
não
não
não
não
não
VSELP
RPE-LTP
QCELP
ADPCM
ADPCM
ADPCM
13
8
32
(variável)
32
32
Nº de canais de
3
voz por portadora
8
-
1
8
12
Taxa
transmissão
canal (kbps)
de
do 48,6
207,833
-
72
640
1152
Tamanho
quadro (ms)
do
4,615
20
2
16
19
Largura de canal
30
(kHz)
Π/4
DQPSK
Modulação
Potência máxima 600
/ média (mW)
200
Controle
potência
- base
- móvel
de
Codificação
voz
de
Taxa
codificação
voz (kbps)
de
de 7,95
40
/
/
Fonte: SILVA, 2010
Geração 2.5
A principal característica destes sistemas foi a possibilidade de solucionar os problemas de capacidade
enfrentados pelos sistemas anteriores. Várias tecnologias foram desenvolvidas para este fim como o High
Speed Circuit Switched Data (HSCSD), Enhanced Data Rates for Global Evolution (EDGE) e o General
Purpose Radio Services (GPRS).
Segundo AL-SHAHRANI e AL-OLYANI (2009) o GPRS permite taxa de dados de 115 Kbps e a utilização
de códigos para correção de erros. Esta tecnologia é baseada na comutação por pacotes, o que torna o uso
eficiente da largura de banda disponível com taxas de bits variável. É apropriado para serviços que utilizam
transmissão por rajadas, devido a sua capacidade de alocar dinamicamente os recursos.
O EDGE representa uma fácil evolução do padrão GSM / GPRS rumo à terceira geração, possibilitando maiores taxas de dados, usando a
mesma portadora de 200KHz. As alterações na rede são mínimas, com foco nas características de modulação e na implementação de
nova codificação e decodificação do sinal, associadas com adaptações do sinal e envio de redundância de informação que aumentam a
eficiência da utilização do espectro. Uma das principais características do EDGE esta no seu baixo custo de implantação, pois sua
implementação é feita através da atualização de software das base transceiver station (BTS).
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Terceira Geração
O início dos estudos sobre os sistemas de terceira geração foi marcado por uma indecisão mantida por duas
correntes: uma defendia a criação de um único padrão mundial enquanto a outra defendia a evolução das
redes e sistemas atuais de forma a atender aos requisitos definidos a partir da visão 3G. Apesar de ambas as
alternativas possibilitarem a economia de escala de fabricação para os componentes do sistema, a segunda
teve maior força, pois também permitia que os maciços investimentos já realizados pelas operadoras na
implantação das redes e pelos fabricantes em processo de fabricação e etapas de desenvolvimento de
produtos em todo o mundo fossem de certa forma protegidos.
Os sistemas 3G provêm diversas vantagens em comparação a seus antecessores, pois além de oferecer
serviços de telefonia e comunicação de dados com altas taxas de troughput, possui maior imunidade a
interferências. Os principais padrões desenvolvidos são:
UMTS: termo adotado para designar o padrão de 3ª Geração estabelecido como evolução para
operadoras de GSM e que utiliza como interface rádio o WCDMA ou o EDGE. Esta tecnologia foi
desenvolvida para prover serviços com altos níveis de consumo de banda, como streaming,
transferência de grandes arquivos e videoconferências para uma grande variedade de aparelhos como
telefones celulares, PDAs e laptops. Possui taxas de transmissão que variam de 144 Kbps a 2Mbps,
que dependem diretamente do ambiente e da mobilidade do usuário.
Evolution Data-Optimized (CDMA 1xEV-DO): O CDMA 1xEV-DO é a evolução do CDMA (IS-95),
e possui alta performance para transmissão de dados com picos de até 2,4 Mbps. Portadoras distintas
são necessárias para dados e voz neste sistema. O uplink permanece praticamente inalterado em
comparação com o CDMA2000, mas no downlink esta tecnologia utiliza a técnica TDMA. Opera em
800 e 1900MHz.
HSPA: é o resultado da utilização de dois protocolos de telefonia móvel, o High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) e do High
Speed Uplink Packet Access (HSUPA). Ele amplia e melhora o desempenho dos protocolos WCDMA existentes com taxa de dados
que podem chegar até 14 Mbps no downlink e 5.8 Mbps no uplink.
7
LTE: Conceitos de Transmissão e Recepção
Multiple Input – Multiple Output (MIMO)
Nos últimos anos, a tecnologia MIMO surgiu como uma das abordagens mais promissoras para alcançar
maiores taxas de dados em sistemas celulares. Um sistema MIMO corresponde a um conjunto de antenas na
transmissão e na recepção, caracterizando um sistema que utiliza diversidade espacial (3G Americas, 2009).
Esta técnica associada a outras, como modulação de alta ordem, antenas adaptativas e poderosos DSPs (Digital Signal Processor)
garantem as altas taxas exigidas pelo padrão LTE. Este conceito vem sendo padronizado pelo 3GPP, e agora vem se tornando um fator
determinante para as novas tecnologias móveis devido as altas taxas de downlink e uplink exigidas. A figura 2 apresenta um típico sistema
MIMO utilizando a configuração 2x2.
Figura 2: Sistema MIMO 2x2
Fonte: 3G Americas, 2009
O 3GPP padroniza as técnicas de transmissão para o LTE utilizando a tecnologia MIMO apresentadas a
seguir.
Codificação espaço-tempo
Neste caso o sistema MIMO fornece ganho de diversidade para combater o desvanecimento do sinal causado por multi-percurso. Neste
sistema, é feito uma cópia do sinal, porém eles são codificados de formas diferentes e são enviados simultaneamente por diferentes
antenas. O fato de enviar a mesma quantidade de dados por diferentes fontes ao mesmo tempo aumenta a força total do sinal enviado. A
figura 3 apresenta um sistema MIMO utilizando a codificação espaço-tempo.
Figura 3: Codificação espaço-tempo
Fonte: 3G Americas, 2009
O LTE ainda utiliza outra técnica similar a codificação espaço-tempo conhecida como Space Frequency
Block Coded (SFBC). Este sistema também proporciona ganho de diversidade, porém necessita apenas de
uma antena na recepção. Isto ocorre, pois além de realizar a cópia do sinal e codifica-los de forma diferente,
eles são transmitidos em frequências distintas. (3G Americas, 2009)
Multiplexação espacial
Os sinais são enviados em vários feixes, que exploram o ambiente para alcançar o destino. Esse recurso é utilizado considerando as
mudanças de direção do sinal quando este colide e desvia nos vários obstáculos que podem existir no caminho entre o emissor e o
receptor conforme apresentado na figura 4. As mudanças de percurso podem gerar atrasos em partes do sinal, que são compensados por
8
algoritmos sofisticados utilizados nas antenas receptoras, que fazem os cálculos baseando-se na reflexão sofrida pelo sinal ao longo do seu
percurso. O receptor possui filtros que são capazes de recuperar o sinal original após a chegada através do tratamento de todos os feixes
enviados pela fonte.
Figura 4: Multiplexação espacial
Fonte: 3G Americas, 2009
O MIMO ainda pode ser classificado como Multi-User MIMO (MU-MIMO) ou Single User MIMO
(SU-MIMO). A principal diferença entre eles é que no SU-MIMO um único usuário transmite os dados para
o receptor enquanto no MU-MIMO vários usuários transmitem os dados para o receptor simultaneamente.
Estes recursos estão disponíveis tanto no downlink quanto para o uplink. Apesar de ser suportado, o
SU-MIMO não é indicado para uso no uplink devido a complexidade e aumento do custo no equipamento
do usuário.
Modulação OFDMA
O OFDM tem se tornado uma das principais técnicas utilizadas por tecnologias sem fio devido as suas
propriedades como tolerância contra interferência inter-simbólica e boa eficiência espectral. Esta técnica
tem sido desenvolvida desde os anos 60, e uma de suas principais características é o baixo custo de
implantação.
O OFDM é uma técnica baseada na Modulação por Multi Portadoras (MCM – Multi Carrier Modulation) e na Multiplexação por Divisão de
Frequência (FDM – Frequency Division Multiplex) e pode ser considerada como um método de modulação ou de multiplexação.
Basicamente a modulação por multi-portadoras divide a banda do sinal em portadoras paralelas que são chamadas subportadoras.
Diferentemente dos sistemas tradicionais MCM, que utilizam subportadoras não sobrepostas, o OFDM utiliza subportadoras que são
matematicamente ortogonais entre si, isto permite que cada informação possa ser enviada por subportadoras sobrepostas, onde cada
uma delas pode ser extraída individualmente (AL-SHAHRANI, Abdurrhman; AL-OLYANI, Hammod, 2009). Essa propriedade ajuda a reduzir
interferências causadas por portadoras vizinhas e faz com que sistemas que utilizam o OFDMA possuam melhor eficiência espectral com
relação a outros sistemas, conforme apresentado na figura 5:
Figura 5: Espectro de frequência do FDM tradicional e do OFDM
Fonte: AL-SHAHRANI e AL-OLYANI, 2009
Para o LTE, o OFDM divide a banda de frequência da portadora em pequenas subportadoras espaçadas de
15kHz, e modula cada uma individualmente usando QPSK, 16QAM ou 64 QAM. Há uma pequena diferença
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entre o OFDM e o OFDMA, pois no primeiro caso a banda de frequência é destinada a um único usuário
enquanto no segundo caso vários usuários compartilham a banda ao mesmo tempo conforme mostrado na
figura 6. A divisão dos canais em pequenos subcanais ajuda o OFDM a combater o efeito de
desvanecimento seletivo.
Figura 6: Diferença entre OFDM e OFDMA
Fonte: ANRITSU, 2010.
Modulação SC-FDMA
Várias alternativas continuam a ser estudas pelos órgãos responsáveis pela padronização do LTE para utilizar
o melhor esquema de transmissão para o uplink. Apesar de o OFDMA atender aos requisitos de downlink,
suas propriedades são menos favoráveis para o uplink, principalmente devido ao desvanecimento do
parâmetro chamado Peak to Average Power Ratio (PAPR) no uplink.
Assim, o esquema de transmissão para uplink LTE em FDD e TDD é o modo baseado em SC-FDMA (Single
Carrier Frequency Division Multiple Access) com prefixo cíclico. A utilização deste método tem como
objetivos melhorar o desempenho em comparação a sinais OFDMA e a redução de custos nos projetos dos
amplificadores utilizados pelo UE.
Há diferentes formas para se gerar um sinal SC-FDMA. O modo conhecido como Discret Fourier Transform - spread - OFDM (DTF-s-ODFM)
foi escolhido para a Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN). Seu princípio de funcionamento é ilustrado na figura 7.
Figura 7: Diagrama de bloco do DFT-s-OFDM
Fonte: Rohde & Schwarz, 2009.
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Inicialmente o fluxo de dados é convertido de serial para paralelo. Cada bit é modulado e transformado do
domínio do tempo para o domínio da frequência através da Transformada Rápida de Fourier (FFT) e o
resultado é mapeado nas subportadoras disponíveis. Após o sinal ser submetido a Transformada Inversa de
Fourier (IFFT) é adicionado o prefixo cíclico, que é utilizado como um tempo de guarda entre os símbolos.
Ao final do processo o sinal é convertido novamente de paralelo para serial. (Rohde & Schwarz, 2009).
O DFT-s-OFDMA é a diferença fundamental entre a geração de sinal do SC-FDMA e do OFDMA. Em um sinal SC-FDMA, cada subportadora
utilizada para transmissão contém informação de todos os símbolos modulados transmitidos. Em contrapartida, cada subportadora com
um sinal OFDM carrega informações relacionadas a um símbolo específico.
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LTE: Conceitos de Rede
O LTE é a nova geração das redes móveis que foi padronizada pelo 3GPP. Inicialmente projetada para
prover serviços de dados, espera-se que esta rede melhore substancialmente o throughput do usuário, a
capacidade do setor e reduza a latência do plano do usuário trazendo uma nova experiência com total
mobilidade. Esta tecnologia está programada para fornecer suporte ao tráfego baseado em IP com QoS
fim-a-fim.
Ao contrário do HSPA, que foi acomodado dentro da arquitetura UMTS Release 99, o 3GPP está
especificando um novo núcleo baseado em comutação por pacotes, o EPC, para apoiar a E-UTRAN através
de uma redução no número de elementos de rede, melhorar a redundância e permitir conexões com outros
serviços.
Os principais objetivos desta tecnologia são o esforço para minimizar a complexidade do sistema e dos
equipamentos dos usuários, permitir a distribuição flexível do espectro através de novas frequências ou das
faixas já utilizadas e permitir a coexistência desta rede com outras redes já implantadas como o GSM e o
WCDMA além de oferecer altas taxas de downlink e uplink.
O LTE apresenta requisitos de desempenho agressivos, que dependem de outras tecnologias como o OFDMA e MIMO para alcançar os seus
objetivos. A tabela 3 apresenta um resumo sobre as principais características desta rede:
Tabela 3: Principais características do LTE
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS LTE
Pico da taxa de dados
DL: 100 Mbps UL:50 Mbps (para o espectro de 20
MHz)
Suporte a Mobilidade
A eficiência máxima encontra-se nas baixas
velocidades 0-15 Km/h, mas pode chegar até a 500
Km/h.
Latência para o Plano de Controle
< 100 ms (do modo idle para ativo)
Latência para o Plano de Usuário
< 5 ms
Capacidade do Plano de Controle
> 200 usuários por célula (para o espectro de 5 MHz)
Cobertura (tamanho das células)
5 -100Km com pequena degradação após os 30 Km
Espectro
1.25, 2.5, 5, 10, 15 e 20 MHz.
Fonte: 3GPP, 2010
A seguir serão descritos os principais elementos da rede, protocolos e funcionalidades que compõem o LTE.
Topologia
A figura 8 apresenta a topologia de rede utilizada pelo LTE:
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Figura 8: Topologia LTE
Fonte: D’ÁVILA, 2009
De acordo com D’avila (2009), as principais diferenças na arquitetura LTE em comparação com as releases
anteriores estão na supressão do RNC e no sistema baseado em IP. A rede possui 4 grandes domínios que
estão divididos em:
User Equipament (UE): dispositivo de acesso do usuário.
E-UTRAN: é composta de uma rede mesh de eNodeBs que se comunicam através da interface X2. A
eNodeB contêm as camadas física (PHY), Medium Accesss Control (MAC), Radio Link Control
(RLC) e o protocolo de controle de pacotes de dados. Ainda inclui a funcionalidade de compressão de
cabeçalho, criptografia, gestão de recursos do rádio, controle de admissão, negociação de QoS no
uplink e broadcast contendo informações da célula.
EPC: nele estão contidos os principais elementos da rede. Eles desempenham as principais funções do
sistema e são definidos como:
MME (Mobility Management Entity): é o principal elemento de controle no EPC. Entre as suas
funções estão autenticação, segurança, gerenciamento de mobilidade, gerenciamento de perfil
do usuário, conexão e autorização de serviços.
S-GW (Serving Gateway): este elemento faz o roteamento dos pacotes de dados dos usuários
entre a rede LTE e outras tecnologias como o 2G / 3G utilizando a interface S4. Gerencia e
armazena informações do UE como parâmetros de serviços IP suportados e informações sobre o
roteamento interno dos pacotes na rede.
P-GW (Packet Data Network Gateway): é o roteador de borda entre o EPC e redes de pacotes
externas. Realiza a filtragem e controle de pacotes requeridos para os serviços em questão.
Tipicamente, o P-GW aloca endereços IP para os equipamentos dos usuários para que eles
possam se comunicar com outros dispositivos localizados em redes externas.
PCRF (Policy and Charging Resource Function): elemento de rede responsável pelo PCC –
Política e Controle de Carga. Provê o QoS adequado para que os serviços solicitados possam
utilizar os recursos apropriados.
HSS (Home Subscriber Server): banco de dados de registro do usuário. Executa de fato,
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funções equivalentes às do HLR, AuC e EIR definidos nas releases anteriores.
Serviços: provê a interligação do LTE com outras redes.
Esta arquitetura permite uma drástica redução de custos referentes a operação e aquisição de equipamentos,
uma vez que o E-UTRAN pode ser compartilhado por várias operadoras enquanto no EPC cada uma possui
equipamentos próprios e define a sua própria topologia e os seus elementos de núcleo da rede com MME,
S-GW e P-GW.
Pilha de Protocolos LTE
Nesta seção serão apresentadas as funções dos diferentes protocolos e sua localização na arquitetura LTE. Eles estão dispostos de acordo
com a figura 9.
Figura 9: Diagrama da rede LTE
Fonte: ANRITSU, 2010
No plano de controle, o protocolo Non-Access Stratum (NAS), que funciona entre o MME e a UE, é
utilizado para fins de controle, tais como conexão de rede, autenticação e gestão de mobilidade. Todas as
mensagens NAS são cifradas e sua integridade é garantida pelo MME e UE.
A camada Radio Resource Control (RRC) na eNodeB toma decisões de handover com base em medições
do nível de sinal das células vizinhas que são enviadas pelo UE. Além desta função esta camada ainda envia
mensagens de broadcast contendo informações do sistema e controla as medições dos parâmetros do UE
como a periodicidade do Channel Quality Information (CQI).
No plano de usuário, a camada Packet Data Control Protocol (PDCP) é responsável pela compressão /
descompressão dos cabeçalhos dos pacotes IP dos usuários através do Robust Header Compression
(ROHC). Este artifício permite uma eficiente utilização da largura de banda na interface aérea. Esta camada
realiza também a criptografia dos dados tanto no plano do usuário quanto no plano de controle.
A camada RLC é utilizada para formatar e transportar os dados entre a UE e a eNodeB. Esta camada
oferece três modos diferentes de confiabilidade para o transporte de dados, o Modo Reconhecido (AM Acknowledged Mode), Modo Não Reconhecido (UM - Unacknowledged Mode) ou Modo Transparente (TM
– Transparent Mode). O modo UM é adequado para o transporte de serviços em tempo real, pois eles são
susceptíveis ao atraso e não permitem retransmissões. O modo AM por outro lado, é adequado para serviços
que não são transmitidos em tempo real, como arquivos para download. O modo TM é utilizado quando o
tamanho dos quadros já são previamente conhecidos, como a mensagem de broadcast contendo informações
do sistema. A RLC também oferece a entrega sequencial das Service Data Units (SDUs) para as camadas
superiores eliminando as informações duplicadas. De acordo com as condições do canal rádio, esta camada
pode segmentar as SDUs.
14
Existem dois níveis de re-transmissões para fornecer confiabilidade, Hybrid Automatic Repeat reQuest (HARQ) na camada MAC e ARQ
externa na camada RLC, que funciona como um complemento para tratar os erros residuais que não são corrigidos pelo HARQ. Vários
processos do tipo “stop-and-wait” são empregados pelo HARQ para garantir uma retransmissão assíncrona no downlink e uma
retransmissão síncrona no uplink. Retransmissões síncronas significam que os blocos HARQ ocorrem em um intervalo de tempo periódico
pré-definido, desta forma nenhuma sinalização é necessária para indicar ao receptor a retransmissão dos dados. Já o HARQ assíncrono
oferece a possibilidade de programar a retransmissão dos dados baseado nas condições da interface aérea. As figuras 10 e 11 mostram a
estrutura da camada 2 para uplink e downlink respectivamente. As camadas PDCP, RLC e MAC constituem a camada 2.
Figura 10: Estrutura da camada 2 para downlink
Fonte: MOTOROLA, 2009.
Figura 11: Estrutura da camada 2 para uplink
Fonte: MOTOROLA, 2009
Canais e Sinalizações do LTE
Canais Físicos
Segundo Anritsu (2010) o E-UTRAN foi desenvolvido com o conceito de rede baseada totalmente em IP.
Uma das principais consequências desta mudança é a substituição dos elementos que utilizam a comutação
por circuito por elementos baseados na comutação por pacote. No entanto o uso de canais compartilhados e
canais de broadcast que já foram introduzidos pelo 3GPP nas releases anteriores (ex: HSDPA, HSUPA e
MBMS) são reutilizados no LTE. Esta tecnologia não faz uso dos canais dedicados, cuja função é transportar
os dados de um usuário específico. Isto incrementa eficiência na interface aérea, pois a rede pode controlar
a utilização dos recursos em tempo real de acordo com a demanda, e não há mais necessidade de se definir
15
níveis fixos de recursos para cada usuário.
Os canais de rádio do LTE estão separados em dois tipos, os canais físicos e os sinais físicos. Os canais
físicos correspondem a um conjunto de elementos que transportam as informações provenientes das
camadas mais altas (NAS). Os sinais físicos são utilizados somente pela camada física (PHY) e não carregam
nenhum tipo de informação das camadas mais altas. (Anritsu, 2010).
Os canais físicos podem ser classificados como canais de downlink ou uplink e estão dispostos conforme apresentado abaixo:
Figura 12: Disposição dos canais físicos
Downlink
Os canais físicos do downlink são apresentados a seguir:
Physical Broadcast Channel (PBCH): A cada 40 ms o canal PBCH envia informações sobre o
sistema para que o UE possa se conectar a rede.
Physical Control Format Indicator Channel (PCFICH): Informa para o UE o número de símbolos
OFDM utilizados para transmitir o canal de controle PDCCH. Este canal é transmitido em todos os
frames e utiliza modulação QPSK.
Physical Downlink Control Channel (PDCCH): Os UEs obtêm os recursos de alocação para o uplink
e downlink através deste canal.
Physical Downlink Shared Channel (PDSCH): É mapeado no canal de transporte DL-SCH e contêm
os dados dos usuários.
Physical Multicast Channel (PMCH): Carrega informações de multicast que são enviadas a
múltiplos UEs simultaneamente. Assim como o PDSCH, este canal possui várias opções de modulação
incluindo QPSK, 16-QAM ou 64-QAM.
Sinais Físicos
Os sinais físicos do downlink são apresentados a seguir:
Reference Signal (RS): Os UEs utilizam o RS para estimar o canal de downlink. O RS é o produto de
uma sequência ortogonal e uma sequência pseudo-aleatória. A especificação do 3GPP identifica 504
possibilidades de sequência para este sinal.
Synchronization Signal (P-SS e S-SS): Os UEs utilizam o Primary Synchronization Signal (P-SS) e o
16
Secondary Synchronization Signal (S-SS) para sincronizar os frames e para requisitar informações
como frequência e ID da célula.
Uplink
Os canais físicos do uplink são apresentados a seguir:
Physical Uplink Control Channel (PUCCH): Este canal transporta informações de controle como o
CQI, ACK/NACK em resposta as transmissões de downlink e agendamentos de pedidos de uplink.
Physical Uplink Shared Channel (PUSCH): É mapeado no canal de transporte UL-SCH e contêm os
dados dos usuários.
Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH): Carrega as informações ACK/NACK em
resposta as transmissões de uplink.
Physical Random Access Channel (PRACH): Este canal é utilizado para funções de acesso aleatório.
Sinais Físicos
Os sinais físicos do uplink são:
Demodulation Reference Signal;
Sounding Reference Signal.
Canais de Transporte
Há um esforço significativo por parte dos órgãos reguladores do LTE para simplificar o mapeamento dos
canais de transportes e canais lógicos. Os canais de transporte se distinguem pelas características com o qual
os dados são transmitidos através da interface rádio. A camada MAC é responsável por mapear os canais de
transporte nos canais lógicos e seleciona o formato de transporte mais adequado (Motorola, 2009).
Assim como os canais físicos os canais de transporte podem ser classificados como canais de downlink ou uplink conforme apresentados a
seguir:
Figura 13: Disposição dos canais de transporte
Downlink
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Os canais de transporte do downlink são apresentados a seguir:
Broadcast Channel (BCH): É caracterizado pelo formato pré-definido de transporte. Este canal
carrega as informações de broadcast em uma área definida pela cobertura de uma célula.
Downlink Shared Channel (DL-SCH): Provê suporte para o HARQ e para o link adaptativo
dinâmico, este parâmetro possibilita a variação da modulação, da codificação e da potência
transmitida. Pode ser utilizado como canal de broadcast no interior da célula.
Paging Channel (PCH): Provê suporte para a recepção descontínua, isso permite uma economia no
consumo de energia da bateria do UE. Pode ser utilizado tanto como um canal de trafego quanto para
controle.
Multicast Channel (MCH): Utilizado para enviar informações multicast para os UEs. Estas
mensagens podem ser enviadas simultaneamente para vários dispositivos.
Uplink
Os canais de transporte do downlink são apresentados a seguir:
Uplink Shared Channel (UL-SCH): Provê suporte para o HARQ e para o link adaptativo dinâmico,
este parâmetro possibilita a variação da modulação, da codificação e da potência transmitida.
Random Access Channel (RACH): Canal utilizado para efetuar o acesso ao sistema. Apenas permite
o envio de uma identificação provisória e a razão do acesso.
Canais Lógicos
Estes canais proveem as funcionalidades requeridas pelas camadas de níveis superiores para entrega de
aplicativos e serviços. Na camada 3 o protocolo NAS é utilizado para interligar os canais lógicos. Eles são
mapeados dentro dos canais de transporte na camada 2, através do elemento RRC. O gerenciamento dos
dados do usuário é feito pelo PDCP na camada 2, o controle e as conexões da camada física é feito pelos
elementos RLC, MAC e PHY na camada 1 (Motorola, 2009).
Figura 14: Disposição dos canais lógicos
Na pilha de protocolos do LTE os canais de transporte são encapsulados pelos canais lógicos. Estes canais
proveem as funcionalidades para as camadas mais altas e são especificados em termos dos serviços ao qual
eles suportam. Cada canal lógico é definido pelo tipo de informação transferida, geralmente estes canais são
divididos em 2 grupos, os canais de controle (utilizado para transferência de informação no plano de
controle) e os canais de tráfego (utilizado para transferência de informação no plano do usuário), conforme
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apresentado no esquema a seguir:
Canais de Controle
Os canais de controle são apresentados a seguir:
Broadcast Control Channel (BCCH): Canal utilizado no downlink para fazer o broadcast das
informações de controle do sistema.
Paging Control Channel (PCCH): Canal de downlink responsável pela transferência das informações
de paging. É utilizado pelo sistema para que a rede possa localizar em qual célula está o UE.
Common Control Channel (CCCH): Este canal é utilizado para obter informações de acesso
aleatório.
Multicast Control Channel (MCCH): Canal de downlink ponto-a-ponto utilizado para transmitir
informações de controle MBMS da rede para o UE. Este canal é utilizado somente por dispositivos
que suportam o MBMS.
Dedicated Control Channel (DCCH): Canal bi-direcional ponto-a-ponto que transmite informações
de controle dedicadas entre o UE e a rede. Utilizados pelos dispositivos quando eles fazem uma
conexão RRC.
Canais de Tráfego
Os canais de tráfego são apresentados a seguir:
Dedicated Traffic Channel (DTCH): É um canal ponto-a-ponto dedicado para um UE. É utilizado
para transferir as informações do usuário tanto no downlink quanto no uplink.
Multicast Traffic Channel (MTCH): É um canal de downlink ponto-a-ponto responsável pela
transmissão do tráfego de dados da rede para o UE. Este canal e utilizado somente por dispositivos
que suportam o MBMS.
Mapeamento dos Canais
O mapeamento dos canais entre as camadas física, de transporte e lógica são representados nas figuras 12 e 13.
Figura 15: Mapeamento dos canais de downlink
Fonte: ANRITSU, 2010
19
Figura 16: Mapeamento dos canais de uplink
Fonte: ARITSU, 2010
Estrutura de Frame
Para que o sistema seja capaz de sincronizar e gerir os diferentes tipos de informações que trafegam entre a
eNodeB e o UE, o 3GPP padronizou a estrutura de frame utilizada pelo LTE. Esta estrutura difere entre os
modos Time Division Duplex (TDD) e o Frequency Division Duplex (FDD).
De acordo com Anritsu (2009), cada frame é definido em função da variável Ts, que é a unidade básica de
tempo utilizada pelo LTE e pode ser descrita como, Ts = 1/(15000 x 2048) = 32,6 nano segundos. Tanto as
transmissões de downlink quanto de uplink são organizadas em frames com duração igual a Tf = 307200 x
Ts, que equivalem a aproximadamente a 10 ms. Cada frame possui 10 subframes de 1ms e cada subframe é
dividido em slots com duração de 0,5 ms.
Dois tipos de estrutura de frames são definidos para o LTE:
Tipo 1: utiliza FDD
Tipo 2: utiliza TDD
Para a estrutura de frame tipo 1, os frames são divididos em 20 slots de 0,5 ms. Um subframe consiste de dois slots consecutivos, assim
um frame de rádio contém dez subframes conforme apresentado na figura 17.
Figura 17: Estrutura de frame tipo1
Fonte: ANRITSU, 2010
20
Ainda de acordo com Aritsu (2009), para a estrutura de frame tipo 2, cada frame de rádio de 10ms é
constituído de dois semi-frames de 5 ms de comprimento onde cada um é dividido em 5 subframes de 1ms
cada, conforme apresentado na figura 18. Existem 3 subframes considerados especiais que são reservados
para o downlink e uplink respectivamente. Estes subframes especiais consistem em 3 campos: Downlink
Pilot Timeslot (DwPTS), Guard Period (GP), e Uplink Pilot Timeslot (UpPTS). Todos os subframes que não
são considerados especiais são definidos como dois slots de duração de 0,5 ms em cada subframe.
Figura 18: Estrutura de frame tipo 2
Fonte: ANRITSU, 2010.
A figura 18 representa uma transmissão de 5 ms e os campos especiais são apresentados nos subframes 1 e
6. Para a transmissão de 10ms, os campos especiais no subframe 6 não são utilizados. Os subframes 0, 5 e o
campo DwPTS são sempre reservados para o downlink, já o campo UpPTS e o subframe que imediatamente
procede este campo são reservados para o uplink.
Para o transporte das informações do usuário, o LTE utiliza 12 subportadoras espaçadas de 15 kHz. Cada bloco possui o mesmo tamanho
para todas as larguras de bandas definidas para o LTE. Os dados são alocados para o UE através dos blocos de recursos. Cada UE pode ser
alocado em vários blocos de recursos no domínio da frequência, onde cada bloco não precisa ser necessariamente ser adjacente um com o
outro conforme apresentado na figura 19. No domínio do tempo, a decisão de agendamento é feita pela eNodeB. O algoritmo de
agendamento deve levar em conta a situação do link de rádio de diferentes usuários, a situação global de interferências, exigências de QoS,
prioridades de serviços, etc. (Rohde & Schawrz, 2009).
Figura 19: Alocação dos blocos de recursos para os usuários
Fonte: Silva, 2010
O número de símbolos OFDM utilizados depende da configuração do sistema. Para cada símbolo OFDM,
um prefixo cíclico (CP) é utilizado como banda de guarda. Um slot de downlink é constituído de 6 ou 7
símbolos, essa variação se deve ao fato do sistema utilizar a configuração de prefixo cíclico estendido ou
prefixo cíclico normal respectivamente. O prefixo Cíclico Estendido é habilitado para células com grande
21
área de cobertura e com alto atraso de propagação no canal de rádio (Anritsu, 2010).
A figura 20 apresenta o esquema de transmissão dos frames tanto para o TDD quanto para o FDD.
Figura 20: Esquema de transmissão FDD e TDD
Fonte: ANRITSU, 2010
O quadro abaixo apresenta o número máximo de Blocos de Recurso utilizados pelo LTE para as diferentes
larguras de banda utilizadas por este padrão:
Quadro 1: Dimensionamento dos Blocos de Recursos
Fonte: ANRITSU, 2010
É possível estimar a taxa de dados trafegados em 1 bloco de recursos. Para isso será considerado que o
sistema possui as seguintes características:
14 símbolos OFDM por subframe de 1 ms;
22
Modulação de 64 QAM com 6 bits por símbolo;
Então:
x 14 = 84 bits por subframe de 1ms;
84 bits/ 1ms = 84kbps por subportadora;
12 subportadoras x 84kbps = 1.008 Mbps por bloco de recurso;
Utilizado a banda de 20 MHz temos 100 blocos de recurso disponíveis, desta forma:
100 x 1.008 Mbps = 100.8 Mbps por antena;
Utilizando antena MIMO com configuração 4x4 é possível alcançar taxas de 403.2 Mbps. Na prática a taxa
máxima alcançada chega a 320 Mbps.
23
LTE: Voz sobre LTE
Quando se trata de uma nova geração de serviços móveis, os assinantes provavelmente esperam que os seus
dispositivos possam trabalhar tão bem, ou melhor, do que os seus dispositivos atuais 2G/3G. Esta
experiência vale tanto para voz quanto para dados e cria no usuário a expectativa de novos serviços gerados
por esta nova tecnologia.
Segundo o 3G Americas (2010), a percepção do assinante, o valor global do serviço prestado é referido
como Quality of Experience (QoE). O QoE leva em consideração todos os fatores que contribuem para a
percepção geral do usuário como velocidade, largura de banda, conjunto de recursos, área de cobertura,
mobilidade, custo, personalização e escolha.
Para fornecer QoE que atenda as expectativas do assinante, os fatores a seguir serão considerados críticos
para o sistema LTE:
O dispositivo LTE deve prover altas taxas de troughput com baixa latência.
O sistema LTE deve prover características e funcionalidades equivalentes ou melhores que as
tecnologias anteriores.
Chamadas em curso e os recursos utilizados pelo UE devem ser mantidos enquanto o dispositivo se
desloca das zonas cobertas pelo LTE para as áreas de cobertura do 2G/3G.
A rede deve prover interoperabilidade entre as operadoras e proporcionar capacidade integral de
roaming.
O sistema deve ser capaz de fazer distinção entre os planos de usuários e prover diferentes taxas de
dados, serviços, QoS, etc.
Baseado nestas considerações o LTE não é considerado como a 4ª geração da telefonia móvel, pois, para
simplificar e reduzir os custos de implantação, inicialmente o LTE foi desenvolvido para oferecer somente
serviços de dados. Esta estratégia tem como vantagem a sua rápida implementação sem que haja a
necessidade de se criar uma solução para o serviço de voz. Além disso, os operadores podem ganhar
experiências operacionais e de implantação com LTE, antes de adicionar a complexidade da voz e de seus
extensos requisitos regulamentares.
A voz ainda é uma grade geradora de receita para as operadoras de telefonia móvel, porém, devido a grande
demanda de usuários por altas taxas de dados, as operadoras pretendem implantar uma rede de dados de alta
capacidade que seja compatível com as redes 2G e 3G já implantadas. Com isso os operadores esperam
oferecer altas taxas de troughput com o LTE e caso o assinante necessite realizar chamadas de voz, o
mesmo seria comutado para as redes 2G e 3G existentes. Isto é feito através da solução conhecida como
CS-Fallback, que é a interface entre a rede LTE e as redes GSM / UMTS (3G Americas, 2010).
O CS-Fallback funciona de duas maneiras:
Para fazer chamada, o UE migra para a rede 3G e procede com a chamada normalmente.
Para as chamadas recebidas inicia-se um procedimento de transição entre as redes LTE e 2G / 3G
para receber as chamadas. Se houver uma sessão de dados ativa, ela pode ser migrada para a rede 3G.
A figura 21 apresenta a arquitetura de referência utilizada pelo LTE, onde os elementos da rede são
conectados por interfaces padrão. Através desta arquitetura é possível fazer a comutação da rede LTE para
as redes 2G/3G para oferecer os serviços de voz e SMS aos usuários. A interface SGs que interliga a MSC ao
24
MME é responsável por realizar as funções de paginação. A interface S3 que interliga o MME ao SGSN
facilita a continuação de uma sessão ativa de dados enquanto o usuário migra do LTE para a rede 3G.
Figura 21: Arquitetura de referência LTE
Fonte: 3G Americas, 2010
A interface SGs também pode ser usada para fornecer suporte de SMS sobre a rede LTE. Um centro de SMS
está conectado a MSC 3G através de uma interface padrão. O MSC servidor pode entregar as mensagens
SMS via interface SGs ao MME. Para o serviço de SMS o sistema não exige uma MSC completa, é
necessária apenas uma versão simplificada do MSC servidor (3G Americas, 2010).
Paralelamente aos estudos para se utilizar as redes sobrepostas, várias alternativas vêm sendo desenvolvidas
para prover serviços de voz e SMS sobre o LTE. Dentre elas destaca-se a Voice Over LTE via Generic
Access (VOLGA), que permite aos operadores implementarem estes serviços com base em um padrão
existente desenvolvido pelo 3GPP conhecido como Generic Access Network (GAN). O VOLGA ainda
exige que um elemento conhecido como VOLGA Access Network Controller (VANC) seja adicionado ao
núcleo das redes GSM / UMTS existentes (3G Americas, 2010).
Esta modificação permite que a rede LTE suporte serviços baseados em comutação por circuito através da criação de um túnel IP, que
permitirá à criação da interface A para fazer a comunicação com o núcelo da rede GSM-UMTS. Uma preocupação por parte dos operadores
e fabricantes quanto a utilização desta solução, está na dificuldade em se realizar o roaming, pois sem a padronização das soluções de voz
utilizadas pelo LTE, esta se tornaria uma tarefa quase impossível se ser realizada.
25
LTE: Considerações Finais
O LTE está bem posicionado para atender aos requisitos das redes móveis de próxima geração – tanto para
as operadoras existentes que seguem 3GPP/3GPP2, como para as novas. Com ela, poderão ser oferecidos
serviços de banda larga móvel de elevado desempenho para o mercado de massa, por meio de uma
combinação de elevadas taxas de bit e throughput – tanto no uplink como no downlink – com baixa latência.
Analisando com cuidado as técnicas apresentadas na escala evolutiva do 3GPP, observamos a preocupação
com dois aspectos complementares: de um lado a tentativa de aumentar a eficiência espectral com a adoção
de técnicas de modulação de alta ordem, como o 64QAM e a utilização de técnicas de acesso como o
OFDMA, e de outro a tentativa de melhorar o C/I com a adoção de técnicas como o MIMO, a diversidade
de recepção e o cancelamento sucessivo de interferência. Com o aumento de ordem da modulação, tende-se
a aumentar a vulnerabilidade do receptor no caso de ocorrência de interferências, porém isto é compensado
pelo uso do FDMA. Já o MIMO tenta minimizar o efeito da interferência percebida, viabilizando o uso mais
eficiente do espectro de frequência.
A infra-estrutura LTE é projetada para ser a mais simples possível de implementar e operar, por meio de
tecnologia flexível que pode utilizar várias faixas de frequência. O LTE oferece larguras de banda
escalonáveis, de menos de 5MHz a 20MHz, com suporte a espectros de FDD e TDD. A arquitetura LTE
reduz o número de nós, suporta configurações flexíveis de rede e fornece um alto nível de disponibilidade de
serviço. Além disso, terá interoperabilidade com GSM, WCDMA/HSPA, TD-SCDMA e CDMA.
Apesar de não ser considerada efetivamente como uma tecnologia de 4ª geração, o LTE se apresenta como
uma tecnologia promissora que permitirá ao usuário uma experiência real de banda larga móvel. O 3GPP
continua a realizar os estudos para definir os parâmetros da 4ª geração das comunicações móveis através da
Release-10 conhecida como LTE Advanced. Esta tecnologia irá reunir dois aspectos fundamentais da
telefonia móvel: a utilização de altas taxas de dados com as facilidades encontradas nas tecnologias que
antecedem o LTE como o tráfego de voz e SMS. O LTE estará disponível não apenas nos telefones móveis
de próxima geração, mas também nos notebooks, câmeras fotográficas, câmeras de vídeo, terminais sem fio
fixos e outros dispositivos que se beneficiam da banda larga móvel.
Referências
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26
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SILVA, Ildelano Ferreira. Padrões de Telefonia Móvel Digital. 2010. Pontifícia Universidade católica de
Minas Gerais. Minas Gerais.
SOUZA, Adriano Aurélio. Análise de Desempenho de Técnicas MIMO no Sistema LTE. 2009. 129f.
Monografia (conclusão de curso) – Instituto Federal de Santa Catarina, São José - Santa Catarina.
RODRIGUES, Marcio Eduardo da Costa. Telefonia Celular. 2000. Dissertação (Mestrado) – Pontifícia
Universidade Católica do Rio de Janeiro, Departamento de Engenharia Elétrica, Rio de Janeiro.
CASTRO, Maria Cristina Felippeto. Sistemas Wireless e Padrões. 2009. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul,
Departamento de Engenharia elétrica, Rio Grande do Sul.
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LTE: Teste seu entendimento
1. Segundo o contexto do tutorial, qual dos padrões abaixo não faz parte dos sistemas celulares de
terceira geração (3G)?
UMTS.
GSM-EDGE.
HSPA.
CDMA 1xEV-DO.
2. Como pode ser definido um sistema com a tecnologia MIMO (Multiple Input – Multiple Output)?
Um sistema MIMO corresponde a um conjunto de antenas na transmissão e na recepção que utiliza
diversidade espacial.
Um sistema MIMO corresponde a um conjunto de antenas na transmissão e na recepção que utiliza
diversidade temporal.
Um sistema MIMO corresponde a um conjunto de antenas na transmissão e na recepção que utiliza
diversidade geográfica.
Um sistema MIMO corresponde a um conjunto de antenas na transmissão e na recepção que utiliza
diversidade espectral de frequências.
3. Qual dos elementos abaixo fazem parte da topologia das redes LTE?
User Equipament (UE).
Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN).
Evolved Packet Core (EPC).
Serviços.
Todos os elementos anteriores.
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