Introdução ao LTE – Long Term Evolution Este tutorial apresenta um estudo do sistema Long Term Evolution (LTE), que é a evolução dos sistemas deterceira geração das comunicações móveis. O objetivo deste estudo é abordar as principais características e as principais alterações dos elementos quecompõem esta nova rede. Para isto, inicialmente serão descritos a evolução das redes móveis, as principaistecnologias que darão suporte ao LTE como o MIMO e o OFMA e quais os padrões estão sendo definidospara implementar esta rede. A caracterização do projeto foi feita através de uma investigação exploratória, cujo objetivo é conhecer ecompreender como se darão a substituição das redes baseadas em circuitos, por redes totalmente baseadasem pacotes. O tutorial foi preparado a partir do Trabalho Final de Curso “Introdução ao LTE – Long Term Evolution”apresentado ao Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Telecomunicações da Pontifícia UniversidadeCatólica de Minas Gerais, como requisito para parcial para obtenção do título de Especialista em Sistemas deTelecomunicações. Foi orientador do trabalho o Prof. Ildelano Ferreira e Silva.

Marco Antônio F. R. de Almeida Graduado em Engenharia de Telecomunicações pela Universidade FUMEC e Especialista em Sistemas deTelecomunicações pela PUC-MG. Atualmente é Engenheiro de RF na Claro, regional MG, realizando atividades de otimização na rede GSM,analise de viabilidade técnica para instalação de BTS e análise de indicadores de qualidade da rede. Email: marco.almeida@claro.com.br

Categoria: Telefonia Celular

Nível: Introdutório Enfoque: Técnico

Duração: 15 minutos Publicado em: 02/01/2012

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LTE: Introdução A cada dia a necessidade por serviços de banda larga cresce cada vez mais. Segundo Ericsson: Dos estimados 3,4 bilhões de pessoas que terão banda larga até 2014, cerca de 80 por cento serão assinantesde banda larga móvel – e a maioria serão servidos por High Speed Packet Access (HSPA) e Long TermEvolution (LTE). (ERICSSON, 2009, tradução nossa). Alguns serviços que há poucos anos erampraticamente inacessíveis à maioria da população e das empresas, hoje são considerados essenciais e setornaram amplamente difundidos. Serviços como videoconferência, download de vídeos, jogos interativos eVoz sobre IP, que já são considerados por muitos como necessários, devem aumentar cada vez mais ademanda por largura de banda. É com foco neste cenário que o grupo que padroniza o desenvolvimento dossistemas celulares, o 3rd Generation Partnership Project (3GPP), vem trabalhando para desenvolver padrõesque atendam às necessidades das pessoas. Os principais motivos que têm demandado esforço ao comitê são o aumento da velocidade para transferênciade dados (chamado throughput), eficiência espectral dos sistemas, e a redução da latência da rede. O 3GPPvem concentrando esforços para desenvolver as redes 3G atuais e alcançar o nível esperado para as redes 4Gdo futuro próximo. Uma recente padronização do 3GPP é o Long Term Evolution (LTE). Segundo a Qualcomm (2009) esta éuma solução móvel para fornecer altas taxas de dados e para aprimorar a experiência do usuário quanto àutilização de serviços móveis. O LTE é uma evolução paralela que dá continuidade ao histórico 3G demobilidade e alta eficiência espectral. Concebido para ser uma camada sobreposta às redes 3G existentes, oLTE aumentará efetivamente a capacidade de dados nas densas áreas urbanas com alta demanda. Inicialmente projetada para prover serviços de dados, espera-se que esta rede melhore substancialmente othroughput final do usuário, a capacidade do setor e reduza a latência do plano do usuário, trazendo umanova experiência com total mobilidade. Esta tecnologia está programada para fornecer suporte ao tráfegobaseado em IP com QoS fim-a-fim e conta com o apoio de outras tecnologias como o OrthogonalFrequency-Division Multiple Access (OFDMA) e Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) para alcançar osobjetivos propostos pelo 3GPP. Ao contrário do High Speed Packet Access (HSPA), que foi acomodado dentro da arquitetura UniversalMobile Telecommunication System (UMTS) Release 99, o 3GPP está especificando um novo núcleo baseadoem comutação por pacotes, o Evolved Packet Core (EPC), para apoiar as outras camadas de rede através deuma redução no número de elementos de rede, simplificando a sua arquitetura. Os principais objetivos desta tecnologia são o esforço para minimizar a complexidade do sistema e dosequipamentos dos usuários, permitir a distribuição flexível do espectro através de novas frequências ou dasfaixas já utilizadas e permitir a coexistência desta rede com outras redes já implantadas como o GlobalSystem for Mobile Communications (GSM) e o Wide-Band Code-Division Multiple Access (WCDMA) alémde oferecer altas taxas de downlink e uplink.

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LTE: Evolução das Redes Móveis A real história do telefone móvel, também conhecido como celular, começou em 1973, quando foi efetuadaa primeira chamada de um telefone móvel para um telefone fixo. Foi a partir de Abril de 1973 que todas asteorias comprovaram que o celular funcionava perfeitamente, e que a rede de telefonia celular sugerida em1947 foi projetada de maneira correta. Este foi um momento não muito conhecido, mas certamente foi umfato marcado para sempre e que mudou totalmente a história do mundo. Inicialmente, os sistemas móveis tinham como objetivo alcançar uma grande área de cobertura através de umúnico transmissor de alta potência, e utilizavam a técnica de acesso conhecida como Frequency DivisionMultiple Access (FDMA), onde cada usuário era alocado em uma frequência distinta. Embora essaabordagem gerasse uma cobertura muito boa, o número de usuários era limitado. Como exemplo da baixacapacidade, pode-se citar o sistema móvel da Bell em Nova Iorque, em 1970: o sistema suportava ummáximo de apenas doze chamadas simultâneas em uma área de mais de dois mil quinhentos e oitentaquilômetros quadrados. Dado o fato de que as agências de regulamentação dos governos não poderiamrealizar alocações de espectro na mesma proporção do aumento da demanda de serviços móveis, ficou óbviaa necessidade de reestruturação do sistema de telefonia por rádio para que se obtivesse maior capacidadecom as limitações de espectro disponível e, ao mesmo tempo, provendo grandes áreas de cobertura.(AL-SHAHRANI, Abdurrhman; AL-OLYANI, Hammod, 2009). O conceito celular foi uma grande descoberta na solução do problema de congestionamento espectral elimitação de capacidade de usuários que havia em sistemas de comunicações móveis até então. O FederalCommunication Commission (FCC) – órgão americano regulamentador de telecomunicações, em umaregulamentação de 22 de Junho de 1981 definiu o sistema celular como:

Um sistema móvel terrestre de alta capacidade no qual o espectro disponível é dividido emcanais que são reservados, em grupos, a células que cobrem determinada área geográfica deserviço. Os canais podem ser reusados em células diferentes na área de serviço. (RODRIGUES,2000).

As tecnologias de telefonia celular são classificadas em gerações e sua evolução é apresentada na figura 1 aseguir.

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Figura 1: Evolução da tecnologia celularFonte: SILVA, 2010

Primeira Geração Com a invenção dos microprocessadores e a concepção da comunicação celular nas décadas de 70 e 80, aprimeira geração das comunicações móveis nascia. Estes sistemas eram essencialmente analógicos eutilizavam o FDMA para se comunicar e foi projetado para trafegar somente voz. Os primeiros sistemasdesenvolvidos foram o Nordic Mobile Telecomunications (NMT), Advanced Mobile Phone Service (AMPS),Total Access Comunications System (TACS), Extended Total Access Comunications System (ETACS), C450 eo Radicom 2000. (AL-SHAHRANI, Abdurrhman; AL-OLYANI, Hammod, 2009). De acordo com AL-SHAHRANI e AL-OLYANI (2009) o NMT foi o primeiro sistema celular analógico quecomeçou a ser operado na Escandinávia em 1979. Inicialmente utilizava a banda de 450 MHz e um poucomais tarde foi nomeado NMT450. Devido a necessidade de mais capacidade, o sistema adotou a banda de900 MHz e ficou conhecido como NMT900. O AMPS foi introduzido nos EUA em 1978 pelos laboratóriosBell e começou efetivamente a ser operado em 1983 em Chicago. O TACS teve inicio em UK em 1982. Ossistemas celulares conhecidos como C-450 (operava na banda de 450 MHz) e o Radicom 2000 (operava nabanda de 200 MHz) foram introduzidos na Alemanha e na França respectivamente em 1985. Estes sistemas possuíam inúmeros problemas como limitação de capacidade, terminais de usuários grandes epesados, incompatibilidade entre os sistemas, as interfaces não eram padronizadas, baixa qualidade nasligações e não havia nenhum tipo de segurança na transmissão das informações. Os principais sistemasdesenvolvidos na 1ª geração são comparados na tabela 1 a seguir:

Tabela 1: Sistemas móveis de 1ª geração

PARÂMETROSDO SISTEMA

AMPS(EUA)

TACS(REINOUNIDO)

NMT(ESCANDI-NÁVIA)

C450(ALEMANHA,OCIDENTAL)

NTT(JAPÃO)

Frequência detransmissão (MHz)- base- móvel

870–890825–845

935–960890–915

463-467,5453-457,5

461,3-465,74451,3-455,74

870-885925-940

Espaçamento entrebanda detransmissão erecepção (MHz)

45 45 10 10 55

Largura de canal(kHz)

30 25 25 20 25

Número de canais666(NES) /832 (ES)

1000 180 222 600

Raio de Coberturada Base (km)

2 - 25 2 – 20 1,8 – 40 5 – 305 (urbano)10(suburbano)

Sinal de áudio- modulação- Δf máximo (kHz)

FM±12

FM±9,5

FM±5

FM±4

FM±5

4

Sinais de controle- modulação- Δf (kHz)

FSK±8

FSK±6,4

FSK±3,5

FSK±2,5

FSK±4,5

Taxa de transmissãode dados (kbps)

10 8 1,2 5,28 0,3

Fonte: SILVA, 2010

Segunda geração Devido a necessidade de padronização para o sistema celular Europeu e a crescente demanda pelo serviçomóvel, foi necessário dar início ao desenvolvimento de sistemas digitais. Os sistemas de 2ª geraçãocomeçaram a ser efetivamente utilizados no início de 1990 e foi impulsionado pelo avanço da tecnologia doscircuitos integrados que permitiram a efetiva utilização da transmissão digital. Estes sistemas, além de possibilitar uma maior capacidade, ofereciam as seguintes vantagens sobre osanalógicos:

Técnicas de codificação digital de voz mais poderosasMaior eficiência espectralMelhor qualidade nas ligaçõesTráfego de dados na redeCriptografia da informação transmitida

Como resultados deste esforço surgiram os sistemas conhecidos como GSM, CT-2 e DECT na Europa, oTime Division Multiple Acess (TDMA, também conhecido como IS-54 e IS-136), o Code Division MultipleAccess (CDMA IS-95) nos EUA e o Personal Digital Cellular (PDC) no Japão. (CASTRO, 2009). A tabela 2 apresenta as principais características de cada tecnologia:

Tabela 2: Sistemas móveis de 2ª geração

PARÂMETROS DOSISTEMA

IS-54IS-136(EUA)

GSM(EUROPA)

IS-95(EUA)

CT-2(EUROPA,ÁSIA)

CT-3,DCT-900(SUÉCIA)

DECT(EUROPA)

Técnica de acesso TDMA TDMA CDMA FDMA TDMA TDMA

Uso principal celular celular celular cordless cordlesscelular /cordless

Frequência detransmissão (MHz)- base- móvel

869–894824–849

935–960890–9151710–17851805–1880

869–894824–849

864–868 862–866 1800-1900

Técnica deduplexação

FDD FDD FDD TDD TDD TDD

Largura de canal(kHz)

30 200 1250 100 1000 1728

ModulaçãoΠ/4DQPSK

GMSKBPSK /QPSK

BFSK GMSK GMSK

Potência máxima /média (mW)

600 / 200 2000 / 125 600 10 / 5 80 / 5 250 / 10

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Controle de potência- base- móvel

simsim

simsim

simsim

nãonão

nãonão

nãonão

Codificação de voz VSELP RPE-LTP QCELP ADPCM ADPCM ADPCMTaxa de codificaçãode voz (kbps)

7,95 138(variável)

32 32 32

Nº de canais de vozpor portadora

3 8 - 1 8 12

Taxa de transmissãodo canal (kbps)

48,6 207,833 - 72 640 1152

Tamanho do quadro(ms)

40 4,615 20 2 16 19

Fonte: SILVA, 2010

Geração 2.5 A principal característica destes sistemas foi a possibilidade de solucionar os problemas de capacidadeenfrentados pelos sistemas anteriores. Várias tecnologias foram desenvolvidas para este fim como o HighSpeed Circuit Switched Data (HSCSD), Enhanced Data Rates for Global Evolution (EDGE) e o GeneralPurpose Radio Services (GPRS). Segundo AL-SHAHRANI e AL-OLYANI (2009) o GPRS permite taxa de dados de 115 Kbps e a utilizaçãode códigos para correção de erros. Esta tecnologia é baseada na comutação por pacotes, o que torna o usoeficiente da largura de banda disponível com taxas de bits variável. É apropriado para serviços que utilizamtransmissão por rajadas, devido a sua capacidade de alocar dinamicamente os recursos. O EDGE representa uma fácil evolução do padrão GSM / GPRS rumo à terceira geração, possibilitandomaiores taxas de dados, usando a mesma portadora de 200KHz. As alterações na rede são mínimas, comfoco nas características de modulação e na implementação de nova codificação e decodificação do sinal,associadas com adaptações do sinal e envio de redundância de informação que aumentam a eficiência dautilização do espectro. Uma das principais características do EDGE esta no seu baixo custo de implantação,pois sua implementação é feita através da atualização de software das base transceiver station (BTS).

Terceira Geração O início dos estudos sobre os sistemas de terceira geração foi marcado por uma indecisão mantida por duascorrentes: uma defendia a criação de um único padrão mundial enquanto a outra defendia a evolução dasredes e sistemas atuais de forma a atender aos requisitos definidos a partir da visão 3G. Apesar de ambas asalternativas possibilitarem a economia de escala de fabricação para os componentes do sistema, a segundateve maior força, pois também permitia que os maciços investimentos já realizados pelas operadoras naimplantação das redes e pelos fabricantes em processo de fabricação e etapas de desenvolvimento deprodutos em todo o mundo fossem de certa forma protegidos. Os sistemas 3G provêm diversas vantagens em comparação a seus antecessores, pois além de oferecerserviços de telefonia e comunicação de dados com altas taxas de troughput, possui maior imunidade ainterferências. Os principais padrões desenvolvidos são:

UMTS: termo adotado para designar o padrão de 3ª Geração estabelecido como evolução para

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operadoras de GSM e que utiliza como interface rádio o WCDMA ou o EDGE. Esta tecnologiafoi desenvolvida para prover serviços com altos níveis de consumo de banda, como streaming,transferência de grandes arquivos e videoconferências para uma grande variedade de aparelhoscomo telefones celulares, PDAs e laptops. Possui taxas de transmissão que variam de 144 Kbpsa 2Mbps, que dependem diretamente do ambiente e da mobilidade do usuário.Evolution Data-Optimized (CDMA 1xEV-DO): O CDMA 1xEV-DO é a evolução do CDMA(IS-95), e possui alta performance para transmissão de dados com picos de até 2,4 Mbps.Portadoras distintas são necessárias para dados e voz neste sistema. O uplink permanecepraticamente inalterado em comparação com o CDMA2000, mas no downlink esta tecnologiautiliza a técnica TDMA. Opera em 800 e 1900MHz.HSPA: é o resultado da utilização de dois protocolos de telefonia móvel, o High SpeedDownlink Packet Access (HSDPA) e do High Speed Uplink Packet Access (HSUPA). Ele ampliae melhora o desempenho dos protocolos WCDMA existentes com taxa de dados que podemchegar até 14 Mbps no downlink e 5.8 Mbps no uplink.

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LTE: Conceitos de Transmissão e Recepção

Multiple Input – Multiple Output (MIMO) Nos últimos anos, a tecnologia MIMO surgiu como uma das abordagens mais promissoras paraalcançar maiores taxas de dados em sistemas celulares. Um sistema MIMO corresponde a um conjuntode antenas na transmissão e na recepção, caracterizando um sistema que utiliza diversidade espacial(3G Americas, 2009). Esta técnica associada a outras, como modulação de alta ordem, antenas adaptativas e poderososDSPs (Digital Signal Processor) garantem as altas taxas exigidas pelo padrão LTE. Este conceito vemsendo padronizado pelo 3GPP, e agora vem se tornando um fator determinante para as novastecnologias móveis devido as altas taxas de downlink e uplink exigidas. A figura 2 apresenta um típicosistema MIMO utilizando a configuração 2x2.

Figura 2: Sistema MIMO 2x2Fonte: 3G Americas, 2009 O 3GPP padroniza as técnicas de transmissão para o LTE utilizando a tecnologia MIMO apresentadasa seguir. Codificação espaço-tempo Neste caso o sistema MIMO fornece ganho de diversidade para combater o desvanecimento do sinalcausado por multi-percurso. Neste sistema, é feito uma cópia do sinal, porém eles são codificados deformas diferentes e são enviados simultaneamente por diferentes antenas. O fato de enviar a mesmaquantidade de dados por diferentes fontes ao mesmo tempo aumenta a força total do sinal enviado. Afigura 3 apresenta um sistema MIMO utilizando a codificação espaço-tempo.

Figura 3: Codificação espaço-tempoFonte: 3G Americas, 2009 O LTE ainda utiliza outra técnica similar a codificação espaço-tempo conhecida como SpaceFrequency Block Coded (SFBC). Este sistema também proporciona ganho de diversidade, porémnecessita apenas de uma antena na recepção. Isto ocorre, pois além de realizar a cópia do sinal ecodifica-los de forma diferente, eles são transmitidos em frequências distintas. (3G Americas, 2009)

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Multiplexação espacial Os sinais são enviados em vários feixes, que exploram o ambiente para alcançar o destino. Esserecurso é utilizado considerando as mudanças de direção do sinal quando este colide e desvia nosvários obstáculos que podem existir no caminho entre o emissor e o receptor conforme apresentado nafigura 4. As mudanças de percurso podem gerar atrasos em partes do sinal, que são compensados poralgoritmos sofisticados utilizados nas antenas receptoras, que fazem os cálculos baseando-se nareflexão sofrida pelo sinal ao longo do seu percurso. O receptor possui filtros que são capazes derecuperar o sinal original após a chegada através do tratamento de todos os feixes enviados pela fonte.

Figura 4: Multiplexação espacialFonte: 3G Americas, 2009 O MIMO ainda pode ser classificado como Multi-User MIMO (MU-MIMO) ou Single User MIMO(SU-MIMO). A principal diferença entre eles é que no SU-MIMO um único usuário transmite os dadospara o receptor enquanto no MU-MIMO vários usuários transmitem os dados para o receptorsimultaneamente. Estes recursos estão disponíveis tanto no downlink quanto para o uplink. Apesar deser suportado, o SU-MIMO não é indicado para uso no uplink devido a complexidade e aumento docusto no equipamento do usuário.

Modulação OFDMA O OFDM tem se tornado uma das principais técnicas utilizadas por tecnologias sem fio devido as suaspropriedades como tolerância contra interferência inter-simbólica e boa eficiência espectral. Estatécnica tem sido desenvolvida desde os anos 60, e uma de suas principais características é o baixocusto de implantação. O OFDM é uma técnica baseada na Modulação por Multi Portadoras (MCM – Multi CarrierModulation) e na Multiplexação por Divisão de Frequência (FDM – Frequency Division Multiplex) epode ser considerada como um método de modulação ou de multiplexação. Basicamente a modulaçãopor multi-portadoras divide a banda do sinal em portadoras paralelas que são chamadas subportadoras.Diferentemente dos sistemas tradicionais MCM, que utilizam subportadoras não sobrepostas, o OFDMutiliza subportadoras que são matematicamente ortogonais entre si, isto permite que cada informaçãopossa ser enviada por subportadoras sobrepostas, onde cada uma delas pode ser extraídaindividualmente (AL-SHAHRANI, Abdurrhman; AL-OLYANI, Hammod, 2009). Essa propriedadeajuda a reduzir interferências causadas por portadoras vizinhas e faz com que sistemas que utilizam oOFDMA possuam melhor eficiência espectral com relação a outros sistemas, conforme apresentado nafigura 5:

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Figura 5: Espectro de frequência do FDM tradicional e do OFDMFonte: AL-SHAHRANI e AL-OLYANI, 2009 Para o LTE, o OFDM divide a banda de frequência da portadora em pequenas subportadorasespaçadas de 15kHz, e modula cada uma individualmente usando QPSK, 16QAM ou 64 QAM. Háuma pequena diferença entre o OFDM e o OFDMA, pois no primeiro caso a banda de frequência édestinada a um único usuário enquanto no segundo caso vários usuários compartilham a banda aomesmo tempo conforme mostrado na figura 6. A divisão dos canais em pequenos subcanais ajuda oOFDM a combater o efeito de desvanecimento seletivo.

Figura 6: Diferença entre OFDM e OFDMAFonte: ANRITSU, 2010. Modulação SC-FDMA Várias alternativas continuam a ser estudas pelos órgãos responsáveis pela padronização do LTE parautilizar o melhor esquema de transmissão para o uplink. Apesar de o OFDMA atender aos requisitosde downlink, suas propriedades são menos favoráveis para o uplink, principalmente devido aodesvanecimento do parâmetro chamado Peak to Average Power Ratio (PAPR) no uplink. Assim, o esquema de transmissão para uplink LTE em FDD e TDD é o modo baseado em SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) com prefixo cíclico. A utilização deste métodotem como objetivos melhorar o desempenho em comparação a sinais OFDMA e a redução de custosnos projetos dos amplificadores utilizados pelo UE. Há diferentes formas para se gerar um sinal SC-FDMA. O modo conhecido como Discret FourierTransform - spread - OFDM (DTF-s-ODFM) foi escolhido para a Evolved Universal TerrestrialRadio Access Network (E-UTRAN). Seu princípio de funcionamento é ilustrado na figura 7.

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Figura 7: Diagrama de bloco do DFT-s-OFDMFonte: Rohde & Schwarz, 2009. Inicialmente o fluxo de dados é convertido de serial para paralelo. Cada bit é modulado etransformado do domínio do tempo para o domínio da frequência através da Transformada Rápida deFourier (FFT) e o resultado é mapeado nas subportadoras disponíveis. Após o sinal ser submetido aTransformada Inversa de Fourier (IFFT) é adicionado o prefixo cíclico, que é utilizado como umtempo de guarda entre os símbolos. Ao final do processo o sinal é convertido novamente de paralelopara serial. (Rohde & Schwarz, 2009). O DFT-s-OFDMA é a diferença fundamental entre a geração de sinal do SC-FDMA e do OFDMA. Emum sinal SC-FDMA, cada subportadora utilizada para transmissão contém informação de todos ossímbolos modulados transmitidos. Em contrapartida, cada subportadora com um sinal OFDM carregainformações relacionadas a um símbolo específico.

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LTE: Conceitos de Rede O LTE é a nova geração das redes móveis que foi padronizada pelo 3GPP. Inicialmente projetada paraprover serviços de dados, espera-se que esta rede melhore substancialmente o throughput do usuário,a capacidade do setor e reduza a latência do plano do usuário trazendo uma nova experiência comtotal mobilidade. Esta tecnologia está programada para fornecer suporte ao tráfego baseado em IP comQoS fim-a-fim. Ao contrário do HSPA, que foi acomodado dentro da arquitetura UMTS Release 99, o 3GPP estáespecificando um novo núcleo baseado em comutação por pacotes, o EPC, para apoiar a E-UTRANatravés de uma redução no número de elementos de rede, melhorar a redundância e permitir conexõescom outros serviços. Os principais objetivos desta tecnologia são o esforço para minimizar a complexidade do sistema e dosequipamentos dos usuários, permitir a distribuição flexível do espectro através de novas frequênciasou das faixas já utilizadas e permitir a coexistência desta rede com outras redes já implantadas como oGSM e o WCDMA além de oferecer altas taxas de downlink e uplink. O LTE apresenta requisitos de desempenho agressivos, que dependem de outras tecnologias como oOFDMA e MIMO para alcançar os seus objetivos. A tabela 3 apresenta um resumo sobre as principaiscaracterísticas desta rede: Tabela 3: Principais características do LTE

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS LTE

Pico da taxa de dadosDL: 100 Mbps UL:50 Mbps (para o espectro de 20MHz)

Suporte a MobilidadeA eficiência máxima encontra-se nas baixasvelocidades 0-15 Km/h, mas pode chegar até a 500Km/h.

Latência para o Plano de Controle < 100 ms (do modo idle para ativo)Latência para o Plano de Usuário < 5 msCapacidade do Plano de Controle > 200 usuários por célula (para o espectro de 5 MHz)Cobertura (tamanho das células) 5 -100Km com pequena degradação após os 30 KmEspectro 1.25, 2.5, 5, 10, 15 e 20 MHz.

Fonte: 3GPP, 2010A seguir serão descritos os principais elementos da rede, protocolos e funcionalidades que compõem oLTE.

Topologia A figura 8 apresenta a topologia de rede utilizada pelo LTE:

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Figura 8: Topologia LTEFonte: D’ÁVILA, 2009 De acordo com D’avila (2009), as principais diferenças na arquitetura LTE em comparação com asreleases anteriores estão na supressão do RNC e no sistema baseado em IP. A rede possui 4 grandesdomínios que estão divididos em:

User Equipament (UE): dispositivo de acesso do usuário.E-UTRAN: é composta de uma rede mesh de eNodeBs que se comunicam através da interfaceX2. A eNodeB contêm as camadas física (PHY), Medium Accesss Control (MAC), Radio LinkControl (RLC) e o protocolo de controle de pacotes de dados. Ainda inclui a funcionalidade decompressão de cabeçalho, criptografia, gestão de recursos do rádio, controle de admissão,negociação de QoS no uplink e broadcast contendo informações da célula.EPC: nele estão contidos os principais elementos da rede. Eles desempenham as principaisfunções do sistema e são definidos como:

MME (Mobility Management Entity): é o principal elemento de controle no EPC. Entreas suas funções estão autenticação, segurança, gerenciamento de mobilidade,gerenciamento de perfil do usuário, conexão e autorização de serviços.S-GW (Serving Gateway): este elemento faz o roteamento dos pacotes de dados dosusuários entre a rede LTE e outras tecnologias como o 2G / 3G utilizando a interface S4.Gerencia e armazena informações do UE como parâmetros de serviços IP suportados einformações sobre o roteamento interno dos pacotes na rede.P-GW (Packet Data Network Gateway): é o roteador de borda entre o EPC e redes depacotes externas. Realiza a filtragem e controle de pacotes requeridos para os serviços emquestão. Tipicamente, o P-GW aloca endereços IP para os equipamentos dos usuáriospara que eles possam se comunicar com outros dispositivos localizados em redes externas.PCRF (Policy and Charging Resource Function): elemento de rede responsável peloPCC – Política e Controle de Carga. Provê o QoS adequado para que os serviçossolicitados possam utilizar os recursos apropriados.HSS (Home Subscriber Server): banco de dados de registro do usuário. Executa de fato,

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funções equivalentes às do HLR, AuC e EIR definidos nas releases anteriores.Serviços: provê a interligação do LTE com outras redes.

Esta arquitetura permite uma drástica redução de custos referentes a operação e aquisição deequipamentos, uma vez que o E-UTRAN pode ser compartilhado por várias operadoras enquanto noEPC cada uma possui equipamentos próprios e define a sua própria topologia e os seus elementos denúcleo da rede com MME, S-GW e P-GW.

Pilha de Protocolos LTE Nesta seção serão apresentadas as funções dos diferentes protocolos e sua localização na arquiteturaLTE. Eles estão dispostos de acordo com a figura 9.

Figura 9: Diagrama da rede LTEFonte: ANRITSU, 2010 No plano de controle, o protocolo Non-Access Stratum (NAS), que funciona entre o MME e a UE, éutilizado para fins de controle, tais como conexão de rede, autenticação e gestão de mobilidade. Todasas mensagens NAS são cifradas e sua integridade é garantida pelo MME e UE. A camada Radio Resource Control (RRC) na eNodeB toma decisões de handover com base emmedições do nível de sinal das células vizinhas que são enviadas pelo UE. Além desta função estacamada ainda envia mensagens de broadcast contendo informações do sistema e controla as mediçõesdos parâmetros do UE como a periodicidade do Channel Quality Information (CQI). No plano de usuário, a camada Packet Data Control Protocol (PDCP) é responsável pela compressão/ descompressão dos cabeçalhos dos pacotes IP dos usuários através do Robust Header Compression(ROHC). Este artifício permite uma eficiente utilização da largura de banda na interface aérea. Estacamada realiza também a criptografia dos dados tanto no plano do usuário quanto no plano decontrole. A camada RLC é utilizada para formatar e transportar os dados entre a UE e a eNodeB. Esta camadaoferece três modos diferentes de confiabilidade para o transporte de dados, o Modo Reconhecido (AM- Acknowledged Mode), Modo Não Reconhecido (UM - Unacknowledged Mode) ou ModoTransparente (TM – Transparent Mode). O modo UM é adequado para o transporte de serviços emtempo real, pois eles são susceptíveis ao atraso e não permitem retransmissões. O modo AM por outrolado, é adequado para serviços que não são transmitidos em tempo real, como arquivos paradownload. O modo TM é utilizado quando o tamanho dos quadros já são previamente conhecidos,como a mensagem de broadcast contendo informações do sistema. A RLC também oferece a entregasequencial das Service Data Units (SDUs) para as camadas superiores eliminando as informações

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duplicadas. De acordo com as condições do canal rádio, esta camada pode segmentar as SDUs. Existem dois níveis de re-transmissões para fornecer confiabilidade, Hybrid Automatic RepeatreQuest (HARQ) na camada MAC e ARQ externa na camada RLC, que funciona como umcomplemento para tratar os erros residuais que não são corrigidos pelo HARQ. Vários processos dotipo “stop-and-wait” são empregados pelo HARQ para garantir uma retransmissão assíncrona nodownlink e uma retransmissão síncrona no uplink. Retransmissões síncronas significam que os blocosHARQ ocorrem em um intervalo de tempo periódico pré-definido, desta forma nenhuma sinalização énecessária para indicar ao receptor a retransmissão dos dados. Já o HARQ assíncrono oferece apossibilidade de programar a retransmissão dos dados baseado nas condições da interface aérea. Asfiguras 10 e 11 mostram a estrutura da camada 2 para uplink e downlink respectivamente. As camadasPDCP, RLC e MAC constituem a camada 2.

Figura 10: Estrutura da camada 2 para downlinkFonte: MOTOROLA, 2009.

Figura 11: Estrutura da camada 2 para uplinkFonte: MOTOROLA, 2009 Canais e Sinalizações do LTE Canais Físicos

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Segundo Anritsu (2010) o E-UTRAN foi desenvolvido com o conceito de rede baseada totalmente emIP. Uma das principais consequências desta mudança é a substituição dos elementos que utilizam acomutação por circuito por elementos baseados na comutação por pacote. No entanto o uso de canaiscompartilhados e canais de broadcast que já foram introduzidos pelo 3GPP nas releases anteriores (ex:HSDPA, HSUPA e MBMS) são reutilizados no LTE. Esta tecnologia não faz uso dos canais dedicados,cuja função é transportar os dados de um usuário específico. Isto incrementa eficiência na interfaceaérea, pois a rede pode controlar a utilização dos recursos em tempo real de acordo com a demanda, enão há mais necessidade de se definir níveis fixos de recursos para cada usuário. Os canais de rádio do LTE estão separados em dois tipos, os canais físicos e os sinais físicos. Os canaisfísicos correspondem a um conjunto de elementos que transportam as informações provenientes dascamadas mais altas (NAS). Os sinais físicos são utilizados somente pela camada física (PHY) e nãocarregam nenhum tipo de informação das camadas mais altas. (Anritsu, 2010). Os canais físicos podem ser classificados como canais de downlink ou uplink e estão dispostosconforme apresentado abaixo:

Figura 12: Disposição dos canais físicos Downlink Os canais físicos do downlink são apresentados a seguir:

Physical Broadcast Channel (PBCH): A cada 40 ms o canal PBCH envia informações sobre osistema para que o UE possa se conectar a rede.Physical Control Format Indicator Channel (PCFICH): Informa para o UE o número desímbolos OFDM utilizados para transmitir o canal de controle PDCCH. Este canal é transmitidoem todos os frames e utiliza modulação QPSK.Physical Downlink Control Channel (PDCCH): Os UEs obtêm os recursos de alocação para ouplink e downlink através deste canal.Physical Downlink Shared Channel (PDSCH): É mapeado no canal de transporte DL-SCH econtêm os dados dos usuários.Physical Multicast Channel (PMCH): Carrega informações de multicast que são enviadas amúltiplos UEs simultaneamente. Assim como o PDSCH, este canal possui várias opções demodulação incluindo QPSK, 16-QAM ou 64-QAM.

Sinais Físicos16

Os sinais físicos do downlink são apresentados a seguir:

Reference Signal (RS): Os UEs utilizam o RS para estimar o canal de downlink. O RS é oproduto de uma sequência ortogonal e uma sequência pseudo-aleatória. A especificação do3GPP identifica 504 possibilidades de sequência para este sinal.Synchronization Signal (P-SS e S-SS): Os UEs utilizam o Primary Synchronization Signal(P-SS) e o Secondary Synchronization Signal (S-SS) para sincronizar os frames e para requisitarinformações como frequência e ID da célula.

Uplink Os canais físicos do uplink são apresentados a seguir:

Physical Uplink Control Channel (PUCCH): Este canal transporta informações de controlecomo o CQI, ACK/NACK em resposta as transmissões de downlink e agendamentos de pedidosde uplink.Physical Uplink Shared Channel (PUSCH): É mapeado no canal de transporte UL-SCH econtêm os dados dos usuários.Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH): Carrega as informações ACK/NACK emresposta as transmissões de uplink.Physical Random Access Channel (PRACH): Este canal é utilizado para funções de acessoaleatório.

Sinais Físicos Os sinais físicos do uplink são:

Demodulation Reference Signal;Sounding Reference Signal.

Canais de Transporte Há um esforço significativo por parte dos órgãos reguladores do LTE para simplificar o mapeamentodos canais de transportes e canais lógicos. Os canais de transporte se distinguem pelas característicascom o qual os dados são transmitidos através da interface rádio. A camada MAC é responsável pormapear os canais de transporte nos canais lógicos e seleciona o formato de transporte mais adequado(Motorola, 2009). Assim como os canais físicos os canais de transporte podem ser classificados como canais de downlinkou uplink conforme apresentados a seguir:

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Figura 13: Disposição dos canais de transporte Downlink Os canais de transporte do downlink são apresentados a seguir:

Broadcast Channel (BCH): É caracterizado pelo formato pré-definido de transporte. Este canalcarrega as informações de broadcast em uma área definida pela cobertura de uma célula.Downlink Shared Channel (DL-SCH): Provê suporte para o HARQ e para o link adaptativodinâmico, este parâmetro possibilita a variação da modulação, da codificação e da potênciatransmitida. Pode ser utilizado como canal de broadcast no interior da célula.Paging Channel (PCH): Provê suporte para a recepção descontínua, isso permite umaeconomia no consumo de energia da bateria do UE. Pode ser utilizado tanto como um canal detrafego quanto para controle.Multicast Channel (MCH): Utilizado para enviar informações multicast para os UEs. Estasmensagens podem ser enviadas simultaneamente para vários dispositivos.

Uplink Os canais de transporte do downlink são apresentados a seguir:

Uplink Shared Channel (UL-SCH): Provê suporte para o HARQ e para o link adaptativodinâmico, este parâmetro possibilita a variação da modulação, da codificação e da potênciatransmitida.Random Access Channel (RACH): Canal utilizado para efetuar o acesso ao sistema. Apenaspermite o envio de uma identificação provisória e a razão do acesso.

Canais Lógicos Estes canais proveem as funcionalidades requeridas pelas camadas de níveis superiores para entregade aplicativos e serviços. Na camada 3 o protocolo NAS é utilizado para interligar os canais lógicos.Eles são mapeados dentro dos canais de transporte na camada 2, através do elemento RRC. Ogerenciamento dos dados do usuário é feito pelo PDCP na camada 2, o controle e as conexões dacamada física é feito pelos elementos RLC, MAC e PHY na camada 1 (Motorola, 2009).

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Figura 14: Disposição dos canais lógicos Na pilha de protocolos do LTE os canais de transporte são encapsulados pelos canais lógicos. Estescanais proveem as funcionalidades para as camadas mais altas e são especificados em termos dosserviços ao qual eles suportam. Cada canal lógico é definido pelo tipo de informação transferida,geralmente estes canais são divididos em 2 grupos, os canais de controle (utilizado para transferênciade informação no plano de controle) e os canais de tráfego (utilizado para transferência de informaçãono plano do usuário), conforme apresentado no esquema a seguir: Canais de Controle Os canais de controle são apresentados a seguir:

Broadcast Control Channel (BCCH): Canal utilizado no downlink para fazer o broadcast dasinformações de controle do sistema.Paging Control Channel (PCCH): Canal de downlink responsável pela transferência dasinformações de paging. É utilizado pelo sistema para que a rede possa localizar em qual célulaestá o UE.Common Control Channel (CCCH): Este canal é utilizado para obter informações de acessoaleatório.Multicast Control Channel (MCCH): Canal de downlink ponto-a-ponto utilizado paratransmitir informações de controle MBMS da rede para o UE. Este canal é utilizado somente pordispositivos que suportam o MBMS.Dedicated Control Channel (DCCH): Canal bi-direcional ponto-a-ponto que transmiteinformações de controle dedicadas entre o UE e a rede. Utilizados pelos dispositivos quando elesfazem uma conexão RRC.

Canais de Tráfego Os canais de tráfego são apresentados a seguir:

Dedicated Traffic Channel (DTCH): É um canal ponto-a-ponto dedicado para um UE. Éutilizado para transferir as informações do usuário tanto no downlink quanto no uplink.Multicast Traffic Channel (MTCH): É um canal de downlink ponto-a-ponto responsável pelatransmissão do tráfego de dados da rede para o UE. Este canal e utilizado somente pordispositivos que suportam o MBMS.

Mapeamento dos Canais O mapeamento dos canais entre as camadas física, de transporte e lógica são representados nas figuras12 e 13.

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Figura 15: Mapeamento dos canais de downlinkFonte: ANRITSU, 2010

Figura 16: Mapeamento dos canais de uplinkFonte: ARITSU, 2010 Estrutura de Frame Para que o sistema seja capaz de sincronizar e gerir os diferentes tipos de informações que trafegamentre a eNodeB e o UE, o 3GPP padronizou a estrutura de frame utilizada pelo LTE. Esta estruturadifere entre os modos Time Division Duplex (TDD) e o Frequency Division Duplex (FDD). De acordo com Anritsu (2009), cada frame é definido em função da variável Ts, que é a unidadebásica de tempo utilizada pelo LTE e pode ser descrita como, Ts = 1/(15000 x 2048) = 32,6 nanosegundos. Tanto as transmissões de downlink quanto de uplink são organizadas em frames comduração igual a Tf = 307200 x Ts, que equivalem a aproximadamente a 10 ms. Cada frame possui 10subframes de 1ms e cada subframe é dividido em slots com duração de 0,5 ms. Dois tipos de estrutura de frames são definidos para o LTE:

Tipo 1: utiliza FDDTipo 2: utiliza TDD

Para a estrutura de frame tipo 1, os frames são divididos em 20 slots de 0,5 ms. Um subframe consistede dois slots consecutivos, assim um frame de rádio contém dez subframes conforme apresentado nafigura 17.

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Figura 17: Estrutura de frame tipo1Fonte: ANRITSU, 2010 Ainda de acordo com Aritsu (2009), para a estrutura de frame tipo 2, cada frame de rádio de 10ms éconstituído de dois semi-frames de 5 ms de comprimento onde cada um é dividido em 5 subframes de1ms cada, conforme apresentado na figura 18. Existem 3 subframes considerados especiais que sãoreservados para o downlink e uplink respectivamente. Estes subframes especiais consistem em 3campos: Downlink Pilot Timeslot (DwPTS), Guard Period (GP), e Uplink Pilot Timeslot (UpPTS).Todos os subframes que não são considerados especiais são definidos como dois slots de duração de0,5 ms em cada subframe.

Figura 18: Estrutura de frame tipo 2Fonte: ANRITSU, 2010. A figura 18 representa uma transmissão de 5 ms e os campos especiais são apresentados nos subframes1 e 6. Para a transmissão de 10ms, os campos especiais no subframe 6 não são utilizados. Ossubframes 0, 5 e o campo DwPTS são sempre reservados para o downlink, já o campo UpPTS e osubframe que imediatamente procede este campo são reservados para o uplink. Para o transporte das informações do usuário, o LTE utiliza 12 subportadoras espaçadas de 15 kHz.Cada bloco possui o mesmo tamanho para todas as larguras de bandas definidas para o LTE. Os dadossão alocados para o UE através dos blocos de recursos. Cada UE pode ser alocado em vários blocos derecursos no domínio da frequência, onde cada bloco não precisa ser necessariamente ser adjacente umcom o outro conforme apresentado na figura 19. No domínio do tempo, a decisão de agendamento éfeita pela eNodeB. O algoritmo de agendamento deve levar em conta a situação do link de rádio dediferentes usuários, a situação global de interferências, exigências de QoS, prioridades de serviços, etc.(Rohde & Schawrz, 2009).

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Figura 19: Alocação dos blocos de recursos para os usuáriosFonte: Silva, 2010 O número de símbolos OFDM utilizados depende da configuração do sistema. Para cada símboloOFDM, um prefixo cíclico (CP) é utilizado como banda de guarda. Um slot de downlink é constituídode 6 ou 7 símbolos, essa variação se deve ao fato do sistema utilizar a configuração de prefixo cíclicoestendido ou prefixo cíclico normal respectivamente. O prefixo Cíclico Estendido é habilitado paracélulas com grande área de cobertura e com alto atraso de propagação no canal de rádio (Anritsu,2010). A figura 20 apresenta o esquema de transmissão dos frames tanto para o TDD quanto para o FDD.

Figura 20: Esquema de transmissão FDD e TDDFonte: ANRITSU, 2010 O quadro abaixo apresenta o número máximo de Blocos de Recurso utilizados pelo LTE para asdiferentes larguras de banda utilizadas por este padrão:

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Quadro 1: Dimensionamento dos Blocos de RecursosFonte: ANRITSU, 2010 É possível estimar a taxa de dados trafegados em 1 bloco de recursos. Para isso será considerado que osistema possui as seguintes características:

14 símbolos OFDM por subframe de 1 ms;Modulação de 64 QAM com 6 bits por símbolo;

Então:x 14 = 84 bits por subframe de 1ms;84 bits/ 1ms = 84kbps por subportadora;12 subportadoras x 84kbps = 1.008 Mbps por bloco de recurso;Utilizado a banda de 20 MHz temos 100 blocos de recurso disponíveis, desta forma:100 x 1.008 Mbps = 100.8 Mbps por antena;

Utilizando antena MIMO com configuração 4x4 é possível alcançar taxas de 403.2 Mbps. Na prática ataxa máxima alcançada chega a 320 Mbps.

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LTE: Voz sobre LTE Quando se trata de uma nova geração de serviços móveis, os assinantes provavelmente esperam queos seus dispositivos possam trabalhar tão bem, ou melhor, do que os seus dispositivos atuais 2G/3G.Esta experiência vale tanto para voz quanto para dados e cria no usuário a expectativa de novosserviços gerados por esta nova tecnologia. Segundo o 3G Americas (2010), a percepção do assinante, o valor global do serviço prestado éreferido como Quality of Experience (QoE). O QoE leva em consideração todos os fatores quecontribuem para a percepção geral do usuário como velocidade, largura de banda, conjunto derecursos, área de cobertura, mobilidade, custo, personalização e escolha. Para fornecer QoE que atenda as expectativas do assinante, os fatores a seguir serão consideradoscríticos para o sistema LTE:

O dispositivo LTE deve prover altas taxas de troughput com baixa latência.O sistema LTE deve prover características e funcionalidades equivalentes ou melhores que astecnologias anteriores.Chamadas em curso e os recursos utilizados pelo UE devem ser mantidos enquanto o dispositivose desloca das zonas cobertas pelo LTE para as áreas de cobertura do 2G/3G.A rede deve prover interoperabilidade entre as operadoras e proporcionar capacidade integral deroaming.O sistema deve ser capaz de fazer distinção entre os planos de usuários e prover diferentes taxasde dados, serviços, QoS, etc.

Baseado nestas considerações o LTE não é considerado como a 4ª geração da telefonia móvel, pois,para simplificar e reduzir os custos de implantação, inicialmente o LTE foi desenvolvido para oferecersomente serviços de dados. Esta estratégia tem como vantagem a sua rápida implementação sem quehaja a necessidade de se criar uma solução para o serviço de voz. Além disso, os operadores podemganhar experiências operacionais e de implantação com LTE, antes de adicionar a complexidade davoz e de seus extensos requisitos regulamentares. A voz ainda é uma grade geradora de receita para as operadoras de telefonia móvel, porém, devido agrande demanda de usuários por altas taxas de dados, as operadoras pretendem implantar uma rede dedados de alta capacidade que seja compatível com as redes 2G e 3G já implantadas. Com isso osoperadores esperam oferecer altas taxas de troughput com o LTE e caso o assinante necessite realizarchamadas de voz, o mesmo seria comutado para as redes 2G e 3G existentes. Isto é feito através dasolução conhecida como CS-Fallback, que é a interface entre a rede LTE e as redes GSM / UMTS (3GAmericas, 2010). O CS-Fallback funciona de duas maneiras:

Para fazer chamada, o UE migra para a rede 3G e procede com a chamada normalmente.Para as chamadas recebidas inicia-se um procedimento de transição entre as redes LTE e 2G /3G para receber as chamadas. Se houver uma sessão de dados ativa, ela pode ser migrada para arede 3G.

A figura 21 apresenta a arquitetura de referência utilizada pelo LTE, onde os elementos da rede sãoconectados por interfaces padrão. Através desta arquitetura é possível fazer a comutação da rede LTEpara as redes 2G/3G para oferecer os serviços de voz e SMS aos usuários. A interface SGs queinterliga a MSC ao MME é responsável por realizar as funções de paginação. A interface S3 queinterliga o MME ao SGSN facilita a continuação de uma sessão ativa de dados enquanto o usuário

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migra do LTE para a rede 3G.

Figura 21: Arquitetura de referência LTEFonte: 3G Americas, 2010 A interface SGs também pode ser usada para fornecer suporte de SMS sobre a rede LTE. Um centrode SMS está conectado a MSC 3G através de uma interface padrão. O MSC servidor pode entregar asmensagens SMS via interface SGs ao MME. Para o serviço de SMS o sistema não exige uma MSCcompleta, é necessária apenas uma versão simplificada do MSC servidor (3G Americas, 2010). Paralelamente aos estudos para se utilizar as redes sobrepostas, várias alternativas vêm sendodesenvolvidas para prover serviços de voz e SMS sobre o LTE. Dentre elas destaca-se a Voice OverLTE via Generic Access (VOLGA), que permite aos operadores implementarem estes serviços combase em um padrão existente desenvolvido pelo 3GPP conhecido como Generic Access Network(GAN). O VOLGA ainda exige que um elemento conhecido como VOLGA Access Network Controller(VANC) seja adicionado ao núcleo das redes GSM / UMTS existentes (3G Americas, 2010). Esta modificação permite que a rede LTE suporte serviços baseados em comutação por circuitoatravés da criação de um túnel IP, que permitirá à criação da interface A para fazer a comunicaçãocom o núcelo da rede GSM-UMTS. Uma preocupação por parte dos operadores e fabricantes quanto autilização desta solução, está na dificuldade em se realizar o roaming, pois sem a padronização dassoluções de voz utilizadas pelo LTE, esta se tornaria uma tarefa quase impossível se ser realizada.

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LTE: Considerações Finais O LTE está bem posicionado para atender aos requisitos das redes móveis de próxima geração – tantopara as operadoras existentes que seguem 3GPP/3GPP2, como para as novas. Com ela, poderão seroferecidos serviços de banda larga móvel de elevado desempenho para o mercado de massa, por meiode uma combinação de elevadas taxas de bit e throughput – tanto no uplink como no downlink – combaixa latência. Analisando com cuidado as técnicas apresentadas na escala evolutiva do 3GPP, observamos apreocupação com dois aspectos complementares: de um lado a tentativa de aumentar a eficiênciaespectral com a adoção de técnicas de modulação de alta ordem, como o 64QAM e a utilização detécnicas de acesso como o OFDMA, e de outro a tentativa de melhorar o C/I com a adoção detécnicas como o MIMO, a diversidade de recepção e o cancelamento sucessivo de interferência. Como aumento de ordem da modulação, tende-se a aumentar a vulnerabilidade do receptor no caso deocorrência de interferências, porém isto é compensado pelo uso do FDMA. Já o MIMO tentaminimizar o efeito da interferência percebida, viabilizando o uso mais eficiente do espectro defrequência. A infra-estrutura LTE é projetada para ser a mais simples possível de implementar e operar, por meiode tecnologia flexível que pode utilizar várias faixas de frequência. O LTE oferece larguras de bandaescalonáveis, de menos de 5MHz a 20MHz, com suporte a espectros de FDD e TDD. A arquiteturaLTE reduz o número de nós, suporta configurações flexíveis de rede e fornece um alto nível dedisponibilidade de serviço. Além disso, terá interoperabilidade com GSM, WCDMA/HSPA,TD-SCDMA e CDMA. Apesar de não ser considerada efetivamente como uma tecnologia de 4ª geração, o LTE se apresentacomo uma tecnologia promissora que permitirá ao usuário uma experiência real de banda larga móvel.O 3GPP continua a realizar os estudos para definir os parâmetros da 4ª geração das comunicaçõesmóveis através da Release-10 conhecida como LTE Advanced. Esta tecnologia irá reunir dois aspectosfundamentais da telefonia móvel: a utilização de altas taxas de dados com as facilidades encontradasnas tecnologias que antecedem o LTE como o tráfego de voz e SMS. O LTE estará disponível nãoapenas nos telefones móveis de próxima geração, mas também nos notebooks, câmeras fotográficas,câmeras de vídeo, terminais sem fio fixos e outros dispositivos que se beneficiam da banda largamóvel.

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CASTRO, Maria Cristina Felippeto. Sistemas Wireless e Padrões. 2009. Pontifícia UniversidadeCatólica do Rio Grande do Sul, Departamento de Engenharia elétrica, Rio Grande do Sul.

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LTE: Teste seu entendimento 1. Segundo o contexto do tutorial, qual dos padrões abaixo não faz parte dos sistemas celularesde terceira geração (3G)?

UMTS.

GSM-EDGE.

HSPA.

CDMA 1xEV-DO. 2. Como pode ser definido um sistema com a tecnologia MIMO (Multiple Input – MultipleOutput)?

Um sistema MIMO corresponde a um conjunto de antenas na transmissão e na recepção queutiliza diversidade espacial.

Um sistema MIMO corresponde a um conjunto de antenas na transmissão e na recepção queutiliza diversidade temporal.

Um sistema MIMO corresponde a um conjunto de antenas na transmissão e na recepção queutiliza diversidade geográfica.

Um sistema MIMO corresponde a um conjunto de antenas na transmissão e na recepção queutiliza diversidade espectral de frequências.

3. Qual dos elementos abaixo fazem parte da topologia das redes LTE?

User Equipament (UE).

Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN).

Evolved Packet Core (EPC).

Serviços.

Todos os elementos anteriores.

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