03 - LTE: mudanças entre as edições

Edição das 13h31min de 6 de dezembro de 2011

1) Introdução

O LTE (Long Term Evolution) é uma tecnologia de rede sem fixo faixa larga desenvolvida pela 3GPP. A tecnologia foi chamada Long Term Evolution pelos engenheiros porque representa uma evolução para o próximo estágio (4G), em uma progressão a partir do GSM, um padrão 2G, através do UMTS (as tecnologias 3G baseadas sobre o GSM). O LTE fornece taxas de transmissão de dados significativamente levadas, com potencial para 100 Mbps no downstream e 30 Mbps no upstream, com latência reduzida, capacidade de banda elevada e compatibilidade com os sistemas GSM e UMTS já existentes. O LTE não atende aos requisitos do ITU-T para 4G. Isto deve ser alcançado com a evolução do LTE, o LTE Advanced.

- Conceitos Básicos

As camadas superiores do LTE são baseadas nos protocolos de internet TCP/IP, o que provavelmente resultará em uma rede full-IP similar ao atual estado da arte das comunicações cabeadas. Essa rede suportará dados misturados: voz, vídeo e tráfego de mensagens. A tecnologia usa modulação OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), o que, dentre outras vantagens, reduz a dispersão devido aos multipercursos, o que contribui para a disponibilidade de taxas de dados tão elevadas na interface aérea. Espera-se também que seja utilizada a tecnologia de antenas MIMO (Multiple Input Multiple Output), similar às usadas no padrão IEEE 802.11. Este tipo de antena possibilita uma relação sinal-ruído mais elevada no receptor, gerando uma cobertura mais ampla da rede, especialmente em áreas urbanas densamente povoadas.

- Fornecedores/Desenvolvedores

O 3GPP (Third Genereation Partneship Project) é uma colaboração entre grupos de associações de telecomunicações, conhecidos como os Parceiros Organizacionais. A meta inicial do 3GPP era produzir uma especificação de sistema de telefonia móvel de terceira geração aplicável globalmente baseado nas especificações evoluídas do GSM. Posteriormente, as metas foram ampliadas para desenvolvimento e manutenção de:
a) GSM, incluindo os serviços de dados GPRS e EDGE;
b) 3G e sua evolução;
c) IP Multimedia Subsystem (IMS).
A padronização produzida pelo 3GPP engloba interface de rádio, rede do núcleo e arquitetura de serviço. Os parceiros organizacionais são: European Telecommunications Standards Institute, Association of Radio Industries and Businesses/Telecommunication Technology Committee (ARIB/TTC - Japão), China Communications Standards Association, Alliance for Telecommunications Industry Solutions (América do Norte) e Telecommunications Technology Association (Coréia do Sul). O projeto foi estabelecido em dezembro de 1998.

- Pontos relevantes

1) Taxas de dados elevadas;
2) 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;
3) Latência considerávelmente menor, possibilitando novos serviços, como jogos online;
4) Menor custo por bit transportado.

- Cronologia

2) Funcionamento

- Modulação e antenas

O LTE baseia-se no esquema de modulação OFDM.
Do inglês Orthogonal frequency-division multiplexing, também conhecido como discrete multitone modulation (DMT), é uma técnica de modulação baseada na idéia de multiplexação por divisão de frequência (FDM) onde múltiplos sinais são enviados em diferentes frequências. Muitos são familiarizados com FDM pelo uso de aparelhos de rádio e televisão: normalmente, cada estação é associada a uma determinada frequência (ou canal) e deve utilizá-la para realizar suas transmissões. OFDM parte deste conceito mas vai além, pois divide uma única transmissão em múltiplos sinais com menor ocupação espectral (dezenas ou milhares). Isto adicionado com o uso de técnicas avançadas de modulação em cada componente, resulta em um sinal com grande resistência à interferência.
OFDM é quase sempre utilizado juntamente com codificação de canal (técnica de correção de erro), resultando no chamado COFDM.
É uma tecnologia de alto grau de complexidade em sua implementação, mas é amplamente utilizada em telecomunicações, usando sistemas digitais para facilitar o processo de codificação e decodificação dos sinais. Sua aplicação é encontrada em tecnologias de broadcasting e também em algumas formas de redes de computadores. Sua principal característica quanto ao desempenho é o fato de apresentar boa imunidade a multi-percursos, geradores dos famosos "fantasmas" presenciados nas televisões analógicas.

A técnica das antenas MIMO nada mais é que o uso de múltiplas antenas no transmissor e no receptor, de forma a melhorar o desempenho da comunicação. O termo múltiplas antenas, no entanto, diz respeito ao canal de rádio carregando o sinal, e não a antenas de fato fisicamente nos dispositivos. É uma das várias formas de antena inteligente desenvolvidas atualmente.
Essa tecnologia atraiu a atenção das comunicações sem fio porque oferece aumento significativo na vazão de dados e no alcance do enlace, sem consumir uma largura de banda adicional, apesar de que uma potência extra é necessária, já que múltiplas antenas de tranmissão são empregadas ao invés de uma só, como no sistema SISO habitual. A tecnologia MIMO atinge essas qualidades através de uma maior eficiência espectral (mais bits por hertz de frequência) e confiabilidade do enlace. Devido a essas propriedades, a MIMO é uma parte importante dos padrões mais avançados de comunicação sem fio, como IEEE 802.11n, LTE, WiMAX e HSPA+.

- Topologia/Arquitetura

Como o LTE é uma tecnologia desenvolvida pelo mesmo grupo que desenvolveu o 3G e o GSM, naturalmente trata-se de uma evolução, como o proprio nome diz. Isto significa que a topologia da rede LTE se assemelha bastante às topologias das redes anteriores, com exceção da adição de alguns elementos distintos e um movimento de descentralização da inteligência da rede, a SAE.
A SAE (System Architecture Evolution) é a arquitetura do LTE baseada em comutação de pacotes em que as células se conectam diretamente ao núcleo da rede, o EPC (Evolved Packet Core) que é um núcleo distribuído na rede da operadora. Essa mudança em relação às antigas arquiteturas que consideravam muitos saltos entre as células e a gerência da rede resulta em latência mais baixa e maior capacidade de tráfego.

- Explicar os princípios básicos de funcionamento
- Mostrar o fluxo de uma transmissão/recepção
- Desenhar topologia/arquitetura
- 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
- Apontar eventuais problemas (tráfego, frequência, limitações, capacidade)
- Exemplificar com matérias de revistas, livros e internet

4) Características técnicas
- Mostrar o espectro de frequência utilizado
- Explicar sobre o tipo de modulação
- Apresentar os tipos de acesso
- Potência (W)
- Alcance (Mts)
- Consumo (Autonomia)

5) Protocolos
- Apresentar os protocolos usados na comunicação entre os elementos
- 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
- Apresentar interação com Internet
- Apontar serviços avançados disponíveis: Ex: LBS, segurança,
- Citar outros serviços ou possíveis aplicações futuras.

7) Referências

@@ Linha 28: / Linha 28: @@
 A padronização produzida pelo 3GPP engloba interface de rádio, rede do núcleo e arquitetura de serviço.
 Os parceiros organizacionais são: European Telecommunications Standards Institute, Association of Radio Industries and Businesses/Telecommunication Technology Committee (ARIB/TTC - Japão), China Communications Standards Association, Alliance for Telecommunications Industry Solutions (América do Norte) e Telecommunications Technology Association (Coréia do Sul). O projeto foi estabelecido em dezembro de 1998.
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 ** Pontos relevantes
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@@ Linha 35: / Linha 35: @@
 ) Latência considerávelmente menor, possibilitando novos serviços, como jogos online;<br>
 ) Menor custo por bit transportado.<br>
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 ** Cronologia
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@@ Linha 43: / Linha 43: @@
 * 2) Funcionamento
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+** Modulação e antenas
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+O LTE baseia-se no esquema de modulação OFDM.
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+Do inglês Orthogonal frequency-division multiplexing, também conhecido como discrete multitone modulation (DMT), é uma técnica de modulação baseada na idéia de multiplexação por divisão de frequência (FDM) onde múltiplos sinais são enviados em diferentes frequências. Muitos são familiarizados com FDM pelo uso de aparelhos de rádio e televisão: normalmente, cada estação é associada a uma determinada frequência (ou canal) e deve utilizá-la para realizar suas transmissões. OFDM parte deste conceito mas vai além, pois divide uma única transmissão em múltiplos sinais com menor ocupação espectral (dezenas ou milhares). Isto adicionado com o uso de técnicas avançadas de modulação em cada componente, resulta em um sinal com grande resistência à interferência.<br>
+OFDM é quase sempre utilizado juntamente com codificação de canal (técnica de correção de erro), resultando no chamado COFDM.
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+É uma tecnologia de alto grau de complexidade em sua implementação, mas é amplamente utilizada em telecomunicações, usando sistemas digitais para facilitar o processo de codificação e decodificação dos sinais. Sua aplicação é encontrada em tecnologias de broadcasting e também em algumas formas de redes de computadores. Sua principal característica quanto ao desempenho é o fato de apresentar boa imunidade a multi-percursos, geradores dos famosos "fantasmas" presenciados nas televisões analógicas.
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+A técnica das antenas MIMO nada mais é que o uso de múltiplas antenas no transmissor e no receptor, de forma a melhorar o desempenho da comunicação. O termo múltiplas antenas, no entanto, diz respeito ao canal de rádio carregando o sinal, e não a antenas de fato fisicamente nos dispositivos. É uma das várias formas de antena inteligente desenvolvidas atualmente.<br>
+Essa tecnologia atraiu a atenção das comunicações sem fio porque oferece aumento significativo na vazão de dados e no alcance do enlace, sem consumir uma largura de banda adicional, apesar de que uma potência extra é necessária, já que múltiplas antenas de tranmissão são empregadas ao invés de uma só, como no sistema SISO habitual. A tecnologia MIMO atinge essas qualidades através de uma maior eficiência espectral (mais bits por hertz de frequência) e confiabilidade do enlace. Devido a essas propriedades, a MIMO é uma parte importante dos padrões mais avançados de comunicação sem fio, como IEEE 802.11n, LTE, WiMAX e HSPA+.
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+[[Arquivo:Prinzip_MIMO.svg.png]]
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+** Topologia/Arquitetura
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+Como o LTE é uma tecnologia desenvolvida pelo mesmo grupo que desenvolveu o 3G e o GSM, naturalmente trata-se de uma evolução, como o proprio nome diz. Isto significa que a topologia da rede LTE se assemelha bastante às topologias das redes anteriores, com exceção da adição de alguns elementos distintos e um movimento de descentralização da inteligência da rede, a SAE. <br>
+A SAE (System Architecture Evolution) é a arquitetura do LTE baseada em comutação de pacotes em que as células se conectam diretamente ao núcleo da rede, o EPC (Evolved Packet Core) que é um núcleo distribuído na rede da operadora. Essa mudança em relação às antigas arquiteturas que consideravam muitos saltos entre as células e a gerência da rede resulta em latência mais baixa e maior capacidade de tráfego.
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+[[Arquivo:Utran-to-epc.jpg]]
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 ** Explicar os princípios básicos de funcionamento
 ** Mostrar o fluxo de uma transmissão/recepção