Redes 3G e 4G

 

Redes 3G e 4G: Características do LTE T er m E vo volution lution –  L TE   L ong Te

 Na escala evolutiva do 3GPP, o primeiro padrão que apresenta como técnica de acesso ao meio o OFDMA (acesso múltiplo por divisão de freqüências ortogonais) é o LTE. O OFDMA já é usado nos mais modernos sistemas, tais como padrões de TV e rádio digital, redes Wifi e Wimax, dentre outros. Essa técnica consiste na divisão da banda disponível em milhares de subportadoras, e na transmissão dos dados de um ou mais usuários, de forma simultânea, em várias dessas subportadoras, conforme mostra a figura 7. Dessa forma o sistema se torna mais resistente a interferência seletiva, multipercurso e pode ser projetado para ser praticamente imune à interferência intersimbólica, introduzindo-se um intervalo de guarda adequado.

Figura 7: Composição das portadoras e subportadoras no OFDM  Fonte: HSDPA HSDPA and B Beyond, eyond, p página ágina 2 25, 5, (By Nortel Nortel)) 

As redes LTE são a evolução apresentada pelo 3GPP para aproveitar de forma mais eficiente bandas acima de 5 MHz. Para bandas disponíveis de até 5 MHz, as tecnologias baseadas em CDMA já apresentadas até aqui, fazendo uso de técnicas também apresentadas (como MIMO, avanço dos receptores, modulação de alta ordem, dentre outras) apresentam uma eficiência semelhante. Contudo, para bandas maiores, as redes LTE oferecem ao usuário um desempenho superior, conforme listado abaixo: 

 

downlink  e o SC-FDMA no uplink , para reduzir o Uso PAPR do OFDMA noAve alto  –  Peak   Peak Average rage Power Rate  –   –  do  do OFDM que encarece os

 

 

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amplificadores e obriga que eles sejam ineficientes, por não poderem apresentar alto ganho. Procura-se com isso reduzir a complexidade do equipamento móvel. Latência abaixo de 5 ms com 5 MHz ou largura de banda maior. Com alocação de banda abaixo de 5 MHz, a latência menor que 10 ms pode ser viabilizada. Largura de banda escalável até 20 MHz, com bandas menores cobrindo 1,25 MHz, 2,5 MHz, 5 MHz, 10 MHz e 15 MHz. A banda de 1,6 MHz também é considerada para casos específicos. Suporta somente comutação por pacote ( Packet Switching Switching –  PS   PS ). ). O serviço de Voz para o usuário é fornecido através de VoIP ou utilizando as tecnologias legadas. Taxa máxima de dados no downlink  de  de até 100 Mbit/s e no uplink  de  de até 50 Mbit/s com largura de banda de 20 MHz. Redução do valor do TTI para 1 ms.

Técnicas Chave Empregadas

Visando a melhoria de desempenho dos sistemas 3G em direção aos sistemas 4G, algumas técnicas estão sendo ou serão empregadas. Muitas delas já foram descritas anteriormente e as mais importantes estão listadas abaixo:  

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Utilização de modulação de níveis superiores (16QAM, 64QAM). Técnicas de cancelamento sucessivo de interferência e diversidade de recepção no downlink . CPC (continuous packet conectivity). Sistemas MIMO (2X2, 4X2, 4X4). Beamforming, que é a técnica na qual uma Antena Inteligente ou Matriz Adaptativa pode alterar dinamicamente seu diagrama de radiação de forma a atender os clientes da melhor forma, como ilustra a figura 8. o de nós na rede (Arquitetura IMS), conforme mostra a figura Eliminação Eliminaçã 5. Desenvolvimento do Evolved Packet Packet Syste System m  –  EPS   EPS  para  para permitir interoperabilidade entre GSM/UMTS/HSPA com o LTE. Utilização da técnica OFDMA para acesso ao meio conforme mostra a figura 7. O OFDMA proverá maior eficiência espectral e maior troughput  máximo  máximo para bandas maiores que 5 + 5 MHz. Utilizando a banda de 5 + 5 MHz o HSPA+, fazendo uso do CDMA e de técnicas avançadas já descritas, possui eficiência espectral muito  próxima ao LTE que utiliza utiliza o OFDMA.

 

  Figura 8: Exemplo de uso do B eamfor mi ng    Fonte: UMTS UMTS Evolut Evolution ion  –  From  From 3GPP release 7 to release 8. HSPA and SAE/LTE,   Página 76, June 2 2008 008 Upd Update ate  –  3G  3G Americas 

As técnicas descritas são responsáveis por grande parte da evolução dos  padrões 3GPP, 3GPP, conforme conforme ilustra a figura figura 9.

Figura 9: Evolução dos padrões do 3GPP  Fonte: UMTS UMTS Networ Networks ks Services, A Apresenta presentação ção AIRCOM  

Perspectivas para o 4G

Conforme é comum se ensinar nas escolas, a história é o estudo do que ocorreu no passado para que possamos nos preparar e até predizer o que acontecerá no futuro. Esse pensamento é muito utilizado na estatística e na economia. É muito comum armazenar certos tipos de dados de acontecimentos passados para que seja traçada uma tendência para o futuro.

 

Essa característica é bastante usada no mundo das telecomunicações para se  prever, por exemplo, exemplo, quando serão necessários novos investimentos investimentos para ampliação de capacidade das redes em função do crescimento da demanda de tráfego. Levando em consideração o comportamento do 3GPP para escolha das técnicas de múltiplo acesso das gerações anteriores e com ajuda da figura 10, teremos uma indicação da técnica de múltiplo acesso que será escolhida para a  próxima geração de celulares. Nos anos 90, o TDMA foi escolhido em detrimento do CDMA para a segunda geração. Em 2000, o CDMA foi escolhido em detrimento do Orthogonal Frequency Division Multiplexing  –   OFDM  para  para o 3G. Seguindo essa lógica e com base na utilização dessa técnica em grande parte dos sistemas de comunicações mais modernos, espera-se que o OFDM seja escolhido pelo 3GPP para viabilizar os sistemas 4G do futuro.

Figura 10: Adoção de técnicas de múltiplo acesso pelo 3GPP

Conforme mencionado, outra indicação que em o OFDM temmais grandes chancesSão de ser escolhido é a sua utilização difundida sistemas modernos. eles: WLAN (IEEE 802.11a, g, n), Rádio Digital (DAB, DRM, ISDB-TSB), TV Digital (DVB-T, ISDB), TV móvel (DVB-H, ISDB-T, MediaFLO), 3GPP LTE, WMAN fixo (IEEE 802.16  –   Wimax), WMAN móvel (IEEE 802.16e, IEEE 802.20, WiBro). Espera-se que o novo padrão seja capaz de atingir até 1 Gbit/s, para usuários até 15 km/h, e até 100 Mbit/s para usuários com velocidades superiores, conforme mostra a figura 11. Espera-se também que as redes 4G sejam  projetadas para operar conjuntamente conjuntamente com as as redes UMTS UMTS e GSM legadas. legadas.

 

O relatório ITU-R M.2079 indica que serão priorizadas bandas dentro do intervalo de 400 MHz a 5 GHz para implementação da nova geração.

Figura 11: Velocidades para cada tecnologia e geração  Fonte: UMTS UMTS Networ Networks ks Services, A Apresenta presentação ção AIRCOM  

Ainda há muito que ser definido para padronização das futuras redes de 4ª geração de telefonia celular e existe a perspectiva que muito seja definido até o final de 2010. Apesar disso, algumas operadoras pelo mundo afirmam que irão adotar as redes LTE como suas futuras redes de 4ª geração. Contudo as redes LTE não satisfazem alguns requisitos desejados para redes 4G e,  portanto, essas afirmações afirmações devem ser analisadas analisadas sob olhar olhar mais crítico. crítico.

Redes 3G e 4G: Considerações finais A tecnologia vem evoluindo numa velocidade impressionante nos últimos anos. Na vanguarda dessa tendência está situada a telefonia móvel que, com a implementação plena das redes 3G, pode passar a ser chamada também de  banda larga larga móvel. A implantação efetiva de 3 gerações de sistemas celulares, num período inferior a 15 anos, e a preparação para o surgimento de uma quarta geração suscitam a questão de como se dará a convivência entre as tecnologias mais novas e as chamadas tecnologias legadas. Um exemplo de como isso pode ocorrer são as redes das operadoras que possuem a tecnologia GSM e UMTS

 

funcionando simultaneamente, nas quais é possível até mesmo o handover entre os dois sistemas. Outro aspecto interessante a ser observado na escala evolutiva do 3GPP é a futura transição do CDMA para o OFDMA, que ocorrerá quando da implementação do LTE. Conforme já mencionado, o OFDMA possui melhor desempenho para bandas acima de 5 MHz. A redução da latência também é um aspecto importante que, conforme já mencionado, deve ser alcançada  principalmente  principalm ente com a aplicação da Solução de um Túnel (OTS) que implica na redução do número de nós das redes. 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 técnicas de modulação de alta ordem, como o 64QAM, 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. As primeiras tendem a aumentar a vulnerabilidade do receptor no caso de ocorrência de interferências e as segundas tentam minimizar o efeito da interferência percebida, viabilizando o uso mais eficiente do espectro de freqüência. Referências  

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 EDGE, HSPA HSPA and LT LTE: E: The Mobi Mobile le Broadba Broadband nd Advan Advantage tage  –   –  3G  3G

Americas

 

 Defining 4G: Unde Understandin rstanding g ITU Proce Process ss for the n next ext Gene Generation ration of Wireless Technology  –   –  3G  3G Americas   Wiley - WCDMA for UMTS - Radio Access for Third Generation

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 Mobile Communica Communications tions, 3rd Ed - 2004 - (By Laxxuss)  HSDPA and and Beyond  (By  (By Nortel).   Wiley  –  HSDPA  HSDPA HSUPA for UMTS High Speed Radio Access for  Mobile Communica Communications tions eb ebook  ook   –   –  Spy  Spy (Edited by Harri Holma and Antti

 

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Toskala)

 

UMTS Evolution. From 3GPP release 7 to release 8. HSPA and SAE/LTE . June 2008 Update  –  3G  3G Americas   Overview of Multiuser Detection/Interference Cancellation for DS –  Tero CDMA  –   Tero Ojanpera, Nokia Research Center, 2300 Valley View

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Lane, Irving, TX 75038, USA Lopes, Estevan Marcelo. TP-100  –  Sistemas  Sistemas de Comunicações Móveis e TV Digital, Apresentação INATEL.

 

www.teleco.com.br 

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Redes 3G e 4G: Teste seu entendimento 1. Apesar do sistema UMTS usar várias ferramentas do sistema IS-95 (CDMA), qual alternativa abaixo representa uma das diferenças entre eles que devem ser observadas?

 Necessidade de sincronismo para inter-operação entre as estações base no IS-95,  Necessidade que é opcional no UMTS. Por essa razão os sistemas UMTS não necessitam das antenas GPS presentes nas estações do sistema IS-95. A taxa de chips utilizada para o IS-95 é de 1,2288 Mcps, numa banda de 1,25 MHz, enquanto que para o UMTS a taxa é de 3,84 Mcps, numa banda de 5MHz. O UMTS é projetado para operar conjuntamente com o GSM, portanto, o handover entre os dois sistemas é suportado permitindo manter o nível mínimo do GSM durante a introdução da rede UMTS. Todas as alternativas anteriores. 2. Qual das alternativas abaixo não representa uma das alterações em relação ao WCDMA implementada pelo HSDPA?

Utiliza o soft ou softer handover (não ocorre hard handover). Utilização de Spread Factor fixo e igual a 16 (SF=16). Decisão de Scheduling realizada pela Node B. Utilização de modulação de alta ordem (16 QAM). 3. O que permitiu que o LTE fosse interoperável com as outras tecnologias 2G e 3G (GSM/UMTS/HSPA)?

A existência de largura de banda escalável até 20 MHz. Desenvolvimento Desenvolvime nto do Evolved Packet System  –  EPS.  EPS. O serviço de Voz fornecido através de VoIP. Uso do OFDMA no downlink e o SC-FDMA no uplink.