Seção: Tutoriais
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Esta seção descreve resumidamente o sistema celular de quarta geração LTE/SAE (Long Term Evolution / System Architecture Evolution). O objetivo é apresentar as principais características que fazem desta tecnologia a evolução das redes celulares.
A exposição destas características, nos ajuda na melhor compreensão da abordagem do trabalho, a comparação do método Okumura Hata e a Norma ITU-R.
LTE e a Evolução das Redes Móveis
O número de usuários de telefonia móvel tem aumentado muito nestes últimos anos e ao mesmo tempo foi crescendo a demanda dos usuários por tráfego de dados. Com o aumento da demanda do uso das redes móveis, fez se necessário a evolução da tecnologia. O LTE é projetado para prover aos usuários uma maior taxa de dados.
O LTE é padronizado pelo 3GPP e desde o release 99 em 2000 até o release 8 em 2010 que apresenta as normas do LTE, a evolução foi gradativa e constante envolvendo o acesso e o núcleo da rede. A arquitetura LTE, demonstrada pela figura 1, é considerada mais simples que as redes celulares móveis atuais.
Figura 1: Arquitetura LTE
O mercado de banda larga móvel vem crescendo. Estima-se que em 2014, 80% de usuários de banda larga seja de banda larga móvel [7].
LTE no Brasil
No Brasil, as operadoras estão em fase de testes com objetivo de atender os requisitos estabelecidos para as sedes dos jogos da Copa do Mundo de 2014. Em junho de 2012 foi realizada a licitação das frequências 2,5 GHz para meios urbanos e 450 MHz para meios rurais. Não houve interesse por parte das empresas participantes da frequência 450 MHz e acabou sendo imposta pela ANATEL.
Segundo o cronograma da ANATEL, deverá haver cobertura 4G nas cidades sedes da Copa das Confederações até abril de 2013. Nas sedes e subsedes da Copa do Mundo terão o serviço até dezembro de 2013. E todos os municípios com mais de 100 mil habitantes terão de ter 4G até dezembro de 2016. Para as áreas rurais haverá cobertura na faixa de 450 MHz, com serviços de voz e dados, até dezembro de 2015[1].
A empresa Nokia Siemens prevê que haverá entre 3 a 4 mil estações radio base de quarta geração instaladas no Brasil em abril de 2013 [2].
Principais Características
Para atingir as taxas de pico (100 Mbps no downlink e 50 Mbps no uplink), o LTE tem características particulares que combinadas contribuem para o alto desempenho da rede LTE. Para a redução da interferência e consequente melhora na capacidade da rede LTE, o múltiplo acesso em downlink utiliza Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) e no uplink utiliza Single Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA). As redes LTE permitem flexibilidade em seu espectro, a largura de banda de transmissão pode variar de 1,25 MHz a 20 MHz dependendo do espectro disponível e facilitando a migração dos sistemas legados para o LTE/SAE. Utilizando a largura de banda de 20 MHz e o sistema MIMO pode-se conseguir uma taxa de aproximadamente de 150 Mbps [3]. SAE (System Architecture Evolution)
Com o objetivo de proporcionar maiores taxas de transmissão e redução na latência da rede para oferecer uma melhor QoS para o usuário, o SAE/LTE possui arquitetura EPC (Evolved Packet Core) uma arquitetura simplificada mostrada na figura 2 com interfaces abertas baseadas nos protocolos TCP/IP que possibilita a comunicação com redes fixas e móveis.
Figura 2: Evolução da arquitetura
Características da Camada Física
O LTE possui algumas características chaves que envolvem a camada física para conseguir altas taxas de transmissão e recepção. Tais características são descritas nos próximos itens.
Técnicas de Múltiplo Acesso
No downlink (enlace de descida)o LTE utiliza OFDMA(Orthogonal Frequency Multiple Access), já no uplink (enlace de subida)é utilizado o FDMA(Frequency Division Multiple Access)com portadora única o SC-FDMA.
Modulação Adaptativa
O LTE, assim como o 3G, utiliza as modulações: QPSK, 16QAM e 64QAM no downlink e uplink. As modulações são utilizadas de forma adaptativa sendo as mais robustas para ambientes ruidosos, por exemplo, borda da célula e as de maior eficiência espectral para obter taxas de transmissão elevadas.
MIMO (Multiple Inputs Multiple Outputs)
As técnicas de múltiplas antenas são uma forma de se obter taxas de transmissão elevadas. As técnicas MIMO são mais facilmente empregadas em sistemas OFDMA, e resultam em ganho de desempenho obtendo vantagem da propagação múltiplos percursos como apresentado na figura 3.
Em redes LTE a definição do tipo de MIMO utilizado é dada pela categoria do terminal, para obter a maior taxa é utilizado o MIMO 4x4.
Figura 3: Operação MIMO
Suporte para os Modos TDD e FDD
O LTE utiliza dos dois modos de duplexação: TDD (Time Division Duplex) e FDD (Frequency Division Duplex).
No modo de duplexação FDD (Frequency Division Duplex), onde ocorre a utilização do espectro de forma emparelhada, todos subframes de uma portadora são utilizados para transmissão no Downlink (portadora de Downlink) ou transmissão no Uplink (portadora de Uplink) como ilustra a figura 4.
Figura 4: (a) e (b) Exemplos de designação de frames para downlink/uplink
Na operação no modo TDD, com espectro não pareado (Figura 3. b) o primeiro e o sexto subframe de cada frame (subframe 0 e 5) são sempre atribuídos à transmissão de downlink, por incluírem os sinais de sincronismo do LTE e devem ser transmitidos no downlink de cada célula. Enquanto que os subframes restantes podem ser atribuídos de forma flexível para transmissão tanto no downlink quanto uplink.
Modo H-ARQ
O modo HARQ (ARQ híbrido), gerencia as operações HARQ de transmissão e recepção dos blocos de transporte e recepção e processamento das sinalizações ACK/NACK (Acknowledgement / Non Acknowledgement).
Para uma transmissão contínua, o HARQ utiliza operações SAW (Stop and Wait) [3], onde o transmissor manda um bloco de transporte e espera a resposta do receptor, caso a resposta seja uma mensagem NACK, ou não haja resposta durante um período de tempo, o transmissor reenvia o bloco de transporte de receber os blocos de transporte e gerar a sinalização ACK/NACK de resposta de acordo com os dados recebidos.
Requerimentos LTE/SAE
Para a que os requerimentos LTE possam ser atendidos uma nova técnica de múltiplo acesso e uma nova divisão nos nós das redes foi criada.
São requerimentos de uma rede LTE:
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