05 - 4G

Introdução

• • Apresentar os conceitos básicos sobre a tecnologia

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, competem duas tecnologias: o LTE-advanced e o Wimax. 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 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. Já o Wimax é uma tecnologia de expansão de rede wireless, porém com tudo interligado como é proposto pelo IMS (IP Multimedia Subsystem), ela será também utilizada para a comunicação de voz.

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

• • Descrever os principais fornecedores/desenvolvedores

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

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).

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

As normas ainda não estão completamente definidas, pois dependem da resolução do ITU para a tecnologia e também da legislação de cada país, pois assim que estiver consolidado o padrão e 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.

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.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.