LTE
1) Introdução
- Apresentar os conceitos básicos sobre a tecnologia
O LTE (acrónimo de Long Term Evolution, em português Evolução de Longo Prazo) é um padrão de redes de comunicação móveis que se encontra em fase de adopção por parte dos operadores que utilizam tecnologias GSM como 3G/W-CDMA e HSPA e também pelos operadores de CDMA. Esta nova tecnologia de rádio permite velocidades de 100(109)Mb/s de downlink e 50Mb/s de uplink (taxas máximas).
O LTE foi concebido para manter a compatibilidade com o GSM e o HSPA. Incorpora o Multiple In Multiple Out (MIMO), em combinação com uma multiplexação Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) no downlink e Single Carrier FDMA no uplink para conseguir utilizações eficiêntes do espectro. O LTE pode ser utilizado em frequências de 1,4 MHz a 20 MHz e ambas em operação FDD e TDD.
Apesar de tanto o LTE como o WiMAX utilizarem ambos uma ligação sem fios OFDMA, o LTE tem a vantagem de ser compatível com os recursos existentes nas redes HSPA e GSM, permitindo que os operadores móveis possam realizar a transição para a tecnologia LTE sem descontinuidade de serviço nas redes já existentes.
- Descrever os principais fornecedores/desenvolvedores
O Órgão responsável é o 3GPP [1]
- Apontar cronologia de evolução
- Destacar pontos relevantes
2) Funcionamento
- Explicar os princípios básicos de funcionamento
Tecnologia
Com o objetivo de oferecer velocidades maiores de transmissão de dados, a tecnologia LTE alcança taxas de 75 Mbit/s no uplink e até 300 Mbit/s no sentindo de downlink.
Por basear-se no protocolo IP, com a transição de redes combinando comutação de circuito e pacotes, a arquitetura do sistema deve ser simples [20]. No LTE, essa arquitetura é conhecida como Evolved Packet Core (EPC), caracterizada pela simplicidade e pela integração com demais redes baseadas no IP.
Outro ponto chave da tecnologia LTE diz respeito à automação de processos de rede, conhecida como Self-Organizing Network (SON). Essa característica permite que as redes possam configurar-se e sincronizar-se com redes adjacentes.
A adoção de uma nova interface aérea baseada na tecnologia OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) possibilita alcançar alta velocidade na transmissão de dados, com uma implementação de baixo custo e eficiente no consumo de energia. Tal inovação combina uma modulação baseada no OFDMA (Orthogonal Frequency-Divison Multiple Access) com esquema de múltiplo acesso para o downlink e SC-FDMA (Single Carrier Frequency-Division Multiplexing Access) no uplink [21].
No caso do LTE, utilizando o canal de 20 MHz, o esquema proposto pela multiplexação OFDM divide o espectro disponível em milhares de subcanais estreitos, cada um carregando parte do sinal ao máximo, sendo combinados posteriormente para gerar o dado transmitido. Com isso, o OFDMA associa diferentes subcanais para usuários diferentes, evitando problemas causados por reflexões em múltiplos caminhos, enviando os bits de um dado a baixas velocidades, combinados no receptor para formar uma mensagem de alta velocidade.
- Mostrar o fluxo de uma transmissão/recepção
A fim de enviar dados através de diferentes caminhos, cujos sinais ocupam a mesma banda RF (Radio Frequency) ao mesmo tempo, levando a altas taxas de transferência, a tecnologia LTE faz uso da técnica MIMO (Multiple-Input Multiple-Output). O sistema de antenas MIMO oferece grande confiabilidade e capacidade para os serviços de banda larga móvel. Essa técnica corresponde a um mecanismo eficiente de desviar dos limites impostos pela Lei de Shannon.
A Lei de Shannon impõe um limite à quantidade de informação que pode ser transmitida em um canal de comunicação, fato devido à presença de ruído. A aplicação de outras técnicas de correção para ambientes com ruído, como redes celulares, tem aproximado o resultado do teto imposto pela Lei de Shannon.
O diferencial da técnica MIMO se baseia pelo fato de que a Lei de Shannon é aplicável a um único canal de transmissão. Como o sistema MIMO cria vários canais entre emissor e receptor, cada canal individualmente fica limitado, porém o conjunto de canais excede tal limite.
- Desenhar topologia/arquitetura
A arquitetura de rede EPC é modelada para permitir a integração com outras redes de comunicação baseadas no protocolo IP, utilizando a comutação por pacotes. Essa tecnologia também permite conectividade com outras formas de acesso, tanto as padronizadas pelo 3GPP como as de banda larga fixa, como a DSL (Digital Subscriber Line).
A rede utilizada no LTE é considerada mais simples do que as utilizadas em redes anteriores, uma vez que os pacotes são processados e gerenciados no núcleo EPC. Esse processo produz respostas mais rápidas, melhorando a taxa de transmissão e o tempo de latência. No esquema abaixo pode-se ver um comparativo entre duas arquiteturas (UMTS e LTE). O componente eNodeB passou a substituir as funções do RNC, conectando-se diretamente ao núcleo EPC.
Uma característica comum em redes sem fio é a rápida variação na taxa de transmissão de dados. A fim de contornar esse obstáculo, a arquitetura LTE faz uso de retransmissão no eNodeB para gerenciar tal variação. A adoção de mecanismos de controle de fluxo no núcleo principal da arquitetura EPC colabora para evitar perda de dados ou overflow.
- Detalhar elementos que fazem parte de todo o processo
- Apontar os protocolos e tipos de acesso envolvidos
3) Estágio atual
- Atualizar quanto ao momento que vive a tecnologia
Cenário global
O sucesso da tecnologia HSPA se traduziu na popularização de diversos dispositivos capazes de oferecer acesso à banda larga móvel. Com a introdução no mercado das redes LTE, espera-se que esse acesso se amplie, viabilizando novos serviços.
Um dos grandes obstáculos para a implementação global da tecnologia LTE e de sua sucessora LTE-Advanced está na disponibilidade de espectro apropriado. As bandas de baixa frequência são destinadas para ampliar a cobertura, enquanto que as de alta frequência visam oferecer acesso para situações de baixa mobilidade [17].
É preciso também destacar a continuidade que o sistema LTE colocará em prática, não impondo restrições a sistemas anteriores, possibilitando ganhos para seus investidores [21]. A compatibilidade das redes LTE com outras redes promete ser um dos seus principais atrativos.
Cenário brasileiro
Em termos de Brasil, a situação não é muito animadora. A implementação das redes 3G ainda não apresenta estabilidade, o que obriga as operadoras a investirem na plataforma atual. A infra-estrutura necessária para a adoção das redes LTE exigiria fortes investimentos em fibra ótica, a fim de oferecer alta velocidade e ampla cobertura para os usuários finais [6].
Outra questão que atrasaria qualquer possibilidade de projetar o padrão LTE no mercado brasileiro seria a insuficiência de espectro. A faixa recomendada pela ITU seria a de 2,5 GHz, que no Brasil é ocupada pela televisão por assinatura [13]. Alocar os dois serviços na mesma faixa seria uma das soluções, no entanto, muitas discussões até se chegar em um acordo atrasariam a chegada dessa tecnologia ao consumidor brasileiro.
- Apontar eventuais problemas (tráfego, frequência, limitações, capacidade)
- Exemplificar com matérias de revistas, livros e internet
4) Características técnicas
- Mostrar o espectro de frequência utilizado
20 MHz (4 x 5 MHz para WCDMA Rel-6)
- Explicar sobre o tipo de modulação
QPSK e 16-QAM, codificação turbo de acordo com WCDMA Rel-6
- Apresentar os tipos de acesso. Ex: TDMA, FDMA , CDMA , etc
Frequency Division Duplexing - FDD, ou ainda duplexação por divisão de freqüência que provê duas bandas de frequência distinta para cada usuário. A banda direta provê comunicação no sentido estação-base para a estação-móvel e a banda reversa provê a comunicação no sentido contrário. Em FDD, o canal duplex consiste em dois canais simplex (direto e reverso) e um dispositivo multiplexador (no caso duplexador). A separação de frequência entre cada canal (direto e reverso) é constante para um sistema, independente de qual particular canal está sendo utilizado.
Time Division Duplexing - TDD, ou ainda duplexação por divisão no tempo, que utiliza o domínio do tempo para prover um link direto e um link reverso. Em TDD, múltiplos usuários dividem um único canal de rádio, utilizando "em turnos" o tempo. O acesso aos canais é permitido a usuários individuais em time slots designados, e cada canal duplex tem tanto um canal direto quanto um reverso, para facilitar a comunicação bidirecional. Se a separação no tempo entre o time slot direto e o reverso for pequena, então a transmissão e a recepção de dados aparenta ser simultânea ao usuário do sistema.
- Potência
Potência de saída da estação-base é 40 W na antena (10 W/ 5 MHz portadora para WCDMA)
- Alcance
A tecnologia LTE apresenta ótima performance em um tamanho de célula de até 5 km, sendo possível demonstrar serviço eficaz em células com raio de até 30 km. Um desempenho limitado fica disponível em células com tamanho de raio de até 100 km.
- Consumo
5) Protocolos
- Apresentar os protocolos usados na comunicação entre os elementos
Protocolos de Radio LTE
TS36.331 - Radio Resource Control TS36.323 - Packet Data Convergence Protocol TS36.322 - Radio Link Control TS36.321 - Medium Access Control TS36.314 - Layer 2 measurements
Interfaces de Rede LTE
TS36.413 - S1 Application Protocol TS36.412 - S1 Signalling Transport TS36.423 - X2 Application Protocol TS36.422 - X2 Signalling Transport
- Detalhar o formato dos protocolos
- Apontar as normas que regem este protocolo (RFC, por exemplo)
- Definir o órgão que coordena esta normatização
- Identificar endereço de consulta à norma
6) Serviços
- Descrever serviços básicos disponíveis. Ex: mensagem, dados, mobilidade IP
O fato de utilizar o protocolo IP cria a possibilidade de se intensificar a convergência entre serviços, viabilizando aplicações em tempo real. Com a presença de redes fixas, o LTE pode funcionar de modo complementar, onde o usuário pode transitar entre a rede móvel e a rede fixa.
- Apresentar interação com Internet
Com a tecnologia LTE, a transmissão de vídeo High Definition (HD) será viável, bem como aplicações colaborativas por meio da Internet móvel. Sincronizações entre os dispositivos e computadores em tempo real tornarão a interconexão mais simples e criando novos modelos de negócios.
- Apontar serviços avançados disponíveis: Ex: LBS, segurança,
- Citar outros serviços ou possíveis aplicações futuras.