05 - 4G

Introdução

Com o grande avanço das tecnologias móveis é aberto um espaço para um novo padrão para comunicação móvel, o 4G. Porém sua implementação ainda depende das especificações a serem lançadas pelo ITU (Internation Telecommunications Union). O padrão 4G provê um grande avanço nas taxas de transmissão de dados e uma grande interoperabilidade com o mundo IP. Ela pretende alterar o paradigma entre o usuário e a rede de comunicação através de um unico apareho esteja conectado a uma rede única. Dessa forma a 4G é esperada para ser mais que um serviço 3G, permitindo que todos os dispositivos móveis estejam conectados a uma única rede, A rede.

Para a definição do padrão 4G, o ITU acorda que será duas tecnologias: o LTE-advanced e o Wimax 2 (WirelessMAN-Advanced2, baseado no padrão WiMAX 802.16m). As duas tecnologias promovem o avanço da taxa de dados e a mudança completa da comutação de circuitos para a comutação de pacotes, convergindo tudo para uma única rede, a rede IP.

A questão para qual seria a tecnologia 4G adotada vai mais além. A tecnologia LTE é uma evolução das 2G e 3G, portanto ela já foi e está sendo projetada para a evolução deste mercado, logo sua implantação será em cima da estrutura já existente. Já o Wimax é uma tecnologia de expansão de rede wireless e sua implantação necessitará da instalação de toda a sua extrutura exigida.

A grande evolução do 4G será nas taxas de velocidade prometidas e que você poderá fazer de tudo em um só aparelho. Completando todas as expectativas que surgiram quando começamos a usar o 3G.

http://www.youtube.com/watch?v=9i5iJem2Z9I

Principais fornecedores/desenvolvedores

• 3GPP
• Samsung
• HTC
• ZTE
• Nokia
• AT&T

Cronologia de evolução

Pontos relevantes

• Altas taxas dados, 100Mbps para movimento e 1Gbps para repouso.
• Largura de faixa mais larga, mais que 100 MHz. Promove um envio de dados com taxas mais altas.
• Custo reduzido de transporte de dados
• Maior mobilidade mundial
• Comutação por pacotes
• Latência menor que o 3G
• Alta QoS para os serviços móveis

Funcionamento

Topologia/arquitetura

É notável que estes elementos são da rede LTE, porém como a grande perspectiva do padrão 4G vingar será o LTE, falaremos um pouco das funções de cada uma.

• eNB
  • Gerenciar os recursos de RF (controle de admissão, controle de mobilidade e alocação dinâmica de recursos para os aparelhos;
  • Comprimir e encriptar o cabeçalho IP;
  • Alocação do equipamento de rede MME ao aparelho;
  • Encaminhar os dados do plano do usuário através do S-GW;
  • Agendamento e transmissão das mensagens de busca e das mensagens de broadcast;
  • Executar medidas e configurações de relatórios de medidas para agendamento e mobilidade.

• MME
  • Controle dos elementos eNB;
  • Sinalização da camada de ingresso (Non-Acces Stratum - NAS);
  • Segurança da sinalização NAS;
  • Controle de segurança da camada de egresso (Access Stratum);
  • Seleção de gateway S-GW;
  • Seleção do elemento de rede MME apropriado para executar o procedimento handover entre MMEs;
  • Roaming automático;

• S-WG
  • Handover entre elementos de rede eNB;
  • Interceptação legal de chamadas (autorizada pela justiça;
  • Roteamento e envio de pacotes;
  • Marcação de pacotes no nível de transporte nos enlaces direto e reverso;
  • Tarifação de chamadas de voz ou sessão de dados nos enlaces direto e reverso.

Para interligar cada elemento dessa rede são necessárias as interfaces S1 e X2.

• Interface S1: Interconecta os elementos de rede eNBs à rede de suporte ou núcleo de rede (EPC - Evolved Packet Core), os elementos que fazem parte deste núcleo são a entidade MME e o gateway S-GW. As funções da S1 são:
  • Estabelecimento, manutenção e liberação de chamadas de voz ou sessões de dados;
  • Handover intra-rede;
  • Balanceamento de tráfego entre os elementos da rede MME.
• Interface X2:
  • Transporte não garantido de pacotes de dados;
  • Cancelamento de handover;
  • Tratamento de mensagens de controle entre os eNB.

O EPC será totalmente baseado na arquitetura IP, implementando a nova geração de redes de telecomunicações móveis (NGMN - Next Generation Mobile Network). Para que seja possivel essa implementação, ela será feita através do IMS (IP Multimedia Subsystem), que promove a convergencia entre todas as redes.

• Os principais protocolos utilizados, para a transmissão de dados é o PDCP (Packet Data Convergence Protocol), o RLC (Radio Link Control) e o MAC (Medium Access Control).

Divisão funcional entre eNB e MME/GW

Plano de Protocolos

Estágio atual

A quarta geração de comunicação móvel ainda está em estágio de definição e existe um grande impasse neste ponto, o que adotar como tecnologia 4G? O Wimax ou o LTE? A realidade é que o 3G tinha proposta para durar de 2000 a 2010 e a resolução 10 que segundo Adrian Scrase, vice presidente do 3GPP, seria o ponto final para tal impasse e tal resolução sairia em março de 2011. E segundo Scrase, tanto o LTE quanto o Wimax seriam, em parceria, a quarta geração.

Mesmo com toda essa inquietação referente a qual tecnologia será o 4G já é possível adiantar que fará parte dessa definição o LTE Advanced (ou LTE evolution) e o IMS, fazendo a interoperatividade entre as redes móveis e a rede IP.

O 4G não possui problemas, já que é a proposta para aperfeiçoar as comunicações móveis. O único incomodo dele para o Brasil será sua adoção, já que uma de suas bandas de frequencia ainda é ocupada pelo sistema de televisão analógio, e enquanto ainda existir transmissão televisiva analógica, o 4G não poderá ser implantado com toda sua potência no Brasil.

Em materia do site Brasil Econômico, o Ministro das Comunicações, Paulo Bernardo afirmou em Brasília que até o final do ano de 2011 estaria pronto o edital para o leilão de frequências 4G para os serviços de telecomunicações sem fio. Afirmou também que traria exigências para que as empresas disponibilizem o serviço nas cidades-sede da Copa das Confederações e nos demais munícipios que receberão jogos da Copa do Mundo, em 2014.

Características técnicas

Espectro de frequência

Para a definição dos espectro de frequência destinados ao padrão 4G serão feito leilões para promover a concorrência e assim garantir maior qualidade no serviço disponibilizado.

Devido a divergência entre o que considerar 4G, os espectros que funcionam a proposta 4G é de 700MHz até 2.5 GHz. Daí há a briga entre aqueles que defendem o LTE e os que defendem o WiMax. Os que defendem o Wimax alegam que o espectro de 2.5GHz deve ser disponibilizado para o Wimax enquanto o LTE pode ser disponibilizado também na frequência de 700 MHz, já que Wimax não funciona para frequências menores que 2.5GHz. Já os defensores do LTE alegam que o espectro de 2.5 GHz deve ser designado para o LTE pois aumentaria a qualidade do serviço. Dentro deste impace a ANATEL ainda não se pronunciou para qual tecnologia cada espectro será designado, permanecendo assim os impasses.

Tipo de modulação e acesso

O tipo de modulação que será presente no padrão 4G deverá ser o OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), o qual tanto o LTE quanto o Wimax utilizam para modulação.

Nesse tipo de modulação, o canal é dividido em um número de faixas de frequências igualmente espaçadas, em que cada uma delas é formada por subportadoras que transportam uma parte de informação. A modulação OFDM é um tipo de multiplexação por difisão de frequência (FDM), porém com a diferença da ortogonalidade entre as subportadoras ou frequências que garante que não haja interferência entre a subportadora e as demais frequências.

A técnica de acesso utilizado na comunicação é o OFDMA, também conhecida como a versão multiusuário da modulação OFDMA.

Normas

O padrão 4G já está definido porém as normas ainda não estão completamente definidas, pois assim que seus espectros de frequência já tiverem sido leiloados, a ANATEL deve regularizar o serviço para promover padronização entre as operadoras para garantir a melhoria do serviço.

• Link para todas as resoluções a respeito do 4G (IMT-advanced):
  • http://www.itu.int/ITU-R/index.asp?category=study-groups&rlink=rsg5-imt-advanced&lang=en

Limitações

1. Interface multi-acesso e temporização 2. Reuso de altas frequências em pequenas célular podem provocar interferências intra-célular ou maiores ruídos em função dos níveis reduzidos de potência 3. Requisitos de sofisticados processamento de sinais em função das conversões de digital para analógico em altas taxas de dados, antenas inteligentes e técnicas de controle de erro complexas 4. Interações com outras redes ad hoc tais como Bluetooth, hiperlan, IEEE802.11b, etc. 5. Segurança 7. Protocolos de rede que adaptam-se dinamicamente às alterações de condições do canal

Serviços

Serviços básicos disponíveis

Os serviços básicos disponíveis serão aqueles que já são disponiveis até a tecnologia 3G:

• Chamadas de voz;
• Chamadas de video;
• SMS;
• MMS;
• SVA: acesso a internet, redes sociais, serviços de localização, pagamentos e banking.

Interação com Internet

A rede 4G será completamente interativa com a internet, pois em sua especificação, para ser considerada de 4ª geração, ela deve ter interoperatividade com o IMS.

Para esta interação com a internet, será utilizado IPv6.

Serviços avançados disponíveis

Para o padrão 4G, os principais serviços avançados que serão disponibilizados serão:

1. Suporte a multimídia interativa
2. Mobile TV, principalmente com HDTV
3. Roaming com redes locais sem fio
4. Roaming Global
5. Taxa de dados de 100 Mbits/s durante locomoção em alta velocidade do aparelho e 1 Gbits/s para o repouso

http://www.samsung.com/global/microsite/galaxynote/note/spec.html?type=find

Referências

• http://en.wikipedia.org/wiki/4G#History_of_4G_and_pre-4G_technologies . Acesso em 03 de dezembro de 2011.

• http://www.itu.int . Acesso em 09 de dezembro de 2011.

• http://www.itu.int/ITU-R/index.asp?category=study-groups&rlink=rsg5-imt-advanced&lang=en . Acesso em 09 de dezembro de 2011.

• http://www.telcomp.org.br/site/index.php/noticias-setor/edital-para-leilao-de-servicos-4g-ficara-pronto-nas-proximas-semanas-diz-paulo-bernardo . Acesso em 07 de dezembro de 2011.

• HAOHONG, Wang; LISIMACHOS, Kondi; AJAY, Luthra; SONG, Ci. 4G Wireless Video Communications. 2009 John Wiley & Sons, Ltd.

• SHINSUKE, Hara; RAMJEE, Prasad. Multicarrier Techniques for 4G Mobile Communications. 2003 Artech House.

• M. Junaid Arshad, Amjad Farooq, Abad Shah. Evolution and Development Towards 4th Generation (4G) Mobile Communication Systems. Department of Computer Science and Engineering, U.E.T., Lahore-Pakistan. Publicado no Journal of American Science em junho de 2010.

• SVERZUT, José Umberto. Redes GSM, GPRS, EDGE e UMTS: Evolução a Caminho da Quarta Geração (4G). 2008, Editora Érica Ltda. São Paulo.

• 4G: The What, Why and When. Tellabs, 2011.