Seção: Tutoriais

Nesta seção abordaremos as características relevantes para nosso estudo em relação à quarta geração da telefonia móvel. Assim como o que motivou a criação do LTE, suas características e topologia.

Motivações para criação do LTE

Seguindo a tendência da terceira geração da telefonia móvel, o LTE (Long Term Evolution) surgiu com o objetivo de maiores taxas de download e upload para o usuário, sendo ele uma continuidade dos estudos do UMTS.

Foram definidos requisitos e objetivos para criação do LTE. Segue a lista resumindo os oitos principais requisitos:

• Diminuição dos atrasos (tanto para estabelecer uma conexão, quanto para transferência dos dados);
• Aumento do throughput (transferência de dados);
• Aumento de taxa de bits para celulares nas bordas, visando uniformidade na prestação do serviço;
• Menor custo por bit;
• Maior flexibilidade da utilização do espectro de frequência;
• Arquitetura de rede simplificada;
• Total mobilidade;
• Melhora no consumo de energia para o terminal móvel.

Para atingir os objetivos traçados pelo 3GPP, o LTE utiliza conceitos diferentes para transmissão e recepção do sinal, quando comparado às tecnologias anteriores. Essa nova tecnologia se baseia no protocolo IP utilizando a arquitetura Evolved Packet Core (EPC), na qual são feitas combinações de comutação de circuitos e pacotes (Tutorial TELECO, 2009).

Características

A seguir discorreremos sobre as características principais do LTE, grandes responsáveis pela obtenção das altas taxas da tecnologia.

MIMO

Multiple Input, Multiple Output, é o significado da sigla MIMO. Tecnologia que possui como principal objetivo a diversidade espacial e consequentemente maiores taxas na transmissão de dados. Esta tecnologia corresponde à utilização de duas ou mais antenas para transmissão e recepção do sinal (ALMEIDA, 2013).

Figura 7: MIMO

Fonte: www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialintlte/pagina_3.asp

Modulação OFDMA

O OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) é uma técnica de acesso baseada na modulação por múltiplas portadoras e na multiplexação por divisão de frequência (a banda para transmissão do sinal é dividida em subportadoras sobrepostas, porém ortogonais). Dessa forma obtém-se uma eficiência espectral com relação aos outros sistemas, como mostrado na comparação da figura abaixo, um sistema FDM (A) e um OFDM (B):

Figura 8: FDM x OFDM

Fonte: www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialintlte/pagina_3.asp

Essa técnica é utilizada no LTE, porém com uma diferença: o OFDM utiliza a banda disponível por um único usuário, e no OFDMA a banda é compartilhada por vários usuários simultaneamente. Dessa forma o LTE faz uso dessa tecnologia para transmissão no sentindo downlink (ALMEIDA, 2013).

Figura 9: OFDM x OFDMA

Fonte: www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialintlte/pagina_3.asp

Modulação SC-FDMA

Single Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) é um sistema utilizado no uplink para a transmissão dos dados. Possui o princípio semelhante à OFDMA, porém o mesmo não é aplicado nesse sentido de transmissão, pois é suscetível ao parâmetro PAPR (Peak to Average Power Ratio), tendo seu valor elevado. O PAPR é a relação entre a potência média e a potência de pico do sinal. Devido ao alto nível de PAPR é necessária a utilização de amplificadores de altas potências, tornando inviável para os terminais móveis.

No sistema SC-FDMA os dados são convertidos do fluxo serial para o paralelo, onde os bits são modulados, transformados de TDD para FDD e armazenados nas subportadoras. Adiciona-se um prefixo cíclico, funcionando como um tempo de guarda e depois novamente convertido para serial.

Assim, o SC-FDMA é utilizado devido à similaridade com OFDMA, porém com seus benefícios nos níveis de PAPR, redução de consumo de bateria do móvel e melhora na cobertura e desempenho da borda das células (ALMEIDA, 2013).

Topologia

Sendo uma rede mais simplificada comparada com as anteriores, a quarta geração da telefonia móvel possui apenas quatro grandes domínios que estão divididos em:

• UE, User equipment: dispositivo de acesso do usuário, o celular;
• E-UTRAN, Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network: uma rede mesh compostas de eNodeBs que farão todo o gerenciamento dos dados sem necessidade de outro nível de controle de informação. Dentre suas funções estão: compressão de cabeçalho, criptografia, gestão de recursos do rádio, controle de admissão, negociação de QoS no uplink e broadcast contendo informações da célula;
• EPC, Evolved Packet Core Network: contém os principais elementos da rede que desempenham como principais funções:
• MME – Mobility Management Entity: responsável pela mobilidade do usuário e pela sinalização, autenticação, estabelecimento de conexões; suporte de handover entre diferentes eNodeBs e entre diferentes tecnologias; responsável pelo móvel quando em estado idle e pela seleção do PDN-GW quando o móvel solicita conexões com endereços IP da rede.
• S-GW – Serving Gateway: responsável pelo roteamento dos pacotes de dados entre os usuários da rede LTE e outras tecnologias (2G, 3G, internet). Gerencia e armazena informações dos UE.
• P-GW – Packet Data Network Gateway: Roteador de borda entre o EPC e redes de pacotes externas.
• PCRF – Policy and Charging Resource Function: Elemento responsável pelo gerenciamento de carga, PCC (Política e Controle de Carga). Controla o QoS adequado para prestação dos serviços solicitados.
• HSS – Home Subscriber Server: banco de dados para registro dos usuários. Realiza as funções do HLR, Auc e EIR existentes nas tecnologias anteriores.
• Services: Responsável pela interligação do LTE com outras redes.

Segue abaixo a figura referente a topologia do LTE (ALMEIDA, 2013):

Figura 10: Topologia LTE

Fonte: http://www.cedet.com.br/index.php?/Tutoriais/Telecom/lte-arquitetura-e-acesso.html