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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
Cibele Abreu Makluf Castanheira
Análise da viabilidade da transmissão de TV digital no LTE
Broadcast utilizando modelos de canais de radiodifusão
Campinas
2017
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
Cibele Abreu Makluf Castanheira
Análise da viabilidade da transmissão de TV digital no LTE Broadcast uti-
lizando modelos de canais de radiodifusão
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA TESE
DEFENDIDA PELA ALUNA CIBELE ABREU MAKLUF CASTANHEIRA
E ORIENTADO PELO PROF. DR. YUZO IANO
Assinatura do Orientador
_______________________________________________________________________
Orientador: Prof. Dr. Yuzo Iano
Coorientador: Prof. Dr. Cristiano Akamine
Campinas
2017
Tese de Doutorado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Elétrica da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade
Estadual de Campinas para obtenção do título de Doutora em Engenharia Elétrica, na área de
Telecomunicações e Telemática.
COMISSÃO JULGADORA- TESE DE DOUTORADO
Candidata: Cibele Abreu Makluf Castanheira | RA: 077526
Data da Defesa: 04/12/2017
Título da Tese: Análise da viabilidade da transmissão de TV digital no LTE Broadcast utili-
zando modelos de canais de radiodifusão
Prof. Dr Yuzo Iano (Presidente, FEEC/Unicamp)
Prof. Dr. Evaldo Gonçalves Pelaes (UFPA)
Prof. Dr. Vicente Idalberto Becerra Sáblon (USF)
Prof. Dr. Frank Alexis Canahuire Cabello (FEEC/UNICAMP)
Prof. Dr. Diogo Gará Caetano (FEEC/UNICAMP)
A ata de defesa, com as respectivas assinaturas dos membros da Comissão Julgadora,
encontra-se no processo de vida acadêmica da aluna.
Dedico este trabalho a meus pais Emilio (em memória) e Maria Aparecida, e ao meu marido Adriano, por todo
apoio, amor e paciência.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus, fonte de luz e força na minha vida, por estar comigo
durante todos os momentos dando força necessária para vencer os grandes obstáculos que são
colocados a todo o momento na nossa vida.
A minha mãe, que sempre acreditou que eu seria capaz de vencer meus próprios medos
e realizar esse sonho.
Ao meu pai, agora o meu anjo da guarda por me ensinar a lutar até o fim, sem desanimar
e reclamar, mantendo sempre um sorriso no rosto.
Ao meu marido, por todo apoio, paciência, amor e compreensão durante essa longa ca-
minhada.
Aos meus amigos Marcos e Júlio por todo apoio e ajuda, vocês foram alicerces para
realização desse sonho.
Ao meu orientador Yuzo e ao meu co-orientador Cristiano, por todo apoio e compreen-
são.
Ao Laboratório de TV Digital da Universidade Presbiteriana Mackenzie.
Ao Laboratório de Comunicações Visuais da Unicamp.
Aos meus familiares, por todo carinho e motivação.
Ao programa Capes RH-TVD da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível
Superior pelo apoio financeiro e incentivo acadêmico para que esse trabalho pudesse ser reali-
zado.
RESUMO
Esse trabalho tem como objetivo demonstrar a viabilidade técnica de transmitir o conteúdo
multimídia da televisão digital no sistema de 4° Geração de telecomunicação móvel conhecido
como LTE Broadcast (Long Term Evolution, Evolução de Longo Prazo) de forma semelhante
a utilizada no ISDB-TB (Integrated System Digital Broadcasting - Terrestrial, version B,Sis-
tema brasileiro de TV digital terrestre). Para isso foi feito um estudo teórico e prático das ca-
madas físicas dos respectivos sistemas com o desenvolvimento de simuladores que proporcio-
naram realizar a análise comparativa utilizando parâmetros de qualidade (BER). Os testes foram
realizados utilizando dois tipos de modelamento de canal: canal AWGN sem multipercurso e
canal AWGN com multipercurso, sendo nesse caso utilizado os perfis para testes de radiodifu-
são, conhecidos como Canal Brasil e Canal GSM. A partir dessa análise foi possível verificar a
viabilidade do estudo proposto e propor soluções para resolver os problemas encontrados.
Palavras-chave: Televisão Digital, SBTVD, ISDB-TB, LTE, LTE-A, MBMS, BER
ABSTRACT
This work aims to demonstrate the technical feasibility of transmitting the multimedia content
of digital television in the 4th Generation of Mobile Telecommunications system known as LTE
Broadcast (Long Term Evolution) in a similar way to ISDB-TB (Integrated System Digital
Broadcasting - Terrestrial, version B). For this, a theoretical and practical study of the physical
layers of the respective systems was carried out with the development of simulators that allowed
to perform the comparative analysis using parameters of quality (BER). The tests were per-
formed using two types of channel modeling: AWGN channel without multipath and AWGN
channel with multipath, in which case the profiles for the tests of broadcasting, known as Brazil
Channel and GSM Channel, were used. From this analysis it was possible to verify the feasi-
bility of the proposed study and propose solutions to solve the problems found.
Keywords: Digital Television, SBTVD, ISDB-TB, LTE, LTE-A, MBMS, BER
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 – Sistema de Transmissão ISDB-TB ....................................................................... 24
Figura 2.2 - Diagrama Básico do Modulador ISDB-T/ISDB-TB ............................................. 25
Figura 2.3 - Diagramas em blocos simplificado do subsistema de transmissão....................... 26
Figura 2.4 - Exemplo do Espectro de Transmissão Hierárquica a) Organização antes da
formação do quadro OFDM b) Organização depois da formação do quadro OFDM ........... 27
Figura 3.1- Arquitetura da Rede LTE ....................................................................................... 35
Figura 3.2 - Configurações das Antenas em LTE .................................................................... 38
Figura 3.3 - Exemplo de Diversidade Multiusuário ................................................................. 41
Figura 3.4 - Estrutura no domínio do tempo para LTE ............................................................ 46
Figura 3.5 – Elementos, blocos e grade de recursos ................................................................. 47
Figura 3.6 - Canais Físicos LTE .............................................................................................. 53
Figura 3.7 - Canais de Transporte LTE .................................................................................... 55
Figura 3.8 - Visão geral do processamento de canal físico downlink....................................... 56
Figura 4.1 - Transmissão: (a) unicast, (b) broadcast (c) multicast .......................................... 57
Figura 4.2 - Arquitetura eMBMS ............................................................................................. 60
Figura 4.3 - Novas Interfaces eMBMS ..................................................................................... 61
Figura 4.4 - Definições MBMS ................................................................................................ 63
Figura 4.5 - Exemplo de estrutura de subframe MBSFN para uma célula configurada com 4
portas antenas ........................................................................................................................... 65
Figura 4.6 - Mapeamento de Canais Lógicos ........................................................................... 66
Figura 4.7 – Exemplo de comprimento padrão de PMCH de 1 frame de rádio repetindo com um
período configurável ................................................................................................................. 67
Figura 5.1- Diagrama de blocos da Camada Física para LTE downlink simulado em MATLAB
.................................................................................................................................................. 69
Figura 5.2 – Etapas de Processamento do Transmissor LTE simulados em MATLAB .......... 70
Figura 5.3- Etapas de Processamento do Receptor LTE simulados em MATLAB ................. 70
Figura 5.4 - Diagrama de blocos do setup de teste .................................................................. 74
Figura 5.5- Diagrama Simplificado do Modulador .................................................................. 74
Figura 5.6- Diagrama de Estágio de Codificação de Canal ...................................................... 75
Figura 5.7 – Diagrama de Estágio de Modulação .................................................................... 75
Figura 5.8 – Diagrama de blocos do simulador de canal.......................................................... 76
Figura 5.9 – Diagrama de blocos do demodulador ISDB-TB ................................................... 77
Figura 5.10- Figuras de Pré e Pós-Eco para 64QAM com CR=1/3 e antenas SISO, SIMO 1×2
e SIMO 1×4 .............................................................................................................................. 99
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1- Formatos de Compressão de Aúdio e Vídeo ......................................................... 24
Tabela 2.2- Principais Parâmetros do Padrão ISDB-TB .......................................................... 28
Tabela 3.1 - Faixas de Frequências para FDD.......................................................................... 43
Tabela 3.2 - Faixas de Frequências para TDD ......................................................................... 44
Tabela 3.3 - Larguras de Banda do Canal especificados pelo LTE .......................................... 45
Tabela 3.4 - Especificações para prefixos cíclicos normal e estendido.................................... 49
Tabela 3.5 – Blocos de Recursos, FFT e prefixo cíclico para cada largura de banda LTE ...... 50
Tabela 3.6 - Parâmetros típicos para transmissão downlink ..................................................... 52
Tabela 3.7 - Esquemas de Modulação ...................................................................................... 54
Tabela 4.1 - Casos de uso potencial e negócios para serviços LTE Broadcast ........................ 58
Tabela 4.2 – Prefixo Cíclico e Espaçamento de Subportadoras em LTE ................................. 64
Tabela 5.1- Parâmetros dos canais para testes de recepção fixa e móvel ................................. 73
Tabela 5.2- Principais parâmetros comparativos entre o LTE e ISDB-TB utilizados nas
simulações ................................................................................................................................ 80
Tabela 5.3 - Taxas de Transmissão do LTE para 5MHz de largura de banda .......................... 81
Tabela 5.4 - Taxa Total de Dados do ISDB-TB ........................................................................ 81
Tabela 5.5 – Comparação de Eficiência Espectral entre o LTE e ISDB-TB ............................ 82
Tabela 5.6 – Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB para antena SISO ............................ 83
Tabela 5.7 – Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB para antena SIMO 1×2 .................... 84
Tabela 5.8 – Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB para antena SIMO 1×4 .................... 84
Tabela 5.9 – Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal A para antena SISO ...... 86
Tabela 5.10 – Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal A para antena SIMO 1×2
.................................................................................................................................................. 86
Tabela 5.11 – Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal A para antena SIMO 1×4
.................................................................................................................................................. 87
Tabela 5.12 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal B para antena SISO .... 88
Tabela 5.13 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal B para antena SIMO 1×2
.................................................................................................................................................. 88
Tabela 5.14 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal B para antena SIMO 1×4
.................................................................................................................................................. 89
Tabela 5.15 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal C para antena SISO .... 90
Tabela 5.16 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal C para antena SIMO 1×2
.................................................................................................................................................. 90
Tabela 5.17 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal C para antena SIMO 1×4
.................................................................................................................................................. 91
Tabela 5.18 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal D para antena SISO .... 92
Tabela 5.19 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal D para antena SIMO 1×2
.................................................................................................................................................. 93
Tabela 5.20 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal D para antena SIMO 1×4
.................................................................................................................................................. 93
Tabela 5.21 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal E para antena SISO..... 94
Tabela 5.22 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal E para antena SIMO 1×2
.................................................................................................................................................. 95
Tabela 5.23 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal E para antena SIMO 1×4
.................................................................................................................................................. 95
Tabela 5.24 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal GSM para antena SISO
.................................................................................................................................................. 96
Tabela 5.25 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal GSM para antena SIMO
1×2 ............................................................................................................................................ 97
Tabela 5.26 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal GSM para antena SIMO
1×4 ............................................................................................................................................ 98
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
3G 3ª Geração
3GPP 3rd Generation Partnership Project, 3° Geração de Projetos
4G 4ª Geração
AAC Advanced Audio Coding, Codificação avançada de áudio
ATSC Advanced Television Systems Committee, Sistema americano de tv digi-
tal
ATSC M/H Advanced Television Systems Committee - Mobile/Handheld, Comitê
Sistema de televisão avançado
AuC Authentication Center, Centro de Autenticação
AVC Advanced Video Coding, Codificação avançada de vídeo
BCH Broadcast Channel, Canal broadcast
BER Bit Error Ratio, Taxa de erro de bits
BST – OFDM Band Segment Transmission Orthogonal Frequency Division Multiplex-
ing, Transmissão com banda segmentada
BTS Broadcast Transport Stream, Camada de transporte usada entre o estúdio
e o transmissor
CDMA2000 Code Division Multiple Access 2000, Acesso múltiplo por divisão de
códigos
COFDM Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM com
código corretor de erro
CPqD Centro de Pesquisa e Desenvolvimento
DL-SCH Downlink Shared Channel, Canal downlink de compartilhamento
DVB Digital Video Broadcastingt, Sistema europeu de tv digital
DVB-H Digital Video Broadcasting Handheld, Sistema europeu de tv digital
portátil
DVB-T Digital Video Broadcasting – Terrestrial, Sistema europeu de tv digital
terrestre
EDTV Enhanced Definition Television, Televisão com definição melhorada
EIR Equipment Identity Register, Equipamento de Registro de Identidade
eMBMS Evolved Multimedia Broadcast/Multicast Service, Serviço multimídia
multicast/broadcast evoluído
eNB ENodeB, nó B
EPS Evolved Packet System, Sistema de pacotes evoluído
E-UTRAN Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network, Rede universal
evoluída de acesso de rádio terrestre
FDD Frequency Division Duplexing, Duplexação por divisão de frequências
FEC Forward Error Correction, Correção de erros
FFT Fast Fourier Transform, Transformada rápida de Fourier
HARQ Hybrid Automatic Repeat Request, Solicitação de repetição automática
híbrida
HDTV High Definition Television, Televisão em alta definição
HE High-Efficiency, Alta Eficiência
HLR Home Location Register, Registro de localização de assinante doméstico
HSPA High Speed Packet Access, Acesso de pacotes a altas velocidades
HSS Home Subscriber Server, Serviço de assinante doméstico
ID Identity, Identidade
IEC International Electrotechnical Commission,Comissão Internacional Ele-
trotécnica
IFFT Inverse Fast Fourier Transform, Algorítmo de transformada rápida in-
versa de Fourier
IMT International Mobile Telecommunications, Telecomunicações móveis in-
ternacional
IP Internet Protocol, Protocolo de Internet
ISDB Integrated System Digital Broadcasting, Sistema japonês de tv digital
ISDB-T Integrated System Digital Broadcasting – Terrestrial, Sistema japonês
de TV digital terrestre
ISDB-TB Integrated System Digital Broadcasting - Terrestrial, type B, Sistema
brasileiro de TV Digital terrestre
ISI Inter Symbol Interference, Interferência intersimbólica
ISO International Organization for Standardization, Organização Interna-
cional de padronização
ITU-T International Telecommunication Union, União Internacional de Teleco-
municações
LC Low Complexity, Baixa complexidade
LTE Long Term Evolution, Evolução de Longo prazo
MBMS Multimedia Broadcast Multicast Service, Serviço multimídia mul-
ticast/broadcast
MBSFN Multimedia Broadcast Single-Frequency Network, Rede multimídia de
frequência única
MCCH Multicast Control Channel, Canal de controle multicast
MCH Multicast Channel, Canal multicast
MDCT Modified Discrete Cosine Transform, Transformada discrete de cosseno
modificada
MIMO Multiple - Input Multiple – Output, Múltiplas entradas múltiplas saídas
MISO Multiple Input Single Output, Múltiplas entradas múltiplas saídas
MME Mobility Management Entity, Entidade de gestão de mobilidade
MNOS Mobile Network Operator, Operador de redes móveis
MPEG Moving Picture Experts Group, Padrão de compressão de áudio/vídeo
MTCH Multicast Traffic Channel, Canal de trafego multicast
NTSC National Television System Committee, Comitê Nacional de Sistema de
televisão
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing,Multiplexação por divisão
de frequências ortogonais
OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access, Acesso múltiplo por
divisão de frequências ortogonal
PAL Phase Alternation by Line, Fase alternada por linha
PAPR Peak to Average Power Ratio, Razão pico de potência
PBCH Physical Broadcast Channel, Canal físico broadcast
PCFICH Physical Control Format Indicator Channel, Canal físico indicador de
controle de downlink
PCRF Policy and Charging Resource Function, Função de recursos de política
e carga
PDCCH Physical Downlink Control Channel, Canal físico de controle downlink
PDSCH Physical Downlink Shared Channel, Canal físico compartilhado de
downlink
P-GW Packet Data Network Gateway, Gateway de rede de dados por pacotes
PHICH Physical Hybrid ARQ Indicator Channel, Canal físico com indicador
ARQ híbrido
PMCH Physical Multicast Channel, Canal físico multicast
PS Parametric Stereo, Estério paramétrico
PSK Phase Shift – Keying, Chave de mudança de fase
P-SS Primary Synchronization Signal, Sinal de sincronização primário
QAM Quadrature Amplitude Modulation, Modulação em fase e quadratura
QoS Quality of Service, Qualidade de Serviço
QPSK Quadrature Phase Shift Keying, Modulação quaternária por chavea-
mento de fase
RF Rádio Frequência
RS Reed Solomon
RS Reference Signal, Sinal de referência
SBR Spectral Band Replication, Réplica de banda espectral
SBTVD Sistema Brasileiro de Televisão Digital
SC-FDMA Single Carrier Frequency Division Multiple Access, Acesso múltiplo por
divisão de frequência com única portadora
SDTV Standard Definition TV, Televisão com definição padrão
SECAM Séquentiel Couleur à Mémoire, Sistema analógico francês
SET Sociedade Brasileira de Engenharia de Televisão
SFBC Space Frequency Block Coding, Codificação de bloco de frequência es-
pacial
SFN Single Frequency Network, Redes de Frequência única
S-GW Serving Gateway, Gateway de serviço
SIMO Single Input Multiple Output, Única entrada múltiplas saídas
SINR Signal Interference plus Noise Ratio, Razão interferência do sinal mais
ruído
SISO Single Input Single Output, Úníca entrada única saída
SNR Signal Noise Ratio, Relação sinal-ruído
S-SS Secondary Synchronization Signal, Sinal de sincronização secundário
TDD Time Division Duplexing, Duplexação por divisão de tempo
TD-SCDMA Time-Division Synchronous Code-Division Multiple Access, Acesso sín-
crono por divisão de tempo
TS Transport Stream, Camada de Transporte
UE User Equipment, Equipamento do Usuário
UHF Ultra-High Frequency, Frequência ultra alta
UMTS Universal Mobile Telecommunications Systems, Sistema de Telecomuni-
cações móvel universal
VHF Very High Frequency, Frequência muito alta
WCDMA Wide-Band Code-Division Multiple Access, Acesso múltiplo de banda
larga por divisão de códigos
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 19
1.1 MOTIVAÇÃO ...................................................................................................... 19
1.2 OBJETIVOS ......................................................................................................... 20
1.3 ORGANIZAÇÃO DO PROJETO .......................................................................... 21
2 SISTEMA BRASILEIRO DE TELEVISÃO DIGITAL ........................................... 22
2.1 INTRODUÇÃO .................................................................................................... 22
2.2 SISTEMA ISDB-TB .............................................................................................. 23
2.3 CAMADA FÍSICA DO ISDB-TB .......................................................................... 25
2.3.1 Principais Aspectos da Camada Física........................................................ 25
3 SISTEMA DE TELEFONIA MÓVEL DE 4° GERAÇÃO - LTE ............................ 33
3.1 INTRODUÇÃO .................................................................................................... 33
3.2 ARQUITETURA DE REDE ................................................................................. 34
3.3 TECNOLOGIAS LTE ........................................................................................... 37
3.3.1 Multiplexação por divisão de frequências ortogonais - OFDM ................. 37
3.3.2 Acesso múltiplo por divisão de frequências com única portadora - SC-
FDMA .................................................................................................................... 37
3.3.3 Múltiplas- Entradas Múltiplas Saídas - MIMO ......................................... 37
3.3.4 Codificação de Canal Turbo ........................................................................ 39
3.3.5 Adaptação de Link ....................................................................................... 39
3.4 CAMADA FÍSICA LTE ....................................................................................... 40
3.4.1 Interface Aérea ............................................................................................. 40
3.4.2 Bandas de Frequências ................................................................................ 41
3.4.3 Serviços Unicast e Multicast ......................................................................... 44
3.4.4 Alocação da Largura de Banda ................................................................... 45
3.4.5 Tempo do Framing ....................................................................................... 45
3.4.6 Representação no Tempo-Frequência ......................................................... 46
3.5 TRANSMISSÃO MULTIPORTADORA OFDM .................................................. 48
3.5.1 Prefixo Cíclico .............................................................................................. 49
3.5.2 Agendamento no domínio da frequência .................................................... 50
3.6 RECURSOS DE RADIO PARA O OFDMA DOWNLINK ................................... 51
3.6.1 Estrutura do Frame ..................................................................................... 51
3.6.2 CANAIS FÍSICOS DOWNLINK................................................................. 52
3.6.3 Estrutura Geral para Canais Físicos Downlink .......................................... 55
4 SERVIÇOS MULTIMÍDIA BROADCAST/MULTICAST - MBMS ......................... 57
4.1 INTRODUÇÃO .................................................................................................... 57
4.2 ARQUITETURA MBMS ...................................................................................... 59
4.3 CAMADA FÍSICA PARA EMBMS ..................................................................... 63
4.3.1 Canais para eMBMS .................................................................................... 65
4.3.2 Estrutura do Frame para eMBMS .............................................................. 66
4.3.3 Redes de Frequência Única para eMBMS .................................................. 67
5 SIMULAÇÃO DAS CAMADAS FÍSICAS DO LTE E ISDB-TB ............................ 69
5.1 LTE ...................................................................................................................... 69
5.1.1 Parâmetros de Simulação ............................................................................ 71
5.1.2 Modelos de Canal para TV digital .............................................................. 72
5.2 SBTVD ................................................................................................................. 74
5.2.1 Modulador .................................................................................................... 74
5.2.2 Simulador de Canal ..................................................................................... 76
5.2.3 Demodulador ................................................................................................ 77
5.2.4 Parâmetros de Simulação ............................................................................ 79
5.3 PARÂMETROS COMPARATIVOS ..................................................................... 79
5.3.1 Análise dos Gráficos Obtidos ...................................................................... 80
5.4 TAXAS DE TRANSMISSÃO ............................................................................... 81
5.5 RESULTADOS ..................................................................................................... 82
5.5.1 Canal AWGN ............................................................................................... 83
5.5.2 Canal Brasil e Canal GSM........................................................................... 85
6 CONCLUSÕES ........................................................................................................ 100
APÊNDICE ................................................................................................................. 105
19
1 INTRODUÇÃO
O Sistema Brasileiro de Televisão Digital (SBTVD), em operação desde 2007, foi ba-
seado no sistema ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting- Terrestrial, Sistema ja-
ponês de TV digital terrestre) com o acréscimo de tecnologias desenvolvidas por universidades
brasileiras, sendo por isso chamado de ISDB-TB (Integrated Services Digital Broadcasting Ter-
restrial- version B, Sistema brasileiro de TV digital terrestre). Esse sistema também foi adotado
por muitos países da América Latina, além do Sri Lanka (Ásia) e Botswana (África) por atender
melhor às necessidades de recepção, mobilidade e portabilidade sem custo para o consumidor,
possibilitando também a transmissão em alta definição, a transmissão em multiprogramação e
a interatividade. Os canais com transmissão digital, atualmente são em VHF Alto (Very High
Frequency, Frequência muito alta) e UHF (Ultra High Frequency, Frequência ultra alta) e estão
na banda de frequências de 174 a 216 e 470 a 806MHz, respectivamente[1][2].
Em paralelo ao surgimento da TV digital, o LTE- Broadcast (Long Term Evolution,
Evolução de longo prazo) conhecido como eMBMS (Evolved Multimedia Broadcast/Multicast
Service, Serviço multimídia broadcast/multicast evoluído) surge como um sistema novo e pro-
missor. Ele é considerado uma evolução do MBMS (Multimedia Broadcast/Multicast Service,
Serviço multimídia broadcast/multicast) apresentado em tecnologias anteriores, como por
exemplo, as de 3G (3ª Geração), como o UMTS (Universal Mobile Telecommunications Sys-
tems, Sistema de telecomunicações móvel universal) e se caracteriza por fornecer recursos de
transporte para o envio da mesma informação de conteúdo para todos os usuários em uma célula
(de transmissão) ou a um determinado conjunto de usuários (assinantes) em uma célula (multi-
cast), utilizando um subconjunto de recursos de rádio disponíveis para suportar também trans-
missões em direção a um determinado usuário (serviços unicast). É esperado que proporcione
a radiodifusão de canais de TV de alta resolução a um número ilimitado de usuários, com uma
carga constante na rede, assumindo a infraestrutura de rede herdada das redes móveis celulares.
1.1 MOTIVAÇÃO
A justificativa para a escolha desse projeto advém do crescimento acelerado dos requi-
sitos dos usuários, principalmente pela exigência de sistemas cada vez rápidos e eficientes, fator
20
esse que limita bastante a tecnologia de radiodifusão voltada para TV digital no Brasil, devido
a sua baixa capacidade de transmissão em altas velocidades, além do que a técnica de múltiplas
antenas MIMO (Multiple- Input Multiple- Output, Múltiplas-entradas Múltiplas saídas) utiliza-
das nas redes LTE, aumenta o desempenho do sistema, comparados com as antenas utilizadas
na radiodifusão. Além disso o LTE tem como característica a flexibilidade de alocação do es-
pectro (bandas que variam de 1,4MHz a 20MHz) e a flexibilidade espectral das subportadoras
podendo operar nos modos FDD (Frequency Division Duplex, Duplexação por divisão de fre-
quência) e TDD (Time Division Duplex, Duplexação por divisão de tempo) simplificando a
utilização do espectro e melhorando a capacidade total do sistema.
Outro fator que é de grande importância é a questão da faixa de frequências de 700 MHz,
destinada à televisão analógica/digital e seria a melhor faixa de frequências para a implantação
da tecnologia de 4G (4 ª Geração). De acordo com os estudos, realizados pela SET (Sociedade
Brasileira de Engenharia de Televisão) em conjunto com Universidade Mackenzie [3][4], a
faixa de 700MHz, destinada ao LTE traria um custo bem menor aos provedores do serviço e
diretamente aos usuários, já que os aparelhos sairiam bem mais baratos e com menor custo face
ao aumento da cobertura. Isso ocorre, porque a frequência 700MHz tem um alcance até 4 vezes
maior que a faixa de 2500 MHz, utilizada atualmente pelos sistemas móveis de 4G. Mediante
a esse cenário, a Anatel decidiu fazer um leilão da banda de 700MHz para as operadoras de
telefonia celular com a finalidade de melhorar o serviço de 4G oferecido em território nacional.
Para isso em 2016, iniciou de forma gradativa, o desligamento do sinal analógico da televisão
e o remanejamento dos canais digitais para outras bandas de frequência, com previsão de ter-
mino em 2018. As cidades onde já houve a migração são Rio Verde (GO), seguidos de Brasília,
São Paulo, Goiânia Recife e Belo Horizonte.
Devido a todos esses fatores, o sistema LTE Broadcast traz várias vantagens em relação
à velocidade, cobertura, desempenho, entre outros, que poderiam ser uma boa alternativa na
transmissão do conteúdo da TV digital, motivando o estudo proposto.
1.2 OBJETIVOS
O trabalho proposto tem como objetivo geral:
• Analisar a viabilidade técnica de transmitir o conteúdo multimídia da TV digital por
LTE Broadcast.
21
E os objetivos específicos são:
• Estudar as camadas físicas das tecnologias ISDB-TB e downlink do LTE.
• Fazer uma análise comparativa dos parâmetros de qualidade (BER) de ambas tecnolo-
gias.
• Demonstrar a viabilidade de transmitir a TV digital por LTE Broadcast atráves das mé-
tricas obtidas na análise comparativa.
1.3 ORGANIZAÇÃO DO PROJETO
A tese está organizada da seguinte forma:
No Capítulo 1, a introdução mostra o atual cenário da televisão digital e o sistema celular
de 4° Geração no Brasil, apresentando também as motivações que levaram o estudo proposto.
No Capítulo 2 são apresentadas as principais definições e conceitos sobre o SBTVD,
voltados principalmente aos aspectos da camada física.
No Capítulo 3 e 4 são abordados as características e tecnologias do LTE e do LTE Bro-
adcast, respectivamente, focando nos principais aspectos de suas camadas físicas.
No Capítulo 5 são apresentados e descritos os simuladores utilizados para os testes, os
parâmetros e os resultados obtidos.
No Capítulo 6 têm-se as conclusões sobre os resultados obtidos.
22
2 SISTEMA BRASILEIRO DE TELEVISÃO DIGITAL
2.1 INTRODUÇÃO
A primeira transmissão de sinal de televisão ocorreu em meados da década de 20. Desde
então, os sistemas de TV têm proporcionado um dos tipos de entretenimento e de fonte de
informações mais acessados pela maioria da população em todo o mundo, atingindo todas as
camadas da sociedade.
Ao longo de todo esse período que abrange desde o início das primeiras transmissões
até os dias de hoje, pode-se identificar marcos importantes referentes ao desenvolvimento das
técnicas televisivas. Primeiramente, na segunda década do século XX, pode-se citar o surgi-
mento da televisão empregando técnicas basicamente mecânicas. Em 1930 pode-se considerar
a transição das técnicas mecânicas para eletrônicas. Após a segunda guerra mundial, outro
marco de grande importância foi à padronização dos processos televisivos (ainda monocromá-
ticos) visando atingir o público em geral. Em torno de 1954, tem-se o advento da televisão
cromática. Esses sistemas de televisão em cores utilizavam técnicas analógicas para a transmis-
são de imagens. Os estudos e desenvolvimentos continuaram buscando melhor desempenho e
robustez de equipamentos para a transmissão e recepção. Surge então a ideia de fundir a eletrô-
nica digital com as técnicas televisivas de modo prático oferecendo uma televisão de alta qua-
lidade [5].
A ideia de TV digital foi bem aceita, já que comparada com os sistemas convencionais
adotados até então, NTSC (National Television System Committee,Comite Nacional de Sistema
de Televisão), PAL (Phase Alternation by Line, Fase alternada por linha), SECAM (Séquentiel
Couleur à Mémoire, Sistema analógico francês) apresentou muitas vantagens, dentre elas a alta
qualidade de imagem e som, além de diversidade de programação e interatividade. Essa mu-
dança representa também novos negócios para as emissoras bem como uma maior perspectiva
de movimentação no comércio eletrônico.
Somente em meados da década de 90, os grandes centros tecnológicos nos Estados Uni-
dos, Europa, Japão e China empenharam-se nos estudos e concentraram esforços para o desen-
volvimento da TV digital. Considerando-se a grande diversidade de soluções tecnológicas que
podiam ser adotadas para se projetar um sistema de televisão digital, esses centros tecnológicos
desenvolveram cada qual, o seu padrão para a televisão digital, buscando os mesmos objetivos
que é a qualidade da imagem e som. São esses os sistemas propostos e adotados nesses países:
23
ATSC (Advanced Television Systems Committee, sistema americano de TV digital) ou padrão
americano, DVB (Digital Vídeo Broadcasting, sistema europeu de TV digital) ou padrão euro-
peu, ISDB ou padrão japonês e o DMT-B (Digital Terrestrial Multimedia Broadcast, sistema
chinês de TV digital terrestre) ou padrão chinês.
No Brasil, as discussões e estudos sobre o formato digital iniciaram-se no fim da década
de 90. Essas pesquisas centravam-se no estudo dos padrões já existentes, a fim de traçar um
comparativo entre eles, determinando dessa forma qual desses padrões se adequaria melhor à
proposta de TV digital brasileira. Baseando-se nos estudos realizados, o governo brasileiro es-
colheu o padrão japonês terrestre, ISDB-T como base, por atender melhor às necessidades de
recepção, mobilidade e portabilidade sem custo para o consumidor, possibilitando também a
transmissão em alta definição, à transmissão em multiprogramação e a interatividade.
Para que esse padrão satisfizesse a proposta brasileira, foram acrescidas tecnologias de-
senvolvidas por universidades brasileiras, sendo que o padrão foi chamado de nipo-brasileiro
ou ISDB-TB. Dentre essas tecnologias desenvolvidas pode-se citar o middleware Ginga para
interatividade, codificação da fonte, canal de retorno, etc.
2.2 SISTEMA ISDB-TB
A Figura 2.1 mostra uma ilustração do sistema ISDB- TB compostos pelos estágios de
codificação de fonte, multiplexação, re-multiplexação, distribuição, modulação/transmissão,
propagação, recepção/ demodulação e decodificação da fonte.
24
Figura 2.1 – Sistema de Transmissão ISDB-TB[6]
No SBTVD foram feitas modificações principalmente na camada de compressão e na
camada de middleware. Os padrões de codificação de vídeo e áudio utilizados nas transmissões
móveis possuem algumas semelhanças aos utilizados no sistema japonês, mas não são iguais.
O sistema de compressão utiliza a técnica de compressão H.264 para vídeo e MPEG-4 (Moving
Picture Expert Group, padrão de compressão de áudio/vídeo) para áudio [7]. A Tabela 2.1 ilus-
tra o perfil e os níveis do sistema de compressão de áudio e vídeo.
Tabela 2.1- Formatos de Compressão de Aúdio e Vídeo [6]
Codificador de vídeo Codificador de audio
HDTV -H.264 [email protected] AAC@L4 ou HE-AACv1@L4
SDTV- H.264 [email protected] AAC@L4 ou HE-AACv1@L4
LDTV- H.264 [email protected] HE- AACv2@L2
O SBTVD optou pelo H.264, por ser uma técnica de compressão de vídeo mais recente
e mais eficiente [6]. Com essa técnica de compressão de vídeo, é possível manter a qualidade
de imagem, porém reduzindo sensivelmente a taxa de bits. Com relação ao middleware, o Brasil
desenvolveu um middleware aberto denominado Ginga destinado a prover a interatividade da
televisão digital.
25
Em relação à camada física o SBTVD mantém a mesma camada apresentada no padrão
ISDB-T, sendo que embora seja bem mais complexa que nos demais padrões, ela apresenta
maior flexibilidade tanto para emissoras quanto para telespectadores.
2.3 CAMADA FÍSICA DO ISDB-TB
2.3.1 Principais Aspectos da Camada Física
O objetivo da televisão digital é transmitir sinais de vídeo, áudio e dados até os teles-
pectadores. Os sinais de vídeo e áudio são digitalizados, codificados e multiplexados junta-
mente com dados complementares para formar um fluxo de bits que contém todas as informa-
ções que devem ser transmitidas. Esse fluxo de bits é chamado de TS (Transport Stream camada
de transporte), sendo que um ou mais TSs são remultiplexados com o objetivo de criar um único
BTS (Broadcast Transport Stream, camada de transporte usada entre o estúdio e o transmissor),
que irá alimentar a transmissão. O BTS será submetido a uma série de processos de codificação
de canal e modulação, cujos objetivos são viabilizar a recepção em cenários típicos de radiofu-
são nas faixas de VHF e UHF [8]. A Figura 2.2 mostra um diagrama básico do modulador
ISDB-T/ ISDB- TB.
Figura 2.2 - Diagrama Básico do Modulador ISDB-T/ISDB-TB [9]
Na etapa de codificação de canal são utilizados dois códigos corretores de erros conca-
tenados com objetivo de melhorar o desempenho em termos da taxa de erro de bit. Existem dois
níveis de codificação, onde no primeiro nível o código é chamado de código externo e no se-
gundo nível, chamado de código interno. A informação protegida é então dividida em milhares
de portadoras, formando um sinal OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, Mul-
tiplexação por divisão de frequências ortogonais) [8]. O processo de geração do sinal OFDM
26
utiliza a IFFT (Inverse Fast Fourier Transform, Transformada inversa de Fourier) e é ampla-
mente empregada em sistemas digitais de banda larga [10]. A Figura 2.3 mostra o diagrama de
blocos simplificado do sistema de transmissão.
Figura 2.3 - Diagramas em blocos simplificado do subsistema de transmissão[11]
O ISDB- TB utiliza a multiplexação por divisão em portadoras de frequências ortogonais
com segmentação de banda chamada de BST – OFDM (Band Segment Transmission, Trans-
missão com banda segmentada) para permitir a flexibilidade de operação e robustez contra a
seletividade em frequência do canal. A flexibilidade se deve a segmentação de banda, que per-
mite ao sistema atender a diferentes serviços, como por exemplo, a recepção fixa, portátil e
móvel, no mesmo canal e simultaneamente. A radiodifusão simultânea destes serviços é cha-
mada de transmissão hierárquica. A robustez contra a seletividade em frequência do canal se
deve ao uso de múltiplas portadoras e do intervalo de guarda adicionado [8]. Os principais
problemas desse método de transmissão decorrem das subportadoras serem diferentemente afe-
tadas pelo meio de transmissão [12].
O padrão brasileiro especifica que essa técnica divide o canal em 13 segmentos de
614⁄ 𝑀𝐻𝑧 ≈ 428,571 𝑘𝐻𝑧 , resultando em um canal de largura de banda igual a 6
14⁄ 𝑥 13 ≅
5,57𝑀𝐻𝑧 que representa aproximadamente a largura de banda especificada pelo órgão regula-
dor para o canal de transmissão de televisão terrestre no Brasil que é de 6 MHz. Dessa forma
1/14 da largura de banda do canal é usada para aumentar a distância, em frequência, entre os
canais adjacentes. O canal é deslocado à direita de 1/7 MHz, de forma que a diferença entre o
limite do canal adjacente inferior e o início do canal central seja maior do que o limite do canal
central com o início do canal adjacente superior. O motivo desse deslocamento é se distanciar
27
de interferências causadas pela portadora de áudio do sinal analógico quando esse estiver alo-
cado no canal adjacente inferior. A única exigência da norma brasileira para a configuração dos
segmentos é que o segmento central seja usado na transmissão de conteúdo para dispositivos
móveis [8].
As camadas hierárquicas são compostas por um ou mais segmentos OFDM, sendo que
os 13 segmentos OFDM podem ser agrupados em até três grupos, conhecidos como A, B e C.
É importante ressaltar que o segmento OFDM, é a unidade básica da transmissão BST - OFDM,
no domínio da frequência, podendo operar com parâmetros próprios no estágio de codificação
do canal.
A Figura 2.4a mostra um exemplo da organização dos segmentos de dados antes da
formação do quadro OFDM, enquanto a Figura 2.4b, apresenta o espectro de transmissão com
a organização dos segmentos OFDM, utilizando as três camadas hierárquicas.
Figura 2.4 - Exemplo do Espectro de Transmissão Hierárquica a) Organização antes da formação do quadro
OFDM b) Organização depois da formação do quadro OFDM [13]
O esquema de modulação BST - OFDM pode ser configurado para operar em três modos
de transmissão com diferentes quantidades de portadoras ocupando a mesma banda.
28
A taxa útil de transmissão não depende do modo de operação, ou seja, não depende do
número de portadoras. A alteração dos parâmetros do estágio de codificação de canal ou do
intervalo de guarda alterará a taxa útil transmitida e a proteção adicionada aos dados transmiti-
dos. Esta taxa útil, em cada segmento OFDM, pode variar de 280,85 kbps, quando o segmento
OFDM opera com maior inserção de redundância, até 1787,28 kbps, quando o segmento OFDM
opera com menor quantidade de redundância [8].
A Tabela 2.2 mostra os principais parâmetros do subsistema de transmissão, a partir dos
quais é possível calcular todos os demais parâmetros.
Tabela 2.2- Principais Parâmetros do Padrão ISDB-TB [8]
Parâmetros Valores
Número de camadas Até 3
Número de segmentos OFDM 13
Banda de segmento OFDM (BWS) 428,57 kHz
Comprimento do quadro OFDM 204 símbolos OFDM
Frequência de amostragem IFFT (fS) (512/63) ·106 = 8,126984 MHz
Número de portadoras por segmento OFDM (β)
108 (modo 1)
216 (modo 2)
432 (modo 3)
Número de amostras da IFFT (N)
2048 (modo 1)
4096 (modo 2)
8192 (modo 3)
Intervalo de guarda (IG) 14⁄ , 1
8⁄ , 116⁄ , 1
32⁄
Métodos de Modulação DQPSK QPSK 16QAM 64QAM
Taxa do código interno (rCC) 12⁄ , 2
3⁄ , 34⁄ , 5
6⁄ , 78⁄
Profundidade do entrelaçador no tempo (I)
0 4 8 16 modo 1
0 2 4 8 modo 2
0 1 2 4 modo 3
Primeiramente deve-se definir o modo de operação e intervalo de guarda, os quais se
aplicam aos todos os segmentos OFDM. Cada camada hierárquica deve especificar a
29
quantidade de segmentos, a ordem de modulação, a taxa de código interno e a profundidade do
entrelaçado temporal.
O número total de portadoras ativas em cada modo de operação é igual a soma das por-
tadoras de todos os segmentos OFDM mais uma unidade [2]:
𝛾 = 13𝛽 + 1 2.1
Onde β é o número de portadoras OFDM por segmento.
O espaçamento entre portadoras é dado por:
∆𝑓 =𝐵𝑊𝑠
𝛽 2.2
A largura de faixa 𝐵𝑊𝑠 é dada por:
𝐵𝑊𝑠 =𝐵𝑊𝑐
14= 428,571428 𝑘𝐻𝑧 2.3
Sendo 𝐵𝑊𝑐, a largura de faixa do canal de TV, igual a 6MHz.
A frequência de amostragem para realização da IFFT define a temporização de todo o
subsistema de transmissão de TV digital. O período de amostragem para a IFFT é igual ao
inverso da frequência de amostragem, ou seja,
𝑡𝑠 =1
𝑓𝑠= 123,046876 𝜇𝑠 2.4
A IFFT usa N portadoras para computar a IFFT, onde aproximadamente 69% das por-
tadoras transmitem informações e o restante são portadoras nulas. Desse modo, a duração útil
de um símbolo OFDM é dada por [8]:
𝑇𝑈 = 𝑁𝑡𝑠 2.5
Para minimizar os efeitos da interferência entre símbolos, chamada de ISI (Inter Symbol
Interference, Interferência intersimbólica), ocasionada pelos múltiplos percursos que podem
30
ocorrer no canal, um intervalo de guarda é inserido entre dois símbolos OFDM. A inserção do
intervalo de guarda evita a ISI desde que a dispersão temporal do canal seja menor que o inter-
valo de guarda inserido. O intervalo de guarda consiste de uma parcela do fim do símbolo
OFDM que é copiada para o seu início. Essa parcela, IG, é uma fração do tempo de um símbolo
[8]. Dessa forma, a duração do intervalo de guarda é dada por:
𝑇𝐼𝐺 = 𝐼𝐺𝑇𝑈 2.6
A duração total do símbolo OFDM é dada por:
𝑇𝑂 = 𝑇𝑈+𝑇𝐼𝐺 = 𝑇𝑈(1 + 𝐼𝐺) 2.7
Logo, a cada intervalo TO um novo símbolo OFDM é transmitido, resultando numa taxa
de símbolos OFDM dada por:
𝑅𝑂 =1
𝑇𝑂
2.8
A taxa de símbolos OFDM depende especificamente do modo de operação e do inter-
valo de guarda utilizado.
O segmento de dados, que corresponde ao conjunto de portadoras que transportam dados
em um segmento OFDM, é formado por 96, 192 ou 384 portadoras nos modos de operação 1,
2 ou 3 respectivamente. Cada portadora carrega um símbolo serial proveniente da modulação
empregada [14]. Assim a taxa útil de símbolos seriais por segmento é dada por:
𝑅𝑆𝛼 =𝛼
(1 + 𝐼𝐺)𝑁𝑡𝑠 2.9
Onde α é o número de portadoras por segmento de dados.
A vazão de cada segmento não se altera com a mudança de α, pois a relação entre o
número de portadoras por segmento de dados e o número de portadoras utilizadas no cálculo
da IFFT não depende do modo de operação, sendo:
𝑁 =64
3𝛼
2.10
31
Dessa forma, a taxa de símbolos seriais por segmento de dados pode ser reescrita como:
𝑅𝑆𝛼 =3
64(1 + 𝐼𝐺)𝑡𝑠
2.31
Os parâmetros apresentados até o momento se aplicam a todos os segmentos que com-
põem o símbolo OFDM. Os parâmetros seguintes devem ser calculados para cada camada hie-
rárquica utilizada. A taxa total de bits transmitidos pelo segmento de dados é dada por:
𝑅𝐵𝛼 = log2(𝑀𝑥)𝑅𝑆𝛼 2.42
Onde MX é ordem da modulação da camada X.
O código interno é um dos códigos usados para proteger a informação através da inser-
ção de bits de redundância. A inserção dos bits de redundância diminui a vazão útil do sistema.
A taxa de bits na entrada do codificador convolucional é dada por:
𝑅𝐵𝐶𝑥 = 𝑟(𝑥)𝑅𝐵𝛼 2.53
Onde r (x) é a taxa de código interno da camada X.
O codificador RS (Reed Solomon) chamado de código externo, insere bytes de redun-
dância com o mesmo objetivo de proteger a informação. Num sistema com códigos em cascata,
o decodificador de canal externo visa eliminar os erros residuais não corrigidos pelo decodifi-
cador de canal interno. O codificador RS opera com blocos de entrada de 188 bytes de um
pacote TS e insere 16 bytes de redundância, gerando um pacote de 204 bytes.
A taxa de bits útil em um segmento de dados da camada X é dada por:
𝑅𝐵𝑥 =188
204𝑅𝐵𝐶𝑥
2.64
Relacionando as equações (2.11), (2.12), (2.13) e (2.14), tem-se que:
𝑅𝐵𝑥 =47𝑟(𝑥) log2(𝑀𝑥)
1088(1 + 𝐼𝐺)𝑡𝑠
2.75
32
O que permite determinar a taxa útil de dados em um segmento para qualquer configu-
ração do subsistema de transmissão do padrão ISDB- TB.
33
3 SISTEMA DE TELEFONIA MÓVEL DE 4° GERAÇÃO - LTE
3.1 INTRODUÇÃO
Os requisitos dos usuários estão crescendo rapidamente e as limitações dos atuais siste-
mas de comunicações incentivaram os pesquisadores a desenvolver tecnologias mais avançadas
e eficientes. A tecnologia móvel 4G é o próximo passo nessa direção, substituindo as redes 3G.
Esse novo sistema foi denominado de LTE e foi especificado pelo 3GPP (3rd Generation
Partnership Project, 3° Geração de Projetos) como uma interface de rádio altamente flexível
a caminho da 4 ª Geração [15].
A tecnologia 4G tem como objetivo proporcionar a seus clientes, maiores velocidades e
serviços multimídia totalmente baseados em IP (Internet Protocol, Protocolo de internet). Ele
é visto sob uma abordagem integrada, já que tem como foco integrar os terminais, redes e apli-
cações em uma rede global que seja capaz de fornecer uma solução em IP onde voz, dados e
multimídia possam ser transmitidos aos usuários, em qualquer tempo e lugar.
Além disso, os sistemas 4G preveem uma plataforma capaz de fornecer um aumento na
largura de banda, altas taxas de dados, uma maior interoperabilidade com os protocolos de co-
municação, de forma amigável, inovadora e com aplicações seguras. O LTE pode ser implan-
tado tanto em novas bandas de frequência como em bandas já existentes, facilitando operações
simples e sua manutenção[16].
Os primeiros sistemas baseados na primeira versão do LTE, conhecidos como 3GPP
Release 8, foram finalizados em 2008. Nesse release, as taxas de pico de dados chegavam a 300
Mb/s para downlink e 75 Mb/s para uplink, atraso e latência de menos de 5 ms e um aumento
significativo na eficiência de espectro [15]. Além do que o LTE fornece amplo suporte para
flexibilidade de espectro, suportando tanto multiplexação por divisão de frequência (FDD) e
multiplexação por divisão de tempo (TDD), e tem como alvo uma evolução suave de tecnolo-
gias anteriores 3GPP tais como TD-SCDMA (Time-Division Synchronous Code-Division Mul-
tiple Access, Acesso síncrono por divisão de tempo) e de banda larga como o WCDMA ( Wide-
Band Code-Division Multiple Access, Acesso múltiplo de banda larga por divisão de códigos)
/ HSPA (High Speed Packet Access, Acesso de pacotes a altas velocidades), bem como tecno-
logias 3GPP2 como CDMA2000 (Code Division Multiple Access, Acesso múltiplo por divisão
de códigos) [17].
34
A tecnologia de acesso de rádio LTE continuou em constante evolução para atender às
necessidades futuras. No Release 9, concluído no final de 2009, teve como foco o apoio para a
transmissão/serviços multicast, serviços avançados de posicionamento e funcionalidades para
chamadas de emergência, bem como a adição de melhorias para downlink com dupla camada
beamforming [15].
O 3GPP concluiu o trabalho em LTE Release 10, no final de 2010 e ampliou ainda mais
o desempenho e as capacidades de LTE além do Release 8/9. Um objetivo importante da LTE
Release 10 é assegurar que o LTE preencha todos os requisitos para IMT Advanced (Internati-
onal Mobile Telecommunications, Telecomunicações Móveis Internacional) conforme definido
pelo ITU, sendo assim denominado de LTE-Advanced [15].
Podem-se citar alguns dos requisitos para um sistema LTE-Advanced [16]:
• Taxa de pico de dados de downlink de 1Gbps e de 500Mbps para uplink;
• Cell user edge: duas vezes maior que o LTE;
• Vazão média do usuário: três vezes maior que o LTE;
• Capacidade (eficiência do espectro): três vezes maior que o LTE;
• Flexibilidade de espectro: Suporta largura de banda escalável e agregação de espectro;
• Mobilidade: Mesmo que o LTE;
• Cobertura deverá ser melhorada;
• Compatibilidade e Interoperabilidade com 3GPP LTE para sistemas legados.
Os estudos em torno do LTE continuam a avançando a fim de que taxas maiores de
transmissão de dados possam ser oferecidas aos usuários, sendo que novos releases devam sur-
gir nos próximos anos.
3.2 ARQUITETURA DE REDE
Uma rede LTE é constituída pelo EPC (Evolved Packet Core, Camada de pacotes evo-
luída) e a E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network, Rede universal
evoluída de acesso de rádio terrestre), sendo o conjunto das duas denominadas de EPS (Evolved
Packet System, Sistema de pacotes evoluído). Além destas existe também a camada de serviços
35
que interliga o UE (User Equipment, Equipamento do Usuário) aos serviços do operador e à
Internet. O esquema básico da arquitetura de rede do LTE pode ser observado na Figura 3.1.
Figura 3.1- Arquitetura da Rede LTE [18]
O conjunto do UE, E-UTRAN e EPC representam a camada de conectividade IP e está
apenas otimizada para comunicações baseadas no protocolo IP, uma vez que em LTE não existe
comutação de circuitos, reforçando o fato de que o LTE é uma tecnologia “all-ip”.
A seguir são descritas as características e funcionalidades dos elementos da arquitetura
do LTE [19]:
• UE: dispositivo de acesso do usuário.
• E-UTRAN: é composta de uma rede mesh de eNodeBs (nó B) que se comuni-
cam através da interface X2. A eNodeB contêm as camadas: PHY (Physical la-
yer, camada física), MAC (Medium Accesss Control, Camada média de con-
trole), RLC (Radio Link Control, Link de controle de rádio) e o protocolo de
36
controle de pacotes de dados. Ainda inclui a funcionalidade de compressão de
cabeçalho, criptografia, gestão de recursos do rádio, controle de admissão, ne-
gociação de QoS no uplink e broadcast contendo informações da célula.
• EPC: nele estão contidos os principais elementos da rede. Eles desempenham as
principais funções do sistema e são definidos como:
• MME (Mobility Management Entity, Entidade de gestão de mobilidade):
é o principal elemento de controle no EPC. Entre as suas funções estão
autenticação, segurança, gerenciamento de mobilidade, gerenciamento
de perfil do usuário, conexão e autorização de serviços.
• S-GW (Serving Gateway, Gateway de serviço): este elemento faz o ro-
teamento dos pacotes de dados dos usuários entre a rede LTE e outras
tecnologias como o 2G / 3G utilizando a interface S4. Gerencia e arma-
zena informações do UE como parâmetros de serviços IP suportados e
informações sobre o roteamento interno dos pacotes na rede.
• P-GW (Packet Data Network Gateway, Gateway de redes de dados por
pacotes): é o roteador de borda entre o EPC e redes de pacotes externas.
Realiza a filtragem e controle de pacotes requeridos para os serviços em
questão. Tipicamente, o P-GW aloca endereços IP para os equipamentos
dos usuários para que eles possam se comunicar com outros dispostivos
localizados em redes externas.
• PCRF (Policy and Charging Resource Function, Funções de recursos de
política e carga): elemento de rede responsável pelo PCC (Política e Con-
trole de Carga). Provê o QoS adequado para que os serviços solicitados
possam utilizar os recursos apropriados.
• HSS (Home Subscriber Server, Serviço de assinante doméstico): banco
de dados de registro do usuário. Executa de fato, funções equivalentes às
do HLR (Home Location Register, Registro de localização de assinante
doméstico), AuC (Authentication Center, Centro de Autenticação) e EIR
(Equipment Identity Register, Equipamento de registro de identidade)
definidos nos releases anteriores.
• Serviços: provê a interligação do LTE com outras redes.
37
3.3 TECNOLOGIAS LTE
3.3.1 Multiplexação por divisão de frequências ortogonais - OFDM
O OFDM é um esquema de transmissão que utiliza multiportadoras. Nessa técnica, os
bits a serem transmitidos são divididos em vários streams de taxa menor, diferentemente das
técnicas tradicionais onde os bits eram transmitidos em um único stream. Isso torna o tempo de
cada símbolo maior e como consequência, o sinal fica menos sensível a ruídos, à multiplicidade
de caminhos e à interferência intersimbólica (ISI). Essa técnica utiliza o conceito de ortogona-
lidade entre as portadoras, conseguido através do espaçamento de frequências adotado, evitando
assim a sobreposição dos espectros e uma economia significativa de banda [20].
3.3.2 Acesso múltiplo por divisão de frequências com única portadora - SC-FDMA
O OFDM atende os requisitos para o downlink LTE, não apresentando o mesmo desem-
penho para o uplink LTE principalmente devido ao desvanecimento por PAPR (Peak to
Average Power Ratio, Taxa média de pico de potência), sendo esse parâmetro relacionado com
a eficiência do amplificador de potência. Dessa forma é utilizado o SC-FDMA (Single Carrier
Frequency Division Multiple Access, Acesso múltiplo por divisão de frequências com única
portadora) com prefixo ciclíco, com objetivo de melhorar o desempenho em relação aos sinais
OFDM e reduzir custos com os projetos dos amplificadores que são utilizados do equipamento
do usuário [18][21].
3.3.3 Múltiplas- Entradas Múltiplas Saídas - MIMO
O MIMO é uma das principais tecnologias implantadas no padrão LTE. O conceito de
sistema de múltiplas antenas vem se tornando popular nas comunicações móveis a fim de me-
lhorar o desempenho global do sistema, em especial o aumento das taxas de dados, maior co-
bertura celular e mitigação dos efeitos da interferência intersimbólica.
O MIMO pode melhorar as comunicações móveis em dois sentidos: aumentando as ta-
xas de dados e a confiabilidade do link de comunicação. Alguns algoritmos utilizam o MIMO
38
no padrão LTE, como por exemplo: diversidade de recepção, diversidade de transmissão, enlace
(beamforming) e multiplexagem espacial. Na diversidade de transmissão e no “beamforming”
são transmitidas informações redundantes em diferentes antenas, sendo que esses métodos não
contribuem para o aumento na taxa de dados, mas sim na robustez do link de comunicação. Já
na multiplexação espacial, o sistema transmite informações independentes (não redundantes)
em diferentes antenas, podendo aumentar de forma substancial a taxa de dados do link. As taxas
de dados podem ser melhoradas de forma proporcional ao número de antenas transmissoras[22].
São oferecidas diferentes configurações de antenas para LTE: SISO (Single Input Single
Output), SIMO (Single Input Multiple Output, Única Entrada Única Saída), MISO (Multiple
Input Single Output, Múltiplas Entradas Única Saída) e a MIMO (Múltiplas Entradas Múltiplas
Saídas, como pode ser visto na Figura 3.2.
Figura 3.2 - Configurações das Antenas em LTE[23]
O desempenho do MIMO depende de vários fatores, dentre eles: o estado do canal, a
qualidade do sinal (medido pela SINR), a velocidade do terminal móvel e a correlação dos
sinais recebidos nas antenas de recepção. Sendo dessa forma, alguns modos MIMOS são mais
eficazes que outros, dependendo desses fatores determinantes[24].
A fim de combater a interferência intersimbólica o MIMO utiliza técnicas de equaliza-
ção. Dentre elas pode-se citar o ZF (Zero Forcing, Zero Força), MMSE (Minimum Mean Square
Error , Mínimo erro quadrático médio) e o Sphere Decoder (Decodificador Esfera).
O ZF é um equalizador linear simples, que inverte os efeitos de distorção e atraso cau-
sados pelo canal sobre os símbolos transmitidos, ignorando o ruído de potência do receptor,
resultando em um menor desempenho de BER. O MMSE é também um equalizador linear,
porém mais complexo que o ZF, cujo princípio é baseado em ajustar os coeficientes do filtro,
de forma que o erro quadrático médio entre o símbolo transmitido e o símbolo estimado seja
minimizado, resultando em um melhor desempenho de BER comparado com o ZF. O Sphere
39
Decoder, usa decodificação de máxima verossimilhança para otimizar os símbolos de modula-
ção com base no seu mapeamento de símbolos, possuindo uma alta complexidade computacio-
nal. A escolha entre um receptor MIMO baseado em MMSE ou Sphere Decoder é uma situação
clássica entre complexidade e desempenho [22][25][26].
3.3.4 Codificação de Canal Turbo
O código turbo é considerado uma evolução na tecnologia dos códigos convolucionais
que já foram utilizados nos padrões anteriores oferecendo um aumento no desempenho da ca-
pacidade de canal. Eles foram inicialmente introduzidos em 1993 e foram implantados nos sis-
temas de 3G UMTS e HSPA. Mas nesses padrões foi utilizado de forma opcional para aumentar
o desempenho do sistema. Já para o padrão LTE, a codificação turbo é o único mecanismo de
codificação de canal usado para processar os dados do usuário.
Até oito iterações do decodificador turbo em LTE geralmente podem ser utilizadas, con-
siderando que um número superior aumentaria muito o tempo de processamento, tornando o
decodificador inviável. Esse é um processo iterativo, onde quanto mais iterações, mais confiá-
vel é a saída, porém chega um ponto que o ganho em confiabilidade não vale perante o proces-
samento gasto[27].
3.3.5 Adaptação de Link
A adaptação de link pode ser definida como o conjunto de técnicas usadas para mudar e
adaptar os parâmetros de transmissão em um sistema de comunicação móvel para responder
melhor a natureza dinâmica de um canal de comunicação. Dependendo da qualidade do canal
podem-se usar diferentes técnicas de codificação e modulação, mudar o número de antenas de
transmissão ou recepção e até mesmo alterar a largura da banda de transmissão. A adaptação
de link é um canal dependente do agendamento (scheduling) em um sistema de comunicação
móvel. O “scheduling” trata do compartilhamento dos recursos de rádio entre os usuários, a
fim de conseguir uma utilização mais eficiente desses recursos. Normalmente é necessário mi-
nimizar a quantidade de recursos que são atribuídos a cada usuário ou combinar esses recursos
de acordo com tipo e prioridade dos dados do usuário. Os canais dependentes do “scheduling”
40
tem o objetivo de acomodar tantos usuários quanto for possível, desde que satisfaçam os me-
lhores requisitos de qualidade de serviço que pode existir baseado na condição instantânea do
canal [22].
3.4 CAMADA FÍSICA LTE
3.4.1 Interface Aérea
A interface aérea do LTE utiliza duas diferentes técnicas de acesso múltiplo, as quais
são baseadas em OFDM. Para o downlink é utilizado o OFDMA (Orthogonal Frequency Divi-
sion Multiple Access, Acesso múltiplo por divisão de frequências ortogonais) e para o uplink é
usado o SC-FDMA, sendo que o foco do trabalho será voltado para o downlink.
No OFDM como visto anteriormente, o canal é dividido em subportadoras, onde a alo-
cação de todas as subportadoras é destinada para o mesmo usuário em cada instante de tempo.
No OFDMA, as subportadoras são compartilhadas, mantendo a divisão no tempo, sendo que
essa divisão é feita através de “pedaços” de tempo que são chamados de slots e por subframes.
Nos sistemas de comunicações móveis existe a necessidade de que vários usuários aces-
sem o sistema, sendo por isso utilizado a técnica de múltiplo acesso OFDMA, que é uma ex-
tensão do OFDM para alocação de múltiplos usuários[28].
A fim de explorar a diversidade multiusuário, o OFDMA faz uso de subportadoras adap-
tativas, onde é considerado que cada usuário tem um ganho no seu canal diferente dos demais
usuários, sendo que dessa forma o sistema pode buscar formas de alocação destes usuários ba-
seados no ganho do canal de cada usuário. Quando o número de usuários aumenta, ocorre a
probabilidade maior de conseguir um usuário que tenha um melhor canal, garantindo que, de-
pendendo do número de usuários sempre haverá usuários bons e ruins para que o sistema decida
a melhor forma de alocar esses usuários [28].
A Figura 3.3 mostra um exemplo de diversidade multiusuário, onde se tem três usuários,
sendo possível escolher qual deles é melhor para cada frequência, sendo que nesse caso o usu-
ário 1 foi alocado na frequência 1 e o usuário 3 foi alocado para a frequência 2.
41
Figura 3.3 - Exemplo de Diversidade Multiusuário[28]
São utilizados também codificação e modulação adaptativas com a finalidade de apro-
veitar as mudanças do canal. Quando o canal tem características favoráveis, a transmissão será
a maior taxa possível utilizando uma quantidade menor de bits corretores de erros, sendo que
se o canal estiver ruim, a transmissão ocorrerá sob uma taxa menor, utilizando mais bits corre-
tores de erros.
A escolha da modulação dependerá da alocação das portadoras, ou seja, é especificada
para cada usuário qual modulação será utilizada dependendo de qual portadora será alocada
para este usuário, sendo que o padrão LTE suporta as modulações QPSK (Quadrature Phase
Shift Keying, Modulação quaternária por chaveamento de fase), 16QAM (Quadrature Ampli-
tude Modulation, Modulação em fase e quadratura) e 64QAM. Isso garante uma robustez ao
sistema e garante que as taxas de transmissão sejam mais altas, já que as portadoras que tem
um melhor canal são aproveitadas, utilizando modulações menos robustas que resultam em uma
maior taxa de transmissão [28].
3.4.2 Bandas de Frequências
Os padrões LTE especificam os espectros de rádio disponíveis em diferentes faixas de
frequência, procurando uma integração com sistemas móveis anteriores. Dessa forma, as ban-
das de frequência já disponíveis em padrões anteriores estarão disponíveis para a implantação
42
do LTE. Além dessas bandas comuns, algumas novas bandas de frequência também são intro-
duzidas pela primeira vez na especificação LTE.
As faixas de frequências consideradas para o padrão LTE estão divididas em dois gru-
pos, de acordo com os modos de operação: FDD e TDD. As bandas de frequência FDD estão
emparelhadas possibilitando assim a transmissão simultânea de duas frequências: uma para o
downlink e uma para o uplink, sendo que essas bandas são especificadas com separações sufi-
cientes para melhorar o desempenho do receptor. Já as bandas de frequência TDD não estão
pareadas, sendo que as transmissões de downlink e uplink compartilham o mesmo canal e a
frequência da portadora, sendo multiplexadas no tempo. O Release 11 traz a faixa completa de
frequências especificada pelo ITU/IMT- Advanced. A Tabela 3.1 mostra as frequências aloca-
das para o modo de transmissão TDD, sendo que estão disponíveis 25 bandas (1 a 25) e a Tabela
3.2 mostra as frequências alocadas para FDD, sendo 11 bandas alocadas (33 a 45). A banda 6
não é aplicável ao LTE e as faixas de 15 a 16 são reservadas pela ITU [22].
43
Tabela 3.1 - Faixas de Frequências para FDD[22]
Banda Uplink
Frequências (MHz)
Downlink
Frequências (MHz) Modo
1 1920 - 1980 2110 - 2170 FDD
2 1850 - 1910 1930 - 1990 FDD
3 1710 - 1785 1805 - 1880 FDD
4 1710 - 1755 2110 - 2155 FDD
5 824 - 849 869 - 894 FDD
6 830 - 840 875 - 885 FDD
7 2500 - 2570 2620 - 2690 FDD
8 880 - 915 925 - 960 FDD
9 1750 - 1785 1845 - 1880 FDD
10 1710 - 1770 2110 - 2170 FDD
11 1428 - 1453 1476 - 1501 FDD
12 698 - 716 728 - 746 FDD
13 746 - 758 776 - 788 FDD
14 758 - 768 788 - 798 FDD
15 Reservado Reservado FDD
16 Reservado Reservado FDD
17 704 - 716 734 - 746 FDD
18 815 - 830 860 - 875 FDD
19 830 -845 875 - 890 FDD
20 832 - 862 791 - 821 FDD
21 1448 -1463 1496 - 1511 FDD
22 3410 - 3490 3510 - 3590 FDD
23 2000- 2020 2180 - 2200 FDD
24 1626 - 1660 1525 - 1559 FDD
25 1850 - 1915 1930 - 1995 FDD
44
Tabela 3.2 - Faixas de Frequências para TDD[22]
Banda Uplink e Downlink
Frequências (MHz) Modo
33 1900 - 1920 TDD
34 2010 - 2025 TDD
35 1850 - 1910 TDD
36 1930 - 1990 TDD
37 1910 - 1930 TDD
38 2570 - 2620 TDD
39 1880 - 1920 TDD
40 2300 - 2400 TDD
41 2496 - 2690 TDD
42 3400 - 3600 TDD
43 3600 - 3800 TDD
3.4.3 Serviços Unicast e Multicast
Nas comunicações móveis, o modo normal de transmissão é conhecido como transmis-
são unicast onde os dados transmitidos são destinados a um único usuário. Em adição ao serviço
unicast, o padrão LTE suporta o modo de transmissão conhecido como MBMS. Ele oferece
serviços multimídia com altas taxas de dados como TV, broadcasting de rádio, streaming de
áudio e vídeo.
O MBMS tem seu próprio conjunto de canais de trafego dedicados e de controle que
são baseados em um esquema de transmissão multicelular nas áreas de serviços das MBSFN
(Multimedia Broadcast Single-Frequency Network, Rede multimídia de frequência única). Um
sinal multimídia é transmitido a partir de várias células adjacentes que pertencem a uma deter-
minada área de serviço MBSFN. Quando o conteúdo de um único MCH (Multicast Channel,
Canal Multicast) é transmitido de diferentes células, os sinais de mesma portadora são combi-
nados no UE, melhorando a SNR (Signal- to- Noise Ratio, Relação sinal-ruído) e as taxas má-
ximas de dados para as transmissões multimídia. Será visto com mais detalhes as características
desse tipo de transmissão no próximo capitulo.
45
3.4.4 Alocação da Largura de Banda
Uma das características presentes no LTE, determinadas de acordo com o IMT-Advan-
ced é a flexibilidade do espectro. Dessa forma, no domínio da frequência o espectro pode variar
de 1,4 a 20MHz. Os espectros de frequência LTE são agrupados em Blocos de Recurso (Re-
sources Blocks) formados por 12 subportadoras, sendo que eles representam a menor unidade
de transmissão. O espaçamento das subportadoras é de 15kHz e a largura de banda total de um
bloco de recurso é de 180KHz. Isto permite que as configurações de largura de banda de trans-
missão sejam de 6 a 110 blocos de recurso através de uma única portadora de frequência.
A Tabela 3.3 mostra a relação entre a largura de banda do canal e o número de blocos
de recurso transmitidos em uma portadora LTE RF (Rádio Frequência). Para larguras de banda
de 3-20 MHz, a totalidade de blocos de recurso na largura de banda de transmissão ocupa cerca
de 90% da largura da banda do canal e no caso de 1,4KHz, a porcentagem cai para 77%. Isto
ajuda a reduzir envios indesejados fora da largura de banda [22].
Tabela 3.3 - Larguras de Banda do Canal especificados pelo LTE [29]
Largura de
Banda do Canal (MHz)
Número de
Blocos de Recurso
1.4 6
3 15
5 25
10 50
15 75
20 100
3.4.5 Tempo do Framing
A estrutura no domínio do tempo para o LTE é mostrada na Figura 3.4. A transmissão
é organizada com uma sequência de frames de rádio com o comprimento de 10 ms, onde cada
frame é subdividido em 10 subframes de comprimento de 1 ms. Cada um desses subframes é
46
composto de dois slots de tamanho de 0,5 ms cada. Os slots consistem de um número de sím-
bolos OFDM, que podem ser sete ou seis dependendo se o prefixo cíclico (CP) usado é normal
ou estendido respectivamente. O prefixo estendido geralmente é utilizado para transmissões
broadcast (MBMS).
Figura 3.4 - Estrutura no domínio do tempo para LTE [22]
3.4.6 Representação no Tempo-Frequência
Uma interessante e atraente característica do OFDM é o fato dele mapear de forma ex-
plicita uma representação do sinal transmitido no tempo-frequência. Após a codificação e mo-
dulação, uma versão transformada do sinal modulado de valor complexo, chamado de elemento
de recurso físico (physical resource element), é mapeado para um sistema de coordenadas no
tempo - frequência, conhecido como grade de recursos (resource grid.) Sendo assim, a coorde-
nada x do elemento de recurso (resource element) indica o símbolo OFDM a qual pertence no
tempo, e a coordenada y significa a portadora do OFDM à qual pertence na frequência.
47
A Figura 3.5 mostra uma grade de recursos do LTE downlink quando o prefixo cíclico
normal é utilizado.
Figura 3.5 – Elementos, blocos e grade de recursos [22]
Um elemento de recurso é colocado na intersecção de um símbolo OFDM e uma sub-
portora. O espaçamento entre as subportadoras é de 15kHz, e no uso do prefixo cíclico normal,
são 14 símbolos por subframe ou sete símbolos por slot e no caso do uso do prefixo cíclico
estendido, são 12 símbolos por subframe ou seis símbolos por slot. O bloco de recurso é defi-
nido como um grupo de elementos de recurso correspondentes a 12 subportadoras ou 180kHz
no domínio da frequência e um slot de 0,5 ms no domínio do tempo. No caso do uso do prefixo
cíclico normal com sete símbolos OFDM por slot, cada bloco de recurso corresponde a 84 ele-
mentos de recurso. Para o prefixo cíclico estendido com seis símbolos por slot, tem-se 72 ele-
mentos de recurso [22].
48
3.5 TRANSMISSÃO MULTIPORTADORA OFDM
A transmissão downlink do LTE é baseada no OFDM. Para a geração do sinal OFDM
os dados modulados são mapeados para grade de recursos, onde eles são então organizados e
alinhados no domínio da frequência. Cada símbolo modulado 𝑎𝑘 é atribuído a uma única por-
tadora no eixo de frequências. Com 𝑁 subportadoras ocupando a largura de banda com espaça-
mento entre as subportadoras de ∆𝑓, a relação entre a largura de banda e o espaçamento das
subportadoras é dado por [22]:
𝐵𝑊 = 𝑁𝑟𝑏∆𝑓
3.1
Cada subportadora 𝑓𝑘 pode ser considerada um múltiplo inteiro do espaçamento das su-
bortadoras.
𝑓𝑘 = 𝑘∆𝑓
3.2
O modulador OFDM consiste em um banco de N moduladores complexos, onde cada
modulador corresponde a uma única subportadora. A saída modulada OFDM 𝑥(𝑡) pode ser ex-
pressa por:
𝑥(𝑡) = ∑ 𝑎𝑘𝑒𝑗2𝜋𝑓𝑘𝑡 =
𝑁
𝑘=1
∑ 𝑎𝑘𝑒𝑗2𝜋𝑘∆𝑓𝑡
𝑁
𝑘=1
3.3
Assumindo que a taxa de amostragem do canal é 𝐹𝑠 e o tempo de amostragem é 𝑇𝑠 =
1𝐹𝑠⁄ , a representação discreta no tempo do modulador OFDM pode ser expressa por:
𝑥(𝑡) = ∑ 𝑎𝑘𝑒𝑗2𝜋𝑘∆𝑓𝑛/𝑁
𝑁
𝑘=1
3.4
Na modulação OFDM emprega- se a IFFT na modulação e FFT (Fast Fourier Trans-
form,Transformada rápida de Fourier) na demodulação, utilizando 256 portadoras, onde cada
49
canal de frequência pode ser modulado com uma modulação simples QAM ou PSK (Phase
Shift - Keying). Depois da modulação, um símbolo OFDM é gerado e um prefixo cíclico é
adicionado ao sinal modulado. A inserção do prefixo cíclico se baseia essencialmente em copiar
a última parte do símbolo OFDM para o seu início.
3.5.1 Prefixo Cíclico
A inserção de um prefixo cíclico é uma função importante durante a geração de um sinal
OFDM, sendo que sua função é evitar que ocorra interferência intersimbólica entre os símbolos
OFDM que foram transmitidos anteriormente. Em um primeiro momento, a inserção do prefixo
cíclico pode ser considerada uma operação inútil, uma vez que é feito uma cópia dos dados
existentes no símbolo OFDM, não adicionando nenhuma nova informação. No entanto, a inser-
ção do prefixo cíclico é fundamental devido a vários fatores, dentre eles, a ortogonalidade entre
as subportadoras no receptor, fundamento esse básico do OFDM [22].
O tamanho do prefixo cíclico é um importante parâmetro nas transmissões multiporta-
doras, onde esse tamanho deve ser suficiente para cobrir atrasos de propagação que são encon-
trados na maioria dos cenários de propagação dentro de um ambiente celular.
A Tabela 3.4 mostra os três tamanhos de prefixos cíclicos especificados pelo padrão
LTE: normal (4,7µs), estendido (16,67µs), com espaçamento entre as subportadoras de 15kHz
e o estendido (33µs) para espaçamento entre as subportadoras de 7,5kHz.
Tabela 3.4 - Especificações para prefixos cíclicos normal e estendido [29]
Configuração Espaçamento Subpor-
tadora (Δf) (kHz)
N° subportadoras por
bloco de recurso
N° símbolos OFDM por
bloco de recurso
Prefixo Cíclico
Normal
15 12 7
Prefixo Cíclico
Estendido
15 12 6
7,5 24 3
O espaçamento entre as subportadoras de 7.5kHz só pode ser usado no contexto multi-
cast/broadcast. O prefixo cíclico normal de comprimento 4.7µs é apropriado para transmissões
na maioria dos ambientes urbanos e suburbanos e refletem valores típicos de atrasos de
50
propagação nesses ambientes. Dado que o tempo ocupado por cada símbolo modulado OFDM
está em torno de 66,7µs, o prefixo cíclico normal tem um overhead de cerca de 7%. Lembrando
que overhead nada mais é do que uma grande quantidade de bits de controle na transmissão,
fazendo com que parte da banda que deveria ser usada para transmitir dados, esteja transmitindo
esses bits de controle. Já o overhead associado a um prefixo cíclico estendido de comprimento
16,7µs é de 25%. Esse overhead um pouco excessivo é necessário para transmissões através de
ambientes rurais com maior atraso de propagação e também para os serviços broadcast.
3.5.2 Agendamento no domínio da frequência
O LTE suporta diferentes larguras de banda. O OFDM gera o sinal transmitido usando
a operação IFFT, sendo que diferentes larguras de banda podem ser acomodadas, escolhendo
diferentes comprimentos de FFT. Embora o tamanho da FFT real usada em cada largura de
banda não esteja especificado pela norma, um tamanho de FFT de 2048 é geralmente associada
com 20 MHz. Os tamanhos de FFT para outras larguras de banda são geralmente as versões em
escala reduzida do presente valor, como mostra a Tabela 3.5.
Tabela 3.5 – Blocos de Recursos, FFT e prefixo cíclico para cada largura de banda LTE [22]
Parâmetros OFDM para transmissão downlink com subframe de duração (1ms) e espaça-
mento entre as subportadoras (15kHz)
Largura de Banda (MHz) 1.4 3 5 10 15 20
Frequência Amostragem (MHz) 1,92 3,84 7,68 15,36 23,04 30,72
Tamanho da FFT 128 256 512 1024 1536 2048
Número de blocos de recursos 6 15 25 50 75 100
Símbolos OFDM por slot 14/12 (Normal/Estendido)
Tamanho CP 4,7/5,6 (Normal/Estendido)
51
3.6 RECURSOS DE RADIO PARA O OFDMA DOWNLINK
Como foi visto anteriormente a transmissão downlink é baseada no OFDM com prefixo
cíclico (CP). Pode-se destacar algumas vantagens do OFDM que motivaram seu uso no LTE
downlink [30]:
• O OFDM é eficiente no combate ao desvanecimento seletivo do canal em frequência
utilizando um simples equalizador no domínio da frequência, o que o torna ade-
quado para sistemas banda larga sem fio, como o LTE.
• É possível explorar o agendamento seletivo em frequência com OFDM baseado em
múltiplo acesso (OFDMA), enquanto no HSPA, o agendamento era apenas no do-
mínio do tempo. Isso pode fazer uma grande diferença principalmente em canais
lentos variantes no tempo.
• A estrutura do transceptor de OFDM com FFT/IFFT permite a operação de banda
larga escalável com baixa complexibilidade, sendo esse um dos principais objetivos
do LTE.
• O OFDM permite serviços multicast/broadcast sincronizados a uma rede de fre-
quência única (MBSFN), uma vez que os sinais são tratados de diferentes estações
base como a propagação em canais multipercurso, podendo ser eficiente a combina-
ções deles.
3.6.1 Estrutura do Frame
As especificações de estrutura do frame LTE foram mencionadas anteriormente. O ta-
manho dos elementos no domínio do tempo é expresso pelo número de unidades de tempo 𝑇𝑆 =
1 (15000 × 2048) ⁄ segundos. O espaçamento normal entre as subportadoras é de Δf=15kHz,
sendo que 𝑇𝑆 pode ser considerado como o tempo de amostragem do transmissor/receptor
OFDM baseado em FFT com tamanho 𝑁𝐹𝐹𝑇 = 2048. Isso é apenas uma notação, sendo que,
diferentes tamanhos de FFT são suportados dependendo da largura de banda. A Tabela 3.6
mostra o conjunto de parâmetros utilizado em típicas larguras de banda de transmissão em LTE
para downlink onde o espaçamento entre as subportadoras é de Δf=15kHz. O tamanho da FFT
aumenta com a largura de banda de transmissão, variando de 128 a 2048. Com Δf=15kHz, a
frequência de amostragem equivale a ∆𝑓 × 𝑁𝐹𝐹𝑇. Em adição ao espaçamento de subportadoras
52
de Δf=15kHz, tem-se a redução do espaçamento entre as subportadoras para Δf=7.5kHz que é
definido para as células MBSFN, que fornece uma longa duração para os símbolos OFDM, que
é capaz de combater o grande atraso de propagação nas transmissões MBSFN.
Tabela 3.6 - Parâmetros típicos para transmissão downlink [30]
Largura de Banda Transmissão (MHz) 1.4 3 5 10 15 20
Largura Banda Ocupada (MHz) 1,08 2,7 4,5 9 13,5 18
Intervalo Guarda (MHz) 0.32 0.3 0.5 1 1.5 2
Intervalo Guarda (% do total) 23 10 10 10 10 10
Frequência Amostragem (MHz) 1,92
½× 3.84
3,84 7,68
2 × 3.84
15,36
4 × 3.84
23,04
6 × 3.84
30,72
8 × 3.84
Tamanho FFT 128 256 512 1024 1536 2048
Nº de subportadoras ocupadas 72 180 300 600 900 1200
N° Blocos de recurso 6 15 25 50 75 100
Nº de amostras CP
(normal)
9 × 6
10 × 1
18 × 6
20 × 1
36 × 6
40 × 1
72 × 6
80 × 1
108 × 6
120 × 1
144 × 6
160 × 1
Nº de amostras CP
(estendido) 32 64 128 256 384 512
3.6.2 CANAIS FÍSICOS DOWNLINK
Um canal físico de downlink corresponde a um conjunto de elementos de recurso que
transportam as informações provenientes das camadas superiores. Os canais físicos de downlink
e uplink definidos pela 3GPP TS 36.211 são mostrados na Figura 3.6, sendo que o foco será
nos canais de downlink [29]:
53
Figura 3.6 - Canais Físicos LTE
• PBCH (Physical Broadcast Channel, Canal físico broadcast): A cada 40 ms o
canal PBCH envia informações sobre o sistema para que o UE possa se conectar
a rede.
• PCFICH (Physical Control Format Indicator Channel, Canal físico de indicador
de controle): Informa para o UE o número de símbolos OFDM utilizados para
transmitir o canal de controle PDCCH. Este canal é transmitido em todos os
frames e utiliza modulação QPSK.
• PDCCH (Physical Downlink Control Channel, Canal físico de controle de down-
link): Os UEs obtêm os recursos de alocação para uplink e downlink através
deste canal.
• PDSCH (Physical Downlink Shared Channel, Canal físico compartilhado de
downlink): É mapeado no canal de transporte DL-SCH e contêm os dados dos
usuários.
• PMCH (Physical Multicast Channel, Canal físico multicast): Carrega informa-
ções de multicast que são enviadas a múltiplos UEs simultaneamente.
Os esquemas de modulação utilizados de acordo com o canal físico são mostrados na
Tabela 3.7.
54
Tabela 3.7 - Esquemas de Modulação [29]
Canal Físico Esquemas de Modulação
PDSCH QPSK, 16QAM, 64QAM
PMCH QPSK, 16QAM, 64QAM
Os sinais físicos de downlink correspondem a um conjunto de elementos de recurso que
são usados pela camada física, mas não carregam informações provenientes de camadas mais
altas. Esses sinais físicos são: os sinais de referência e de sincronização.
• RS (Reference Signal, Sinal de referência): Os UEs utilizam o RS para estimar
o canal de downlink. O RS é o produto de uma sequência ortogonal e uma se-
quência pseudoaleatórias. A especificação do 3GPP identifica 504 possibilida-
des de sequência para este sinal.
• P-SS e S-SS (Synchronization Signal, Sinais de Sincronização): Os UEs utilizam
o P-SS (Primary Synchronization Signal, Sinal de sincronização primário) e o S-
SS (Secondary Synchronization Signal, Sinal de sincronização secundário) para
sincronizar os frames e para requisitar informações como frequência e ID (iden-
tity, identidade) da célula.
Os canais de transporte do downlink são:
• BCH (Broadcast Channel , Canal Broadcast ): É caracterizado pelo formato pré-
definido de transporte. Este canal carrega as informações de broadcast em uma
área definida pela cobertura de uma célula.
• DL-SCH (Downlink Shared Channel, Canal de downlink compartilhado) : Provê
suporte para o HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request, Solicitação de repeti-
ção automática híbrida) e para o link adaptativo dinâmico, este parâmetro possi-
bilita a variação da modulação, da codificação e da potência transmitida. Pode
ser utilizado como canal de broadcast no interior da célula.
• PCH (Paging Channel, Canal de paginação): Provê suporte para a recepção des-
contínua, isso permite uma economia no consumo de energia da bateria do UE.
Pode ser utilizado tanto como um canal de trafego quanto para controle.
55
• MCH (Multicast Channel, Canal multicast): Utilizado para enviar informações
multicast para os UEs. Estas mensagens podem ser enviadas simultaneamente
para vários dispositivos.
A Figura 3.7 mostra o esquema de canais de downlink e uplink, sendo o foco do trabalho
os canais downlink.
Figura 3.7 - Canais de Transporte LTE
3.6.3 Estrutura Geral para Canais Físicos Downlink
O sinal de banda base que representa um canal físico de downlink é definida em termos
dos seguintes passos [29]:
• Embaralhamento (scrambling) dos bits codificados em cada uma das palavras-
código (codewords) para ser transmitido em um canal físico;
• Modulação dos bits embaralhados para gerar símbolos modulados com valores
complexos;
• Mapeamentos dos símbolos modulados com valor complexo para uma ou várias
camadas de transmissão;
56
• Pré-codificação dos símbolos modulados com valor complexo em cada camada
para a transmissão nas portas de antenas;
• Mapeamento dos símbolos modulados com valor complexo nas portas de ante-
nas para os elementos de recurso;
• Geração de sinal OFDM no domínio do tempo com valor complexo para cada
porta de antena
A Figura 3.8 mostra uma visão geral do processamento de canal físico.
Figura 3.8 - Visão geral do processamento de canal físico downlink [29]
Para uma descrição mais aprofundada dos processos dentro de cada um dos blocos do
modelo consultar[29].
57
4 SERVIÇOS MULTIMÍDIA BROADCAST/MULTICAST - MBMS
4.1 INTRODUÇÃO
Ao endereçar o destino de uma comunicação, o usuário pode determinar não apenas um
único destino final, mas pode endereçar a vários destinos ou a todos os destinos possíveis. De
acordo com o número de destinos/receptores de uma transmissão, tem-se a definição de serviços
de transporte unicast, multicast ou broadcast, como mostra a Figura 4.1.
As comunicações mais simples são a unicast, onde um transmissor envia a informação
apenas para um receptor. Nas comunicações broadcast, por outro lado, um transmissor pode
enviar informações para todos os receptores disponíveis, enquanto nas transmissões multicast
o transmissor envia dados apenas para alguns receptores que fazem parte de um mesmo grupo
multicast de receptores [31].
Figura 4.1 - Transmissão: (a) unicast, (b) broadcast (c) multicast [31]
O 3GPP apresentou o MBMS como um serviço ponto a ponto em que os dados são
transmitidos de uma única fonte para múltiplos destinatários, sendo a mobile TV, o principal
serviço oferecido [32].
O padrão MBMS foi introduzido na versão de especificação 3GPP chamado Release 6
(Rel -6) e tem evoluído em versões posteriores. Esta norma MBMS foi especificada pela pri-
meira vez no UMTS e foi atualizado em 3GPP Rel- 9 para incluir o LTE com uma solução
comum contando com o mesmo núcleo de rede [33].
58
No contexto do sistema LTE, as MBMS evoluíram para eMBMS (onde ‘e’ significa
evoluído). Isso é possível através do aumento do desempenho da interface aérea que inclui um
novo esquema de transmissão chamado MBSFN. Um dos objetivos do MBSFN é proporcionar
o broadcast de canais de TV de alta resolução a um número ilimitado de usuários, com uma
carga constante na rede, assumindo a infra-estrutura de rede herdada das redes móveis celula-
res.
O 3GPP Rel- 11 traz melhorias nas áreas da camada de serviço como, por exemplo, um
codec de vídeo para resoluções mais altas e FEC (Forward Error Correction, Correção anteci-
pada de erros), além de procedimentos para garantir a recepção MBMS em redes LTE multi-
frequência. Ele cria novas oportunidades, permitindo a entrega de conteúdo de vídeo para mui-
tos usuários com qualidade garantida de serviço (Quality of Service -QoS) em áreas definidas e
permitindo que os serviços de conteúdo sejam disponibilizados através de equipamento de usu-
ário [33].
Em operação MBSFN, os dados MBMS são transmitidos simultaneamente através do
ar, a partir de múltiplas células em tempos bem sincronizados. Dessa forma, todas as estações
base transmitem o mesmo sinal ao mesmo tempo e no mesmo canal de frequência para UEs.
Nesse contexto, é observado que por um lado a transmissão MBSFN aumenta muito o SINR,
mais por outro lado são observadas melhorias significativas na eficiência espectral (Spectral
Efficiency-SE), comparado com o os sistemas 3G, podendo citar o sistema UMTS. Isso é extre-
mamente benéfico aos usuários de limite de célula (cell edge). Isto é, onde transmissões (no
qual no UMTS são considerados como interferência intercelular) são convertidas em energia
do sinal útil e, portanto, a intensidade do sinal recebido é aumentada, e ao mesmo tempo a
potência de interferência é largamente reduzida [32].
Alguns serviços broadcast e suas análises econômicas são mostrados na Tabela 4.1.
Tabela 4.1 - Casos de uso potencial e negócios para serviços LTE Broadcast[34]
Serviços Descrição Benefícios e Modelos de Negó-
cios MNOs*
Evento ao vivo
Streamimg
Oferta no local, cobertura local ou
nacional de eventos importantes, tais
como esportes, shows, programas de
TV altamente cotados, prêmios, elei-
ções, e assim por diante.
Assinatura, pay per view, pay per
event, passe de temporada, comparti-
lhamento de receita de parceiros de
conteúdo.
Preservar expansão de rede, alto
QoS.
59
TV tempo real
Streaming
Oferecer transmissão ao vivo de um
ou mais canais de TV populares ou
outros conteúdos.
Assinatura, software de propaganda,
livre para clientes premium.
Aumentar a amplitude de serviços e
demanda direta longe da capacidade
unicast, fornecendo atualizações ao
longo do dia.
Música e Rádio Broadcast Entrega de serviços broadcast de rá-
dio e música.
Assinatura, publicidade suportada,
gratuito para clientes premium, com-
partilhamento de receita de parceiros
de conteúdo.
Demanda direta longe da capacidade
unicast, economizando recursos de
rede e reduzindo o congestionamento
na rede.
Entrega mídia fora do pico
Entregar programas top de TV, fil-
mes, jornais, revistas, música, vídeos
do YouTube, e assim por diante.
Fornecer software necessário, aplica-
tivos e atualizações de firmware.
Assinatura, pay per view, comparti-
lhamento de receita de parceiros de
conteúdo.
Entrega serviços enquanto recursos
unicast não são tributados, reduzir a
rotatividade.
*(MNOS – Mobile Network Operator) - Operadores de Redes Móveis
4.2 ARQUITETURA MBMS
A arquitetura eMBMS foi introduzido no Release 9 para suportar serviços de broad-
cast/multicast em LTE. Os elementos chaves da rede de uma rede LTE que suporta eMBMS
são mostrados na Figura 4.2. Para apoiar eMBMS, novos nós e interfaces com os nós LTE já
existentes foram introduzidas.
60
Figura 4.2 - Arquitetura eMBMS [35]
Abaixo são descritas as características e funcionalidades dos elementos da arquitetura
eMBMS [35]:
• SFN: O LTE eMBMS emprega uma configuração SFN. A área onde um grupo
de eNodeBs são sincronizados para transmitir no mesmo canal MCH é chamado
de “Área de Sincronização MBSFN”. Todas as células numa área MBSFN têm
que estar bem sincronizados. Isto permite que eNodeBs dentro da área do SFN
possam transmitir o mesmo sinal de transmissão de uma maneira sincronizada
para melhorar a recepção do UE.
• Entidade de Coordenação MBMS (MCE): É um nó lógico que é responsável
pelos recursos de alocação de tempo e da frequência. O MCE atua como um
programador MBMS que aloca recursos de rádio, realizando o controle de ad-
missão de sessão, além de gerenciar os serviços MBMS.
• Gateway MBMS (MBMS GW): O MBMS GW é uma entidade lógica, cuja prin-
cipal função é a de entregar pacotes MBMS a cada eNodeB transmitindo o ser-
viço. Ele usa IP multicast para entregar os pacotes de downlink.
61
• Centro Serviço Multicast Broadcast (BMSC): O BMSC é responsável pela au-
tenticação, autorização conteúdo, faturação e configuração do fluxo de dados
através da rede principal. Ele atua como um servidor de conteúdo proxy.
• Canais MBMS: Novos canais lógicos, de transporte e físicos são adicionados
no LTE para apoiar eMBMS. Dentre eles: o Canal de Tráfego Multicast (MTCH)
que carrega os dados correspondentes a um determinado serviço MBMS e o Ca-
nal de Controle Multicast (MCCH) que fornece informações de controle neces-
sárias para receber os serviços MBMS, incluindo a atribuição de subframe e Es-
quema de Modulação e Codificação (MCS).
Para ligar estas novas entidades com outros componentes da rede, novas interfaces tam-
bém foram definidas como é detalhado na Figura 4.3 [36].
Figura 4.3 - Novas Interfaces eMBMS [36]
• Interface M1: é uma interface do plano do usuário que conecta eMBMS-GW e
eNB (eNodeB). É utilizado o IP multicast para entregar pacotes de dados MBMS
ponto-a-multiponto através da interface M1. São utilizados protocolos de sincro-
nização pela interface M1 para manter a sincronização de conteúdo na transmis-
são de dados MBMS. Não existe nenhuma informação de controle transmitida
através desta interface.
62
• Interface M2: é uma interface de plano de controle localizada entre MCE e
eNBs. Um protocolo de aplicação (M2 Application Protocol -M2AP) é definido
para que essa interface possa transmitir, pelo menos, os dados de configuração
de rádio para o modo de transmissão multicelular eNB e a Sessão de Controle
de Sinalização.
• Interface M3: liga MME e MCE. Ela permite que a sinalização da sessão de
controle MBMS seja em nível ERAB (ou seja, não transmite os dados de confi-
guração de rádio). Esta interface suporta Sessão Controle de sinalização, por
exemplo, para início e termino de sessão MBMS (MBMS Session Start e Stop,
bem como atualização Sessão MBMS).
Além dos elementos de rede e funções citados anteriormente, o MBMS utiliza várias
“áreas”, dentre elas[37]:
• Área de sincrononização MBSFN – Área dentro da rede onde todos os eNBs
podem ser sincronizados e realizam transmissões MBSFN. As áreas de sincro-
nização MBSFN são capazes de suportar uma ou mais área MBSFN. Em uma
determinada faixa de frequência, um eNB só pode pertencer a uma Área de Sin-
cronização MBSFN, sendo elas independente das áreas de serviço MBMS.
• Área de serviço MBMS – Área onde os dados de uma sessão específica MBMS
(ou serviço) são enviados. Cada sessão MBMS de um serviço MBMS pode ser
enviada para uma diferente Área de serviço MBMS.
• Área MBSFN – Grupo de células dentro de área de sincronização MBSFN de
uma rede, que são coordenadas para realizar uma transmissão MBSFN. Uma
célula dentro de uma área de sincronização MBSFN pode fazer parte de múlti-
plas áreas MBSFN, cada caracterizada por transmitir conteúdos diferentes e par-
ticipando de um conjunto de células.
• Área celular reservada MBSFN – Uma célula dentro de uma Área MBSFN
que não contribui para a transmissão MBSFN. A célula pode ser autorizada para
transmitir para outros serviços, mas com consumo reduzido de potência e os re-
cursos alocados para a transmissão MBSFN.
A Figura 4.4 mostra a representação das áreas MBSFN.
63
Figura 4.4 - Definições MBMS [37]
4.3 CAMADA FÍSICA PARA EMBMS
O MBMS em LTE causou alguns impactos na camada física. Inicialmente tem-se a uti-
lização do prefixo cíclico. Nos fundamentos do OFDM, o sinal tem que chegar ao receptor
dentro de um prefixo cíclico a fim de evitar ISI. Como se tem uma transmissão múltipla, mas
sincronizada de diferentes fontes é esperado que o atraso de propagação seja muito maior que
no LTE genérico. Assim, uma forma de suportar o efeito broadcast é a utilização de um prefixo
cíclico estendido, enquanto as redes LTE genéricas utilizam o prefixo cíclico normal. Uma vi-
são geral do prefixo cíclico é mostrada na Tabela 4.2.
64
Tabela 4.2 – Prefixo Cíclico e Espaçamento de Subportadoras em LTE [38]
Configuração Símbolo OFDM Subportadoras Tamanho CP(amostras) Tamanho CP(µs)
CP Normal
Δf=15kHz 7
12
160 - 1° símbolo
144 - outros símbolos
5,2 - 1° símbolo
4,7 - outros símbolos
CP Estendido
Δf=15kHz 6 512 16,67
CP Estendido
Δf=7,5kHz 3 24 1024 33,33
A utilização de prefixo cíclico com espaçamento entre as subportadoras de Δf=7,5kHz,
é para os cenários de única célula, onde as portadoras são usadas somente para dados MBMS.
Para o espaçamento de Δf=15kHz é utilizado no chamado modo misto, entre MBMS e trans-
missão unicast, havendo dessa forma o compartilhamento entre dados MBMS e o LTE Gené-
rico [38].
No caso misto MBMS/transmissão unicast, os subframes são divididos em região
MBSFN e região não- MBSFN. A região não-MBSFN pode ocupar 1 ou 2 símbolos OFDM no
começo do subframe. Nessa região os canais de controle PCFICH, PDCCH e PHICH (Physical
Hybrid ARQ Indicator Channel, Canal físico com indicador de ARQ híbrido) são mapeados.
Isso é necessário para programar os terminais para enviar ou receber dados ou receber o feed-
back de transmissões uplink recentes. Nessa região serão utilizados sinais de referência especí-
ficos da célula, além da utilização do prefixo cíclico normal.
A região MBSFN leva o canal PMCH. Essa região utiliza o prefixo cíclico estendido
com espaçamento entre as subportadoras de Δf=15kHz para cobrir a diferença de tempo das
células que pertencem a essa área MBSFN enquanto transmite o mesmo conteúdo. A fim de
permitir uma demodulação coerente do terminal e uma estimativa adequada de canal a utiliza-
ção de sinais de referência específicos da célula não é suficiente. Dessa forma novos sinais de
referência para transmissão MBMS devem ser adotados. Cada célula pertencente a uma área
MBSFN irá transmitir o mesmo padrão de sinal de referência MBSFN, no mesmo tempo e
frequência. Como podem ser analisados na Figura 4.5, os sinais de referência MBSFN tem um
espaçamento apertado no domínio da frequência devido à dispersão no tempo ou em outros
termos devido à frequência seletiva natural em um canal de rádio. [38].
65
Figura 4.5 - Exemplo de estrutura de subframe MBSFN para uma célula configurada com 4 portas antenas [39]
4.3.1 Canais para eMBMS
Um conjunto de canais lógicos é definido para eMBMS, como mostra a Figura 4.6 que
correspondem a determinados serviços MBMS. Esses canais consistem no MTCH (Multicast
Traffic Channel, Canal de tráfego multicast) que transporta os dados e um MCCH (Multicast
Control Channel , Canal de controle de multicast ) que prove o controle necessário da informa-
ção para receber serviços MBMS, incluindo a alocação de subframe e esquemas de modulação
e codificação.
66
Figura 4.6 - Mapeamento de Canais Lógicos [39]
Vários MTCH E MCCH são usados para suportar diferentes serviços ao mesmo tempo
e são então multiplexados para o canal de transporte de downlink chamado de canal multicast
(MCH). Finalmente o MCH é então transmitido para o canal físico multicast (PMCH).
4.3.2 Estrutura do Frame para eMBMS
Para adaptar as taxas de dados para eMBMS, a estrutura do frame LTE permite uma
multiplexagem flexível no tempo de subframes para unicast com o PDSCH e para transmissões
multicast usando o PMCH, como mostra a Figura 4.6. Em particular, até seis subframes de 1ms
dentro de um frame de rádio que consiste de 10 subframes pode ser definido como estrutura
para uma transmissão PMCH. Outros subframes que não podem ser utilizados na transmissão
PMCH contém o canal de broadcast (PBCH) ou sinais de sincronização (SSS, PSS) ou são
subframes especiais ou ainda podem ser subframes para uplink no modo duplex TDD[39].
67
Figura 4.7 – Exemplo de comprimento padrão de PMCH de 1 frame de rádio repetindo com um período configu-
rável [39]
Para se adaptar ainda mais as taxas de eMBMS, um padrão de 1 ou 4 frames de rádio
com transmissão PMCH podem ser definidos e repetidos a cada {1, 2,4,8, 16, 32} frames de
rádio. Portanto a razão disponível do subframe para MBMS é de 1/320 para 192/320.
4.3.3 Redes de Frequência Única para eMBMS
Como em outras tecnologias, como a ATSC M/H (Advanced Television Systems
Committee - Mobile/Handheld, Comitê de sistema de televisão avançado), DVB-T (Digital Vi-
deo Broadcasting – Terrestrial, Sistema europeu de tv digital terrestre), DVB-H (Digital Video
Broadcasting Handheld, Sistema europeu de tv digital portátil), o eMBMS especifica o uso das
redes de frequência única (SFN), onde vários eNodeBs estão transmitindo o mesmo conteúdo
eMBMS de forma síncrona. Os eNBs transmitem sinais idênticos para o PMCH que são com-
binados no ar e recebidos pelos UE. Os eNBs transmitindo o mesmo sinal PMCH tornam-se
uma rede MBSFN e o sinal PMCH é transmitido como parte de um subframe MBSFN. A so-
breposição de diferentes áreas MBSFN é suportada, e um eNB pode pertencer até a oito áreas
MBSFN diferentes, que podem ser organizadas para um local especifico, região especifica ou
até mesmo todo o país[39].
Os sinais que causam algum tipo de interferência em uma transmissão unicast, podem
ser combinados de forma construtiva em um cenário MBSFN desde que o comprimento do
perfil de atraso de potência seja menor que o comprimento do prefixo cíclico do OFDM, que é
a mesma condição para transmissões unicast para evitar ISI.
68
Uma vez que o perfil de atraso de potência de um sinal de múltiplas células é mais
extenso que o perfil de atraso de potência de um sinal de uma única célula, um prefixo cíclico
estendido foi escolhido para a região MBSFN do subframe, independente da escolha do com-
primento do prefixo dos subframes usados na transmissão unicast. O comprimento do prefixo
cíclico estendido para subframes MBSFN é 16,7µs, como mostra a Tabela 4.2, cobrindo um
atraso de propagação correspondente a uma distância de 5km [39].
69
5 SIMULAÇÃO DAS CAMADAS FÍSICAS DO LTE E ISDB-TB
Nos capítulos anteriores foi realizado um estudo teórico sobre as características, tecno-
logias e a camada física do SBTVD e do LTE, focos do trabalho proposto. Neste capítulo será
apresentado como foram realizadas as simulações e os resultados obtidos com o objetivo de
analisar a viabilidade do LTE na transmissão do conteúdo da TV digital (SBTVD).
5.1 LTE
Um modelo de um sistema de comunicação para a camada física do LTE downlink foi
desenvolvido em MATLAB na versão 2015b baseado em [22]. A Figura 5.1 mostra o diagrama
de blocos do sistema desenvolvido.
Figura 5.1- Diagrama de blocos da Camada Física para LTE downlink simulado em MATLAB
A camada física do LTE é responsável por realizar o processamento de dados que são
transmitidos desde as camadas superiores até à sua camada. O modelo da camada física desen-
volvido é formado por três partes principais: o transmissor, canal e o receptor. O bloco de BER,
calcula a taxa de bits errados comparando os bits recebidos com os transmitidos, já o bloco de
canal foi simulado utilizando duas situações: canal AWGN (Additive White Gaussian Noise,
70
ruído aditivo branco Gaussiano) e o canal AWGN com multipercurso, maiores detalhes sobre
os modelamentos de canais utilizados poderão ser vistos na Seção 5.1.1.
Inicialmente no bloco do transmissor LTE, tem-se a utilização do CRC (Cyclic Redun-
dance Check, Verificação de Redundância Cíclica) para detecção de erros, na sequência ocorre
a codificação do canal utilizando a codificação turbo e posteriormente ocorre o processamento
no transmissor, onde as etapas podem ser detalhadas na Figura 5.2.
Figura 5.2 – Etapas de Processamento do Transmissor LTE simulados em MATLAB
Nessa etapa os bits são embaralhados e posteriormente são convertidos em símbolos
modulados complexos, sendo que os esquemas de modulação suportados são QPSK, 16QAM
e 64QAM. Dessa forma os símbolos são mapeados para as camadas e convertidos para palavras
código, sendo mapeados para a transmissão.
O processamento no receptor LTE pode ser visto na Figura 5.3.
Figura 5.3- Etapas de Processamento do Receptor LTE simulados em MATLAB
No processamento do Receptor LTE, as palavras código são desembaralhadas e demo-
duladas, gerando uma cadeia de símbolos modulados. Na sequência são aplicadas técnicas
MIMO, com a divisão dos símbolos modulados em subcadeias. Posteriormente as palavras có-
digo são mapeadas para as múltiplas camadas e a última fase se baseia na transmissão
71
multiportadora que é baseada na transmissão OFDM, sendo que ocorre a organização dos sím-
bolos modulados de cada camada dentro de uma tabela dada pela relação tempo-frequência.
5.1.1 Parâmetros de Simulação
Através do modelo de camada física desenvolvido, mostrado na Figura 5.1 é medido o
valor de BER para diferentes valores de SNR, a fim de analisar o desempenho do LTE para as
modulações QPSK, 16QAM e 64QAM. Sendo que para isso foram enviados em média aproxi-
madamente 1×108 bits, sendo permitido apenas 100 bits errados.
Sendo o SBTVD transmitido com a utilização de antenas na configuração 1×1, os testes
para o LTE utilizaram os modos de configuração para o LTE com apenas 1 antena transmissora,
que compreende as antenas SISO, que utilizam a configuração 1×1, e as antenas com diversi-
dade na recepção SIMO, com as configurações 1×2 e 1×4. Dessa forma pode-se analisar e com-
parar os ganhos alcançados com a inserção de mais antenas na recepção.
Para a largura de banda (bandwidth- BW), adotou-se o valor de 5MHz, já que é um valor
próximo à largura de banda adotada pelo SBTVD que é de 6MHz. Para essa largura de banda
são considerados 512 portadoras para a FFT. Para as definições de número de iterações do
Turbo Decoder foi utilizado 6 iterações, já que com esse número é possível alcançar bons re-
sultados[27][25][26].
Os valores definidos para taxa de codificação mais utilizados de acordo com a 3GPP
TS 36.213 para o LTE, são de 13⁄ , 1
2⁄ e 3 4⁄ [40]. Para o modo de equalização do receptor
MIMO, foi escolhido o algoritmo MMSE, pelo seu alto desempenho, sendo que um maior de-
talhamento desse tipo de equalizador e sobre outros tipos de equalizadores utilizados no LTE
podem ser vistos na Seção 3.3.3.
Para a estimação de canal, que tem a função de corrigir o desvanecimento que o sinal
sofre durante a transmissão, foram utilizadas técnicas baseadas em interpolações.
O tamanho do prefixo cíclico definido para as simulações foi o tamanho normal, com
intervalo de guarda de 4,7µs, 14 símbolos por subframe ou sete símbolos por slot com espaça-
mento entre as subportadoras de 15kHz e uma frequência de amostragem de 7,68MHz.
O número de palavras código de acordo com a norma 3GPP TS 36.211 para esse tipo
de configuração de antena é de 1 (uma) palavra código [29]. O Doppler Shift foi definido com
72
0dB, já que não foi considerado cenários com movimentação do terminal nas simulações reali-
zadas [22].
Para o modelamento de canal foram consideradas duas situações: A primeira situação
considerou o canal AWGN sem multipercurso e a segunda situação considerou o canal AWGN
mais multipercurso, com a utilização de perfis típicos para testes de radiodifusão, conhecidos
como Canais Brasil: A, B, C, D e E e Canal GSM, cujos parâmetros são definidos na Seção
5.1.2.
5.1.2 Modelos de Canal para TV digital
Um canal de rádio móvel pode ser caracterizado essencialmente como um canal disper-
sivo no tempo, devido a propagação da onda eletromagnética por múltiplos percursos. Os fenô-
menos de reflexão, difração e espalhamento faz com que esta onda chegue ao receptor por di-
ferentes percursos, sofrendo atenuações e atrasos aleatórios, dependentes dos parâmetros do
ambiente nas proximidades do transmissor e receptor. O desvanecimento por multipercurso re-
sultante dessa forma de propagação degrada a comunicação, pois pode causar seletividade tem-
poral e em frequência do sinal[42].
A propagação por multipercurso pode ser caracterizada por uma infinidade de ambien-
tes, mas a ITU-R BT.2035 sugere alguns perfis típicos para os testes dos sistemas de radiodifu-
são. Dentre eles para recepção fixa tem-se o Canal Brasil A, B, C, D e E, e para recepção móvel,
o Canal GSM Typical Urban.
A Tabela 5.1 mostra os perfis de multipercurso para recepção móvel e recepção fixa
utilizados nos testes realizados.
73
Tabela 5.1- Parâmetros dos canais para testes de recepção fixa e móvel [43]
Canal Descrição Percursos
1 2 3 4 5 6
Brasil A Atraso (µs) 0,000 0,150 2,220 3,050 5,860 5,930
Atenuação (dB) 0,000 13,800 16,200 14,900 13,600 16,400
Brasil B Atraso (µs) 0,000 0,300 3,500 4,400 9,500 12,700
Atenuação (dB) 0,000 12,000 4,000 7,000 15,000 22,000
Brasil C Atraso (µs) 0,000 0,089 0,419 1,506 2,322 2,799
Atenuação (dB) 2,800 0,000 3,800 0,100 2,500 1,300
Brasil D Atraso (µs) 0,150 0,630 2,220 3,050 5,860 5,930
Atenuação (dB) 0,100 3,800 2,600 1,300 0,000 2,800
Brasil E Atraso (µs) 0,000 1,000 2,000 - - -
Atenuação (dB) 0,000 0,000 0,000 - - -
GSM Atraso (µs) 0,000 0,200 0,500 1,700 2,300 5,000
Atenuação (dB) 13,000 10,000 12,000 16,000 18,000 20,000
O Canal Brasil A é baseado no perfil ATTC (Advanced Television Technology Center,
Centro Tecnológico Avançado de Televisão), representativo do ambiente em termos de ampli-
tudes e comprimento. Ele simula um canal com múltiplos ecos fracos e pequenos atrasos.
O Canal Brasil B tem-se uma situação de ecos com grande atraso relativo e moderada-
mente fortes (atenuação maior que 4dB), representando uma recepção externa debilitada.
O Canal Brasil C é representativo para ecos de atraso relativo muito pequeno, mas de
grande intensidade, podendo simular dessa forma, um ambiente montanhoso, sem visada com
o transmissor.
O Canal Brasil D, possui uma situação parecida com o Brasil C em termos de ecos,
porém estes são deslocados no tempo se tornando pré-ecos, caracterizando uma recepção in-
terna debilitada.
O Canal Brasil E tem-se a possibilidade de avaliação de um cenário com rede de fre-
quência única onde o receptor deve lidar com três sinais de mesma amplitude e com atrasos
distintos. Este canal simula a condição de recepção em um ponto localizado entre três transmis-
sores em SFN.
O perfil GSM Typical Urban é recomendado pela ITU-R BT.2035 para testes envol-
vendo recepção móvel em ambientes tipicamente urbanos [42].
74
5.2 SBTVD
Para realizar os testes no SBTVD foi utilizado um simulador desenvolvido por Akamine
[6], na tese “Contribuições para Distribuição, Modulação e Demodulação do Sistema de TV
Digital do ISDB-TB” , que descreve o funcionamento do modulador/demodulador ISDB-TB,
sendo que esses simuladores foram escritos em C/C++ . Esse simulador permite monitorar a
entrada e saída de todos os blocos em formatos de arquivo que podem ser exportados para o
MATLAB, C/C++ e FPGA (Gate Field Programmable Array).
O modelo utilizado no desenvolvimento e testes equivale ao diagrama da Figura 5.4.
Figura 5.4 - Diagrama de blocos do setup de teste
5.2.1 Modulador
A Figura 5.5 mostra o esquema simplificado do modulador ISDB-T/ISDB-TB que foi
desenvolvido.
Figura 5.5- Diagrama Simplificado do Modulador[6]
O modulador recebe o BTS do multiplexador/re-multiplexador e extrai todos os parâ-
metros de modulação como pode ser visto na Figura 5.3. Maiores detalhes sobre a geração do
BTS podem ser vistos na Seção 2.3.1.
75
O processamento de codificação de canal inicia com a detecção do IIP (ISDB-T Infor-
mation Packet, Pacotes de Informação do ISDB-T), onde os parâmetros de modulação são ex-
traídos e o BTS é decodificado. O detalhamento do bloco de codificação de canal pode ser
visto na Figura 5.6.
Figura 5.6- Diagrama de Estágio de Codificação de Canal [6]
O separador de camadas direciona cada TSP (Transport Stream Packet, Pacote da Ca-
mada de Transporte) do BTS a sua respectiva camada, na sequência o Reed Solomon é utizado
para corrigir erros aleatórios e ruídos em rajada. Posteriormente um dispersor de energia é uti-
lizado para diminuir a interferência entre símbolos gerada pela transmissão repetitiva da mesma
informação. O entrelaçador de Byte minimiza o efeito dos erros de bloco no meio de uma trans-
missão de dados e no entrelaçador de bit ocorre a conversão dos bits de serial para paralelo de
acordo com a modulação utilizada [6]. O bloco de modulação pode ser visto de forma detalhada
na Figura 5.7.
Figura 5.7 – Diagrama de Estágio de Modulação [6]
O combinador de camadas é responsável por realizar a concatenação dos símbolos de
dados de todos os segmentos. No entrelaçador temporal as portadoras são entrelaçadas dentro
76
de vários símbolos OFDM. Já no entrelaçador de frequência os símbolos são escritos em uma
memória e lidas em determinada ordem. O mapeador e ajuste de espectro são realizados em
conjunto com a finalidade de economizar memória e tem por finalidade modular os símbolos
em QPSK,16QAM ou 64QAM por meio da utilização de uma tabela. Posteriormente zeros são
adicionados na saída do bloco de adaptação de quadros OFDM para se obter o número de amos-
tras necessário para utilizar a IFFT e gerar a parte útil do símbolo OFDM. Na sequência ocorre
a inserção do prefixo cíclico a fim de resolver o problema de ortogonalidade e para finalizar é
utilizado um filtro passa baixas a fim de garantir a máscara de transmissão na saída do modu-
lador [6].
Para um maior detalhamento sobre o funcionamento de cada um dos blocos consultar
[6].
5.2.2 Simulador de Canal
Após a geração do sinal ISDB-TB, o sinal é transmitido até o receptor através do
canal de comunicação. O simulador de canal adiciona imperfeições no sinal modulado até ser
decodificado pelo receptor. A Figura 5.8 mostra o diagrama de blocos do simulador de canal.
Figura 5.8 – Diagrama de blocos do simulador de canal [6]
As funcionalidades dos blocos do diagrama da Figura 5.8 são [6]:
O bloco Time Offset recebe o sinal ISDB-TB em banda base e realiza a inserção de θ
zeros no sinal modulado, sendo que θ equivale ao número de amostras entre o sinal transmitido
s[n] e o sinal recebido s[n-θ]. Esse bloco permite a mudança do início do símbolo OFDM ne-
cessário para testar o sincronismo temporal do receptor.
77
O bloco Up- Sampling realiza a re-amostragem do sinal modulado para fs_RF =4,5 ×
684/286 × 2 ≅ 21,5245 MHz. Além disso, um erro de frequência de amostragem ζ pode ser
acrescentado, permitindo simular o desvio do relógio entre o oscilador do transmissor e o re-
ceptor.
O bloco Up- Converter realiza a conversão do sinal em banda base para a frequência de
5MHz que é a mesma utilizada no receptor. Além disso, um erro na frequência ε pode ser inse-
rido, permitido simular o erro de frequência entre o transmissor e o receptor.
Na sequência, tem-se a inserção do modelo de propagação de multipercurso, permitindo
modelar os canais de propagação Brasil A, Brasil B, Brasil C, Brasil D e Brasil E. Além disso
novos vetores de propagação podem ser inseridos, que incluem a potência, atraso, fase e efeito
Doppler.
Após, ocorre a adição do ruído aditivo branco AWGN, sendo que nesse bloco é deter-
minado a relação sinal ruído do receptor.
Finalmente, o arquivo é quantizado em 14 bits, para compatibilizar o simulador com o
sistema de captura RF.
5.2.3 Demodulador
O diagrama de blocos do demodulador pode ser visto na Figura 5.9. Basicamente ele
realiza as operações inversas do modulador com exceção dos estágios de sincronismo
Figura 5.9 – Diagrama de blocos do demodulador ISDB-TB [6]
78
As funcionalidades dos blocos da Figura 5.9 são [6]:
• Demodulação em Quadratura: o demodulador recebe o sinal em banda passante
(vetor de RF) proveniente do simulador de canal ou sistema de captura RF, con-
vertendo -o para banda base (sinal em fase e quadratura.
• Re- Amostragem: realiza a interpolação e decimação do sinal em banda base
para a frequência de fs_FFT = 512/63 ≅ 8,1210 MHz. Essa etapa é necessária para
ajustar o tempo real de processamento da FFT com o sinal digitalizado pelo sis-
tema de captura de RF ou modulador.
• Sincronismo: antes da demodulação do sinal OFDM, o receptor ISDB-TB deve
realizar quatro etapas de sincronismo: sincronismo temporal para detectar o ins-
tante ótimo que o símbolo OFDM inicia e termina para evitar os efeitos da ISI,
o sincronismo de frequência que estima o desvio de frequência entre o transmis-
sor e o receptor, sincronismo de amostragem do conversor A/D e por último o
sincronismo do quadro OFDM, onde ocorre a detecção da posição das portado-
ras pilotos espalhadas e inicio do quadro OFDM.
• Estimador de Canal: é realizada após a FFT utilizando a informação das porta-
doras pilotos, sendo utilizado a interpolação linear da resposta em frequência.
• Desentralaçador Temporal: realiza o processo inverso do entrelaçador temporal
com exceção do ajuste que não é necessário no receptor pois foi pré- compen-
sado no transmissor.
• Decodificação de canal:
o Demodulação M-ário QAM: demodulação suave de baixa complexidade
para as constelações 16QAM e 64QAM.
o Desentrelaçador de Bit: realiza o processo inverso do entrelaçador com
exceção do ajuste de atraso que não é necessário, pois foi pré-compen-
sado no entrelaçador.
o Depuncionamento: realiza o processo inverso do puncionamento, sendo
que o bit que foi descartado no puncionamento, é novamente inserido,
onde é necessário haver o sincronismo com o quadro OFDM.
o Viterbi: decodificação dos códigos convolucionais
o Desentrelaçador de Byte: realiza o processo inverso do entrelaçador de
byte e não necessita de ajuste de atraso, pois foi pré-compensado no
79
entrelaçador de byte do transmissor, sendo necessário seu sincronismo
com o quadro OFDM.
o Concentrador de Energia: realiza o processo inverso do dispersor de ener-
gia, concentrando a informação dispersada na modulação para recuperar
os dados originais.
o Reed Solomon: detecção e correção de bytes com erros.
Para um maior detalhamento sobre o funcionamento de cada um dos blocos consultar
[6].
5.2.4 Parâmetros de Simulação
Através do simulador utilizado foi medido o valor de BER para diferentes valores de
SNR, a fim de analisar o desempenho do ISDB-TB para as modulações QPSK, 16QAM e
64QAM.
Foi utilizado antenas na configuração 1×1 e o codificador Reed Solomon com as taxas
de codificação de 1 2⁄ ,2 3⁄ ,3 4⁄ ,5 6⁄ ,7 8⁄ .
O modo de operação usado foi o Modo 3 com 8192 portadoras e 13 segmentos OFDM.
O intervalo de guarda foi de 1 16⁄ , com largura de banda de 6MHz e uma frequência de
amostragem de aproximadamente 8,13MHz.
5.3 PARÂMETROS COMPARATIVOS
A Tabela 5.2 mostra uma comparação dos principais parâmetros utilizados nas simulações
do LTE e do ISDB-TB.
80
Tabela 5.2- Principais parâmetros comparativos entre o LTE e ISDB-TB utilizados nas simulações
Parâmetro LTE ISDB-TB
Modo de Transmissão SISO, SIMO 1×2, SIMO 1×4 1×1
Modulação QPSK/ 16QAM/ 64QAM QPSK/ 16QAM/ 64QAM
Largura de Banda 5 MHz 6 MHz
Taxa de Codificação 13⁄ , 1
2⁄ , 34⁄ 1
2 ⁄ ,2 3 ⁄ , 3 4 ⁄ , 5 6 ⁄ , 7 8⁄
Frequência de Amostragem 7,68MHz 8,13 MHz
Intervalo de Guarda 4,7 µs 1/16
Modelamento de Canal
Canal AWGN Canal AWGN
Canais Brasil A, B, C, D e E Canais Brasil A, B, C, D e E
Canal GSM Canal GSM
5.3.1 Análise dos Gráficos Obtidos
Conforme mencionado anteriormente, os simuladores utilizados geraram como resul-
tado curvas de SNR × BER, de acordo com a variação dos parâmetros mencionados na Tabela
5.2 com a finalidade de comparar as duas tecnologias. A análise desses gráficos foi organizada
em tabelas que podem ser visualizadas na Seção 5.5, sendo que os gráficos obtidos nas simula-
ções encontram-se no apêndice.
As curvas foram traçadas a fim de alcançar o limiar de interesse para valores de BER,
sendo esse valor de 3×10-6, que corresponde ao limiar de recepção para decodificação correta
do vídeo sem a presença de artefatos [44]. A quantidade de pontos necessários para traçar cada
uma das curvas foi indiferente, sendo que alguns casos foram necessários mais pontos, em ou-
tros menos pontos.
As curvas que possuem um menor SNR, são consideradas mais robustas que as que
possuem um maior valor SNR, já que precisam de uma menor relação sinal ruído para alcançar
o mesmo valor de BER (3×10-6).
A comparação das duas tecnologias foi feita utilizando as taxas de codificação que eram
comuns as duas tecnologias, sendo elas as taxas de ½ e 3/4. O ganho foi calculado através da
diferença de valores de SNR entre as curvas de mesma taxa de codificação no ponto de limiar
81
de interesse do BER. O esquema de análise dos gráficos pode ser visualizado através da Figura
B.1 do apêndice.
5.4 TAXAS DE TRANSMISSÃO
A Tabela 5.3 mostra as taxas de transmissões alcançadas nas simulações do LTE para
as configurações de antenas SISO, SIMO 1×2 e SIMO 1×4. A taxa de transmissão para os três
casos é a mesma, já que possuem apenas uma antena transmissora, o que varia são a quantidade
de antenas receptoras.
Tabela 5.3 - Taxas de Transmissão do LTE para 5MHz de largura de banda
Modulação Taxa de Codificação Taxa de Transmissão
(Mbps)
QPSK ½ 3,42
¾ 4,01
16QAM ½ 7,15
¾ 7,74
64QAM ½ 10,45
¾ 15,09
Para o ISDB-TB as taxas são definidas pela norma ABNT 15601 de acordo com os pa-
râmetros utilizados e estão apresentadas na Tabela 5.4.
Tabela 5.4 - Taxa Total de Dados do ISDB-TB [2]
Modulação Taxa de Codificação Taxa de Transmissão
(Mbps)
QPSK ½ 4,29
¾ 6,44
16QAM ½ 8,59
¾ 12,88
64QAM ½ 12,88
¾ 19,33
82
A Tabela 5.5 mostra a comparação da eficiência espectral entre as tecnologias. Para
calcular a eficiência espectral, as taxas de transmissão das Tabelas 5.4 e 5.5 foram divididas
pelas respectivas larguras de banda utilizadas, sendo que para o LTE, foi utilizado uma largura
de banda de 5MHz e no ISDB-TB de 6MHz.
Tabela 5.5 – Comparação de Eficiência Espectral entre o LTE e ISDB-TB
Modulação
Taxa de Codifica-
ção
Eficiência Espectral (bits/s/Hz)
LTE ISDB-TB
QPSK ½ 0,68 0,71
¾ 0,80 1,07
16QAM ½ 1,43 1,43
¾ 1,55 2,14
64QAM ½ 2,10 2,14
¾ 3,02 3,22
Foi observado analisando a Tabela 5.5 que para a taxa de codificação de ½, o LTE e o
ISDB-TB tiveram praticamente a mesma eficiência. Já para a taxa de ¾, o ISDB-TB teve uma
melhor eficiência espectral comparada com o LTE.
É importante ressaltar que os testes foram realizados utilizando somente uma antena
transmissora no LTE para uma análise equivalente as antenas utilizadas na transmissão do
SBTVD, mais o LTE pode ser configurado também para utilizar múltiplas antenas transmisso-
ras e receptoras, nas configurações MIMO 2×2, 4×4 ou até mesmo 8×8, além da flexibilidade
de largura de banda, o que aumenta bastante a taxa de transmissão para o sistema e em conse-
quência melhorando sua eficiência espectral.
5.5 RESULTADOS
Como mencionado anteriormente as simulações foram realizadas utilizando dois tipos
de modelamento de canais: canal AWGN e canal AWGN com multipercurso, conhecidos como
canais Brasil e canal GSM. Os resultados obtidos serão apresentados a seguir.
83
5.5.1 Canal AWGN
A Tabela 5.6 mostra o ganho obtido na comparação entre as tecnologias LTE e ISDB-
TB utilizando o canal AWGN sem multipercurso para as modulações QPSK, 16QAM e
64QAM. Para o LTE foi utilizada a configuração de antena SISO, com largura de banda de
5MHz e para o ISDB-TB, foi utilizado uma antena na configuração 1×1, com largura de banda
de 6MHz. A comparação foi entre as taxas de codificação comuns entre as duas tecnologias, ou
seja, ½ e ¾. Os demais parâmetros utilizados estão listados na Tabela 5.2.
Os resultados obtidos de valores de SNR (dB) para o LTE e ISDB-TB nas tabelas foram
considerados no limiar de 3×10-6 para o BER, conforme explicado na Seção 5.3.1.
Tabela 5.6 – Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB para antena SISO
Conf.
Antena Modulação Taxa Codif. LTE (dB)
ISDB-
TB(dB) Δ(dB) Melhor
SISO
QPSK ½ 2,0 2,5 0,5 LTE
¾ 3,5 5,0 1,5 LTE
16QAM ½ 7,0 8,0 1,8 LTE
¾ 10,5 11,5 1,0 LTE
64QAM ½ 12,7 13,5 0,8 LTE
¾ 16 17 1,0 LTE
Analisando a Tabela 5.6 foi observado que utilizando a configurações de antenas SISO
para o LTE, foi obtido um ganho médio aproximado de 1dB para a modulação QPSK, um ganho
de 0,9 dB para 16QAM e de 1dB para 64QAM, todos do LTE em relação ao ISDB-TB.
A Tabela 5.7 utiliza os mesmos parâmetros da Tabela 5.6, mas para a configuração de
antenas SIMO 1×2 para o LTE.
84
Tabela 5.7 – Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB para antena SIMO 1×2
Conf.
Antena Modulação Taxa Codif. LTE (dB)
ISDB-
TB(dB) Δ(dB) Melhor
SIMO 1×2
QPSK ½ 1,5 2,5 1,0 LTE
¾ 3,0 5,0 2,0 LTE
16QAM ½ 6,0 8,0 2,0 LTE
¾ 8,5 11,0 2,5 LTE
64QAM ½ 10,0 13,0 3,0 LTE
¾ 15,0 17,0 2,0 LTE
Analisando a Tabela 5.7 foi observado que utilizando a configurações de antenas SIMO
1×2 para o LTE, foi obtido um ganho médio aproximado de 1,5dB para a modulação QPSK,
um ganho de 2 dB para 16QAM e de 2,5dB para 64QAM, todos do LTE em relação ao ISDB-
TB.
A Tabela 5.8 utiliza os mesmos parâmetros da Tabela 5.6, mas para a configuração de
antenas SIMO 1×4 para o LTE.
Tabela 5.8 – Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB para antena SIMO 1×4
Conf.
Antena Modulação Taxa Codif. LTE (dB)
ISDB-
TB(dB) Δ(dB) Melhor
SIMO 1×4
QPSK ½ 0,0 2,5 2,5 LTE
¾ 1,0 5,0 4,0 LTE
16QAM ½ 5,0 8,0 3,0 LTE
¾ 6,0 11,0 5,0 LTE
64QAM ½ 9,0 14,0 5,0 LTE
¾ 14,0 17,0 3,0 LTE
85
Analisando a Tabela 5.8 foi observado que utilizando a configurações de antenas SIMO
1×4 para o LTE, foi obtido um ganho médio aproximado de 3dB para a modulação QPSK, um
ganho de 4dB para 16QAM e de 4dB para 64QAM, todos do LTE em relação ao ISDB-TB.
Analisando as Tabelas 5.6 a 5.8, o LTE se mostrou mais robusto que o ISDB-TB para os
três tipos de configurações (SISO, SIMO 1×2 e SIMO 1×4) e modulações (QPSK, 16QAM e
64QAM) testadas. Além disso é observado que na comparação entre as antenas LTE testadas,
a SIMO 1×4, apresenta uma melhor robustez comparada com a SIMO 1×2 e SISO.
5.5.2 Canal Brasil e Canal GSM
A. Canal Brasil A
A Tabela 5.9 mostra o ganho obtido na comparação entre as tecnologias LTE e ISDB-
TB utilizando os parâmetros do canal Brasil A com multipercurso para as modulações QPSK,
16QAM e 64QAM. Para o LTE foi utilizada a configuração de antena SISO, com largura de
banda de 5MHz e para o ISDB-TB, foi utilizado uma antena na configuração 1×1, com largura
de banda de 6MHz. A comparação foi entre as taxas de codificação simuladas que são comuns
entre as duas tecnologias, ou seja, ½ e ¾. Os demais parâmetros utilizados estão listados na
Tabela 5.2.
Os resultados obtidos de valores de SNR (dB) para o LTE e ISDB-TB nas tabelas foram
considerados no limiar de 3×10-6 para o BER, conforme explicado na Seção 5.3.1.
86
Tabela 5.9 – Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal A para antena SISO
Conf.
Antena Modulação Taxa Codif. LTE (dB)
ISDB-
TB(dB) Δ(dB) Melhor
SISO
QPSK ½ 6,0 2,5 3,5 ISDB-TB
¾ 10 5,0 5,0 ISDB-TB
16QAM ½ - 8,5 8,5 ISDB-TB
¾ - 11,0 11,0 ISDB-TB
64QAM ½ - 13,5 13,5 ISDB-TB
¾ - 17,0 17,0 ISDB-TB
Analisando a Tabela 5.9 foi observado que utilizando a configurações de antenas SISO
foi obtido um ganho médio aproximado de 4dB para a modulação QPSK do ISDB-TB em rela-
ção ao LTE. Para as modulações 16QAM e 64QAM não foi possível decodificar o sinal para
as taxas de codificação de ½ e ¾ para o LTE, sendo que para o ISDB-TB foram obtidos resul-
tados satisfatórios para todos os testes, sendo assim considerado mais robusto que o LTE.
Tabela 5.10 – Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal A para antena SIMO 1×2
Conf.
Antena Modulação Taxa Codif. LTE (dB)
ISDB-
TB(dB) Δ(dB) Melhor
SIMO 1×2
QPSK ½ 4,5 2,5 2,0 ISDB-TB
¾ 8,5 5,0 3,5 ISDB-TB
16QAM ½ - 8,0 8,0 ISDB-TB
¾ - 11,5 11,5 ISDB-TB
64QAM ½ - 13,5 13,5 ISDB-TB
¾ - 17,0 17,0 ISDB-TB
Observando a Tabela 5.10, onde é utilizado a configurações de antenas SIMO 1×2 para
o LTE, com a modulação QPSK, tem-se um ganho de 2,5 dB do ISDB-TB em relação ao LTE.
Para as modulações 16QAM e 64QAM, tem-se o mesmo caso da Tabela 5.9, sendo, portanto,
o ISDB-TB melhor que o LTE também nesse caso.
87
Tabela 5.11 – Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal A para antena SIMO 1×4
Conf.
Antena Modulação Taxa Codif. LTE (dB)
ISDB-
TB(dB) Δ(dB) Melhor
SIMO 1×4
QPSK ½ 0,0 2,5 2,5 LTE
¾ 1,0 5,0 4,0 LTE
16QAM ½ 5,0 8,0 3,0 LTE
¾ 6,0 12,0 6,0 LTE
64QAM ½ 9,0 13,0 4,0 LTE
¾ 14,0 17,0 3,0 LTE
Analisando a Tabela 5.11 foi observado que utilizando a configurações de antenas
SIMO 1×4 para o LTE, foi obtido um ganho médio aproximado de 3dB para a modulação
QPSK, um ganho de 4,5dB para 16QAM e de 3,5dB para 64QAM, todos do LTE em relação
ao ISDB-TB.
Analisando as Tabelas 5.9 a 5.11, onde foi utilizado os parâmetros do canal Brasil A, é
observado uma degradação do sinal no LTE para algumas configurações testadas (SISO e
SIMO 1×2). A SIMO 1×4, apresenta uma melhor eficiência comparado com o ISDB-TB, o que
não ocorre com a SIMO 1×2 e com a SISO. Além disso é observado que na comparação entre
as antenas LTE testadas, a SIMO 1×4, apresenta uma melhor robustez comparada com a SIMO
1×2 e SISO.
B. Canal Brasil B
A Tabela 5.12 mostra o ganho obtido na comparação entre as tecnologias LTE e ISDB-
TB utilizando os parâmetros do canal Brasil B com multipercurso para as modulações QPSK,
16QAM e 64QAM. Para o LTE foi utilizada a configuração de antena SISO e para o ISDB-
TB, antenas na configuração 1×1. A comparação foi entre as taxas de codificação simuladas
que são comuns entre as duas tecnologias, ou seja, ½ e ¾. Os demais parâmetros utilizados
estão listados na Tabela 5.2.
Os resultados obtidos de valores de SNR (dB) para o LTE e ISDB-TB nas tabelas foram
considerados no limiar de 3×10-6 para o BER, conforme explicado na Seção 5.3.1.
88
Tabela 5.12 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal B para antena SISO
Conf.
Antena Modulação Taxa Codif. LTE (dB)
ISDB-
TB(dB) Δ(dB) Melhor
SISO
QPSK ½ - 3,0 3,0 ISDB-TB
¾ - 5,0 5,0 ISDB-TB
16QAM ½ - 8,0 8,0 ISDB-TB
¾ - 12,0 12,0 ISDB-TB
64QAM ½ - 13,5 13,5 ISDB-TB
¾ - 17,0 17,0 ISDB-TB
Analisando a Tabela 5.12 foi observado que utilizando a configurações de antenas SISO
não foi possível decodificar o sinal para as taxas de codificação de ½ e ¾ para o LTE para
nenhuma das modulações testadas, sendo que para o ISDB-TB foram obtidos resultados satisfa-
tórios para todos os testes, sendo assim considerado mais robusto que o LTE.
A Tabela 5.13 utiliza os mesmos parâmetros da Tabela 5.12, mas para a configuração
de antenas SIMO 1×2 para o LTE.
Tabela 5.13 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal B para antena SIMO 1×2
Conf.
Antena Modulação Taxa Codif. LTE (dB)
ISDB-
TB(dB) Δ(dB) Melhor
SIMO 1×2
QPSK ½ - 3,0 3,0 ISDB-TB
¾ - 5,0 5,0 ISDB-TB
16QAM ½ - 8,0 8,0 ISDB-TB
¾ - 12,0 12,0 ISDB-TB
64QAM ½ - 13,5 13,5 ISDB-TB
¾ - 17,0 17,0 ISDB-TB
Analisando a Tabela 5.13, da mesma forma como ocorreu com os resultados da Tabela
5.12, não foi possível decodificar o sinal LTE para nenhum dos testes realizados, sendo o ISDB-
TB considerado mais robusto que o LTE.
A Tabela 5.14 utiliza os mesmos parâmetros da Tabela 5.12, mas para a configuração
de antenas SIMO 1×4 para o LTE.
89
Tabela 5.14 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal B para antena SIMO 1×4
Conf.
Antena Modulação Taxa Codif. LTE (dB)
ISDB-
TB(dB) Δ(dB) Melhor
SIMO 1×4
QPSK ½ 0,0 2,5 2,5 LTE
¾ 1,0 5,0 4,0 LTE
16QAM ½ 5,0 8,0 3,0 LTE
¾ 6,0 11,0 5,0 LTE
64QAM ½ 15,0 14,5 0,5 ISDB-TB
¾ 25,0 17,0 8,0 ISDB-TB
Analisando a Tabela 5.14 foi observado que utilizando a configurações de antenas
SIMO 1×4 para o LTE, foi obtido um ganho médio aproximado de 3dB para a modulação QPSK
e um ganho de 4dB para 16QAM, do LTE em relação ao ISDB-TB. Para 64QAM, o ganho
médio foi de 4dB, mas nesse caso, foi do ISDB-TB em relação ao LTE.
Analisando as Tabelas 5.12 a 5.14, onde foi utilizado os parâmetros do canal Brasil B,
é observado uma degradação do sinal no LTE para algumas configurações testadas (SISO e
SIMO 1×2). A SIMO 1×4, apresenta uma melhor eficiência comparado com o ISDB-TB, exceto
para a modulação 64QAM, o que não ocorre com a SIMO 1×2 e com a SISO.
C. Canal Brasil C
A Tabela 5.11 mostra o ganho obtido na comparação entre as tecnologias LTE e ISDB-
TB utilizando os parâmetros do canal Brasil B com multipercurso para as modulações QPSK,
16QAM e 64QAM. Para o LTE foi utilizada a configuração de antena SISO e para o ISDB-
TB, antenas na configuração 1×1. A comparação foi entre as taxas de codificação comuns entre
as duas tecnologias, ou seja, ½ e ¾. Os demais parâmetros utilizados estão listados na Tabela
5.2.
Os resultados obtidos de valores de SNR (dB) para o LTE e ISDB-TB nas tabelas foram
considerados no limiar de 3×10-6 para o BER, conforme explicado na Seção 5.3.1.
90
Tabela 5.15 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal C para antena SISO
Conf.
Antena Modulação Taxa Codif. LTE (dB)
ISDB-
TB(dB) Δ(dB) Melhor
SISO
QPSK ½ 8,0 2,5 5,5 ISDB-TB
¾ 11,0 5,0 6,0 ISDB-TB
16QAM ½ - 8,5 8,5 ISDB-TB
¾ - 11,5 11,5 ISDB-TB
64QAM ½ - 13,5 13,5 ISDB-TB
¾ - 17,0 17,0 ISDB-TB
Observando a Tabela 5.15, onde é utilizado a configurações de antenas SISO para o
LTE, com a modulação QPSK, tem-se um ganho de 6,5 dB do ISDB-TB em relação ao LTE.
Para as modulações 16QAM e 64QAM não foi possível decodificar o sinal para as taxas de
codificação de ½ e ¾ para o LTE, sendo que para o ISDB-TB foram obtidos resultados satisfa-
tórios para todos os testes, sendo assim considerado mais robusto que o LTE.
A Tabela 5.16 utiliza os mesmos parâmetros da Tabela 5.15, mas para a configuração
de antenas SIMO 1×2 para o LTE.
Tabela 5.16 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal C para antena SIMO 1×2
Conf.
Antena Modulação Taxa Codif. LTE (dB)
ISDB-
TB(dB) Δ(dB) Melhor
SIMO 1×2
QPSK ½ 4,5 2,5 2,0 ISDB-TB
¾ 6,5 5,0 1,5 ISDB-TB
16QAM ½ 12,0 8,0 4,0 ISDB-TB
¾ 13,0 11,0 2,0 ISDB-TB
64QAM ½ 16,0 13,0 3,0 ISDB-TB
¾ - 17,0 17,0 ISDB-TB
Analisando a Tabela 5.16 foi observado que utilizando a configurações de antenas
SIMO 1×2 para o LTE, foi obtido um ganho médio aproximado de 1,5dB para a modulação
QPSK e um ganho de 3dB para 16QAM. Para 64QAM, o sinal só foi decodificado utilizando a
91
taxa de codificação de ½ para o LTE, sendo o ganho nesse caso de 2dB, sendo dessa forma o
ISDB-TB melhor que o LTE nas três modulações testadas.
A Tabela 5.17 utiliza os mesmos parâmetros da Tabela 5.15, mas para a configuração
de antenas SIMO 1×4 para o LTE.
Tabela 5.17 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal C para antena SIMO 1×4
Conf.
Antena Modulação Taxa Codif. LTE (dB)
ISDB-
TB(dB) Δ(dB) Melhor
SIMO 1×4
QPSK ½ 0,0 2,5 2,5 LTE
¾ 1,0 5,0 4,0 LTE
16QAM ½ 4,5 8,5 4,0 LTE
¾ 6,0 11 5,0 LTE
64QAM ½ 9,0 14,0 5,0 LTE
¾ 13,0 17,0 4,0 LTE
Analisando a Tabela 5.17 foi observado que utilizando a configurações de antenas
SIMO 1×4 para o LTE, foi obtido um ganho médio aproximado de 3dB para a modulação
QPSK, um ganho de 4,5dB para 16QAM e um ganho de 4,5dB do LTE em relação ao ISDB-
TB.
Analisando as Tabelas 5.15 a 5.17, onde foi utilizado os parâmetros do canal Brasil C,
é observado uma degradação do sinal no LTE para algumas configurações testadas (SISO e
SIMO 1×2). A SIMO 1×4, apresenta uma melhor eficiência comparado com o ISDB-TB, o que
não ocorre com a SIMO 1×2 e com a SISO. Além disso é observado que na comparação entre
as antenas LTE testadas, a SIMO 1×4, apresenta uma melhor robustez comparada com a SIMO
1×2 e SISO.
D. Canal Brasil D
A Tabela 5.11 mostra o ganho obtido na comparação entre as tecnologias LTE e
ISDB-TB utilizando os parâmetros do canal Brasil D com multipercurso para as modulações
QPSK, 16QAM e 64QAM. Para o LTE foi utilizada a configuração de antena SISO e para o
ISDB-TB, antenas na configuração 1×1. A comparação foi entre as taxas de codificação comuns
92
entre as duas tecnologias, ou seja, ½ e ¾. Os demais parâmetros utilizados estão listados na
Tabela 5.2.
Os resultados obtidos de valores de SNR (dB) para o LTE e ISDB-TB nas tabelas foram
considerados no limiar de 3×10-6 para o BER, conforme explicado na Seção 5.3.1.
Tabela 5.18 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal D para antena SISO
Conf.
Antena Modulação Taxa Codif. LTE (dB)
ISDB-
TB(dB) Δ(dB) Melhor
SISO
QPSK ½ - 2,5 2,5 ISDB-TB
¾ - 5,0 5,0 ISDB-TB
16QAM ½ - 8,5 8,5 ISDB-TB
¾ - 11,5 11,5 ISDB-TB
64QAM ½ - 13,5 13,5 ISDB-TB
¾ - 17,5 17,5 ISDB-TB
Analisando a Tabela 5.18 foi observado que utilizando a configurações de antenas SISO
não foi possível decodificar o sinal para as taxas de codificação de ½ e ¾ para o LTE para
nenhuma das modulações testadas, sendo que para o ISDB-TB foram obtidos resultados satisfa-
tórios para todos os testes, sendo assim considerado mais robusto que o LTE.
A Tabela 5.19 utiliza os mesmos parâmetros da Tabela 5.18, mas para a configuração
de antenas SIMO 1×4 para o LTE.
93
Tabela 5.19 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal D para antena SIMO 1×2
Conf.
Antena Modulação Taxa Codif. LTE (dB)
ISDB-
TB(dB) Δ(dB) Melhor
SIMO 1×2
QPSK ½ - 2,5 2,5 ISDB-TB
¾ - 5,5 5,5 ISDB-TB
16QAM ½ - 8,5 8,5 ISDB-TB
¾ - 11,5 11,5 ISDB-TB
64QAM ½ - 13,5 13,5 ISDB-TB
¾ - 17,5 17,5 ISDB-TB
Analisando a Tabela 5.19, da mesma forma como ocorreu com os resultados da Tabela
5.18, não foi possível decodificar o sinal LTE para nenhum dos testes realizados, sendo o ISDB-
TB considerado mais robusto que o LTE.
A Tabela 5.20 utiliza os mesmos parâmetros da Tabela 5.18, mas para a configuração
de antenas SIMO 1×4 para o LTE.
Tabela 5.20 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal D para antena SIMO 1×4
Conf.
Antena Modulação Taxa Codif. LTE (dB)
ISDB-
TB(dB) Δ(dB) Melhor
SIMO 1×4
QPSK ½ 0,5 2,5 2,0 LTE
¾ 1,5 5,5 4,0 LTE
16QAM ½ 6,5 8,5 2,0 LTE
¾ 10 13,0 3,0 LTE
64QAM ½ 16,0 13,0 3,0 ISDB-TB
¾ 26,0 18,0 8,0 ISDB-TB
Analisando a Tabela 5.20 foi observado que utilizando a configurações de antenas
SIMO 1×4 para o LTE, foi obtido um ganho médio aproximado de 3dB para a modulação QPSK
e um ganho de 2,5dB para 16QAM, do LTE em relação ao ISDB-TB. Para 64QAM, o ganho
médio foi de 5,5dB, mas nesse caso, foi do ISDB-TB em relação ao LTE.
Analisando as Tabelas 5.18 a 5.20, onde foi utilizado os parâmetros do canal Brasil D,
é observado uma degradação do sinal no LTE para algumas configurações testadas (SISO e
94
SIMO 1×2). A SIMO 1×4, apresenta uma melhor eficiência comparado com o ISDB-TB, exceto
para a modulação 64QAM, o que não ocorre com a SIMO 1×2 e com a SISO.
E. Canal Brasil E
A Tabela 5.21 mostra o ganho obtido na comparação entre as tecnologias LTE e
ISDB-TB utilizando os parâmetros do canal Brasil E com multipercurso para as modulações
QPSK, 16QAM e 64QAM. Para o LTE foi utilizada a configuração de antena SISO e para o
ISDB-TB, antenas na configuração 1×1. A comparação foi entre as taxas de codificação comuns
entre as duas tecnologias, ou seja, ½ e ¾. Os demais parâmetros utilizados estão listados na
Tabela 5.2.
Os resultados obtidos de valores de SNR (dB) para o LTE e ISDB-TB nas tabelas foram
considerados no limiar de 3×10-6 para o BER, conforme explicado na Seção 5.3.1.
Tabela 5.21 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal E para antena SISO
Conf.
Antena Modulação Taxa Codif. LTE (dB)
ISDB-
TB(dB) Δ(dB) Melhor
SISO
QPSK ½ 4,5 2,5 2,0 ISDB-TB
¾ 6,5 5,5 1,0 ISDB-TB
16QAM ½ 12,5 8,5 4,0 ISDB-TB
¾ 14,5 11,5 3,0 ISDB-TB
64QAM ½ 20,0 13,0 7,0 ISDB-TB
¾ 25,0 17,5 7,5 ISDB-TB
Analisando a Tabela 5.21 foi observado que utilizando a configurações de antenas SISO
para o LTE, foi obtido um ganho médio aproximado de 1,5dB para a modulação QPSK, um
ganho de 3,5dB para 16QAM e um ganho de 7dB para 64QAM, sendo o ISDB-TB melhor que
o LTE nas três modulações testadas.
A Tabela 5.22 utiliza os mesmos parâmetros da Tabela 5.21, mas para a configuração
de antenas SIMO 1×2 para o LTE.
95
Tabela 5.22 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal E para antena SIMO 1×2
Conf.
Antena Modulação Taxa Codif. LTE (dB)
ISDB-
TB(dB) Δ(dB) Melhor
SIMO 1×2
QPSK ½ 4,0 2,5 1,5 ISDB-TB
¾ 5,2 5,5 0,3 LTE
16QAM ½ 9,5 8,5 1,0 ISDB-TB
¾ 11,0 11,5 0,5 LTE
64QAM ½ 11,0 13,0 2,0 LTE
¾ 17,7 17,5 0,2 ISDB-TB
Analisando a Tabela 5.22 é observado que para a modulação QPSK, tem-se para a taxa
de ½ um ganho médio de 1,5dB do ISDB-TB em relação ao LTE, já para ¾, considerando que
se trata de um ganho aproximado, pode ser considerar que as duas tecnologias estão equivalen-
tes. Para 16QAM, para a taxa de ½ temos um ganho de 1dB também do ISDB-TB em relação
ao LTE, já para ¾ as tecnologias são equivalentes, o mesmo ocorre para a modulação de
64QAM para a taxa de ¾. Já para a taxa de ½ considerando a modulação de 64QAM tem-se
um ganho aproximado de 1,8 dB do LTE em relação ao ISDB-TB.
A Tabela 5.23 utiliza os mesmos parâmetros da Tabela 5.21, mas para a configuração
de antenas SIMO 1×4 para o LTE.
Tabela 5.23 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal E para antena SIMO 1×4
Conf.
Antena Modulação Taxa Codif. LTE (dB)
ISDB-
TB(dB) Δ(dB) Melhor
SIMO 1×4
QPSK ½ 0,0 2,5 2,5 LTE
¾ 0,5 5,5 5,0 LTE
16QAM ½ 4,5 8,5 4,0 LTE
¾ 5,5 11,5 6,0 LTE
64QAM ½ 9,0 13,0 4,0 LTE
¾ 15 17,5 2,5 LTE
96
Analisando a Tabela 5.23 foi observado que utilizando a configurações de antenas
SIMO 1×4 para o LTE, foi obtido um ganho médio aproximado de 3,5dB para a modulação
QPSK, um ganho de 5dB para 16QAM e um ganho de 3dB do LTE em relação ao ISDB-TB.
Analisando as Tabelas 5.21 a 5.23, onde foi utilizado os parâmetros do canal Brasil E,
é observado uma melhor eficiência da SIMO 1×2 e SIMO 1×4 comparado com o ISDB-TB, o
que não ocorre com a SISO. Além disso é observado que na comparação entre as antenas LTE
testadas, a SIMO 1×4, apresenta uma melhor robustez comparada com a SIMO 1×2 e SISO.
F. Canal GSM
A Tabela 5.24 mostra o ganho obtido na comparação entre as tecnologias LTE e
ISDB-TB utilizando os parâmetros do canal GSM com multipercurso para as modulações
QPSK, 16QAM e 64QAM. Para o LTE foi utilizada a configuração de antena SISO e para o
ISDB-TB, antenas na configuração 1×1. A comparação foi entre as taxas de codificação comuns
entre as duas tecnologias, ou seja, ½ e ¾. Os demais parâmetros utilizados estão listados na
Tabela 5.2.
Os resultados obtidos de valores de SNR (dB) para o LTE e ISDB-TB nas tabelas foram
considerados no limiar de 3×10-6 para o BER, conforme explicado na Seção 5.3.1.
Tabela 5.24 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal GSM para antena SISO
Conf.
Antena Modulação Taxa Codif. LTE (dB)
ISDB-
TB(dB) Δ(dB) Melhor
SISO
QPSK ½ 6,5 2,5 4,0 ISDB-TB
¾ 8,0 5,0 3,0 ISDB-TB
16QAM ½ - 8,0 8,0 ISDB-TB
¾ - 12,0 12,0 ISDB-TB
64QAM ½ - 13,5 13,5 ISDB-TB
¾ - 17,0 17,0 ISDB-TB
Observando a Tabela 5.24, onde é utilizado a configurações de antenas SISO para o
LTE, com a modulação QPSK, tem-se um ganho de 3,5 dB do ISDB-TB em relação ao LTE.
97
Para as modulações 16QAM e 64QAM não foi possível decodificar o sinal para as taxas de
codificação de ½ e ¾ para o LTE, sendo que para o ISDB-TB foram obtidos resultados satisfa-
tórios para todos os testes, sendo assim considerado mais robusto que o LTE.
A Tabela 5.25 utiliza os mesmos parâmetros da Tabela 5.24, mas para a configuração
de antenas SIMO 1×2 para o LTE.
Tabela 5.25 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal GSM para antena SIMO 1×2
Conf.
Antena Modulação Taxa Codif. LTE (dB)
ISDB-
TB(dB) Δ(dB) Melhor
SIMO 1×2
QPSK ½ 4,0 2,5 1,5 ISDB-TB
¾ 6,0 5,5 0,5 ISDB-TB
16QAM ½ 10 8,5 1,5 ISDB-TB
¾ 12,0 11,7 0,3 ISDB-TB
64QAM ½ 15,0 14,5 0,5 ISDB-TB
¾ 27 17 10 ISDB-TB
Analisando a Tabela 5.25 é observado que para a modulação QPSK, tem-se um ganho
médio de 1,0dB do ISDB-TB em relação ao LTE. Para 16QAM, para a taxa de ½ temos um
ganho de 1dB também do ISDB-TB em relação ao LTE, já para ¾ considerando que se trata de
um ganho aproximado, pode ser considerar que as duas tecnologias estão equivalentes, o
mesmo ocorre para a modulação de 64QAM para a taxa de ½. Já para a taxa de ¾ considerando
a modulação de 64QAM tem-se um ganho aproximado de 10 dB do ISDB-TB em relação ao
LTE.
A Tabela 5.26 utiliza os mesmos parâmetros da Tabela 5.24, mas para a configuração
de antenas SIMO 1×4 para o LTE.
98
Tabela 5.26 - Resultados Comparativos LTE e ISDB-TB com Canal GSM para antena SIMO 1×4
Conf.
Antena Modulação Taxa Codif. LTE (dB)
ISDB-
TB(dB) Δ(dB) Melhor
SIMO 1×4
QPSK ½ 0,0 2,5 2,5 LTE
¾ 0,5 5,0 4,5 LTE
16QAM ½ 4,5 8,0 3,5 LTE
¾ 5,5 11,5 6,0 LTE
64QAM ½ 9,0 13,0 4,0 LTE
¾ 16,0 18,0 2,0 LTE
Analisando a Tabela 5.26 foi observado que utilizando a configurações de antenas
SIMO 1×4 para o LTE, foi obtido um ganho médio aproximado de 3,5dB para a modulação
QPSK, um ganho de 4,5dB para 16QAM e um ganho de 3dB para 64QAM do LTE em relação
ao ISDB-TB.
Analisando as Tabelas 5.24 a 5.26, onde foi utilizado os parâmetros do canal Brasil E,
é observado uma degradação do sinal no LTE para algumas configurações testadas (SISO). É
observado uma melhor eficiência da SIMO 1×4 comparado com o ISDB-TB, o que não ocorre
com a SISO e a SIMO 1×2. Além disso é observado que na comparação entre as antenas LTE
testadas, a SIMO 1×4, apresenta uma melhor robustez comparada com a SIMO 1×2 e SISO.
5.5.2.1 Pré e Pós Eco
Foi observado que para vários casos não foi possível decodificar o sinal LTE utilizando
os modelos de canais de multipercurso: Canais Brasil e Canal GSM. Isso pode ser explicado
através da Figura 5.3, onde é mostrado um exemplo de Pré e Pós Eco utilizando taxa de codifi-
cação de 1 3⁄ e modulação 64QAM para as configurações de antenas SISO, SIMO 1×2 e SIMO
1×4 e os demais parâmetros mencionados na Tabela 5.2.
Analisando a Figura 5.10, utilizando a configuração de antenas SISO pode ser obser-
vado que um atraso maior que 1,8 µs gera uma atenuação no sinal, para SIMO 1×2 o sinal é
atenuado com um atraso superior a 2 µs e para SIMO 1×4, o sinal é atenuado acima de 6,5 µs.
Observando a Tabela 5.2 da seção 5.1.1, onde se encontra os parâmetros de atraso dos Canais
99
Brasil e GSM observa-se que o eco do multipercurso é maior que o intervalo de guarda do LTE,
degradando o sinal para determinadas configurações de antenas e taxas de codificação.
Figura 5.10- Figuras de Pré e Pós-Eco para 64QAM com CR=1
3 e antenas SISO, SIMO 1×2 e SIMO 1×4
100
6 CONCLUSÕES
As emissoras brasileiras utilizam o sistema ISDB-TB comercialmente desde 2007 ofe-
recendo serviços de radiodifusão aberta de TV digital. No mesmo cenário surgem as tecnologias
de banda larga móvel de 4° Geração, oferecendo sistemas mais rápidos e eficientes, como bro-
adcast de canais de TV, podendo ser uma alternativa interessante na transmissão do conteúdo
digital.
Dessa forma, as tecnologias foram simuladas e analisadas utilizando o parâmetro de
qualidade BER, através de um simulador, não sendo utilizados cenários reais. As principais
contribuições desse trabalho foram o desenvolvimento do simulador do LTE Broadcast e a
análise do LTE Broadcast utilizando os parâmetros dos modelos de canais de multipercurso
utilizados nos testes dos sistemas de radiofusão: Canal Brasil A, B, C, D e E para recepção fixa
e o GSM Typical Urban para recepção móvel.
Fazendo uma comparação equivalente das antenas, ou seja, a utilização de antenas 1×1
para o LTE, denominada SISO, com o ISDB-TB considerando o modelamento canal AWGN
sem multipercurso, é observado que o LTE se mostrou um sistema mais robusto ao ruído que o
ISDB-TB para todas as modulações testadas.
Para uma segunda análise, mantendo a mesma comparação de antenas (1×1) para as
duas tecnologias, utilizando agora o canal AWGN com multipercurso, foi observado que o
ISDB-TB foi mais robusto para todos os testes analisados, além do que para várias situações
simuladas não foi possível decodificar o sinal nos testes do LTE. Com isso, podemos concluir
que:
• Os ecos do multipercurso são maiores que o intervalo de guarda utilizados no
LTE, já que os cenários utilizados são perfis para sistemas de radiodifusão com
longos atrasos.
Está previsto no Release 14 um aumento do intervalo de guarda para o LTE, solucio-
nando essa questão, já que quanto maior a duração do intervalo de guarda, mais robusto a dis-
torção de multipercurso (ecos) será o sinal.
Além disso as simulações foram feitas utilizando apenas um tipo de equalizador, o equa-
lizador MMSE, e apenas um tipo de estimação de canal, através da interpolação. Sabe-se que
os equalizadores compensam as interferências intersimbólicas e distorções causadas pelo pró-
prio canal e os estimadores de canal, corrigem o desvanecimento que o sinal sofre durante a
transmissão, fatores esses que podem ter prejudicado os resultados alcançados.
101
Com os resultados obtidos foi feita apenas uma análise técnica das tecnologias. Os testes
foram realizados utilizando apenas o LTE com uma antena transmissora, mas é sabido que uma
das características do LTE é a utilização de múltiplas antenas de transmissão e recepção, além
da flexibilidade de banda, que pode chegar até a 20 MHz, tanto que nos testes utilizando a
antena SIMO 1×4, o LTE se mostrou mais robusto em comparação com o ISDB-TB.
Há muito a ser considerado, ao se fazer uma análise real da utilização da transmissão do
conteúdo digital pelo LTE, já que a televisão é transmitida de forma gratuita e os sistemas de
4G são sistemas pagos.
Mas considerando as características do sistema LTE e das melhorias previstas, pode-se
concluir a viabilidade do estudo proposto, sendo o LTE dessa forma, um sistema robusto e
viável na transmissão do conteúdo do ISDB-TB.
Como sugestão de trabalhos futuros novos testes devem ser realizados utilizando o LTE
com um prefixo cíclico maior, com múltiplas antenas transmissoras e receptoras, utilizando
uma maior largura de banda, um melhor estimador de canal e outros cenários de multipercurso,
além de um estudo do impacto econômico.
102
REFERÊNCIAS
[1] Digital Broadcasting Expert Group(DIBEG), “ISDB-T.” [Online]. Available:
http://www.dibeg.org/. [Accessed: 15-Aug-2017].
[2] Associação Brasileira de Normas Técnicas, “ABNT NBR 15601:2007 -Televisão digital
terrestre - Sistema de transmissão.” 2007.
[3] C. A. Sell et al., “Relatório do Teste em Campo sobre a Convivência do LTE na faixa de
700 MHz com ISDB-T,” 2014.
[4] U. P. Mackenzie, “Relatório dos Testes de Interferência do Sinal LTE na TV digital na
faixa de UHF.” São Paulo, 2013.
[5] A. Megrich, Televisão Digital: Princípios e Técnicas, 1o. Editora Érica, 2009.
[6] C. Akamine, “Contribuições para Distribuição, Modulação e Demodulação do Sistema
Brasileira de TV Digital ISDB-Tb,” Universidade Estadual de Campinas, 2011.
[7] Associação Brasileira de Normas Técnicas, “ABNT NBR 15602-2, Codificação de
vídeo, áudio e multiplexação Parte 2: Codificação de áudio.” 2007.
[8] M. Paiva, “Uma implementação em software do subsistema de transmissão do padrão
ISDB-TB,” Instituto Nacional de Telecomunicações, 2010.
[9] “Padrões de TV Digital,” Rev. Mackenzie Eng. e Comput., vol. 5, pp. 13–96, 5AD.
[10] J. Armstrong, “OFDM for Optical Communications,” J. Light. Technol., vol. 27, no. 3,
pp. 189–204, Feb. 2009.
[11] Associação Brasileira de Normas Técnicas, “ABNT NBR 15602-3:2007- Televisão
digital terrestre - Codificação de vídeo, áudio e multiplexação Parte 3: Sistemas de
multiplexação de sinais.” 2007.
[12] M. Takada and M. Saito, “Transmission System for ISDB-T,” Proc. IEEE, vol. 94, no.
1, pp. 251–256, Jan. 2006.
[13] H. C. Junior, “Sistema de Transmissão no Padrão Brasileiro de TV Digital.” .
[14] M. Hanzo, Lajos; Munster, OFDM and MC-CDMA for Broadband Multi-User
Communications, 1o. Wiley-IEEE Press, 2003.
[15] A. H. Khan, M. a. Qadeer, J. a. Ansari, and S. Waheed, “4G as a Next Generation
Wireless Network,” in 2009 International Conference on Future Computer and
Communication, 2009, pp. 334–338.
[16] J. Parikh, “LTE Advanced : The 4G Mobile Broadband Technology,” Int. J. Comput.
Appl., vol. 13, no. 5, pp. 17–21, 2011.
103
[17] S. Parkvall, A. Furuskar, and E. Dahlman, “Evolution of LTE toward IMT-advanced,”
IEEE Commun. Mag., vol. 49, no. 2, pp. 84–91, Feb. 2011.
[18] J. Nascimento, “Análise de Desempenho em Redes Móveis Long Term Evolution,”
Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, 2012.
[19] C. Cox, An Introduction on LTE, 1o. 2012.
[20] E. Pinto and C. Albuquerque, “A Técnica de Transmissão OFDM,” Rev. Científica
Periódica -Telecomunicações, vol. 5, 2002.
[21] I. Carmo, “Cenários de Evolução para Acesso Banda Larga Sem Fio,” Universidade de
São Paulo, 2011.
[22] H. Zarrinkoub, Understanding LTE with Matlab, 1st ed. Wiley-IEEE Press, 2014.
[23] M. Silva and F. Monteiro, “Processing for 4G and Beyond,” CRC Press/ Taylor &
Francis Group, Boca Raton, p. 554, 2014.
[24] S. Nunes, “Coordenação de Interferência Multi-Celular em Sistemas LTE utilizando
Técnicas de Beamforming,” Universidade Técnica de Lisboa, 2012.
[25] A. Grover, “Equalization: Analysis of MIMO Systems in Frequency Selective Channel,”
Int. J. Adv. Comput. Sci. Appl., vol. 3, no. 12, pp. 218–221, 2012.
[26] R. Gupta and A. Grover, “BER Performance Analysis of MIMO Systems Using
Equalization Techniques,” Innov. Syst. Des. Eng., vol. 3, no. 10, pp. 11–26, 2012.
[27] Y. I. Majeed and A. F.Jumma, “BER Performance and Decoding Time Enhancement of
LT E Turbo Decoder,” Int. J. Innov. Res. Comput. Commun. Eng., vol. 4, no. 6, pp. 2257–
2263, 2016.
[28] M. Mendes, “Utilização da estimativa de canal (sounding) na alocação de recursos de
radio no enlace reverso (Uplink) de redes Long Term Evolution -LTE,” Universidade de
Brasilia, 2009.
[29] ETSI 3rd Generation Partnership Project (3GPP)., “LTE; Evolved Universal Terrestrial
Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulation (3GPP TS 36.211 version
10.0.0 Release 10),” vol. 0. 2011.
[30] A. Ghosh, J. Zhang, J. Andrews, and R. Muhamed, Fundamentals of LTE, 1st ed. Boston:
Pearson Education, 2011.
[31] A. Carissimi, J. Rochol, and L. Granville, Redes de Computadores, 1st ed. Porto Alegre:
Bookman, 2009.
[32] M. Jamil, S. P. Shaikh, M. Shahzad, and Q. Awais, “4G: The future mobile technology,”
in TENCON 2008 - 2010 IEEE Region 10 Conference, 2010, pp. 1–6.
[33] D. Lecompte and F. Gabin, “Evolved multimedia broadcast/multicast service (eMBMS)
104
in LTE-advanced: overview and Rel-11 enhancements,” IEEE Commun. Mag., vol. 50,
no. 11, pp. 68–74, Nov. 2012.
[34] Ericsson, “LTE Broadcast – a revenue enable r in the mobile media era • introduction,”
no. February, 2013.
[35] Samsung, “Simplified Approach to Broadcasting Content over LTE,” 2012.
[36] N. Nguyen, R. Knopp, N. Nikaein, and C. Bonnet, “Implementation and validation of
Multimedia Broadcast Multicast Service for LTE/LTE-advanced in OpenAirInterface
platform,” in 38th Annual IEEE Conference on Local Computer Networks - Workshops,
2013, pp. 70–76.
[37] ETSI 3rd Generation Partnership Project (3GPP)., “LTE; Evolved Universal Terrestrial
Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-
UTRAN) ( 3GPP TS 36.300 version 8.9.0 Release 8),” vol. 0. pp. 0–162, 2009.
[38] M. Kottkamp, A. Rossler, and J. Schienz, “LTE Release 9 Technology Introduction,”
2011.
[39] R. Bachl and I. Groh, “LTE Physical Layer Aspects for eMBMS : Concept and
Performance Evaluation Contributors,” Intel Technol. J., vol. 18, no. 1, 2014.
[40] 3GPP, “LTE; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical layer
procedures (3GPP TS 36.213 version 8.8.0 Release 8),” Etsi Ts 136 213, vol. 0, no.
Release 8, pp. 1–79, 2009.
[41] A. Kioshi and C. Akamine, “Técnicas de Estimação de Canal para o Sistema,” vol. 3, pp.
151–157.
[42] D. A. Guimarães, G. Gil, and R. Gomes, “Caracterização do canal para o MI-SBTVD,”
Revista Científica Periódica -Telecomunicações, vol. 9, Santa Rita do Sapucai, pp. 32–
45, 2006.
[43] I. Bt, Q. Itu-r, M. Dttb, and I. The, “REPORT ITU-R BT . 2035 Guidelines and
techniques for the evaluation of digital terrestrial television broadcasting systems,” 2003.
[44] U. P. Mackenzie, “Procedimento de Medidas,” Revista Mackenzie de Engenharia e
Computação, vol. 283, pp. 99–268, 5AD.
105
APÊNDICE
A.1 Gráficos para Canal AWGN
As Figuras A.1, A.2 e A.3 mostram os gráficos comparativos de BER em função do
SNR (dB) entre o LTE e o ISDB-TB utilizando o canal AWGN sem multipercurso para as
modulações QPSK, 16QAM e 64QAM, respectivamente. Para o LTE foi utilizada a configura-
ção de antena SISO, com largura de banda de 5MHz sendo a taxa de codificação de
13⁄ , 1
2⁄ e 34⁄ . Para o SBTVD, foi utilizado uma antena na configuração 1×1, com largura
de banda de 6MHz e taxa de codificação de 1 2⁄ ,2 3⁄ ,3 4⁄ , 5 6⁄ e 7 8⁄ .
Figura A.1 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para SISO com QPSK
106
Figura A.2- Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para SISO com 16QAM
Figura A.3 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para SISO com 64QAM
107
As Figuras A.4, A.5 e A.6 utilizam os mesmos parâmetros das Figuras A.1, A.2 e A.3,
mas utilizando para o LTE a configuração de antenas SIMO 1×2. Para o ISDB- TB os parâme-
tros não foram alterados.
Figura A.4- Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para SIMO 1×2 com QPSK
108
Figura A.5- Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para SIMO 1×2 com 16QAM
Figura A.6 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para SIMO 1×2 com 64QAM
109
As Figuras A.7, A.8 e A.9 utilizam os mesmos parâmetros das Figuras A.1, A.2 e A.3,
mas utilizando para o LTE a configuração de antenas SIMO 1×4. Para o ISDB- TB os parâme-
tros não foram alterados.
Figura A.7 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para SIMO 1×4 com QPSK
110
Figura A.8- Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para SIMO 1×4 com 16QAM
Figura A.9 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para SIMO 1×4 com 64QAM
111
A.2 Gráficos para Canal Brasil e GSM
A.2.1 Canal Brasil A
As Figuras A.10, A.11 e A.12, mostram os gráficos de BER em função do SNR (dB)
para o LTE utilizando o modelamento de canal com os parâmetros do canal Brasil A. Foi utili-
zada a configuração de antena SISO, com largura de banda de 5MHz sendo as taxas de codifi-
cação de 1 3⁄ , 12⁄ e 3
4⁄ . As modulações utilizadas foram o QPSK, 16QAM e 64QAM, res-
pectivamente. Para o SBTVD, foi utilizado uma antena na configuração 1×1, com largura de
banda de 6MHz e taxa de codificação de 1 2⁄ ,2 3⁄ 𝑒 34⁄ , sendo esses parâmetros fixos para todas
as simulações realizadas.
Figura A.10 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal A com SISO para QPSK
112
Figura A.11- Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal A com SISO para 16QAM
Figura A.12- Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal A com SISO para 64QAM
113
As Figuras A.13, A.14 e A.15 utilizam os mesmos parâmetros das Figura A.10, A.11 e
A.12, mas para as configurações de antenas SIMO 1×2 para o LTE.
Figura A.13 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal A com SIMO 1×2 para QPSK
114
Figura.A.14 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal A com SIMO 1×2 para 16QAM
Figura A.15 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal A com SIMO 1×2 para 64QAM
115
As Figuras A.16, A.17 e A.18 utilizam os mesmos parâmetros das Figura A.10, A.11 e
A.12, mas para as configurações de antenas SIMO 1×4 para o LTE.
Figura A.16 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal A com SIMO 1×4 para QPSK
116
Figura A.17 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal A com SIMO 1×4 para 16QAM
Figura A.18 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal A com SIMO 1×4 para 64QAM
117
A.2.2 Canal B
As Figuras A.19, A.20 e A.21 utilizam os mesmos parâmetros das Figuras A.10, A.11 e
A.12 mais utilizando os parâmetros do modelo do Canal Brasil B com configuração de antenas
SISO para o LTE. As modulações utilizadas são QPSK, 16QAM e 64QAM, respectivamente.
Figura A.19 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal B com SISO para QPSK
118
Figura A.20 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal B com SISO para 16QAM
Figura A.21 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal B com SISO para 64QAM
119
As Figuras A.22, A.23 e A.24 utilizam os mesmos parâmetros das Figura A.19, A.20 e
A.21 , mas para as configurações de antenas SIMO 1×2 para o LTE.
Figura A.22 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal B com SIMO 1×2 para QPSK
120
Figura A.23- Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal B com SIMO 1×2 para 16QAM
Figura A.24 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal B com SIMO 1×2 para 64QAM
121
As Figuras A.25, A.26 e A.27 utilizam os mesmos parâmetros das Figuras A.19, A.20 e
A.21 , mas para as configurações de antenas SIMO 1×4 para o LTE.
Figura A.25- Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal B com SIMO 1×4 para QPSK
122
Figura A.26 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal B com SIMO 1×4 para 16QAM
123
Figura A.27 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal B com SIMO 1×4 para 64QAM
A.2.2 Canal C
As Figuras A.28, A.29 e A.30 utilizam os mesmos parâmetros das Figuras A.10, A.11 e
A.12 mais utilizando os parâmetros do modelo do Canal Brasil C com configuração de antenas
SISO para o LTE. As modulações utilizadas são QPSK, 16QAM e 64QAM, respectivamente.
124
Figura A.28 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal C com SISO para QPSK
125
Figura A.29 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal C com SISO para 16QAM
Figura A.30 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal C com SISO para 64QAM
126
As Figuras A.31, A.32 e A.33 utilizam os mesmos parâmetros das Figuras A.28, A.29 e
A.30, mas para as configurações de antenas SIMO 1×2 para o LTE.
Figura A.31 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal C com SIMO 1×2 para QPSK
127
Figura A.32- Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal C com SIMO 1×2 para 16QAM
Figura A.33- Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal C com SIMO 1×2 para 64QAM
128
As Figuras A.34, A.35 e A.36 utilizam os mesmos parâmetros das Figuras A.28, A.29 e
A.30, mas para as configurações de antenas SIMO 1×4 para o LTE.
Figura A.34 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal C com SIMO 1×4 para QPSK
129
Figura A.35 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal C com SIMO 1×4 para 16QAM
Figura A.36 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal C com SIMO 1×4 para 64QAM
130
A.2.4 Canal Brasil D
As Figuras A.37, A.38 e A.39 utilizam os mesmos parâmetros das Figuras A.10, A.11 e
A.12 mais utilizando os parâmetros do modelo do Canal Brasil D com configuração de antenas
SISO para o LTE. As modulações utilizadas são QPSK, 16QAM e 64QAM, respectivamente.
Figura A.37 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal D com SISO para QPSK
131
Figura A.38 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal D com SISO para 16QAM
Figura A.39 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal D com SISO para 64QAM
132
As Figuras A.40, A.41 e A.42 utilizam os mesmos parâmetros das Figura A.37, A.38 e
A.39, mas para as configurações de antenas SIMO 1×2 para o LTE.
Figura A.40 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal D com SIMO 1×2 para QPSK
133
Figura A.41- Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal D com SIMO 1×2 para 16QAM
Figura A.42- Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal D com SIMO 1×2 para 64QAM
134
As Figuras A.43, A.44 e A.45 utilizam os mesmos parâmetros das Figura A.37, A.38 e
A.39, mas para as configurações de antenas SIMO 1×4 para o LTE.
Figura A.43 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal D com SIMO 1×4 para QPSK
135
Figura A.44- Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal D com SIMO 1×4 para 16QAM
Figura A.45- Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal D com SIMO 1×4 para 64QAM
136
A.2.4 Canal Brasil D
As Figuras A.46, A.47 e A.48 utilizam os mesmos parâmetros das Figuras A.10, A.11 e
A.12 mais utilizando os parâmetros do modelo do Canal Brasil E com configuração de antenas
SISO para o LTE. As modulações utilizadas são QPSK, 16QAM e 64QAM, respectivamente.
Figura A.46 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal E com SISO para QPSK
137
Figura A.47 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal E com SISO para 16QAM
Figura A.48- Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal E com SISO para 64QAM
138
As Figuras A.49, A.50 e A.51 utilizam os mesmos parâmetros das Figura A.46, A.47 e
A.48, mas para as configurações de antenas SIMO 1×2 para o LTE.
Figura A.49 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal E com SIMO 1×2 para QPSK
139
Figura A.50- Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal E com SIMO 1×2 para 16QAM
Figura A.51 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal E com SIMO 1×2 para 64QAM
140
As Figuras A.52, A.53 e A.54 utilizam os mesmos parâmetros das Figura A.46, A.47 e
A.48, mas para as configurações de antenas SIMO 1×4 para o LTE.
Figura A.52 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal E com SIMO 1×4 para QPSK
141
Figura A.53 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal E com SIMO 1×4 para 16QAM
Figura A.54- Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal E com SIMO 1×4 para 64QAM
142
A.2.4 Canal GSM
As Figuras A.55, A.56 e A.57 utilizam os mesmos parâmetros das Figuras A.10, A.11 e
A.12 mais utilizando os parâmetros do modelo do Canal GSM com configuração de antenas
SISO para o LTE. As modulações utilizadas são QPSK, 16QAM e 64QAM, respectivamente.
Figura A.55 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal GSM com SISO para QPSK
143
Figura A.56- Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal GSM com SISO para 16QAM
Figura A.57 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal GSM com SISO para 64QAM
144
As Figuras A.58, A.59 e A.60 utilizam os mesmos parâmetros das Figura A.55, A.56 e
A.57, mas para as configurações de antenas SIMO 1×2 para o LTE.
Figura A.58 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal GSM com SIMO 1×2 para QPSK
145
Figura A.59 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal GSM com SIMO 1×2 para 16QAM
Figura A.60- Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal GSM com SIMO 1×2 para 64QAM
146
As Figuras A.61, A.62 e A.63 utilizam os mesmos parâmetros das Figura A.55, A.56 e
A.57, mas para as configurações de antenas SIMO 1×4 para o LTE.
Figura A.61 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal GSM com SIMO 1×4 para QPSK
147
Figura A.62 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal GSM com SIMO 1×4 para 16QAM
Figura A.63 - Resultados comparativos LTE e ISDB-TB para Canal GSM com SIMO 1×4 para 64QAM
148
B.1 Esquema de Análise dos Gráficos
Figura B.1- Esquema de análise dos gráficos obtidos
