Novas tecnologias para redes 5G (10) - Copia

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VII SRST – SEMINÁRIO DE REDES E SISTEMAS DE TELECOMUNICAÇÕES 
INSTITUTO NACIONAL DE TELECOMUNICAÇÕES – INATEL 
ISSN 2358-1913 
SETEMBRO-2017 
 
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto Nacional de 
Telecomunicações, como parte dos requisitos para a obtenção do Certificado de 
Pós-Graduação em Engenharia de Redes e Sistemas de Telecomunicações. 
Orientador: Prof. (José Marcos Camara Brito). 
 
Abstract—this article presents a study about the importance of 
new research and perspectives for 5G networks, selecting some 
technology models that are considered new. It describes technical 
aspects of these technologies that together contribute to meet the 
prerequisites of 5G. Finally, a projection of the current need of a 
mobile network user with new and advanced communication is 
performed, since such applications and technologies tend to a 
single ubiquitous telecommunications system convergence. 
Index Terms—5G; Technologies; Cellular Networks. 
Resumo—este artigo objetiva apresentar um estudo sobre a 
importância das novas pesquisas e perspectivas para as redes 5G, 
selecionando alguns modelos de tecnologia que são considerados 
de nova geração. Descrevem-se aspectos técnicos dessas 
tecnologias que, em conjunto, contribuem para atender os pré-
requisitos das redes 5G. Por fim, realiza-se uma projeção entre a 
atual necessidade de um usuário da rede móvel com as novas e 
avançadas tecnologias de comunicação, uma vez que tais 
aplicações e tecnologias tendem à convergência de um sistema 
único de telecomunicações onipresente. 
Palavras-chaves— 5G; Tecnologias; Redes Celulares. 
I.INTRODUÇÃO 
A importância da evolução em sistemas de telecomunicações 
é cada vez mais notável, uma vez que esta evolução tem o 
potencial de unificar todas as classes sociais a favor de um 
único objetivo: o desenvolvimento da sociedade. Hoje, os 
usuários utilizam, cada vez mais, diversas aplicações 
disponíveis em seus dispositivos móveis, unindo o acesso à 
Internet banda larga com streaming de áudio e vídeo, download 
de arquivos, serviços de localização, jogos em tempo real e 
serviços multimídia em geral. 
Atualmente, ao se falar de comunicações móveis, torna-se 
eminente a necessidade de se realizar uma conexão cada vez 
mais eficiente. Esta eficiência não diz respeito apenas a elevar 
a taxa de transmissão, mas também em uma série de requisitos 
e desafios que surgem com a crescente demanda dos usuários. 
Pode ser citada a criação de uma rede onipresente, 
proporcionando interoperabilidade entre padrões e dispositivos, 
com requisitos que incluem, além de altas taxas de transmissão, 
baixa latência, alta confiabilidade, segurança da informação e o 
menor consumo de energia possível do sistema. 
Técnicas de transmissão que buscam a utilização eficiente do 
espectro, a exemplo de rádios cognitivos, são possíveis 
soluções para contornar os problemas de congestionamento do 
espectro. O advento da Internet das Coisas (Internet of Things) 
e ainda a possibilidade de processamento na nuvem de rede 
(Cloud Computing) são algumas das inúmeras projeções que 
podem ser entrelaçadas com a quinta geração de telefonia 
móvel celular (5G). 
O objetivo deste artigo é apresentar um estudo sobre a 
importância das novas pesquisas e perspectivas para as redes 
5G, selecionando alguns modelos de tecnologia que vem sendo 
considerados como fortes candidatos para a realização dessa 
nova geração. Juntamente, descrevem-se aspectos técnicos 
dessas tecnologias que, em conjunto, contribuem para atender 
os requisitos da quinta geração. 
Por fim, realiza-se uma projeção entre a atual necessidade de 
um usuário da rede móvel com as novas e avançadas 
tecnologias de comunicação, uma vez que tanto aplicações 
quanto tecnologias tendem à convergência em um sistema 
único de telecomunicações onipresente. 
O restante deste artigo está organizado da seguinte forma: na 
Seção II apresentam-se os principais aspectos e características 
das tecnologias e técnicas que estão sendo consideradas como 
candidatas para contribuir com o 5G. Na Seção III é apresentada 
a conclusão e o fechamento do artigo, unificando todas as 
informações em uma projeção para o desenvolvimento e 
padronização da quinta geração de sistemas celulares. 
II.PRINCIPAIS TÉCNICAS E TECNOLOGIAS PARA A 
QUINTA GERAÇÃO DE REDES CELULARES 
Nos próximos tópicos abordam-se algumas técnicas que se 
revelam mais coerentes, eficientes e inovadoras para o padrão 
5G. Como resultado de estudos, experiências e simulações, 
estes modelos propostos apresentam características que 
merecem destaque em vários âmbitos. 
A melhoria no aproveitamento do consumo de energia do 
sistema, a organização da rede, a otimização no uso do espectro 
e o aumento da taxa de transmissão de dados apresentam-se 
como aspectos chaves para a evolução da tecnologia para o 5G. 
1) SON (Self-Organizing Network) 
A Self-Organizing Network (SON) está introduzida como 
uma parte do 3GPP – LTE [1][2] e consiste como uma das peças 
chaves para melhorar a O&M (Operation and Maintenance 
Services) das redes de telecomunicações móveis, no qual 
habilita funções automatizadas nas redes de telecomunicações, 
como: autoconfiguração, auto-otimização e auto-recuperação. 
Essas técnicas contemplam reduzir custos de instalação e 
gestão, simplificando parte das tarefas operacionais através de 
procedimentos e mecanismos automatizados. A premissa vale 
desde aproveitar recursos em consumo de energia dos 
equipamentos, intervenção nos elementos, até recursos de 
endereços IP. O conceito de SON tem como objetivo a redução 
de custos de operação e a simplificação da gestão da rede, 
apresentando benefícios como: (i) redução do tempo de 
instalação e custos; (ii) redução de despesas operacionais 
Novas tecnologias para redes 5G 
Rodrigo Hiroyuki Ito, José Marcos Camara Brito 
 
 
(OPEX) devido à redução da intervenção humana na rede; (iii) 
redução de despesas de capital (CAPEX) devido ao uso mais 
otimizado de elementos da rede e espectro; (iv) qualidade de 
experiência QoE (Quality of Experience) e (v) melhor 
desempenho da rede [1] [2] [3]. 
A) Funcionalidades da SON 
A SON subdivide-se em três categorias funcionais: 
autoconfiguração, auto-otimização e auto-recuperação [2][3]. 
Autoconfiguração 
A autoconfiguração consiste no processo pelo qual os nós de 
acesso, também chamados de eNodeBs, são configurados a 
partir de procedimentos de instalação automatizados, a fim de 
obter o básico necessário para a configuração e a operação do 
sistema. Quando o eNodeB é ligada, ela é imediatamente 
reconhecida e registrada pela rede. Em seguida, as eNodeBs 
vizinhas ajustam automaticamente seus parâmetros técnicos, 
com o objetivo de proporcionar a cobertura e capacidade 
requeridas e, também, de evitar interferência. 
O processo de autoconfiguração funciona em um estado pré-
operacional, iniciado quando um endereço IP é atribuído ao 
novo eNodeB e informações do subsistema de 
autoconfiguração (Subsystem Self-Configuration - SSC) de 
OAM (Operation and Management) são enviadas à eNodeB. O 
segundo passo é associar o eNodeB a um Gateway, permitindo 
assim a troca de pacotes IP com outros nós na Internet. Por 
conseguinte, o eNodeB fornece informações para o SSC para 
autenticação. 
Os softwares necessários e os dados de configuração são 
adquiridos diretamente do SSC. Desse modo, estabelece-se 
automaticamente configurações das interfaces X2 e S1. A 
interface X2 é responsável pela comunicação entre dois 
eNodeBs, principalmente no caso de mensagens de handover; 
enquanto a interface S1 conecta o eNodeB à Entidade de 
Gerenciamento de Mobilidade (MME - Mobility Management 
Entity) [1]. 
Auto-otimização 
Atualmente a otimização das redes móveis se baseia na 
análise da rede por meio de drive-test e key-performance-
indicator, procedimentos que consistem em coleta manual de 
dados. Essa gestão manual das redes é complicada e lenta, 
exigindo cada vez mais recursos humanos e inviabilizandoo 
crescimento da rede de maneira eficaz. 
Além disso, a análise é feita em um lugar específico, o que 
restringe a eficácia da otimização realizada somente no cenário 
coletado. 
A auto-otimização propõe a configuração de parâmetros da 
rede de forma automatizada e dinâmica. Esse procedimento 
consiste na coleta de informações através de medições no 
dispositivo móvel e na eNodeB para que, em seguida, com a 
ajuda de uma ferramenta externa de otimização, os dados de 
configuração sejam otimizados na rede. 
Outra das principais características da SON é o 
estabelecimento automático das listas de vizinhanças. Este 
processo é conhecido como ANR (Automatic Neighbor 
Relation), no qual uma lista de vizinhança adequada promove 
uma melhor qualidade de handover na rede, diminuindo as 
quedas de chamadas provocadas por essa ação [2]. 
Uma vez que o sistema gere suas listas de vizinhanças, é 
possível criar um sistema de gerenciamento de energia baseado 
no desligamento de algumas rádio-bases durante períodos de 
baixo tráfego. Nesta situação, as estações que permanecem 
ligadas devem reajustar os parâmetros de cobertura e, também, 
suas listas de vizinhanças, para evitarem falhas de cobertura e 
handover. Assim, se houver um crescimento repentino no 
tráfego, as estações que estavam em stand-by podem ser ligadas 
de maneira quase instantânea. Este mecanismo permite uma 
significativa economia de energia para as operadoras de 
telefonia móvel [2]. 
Auto-recuperação 
A função de auto-recuperação consiste na detecção e 
localização automática de falhas, aplicando mecanismos de 
recuperação para resolver diferentes classes de falha, como 
redução da potência de saída, no caso de eventuais alarmes por 
alta temperatura em um dos equipamentos, ou fallback 
automático para versão anterior de software, no caso de falha 
por intervenção humana. 
 A auto-recuperação utiliza testes automáticos de 
funcionalidades do sistema, usando como referência o terminal 
do usuário e testes automáticos durante o tempo de execução de 
manutenção preventiva. No caso de algum equipamento da rede 
se tornar inoperante, os mecanismos desta funcionalidade 
reduzem os impactos decorrentes às falhas. Pode-se citar como 
exemplo o procedimento de ajuste de parâmetros e algoritmos 
em células adjacentes a fim de que outros nós possam suportar 
os usuários que se encontravam conectados a equipamentos 
inoperantes [3]. 
B) Arquiteturas SON 
Para o conceito de SON apresentam-se três principais 
alternativas para a sua arquitetura em redes celulares: (i) 
arquitetura centralizada, (ii) distribuída e (iii) híbrida. A Figura 
1 ilustra conceitualmente os três modelos de arquiteturas: 
 
Fig. 1. Arquiteturas SON. 
 
 
 
Arquitetura Centralizada 
Em uma arquitetura centralizada, os algoritmos são 
executados no NMS (Network Management System). Esse 
sistema se encarrega em enviar controles, pedidos e por 
configurar o fluxo de dados para os elementos de rede. Por outro 
lado, as entidades da rede se responsabilizam pelo envio de 
dados de medição e de relatórios de fluxo de dados. 
A principal vantagem dessa abordagem é que os algoritmos 
SON recebem informações de todas as partes da rede. Isto pode 
resultar em uma otimização de parâmetros com maior 
facilidade, através de variações de características da rede. Outra 
vantagem consiste na integração da solução SON de vários 
fornecedores e terceiros, uma vez que as funcionalidades 
podem ser adicionadas diretamente ao OSS (Operations 
Support Systems) [2]. 
 No entanto, esse modelo apresenta como desvantagem o 
aumento do tráfego de sinalização no backbone e o alto tempo 
de resposta dos algoritmos na rede. Este tráfego de sinalização 
aumenta à medida em que mais células são adicionadas a rede 
[2]. 
Arquitetura Distribuída 
Na arquitetura distribuída, as decisões de organização da rede 
são tomadas a partir de uma partição da rede. Neste cenário, a 
autoconfiguração de uma célula não leva em consideração o 
funcionamento ótimo da rede como um todo, dificultando a 
garantia de estabilidade da rede. 
Outra desvantagem é que a implementação do algoritmo 
SON nos elementos de rede será específico do fornecedor e, 
consequentemente, soluções distintas poderão ser 
incompatíveis, impossibilitando a interoperabilidade entre 
equipamentos de diferentes fabricantes. Em uma arquitetura 
distribuída, os algoritmos SON são executados nas próprias 
entidades da rede e as mensagens de sinalização são trocadas 
diretamente pelos elementos.Esta arquitetura permite que as 
funcionalidades do SON fiquem mais dinâmicas do que a 
arquitetura centralizada, permitindo a rápida adaptação da rede 
em caso de mudanças. 
Arquitetura Híbrida 
A arquitetura híbrida define-se pela idéia de que sua 
utilização pode ser apresentada de forma diferente para cada 
fornecedor. Em linhas gerais, esse modelo propõe que parte do 
algoritmo SON é executado no OSS e parte é executado nos 
elementos da rede. A solução representa uma tentativa de 
combinar as vantagens das arquiteturas centralizadas e 
distribuídas, juntando a função de coordenação centralizada 
com a capacidade de responder rapidamente às mudanças no 
nível de elementos de rede. 
A definição de arquitetura híbrida ainda está em 
desenvolvimento e deve ser feita de forma diferente para cada 
fornecedor. 
2) GFDM (Generalized Frequency Division Multiplexing) 
Com a popularização dos smartphones e juntamente com o 
advento da comunicação M2M, projeta-se um 
congestionamento no espectro de frequência. Estudos e 
pesquisas em rádios cognitivos vem sendo intensificados para 
tentar explorar de forma oportunista as transmissões no 
espectro fragmentado [17]. Porém, um dos grandes desafios 
está no desenvolvimento de um novo formato de onda que 
melhor se adeque a este cenário. O OFDM se mostra eficaz ao 
realizar altas taxas de transmissão no canal de rádio móvel, no 
entanto, sabe-se que esta técnica possui suas desvantagens [8]. 
Neste aspecto surge a necessidade de desenvolver novos 
formatos de ondas que realizem alta taxa de transmissão de 
dados e que possam suprir ou minimizar as desvantagens 
apresentadas pelo OFDM [14]. 
O GFDM propõe um novo conceito para formato de onda, 
sendo considerado um caso generalizado do OFDM. Trata-se 
de uma técnica de transmissão por múltiplas portadoras não 
ortogonais. Esta técnica apresenta algumas características 
atrativas para um cenário onde o espectro é, ao mesmo tempo, 
congestionado e fragmentado por diversos serviços. Podemos 
citar, além do GFDM, outras formas de ondas que competem 
com o GFDM, a exemplo do FBMC (Filter Bank Multi 
Carrier), UFMC (Universal Filter Multi Carrier) e BFDM (Bi-
Orthogonal Frequency Division Multiplex) [14]. 
No esquema de transmissão do GFDM, a informação digital 
é mapeada em um formato de modulação digital. Após o 
mapeamento, o fluxo serial é paralelizado e superamostrado 
(upsample). Uma série de pulsos passa então através de um 
filtro raiz de cosseno elevado com fator de decaimento α e na 
saída do filtro é realizada a translação dos símbolos na 
frequência f. A Figura 2. ilustra o esquema conceitual de 
transmissão do GFDM [19]. 
 
Fig. 2. Esquema de transmissão do símbolo GFDM [19]. 
A inserção do prefixo cíclico no símbolo GFDM, 
representado na Figura 2 por CP (Ciclic Prefix) é necessária, 
assim como no OFDM, para proporcionar robustez na recepção 
do símbolo. A fim de não prolongar a duração do símbolo, o 
 
 
tempo do prefixo cíclico é encurtado através da técnica tail 
biting. 
 É importante perceber que o filtro representado por g(n) na 
Figura 2 pode realizar um deslocamento no tempo de g(n-N), 
formando M timeslots. Isto demonstra que o GFDM possibilita 
um agendamento no domínio do tempo e da frequência para 
múltiplos usuários, provendo uma alternativa eficiente para 
lidar com os canais ociosos do espectro fragmentado [17]. 
Uma das principais vantagens do GFDM está justamente 
sobre uma das principais desvantagens do OFDM,que é a alta 
PAPR. Como desvantagens do GFDM pode-se citar o fato da 
técnica de transmissão por múltiplas portadoras não ortogonais 
apresentar uma alta interferência entre símbolos, requerendo a 
implementação de um banco de filtros digitais robustos [8]. 
Alternativas para suavizar a interferência entre os símbolos 
seria utilizar uma modulação offset-QAM e a técnica SIC 
(Successive Interference Cancellation). Apesar dos aspectos 
negativos, soluções de engenharia para proporcionar uma boa 
relação de compromisso deverão ser tomadas para que o GFDM 
se mostre como uma técnica eficiente de transmissão a ser 
empregada na quinta geração de redes móveis [4]. 
A necessidade de implementar uma rede heterogênea 
provendo comunicação M2M requer evoluir a comunicação 
fim-a-fim e ao mesmo tempo evitar “white space” no espectro 
fragmentado. O GFDM se mostra como um forte candidato para 
ser utilizado como um novo formato de onda para uma 
inovadora técnica de transmissão na quinta geração de redes 
móveis, pois não causa um forte vazamento espectral como o 
OFDM[4]. O GFDM visa combinar a flexibilidade de um modo 
generalizado do OFDM através da redução de possíveis 
interferências. As próximas pesquisas mostrarão se o GFDM 
será de fato uma técnica a ser empregada em um sistema de 
comunicação móvel [4]. 
3) Massive MIMO (Massive Multiple Input Multiple Output) 
Com a constante evolução dos sistemas de comunicações 
móveis, é necessário também o aperfeiçoamento dos recursos 
existentes, visando uma maior capacidade de transmissão do 
canal. Existe uma série de desafios que surgem com a crescente 
demanda de usuários, como, por exemplo, o desenvolvimento 
de técnicas de transmissão que facilitam a utilização eficiente 
do espectro, dispositivos com uma baixa latência, alta 
confiabilidade e melhor aproveitamento de energia do sistema 
[5]. 
O MIMO é um sistema de transmissão que utiliza múltiplas 
antenas de recepção e múltiplas antenas de transmissão, ou seja, 
uma forma especial de diversidade espacial. Essa técnica cria 
um canal de comunicação com múltiplas entradas e múltiplas 
saídas, fornecendo diversidade e multiplexação. Porém, fatores 
limitantes ainda permanecem e impedem sua ampla utilização. 
Pode-se citar, por exemplo, a questão do espaço físico nos 
dispositivos móveis, o custo operacional do hardware 
envolvido e o poder de processamento em tais dispositivos. Os 
padrões HSPA+, LTE e LTE-Advanced possibilitam a 
utilização da técnica MIMO para obtenção do ganho de 
diversidade na transmissão. 
O princípio básico da diversidade pode ser compreendido 
quando um sistema de comunicação sem fio, onde a 
confiabilidade do enlace é dependente do desvanecimento 
sofrido pelo sinal transmitido, obtém múltiplas possibilidades 
de atingir uma transmissão confiável. Isto devido às várias 
réplicas do sinal serem recebidas através de caminhos 
independentes e possivelmente descorrelacionados. Deste 
modo, aumenta-se a probabilidade de pelo menos um dos 
caminhos não sofrer com o desvanecimento. 
O MIMO ainda pode ser classificado como Multi-User 
MIMO (MU-MIMO) ou SingleUser MIMO (SU-MIMO). A 
principal diferença consiste em o SU-MIMO propor que um 
único usuário transmite os dados para o receptor, enquanto no 
MU-MIMO vários usuários transmitem os dados para o 
receptor simultaneamente [5]. 
Para o terminal do usuário, existe uma restrição forte do fator 
custo do produto, limitando as possibilidades de projeto. No 
downlink, a configuração de duas antenas transmissoras na 
estação base e duas antenas receptoras no terminal do usuário é 
a configuração padrão, sendo aceitas outras combinações. Para 
o uplink, o LTE utiliza a tecnologia MU-MIMO. Esta 
modalidade tem a eNodeB com múltiplas antenas e o móvel 
transmitindo em apenas uma, reduzindo o custo do terminal do 
usuário [6]. As pesquisas atuais mostram que para a tecnologia 
5G de redes móveis são previstas taxas de transmissão de dados 
da ordem de 10 Gb/s. Para tal, propõe-se esse modelo de MU-
MIMO , em que cada estação base (BS – Base Station) está 
equipada com um número maior de antenas, que serve um 
determinado número de terminais móveis MT (Mobile 
Terminals), baseados em múltiplo acesso por divisão espacial 
SDMA (Spatial Division Multiple Acccess) [5][6]. 
O Massive MIMO pode oferecer maior capacidade de 
transmissão de dados, melhor confiabilidade na recepção da 
informação, maior eficiência energética e minimização da 
potência de transmissão por antena. A Figura 3 ilustra possíveis 
cenários de configuração da disposição das antenas para a 
implementação de MIMO-massivo. 
 
Fig. 3 – Possível cenário de configuração de antenas para o uso de MIMO 
massivo [21]. 
 
O ganho de diversidade fornecido pelo Massive MIMO é 
capaz de diminuir a taxa de erro de bit de um sistema sem a 
necessidade de aumentar a potência nos transmissores ou sem 
utilizar códigos corretores de erros com alta taxa de 
codificação. Assim o Massive MIMO viabiliza a transmissão de 
dados em altas taxas por canais com desvanecimento, 
 
 
diminuindo o gasto com energia elétrica e aumentando a 
eficiência espectral do sistema. 
Alguns cenários em Massive MIMO já foram adotados, 
utilizando uma grande quantidade de antenas, a Figura 4 ilustra 
um diagrama ilustrativo com Massive MIMO. 
 
 
Fig. 4 – Sistema Massive MIMO. 
Apesar das vantagens oferecidas pelo Massive MIMO, deve-
se ficar atento para algumas características críticas. Como 
exemplo, pode-se citar a questão da limitação no espaço físico 
para a implantação de um sistema com múltiplos dispositivos e 
equipamentos cada vez mais compactos e, também, a questão 
da complexidade computacional no desenvolvimento de 
algoritmos de processamento e sincronização das unidades das 
antenas [21]. No Massive MIMO tem-se um número muito 
maior de antenas quando comparado com os sistemas MIMO 
tradicionais, como ilustra a Figura. 5. 
 
Fig. 5. Comparação entre MIMO com Massive MIMO [21]. 
4) Device-To-Device Communications 
A comunicação D2D (Device-to-Device) permite que 
usuários próximos possam se comunicar sem a necessidade de 
envolver uma MBS (Macro Base System). Por exemplo, 
utilizando uma faixa licenciada para aparelhos celulares, dois 
usuários próximos podem trocar mensagens diretamente sem 
que estas precisem passar por uma estação radiobase [11]. 
Como em qualquer troca de mensagens, os usuários envolvidos 
em uma comunicação D2D podem sofrer, e gerar, interferência 
para outros usuários presentes na mesma célula ou em células 
vizinhas. Este problema é inevitável, mas pode ser solucionado 
de forma simples ao se implementar o conceito de redes de 
rádios cognitivos (CRN - Cognitive Radio Network) em uma 
comunicação D2D [11][12]. Os usuários D2D são considerados 
os usuários secundários (SUs - Secondary Users) enquanto os 
canais paralelos dentro de uma célula são os usuários primários 
(PUs - Primary Users). Como resultado, todas as formas de 
remoção de interferência proporcionadas pela CRN podem ser 
utilizadas na comunicação D2D. A Figura 6 ilustra a ideia de 
comunicação D2D. Algumas possíveis aplicações de D2D nas 
redes 5G incluem serviços locais, comunicação em situações 
de emergência e aprimoramento das comunicações de IoT 
(Internet of Things). Essas aplicações são brevemente descritas 
a seguir. 
 
Fig. 6 – Comunicação D2D [17]. 
A) Serviços Locais em Device-To-Device 
Nestes tipos de serviços os dados são transmitidos 
diretamente entre os dispositivos, sem que os dados cheguem à 
rede celular. Aplicações que utilizam este serviço geralmente 
são aplicações sociais que se baseiam na proximidade. 
Com as funções de descobrimento e comunicação, os 
usuários podem encontrar outros que estejam por perto para 
trocar informações. Outra aplicação é a transmissão de dados 
locais. Ela aproveita as características D2D de proximidade e 
transmissão de dados para aumentar a quantidade de aplicações 
móveis. Isso abre uma nova possibilidade de receita para as 
operadoras.Um exemplo são os lojistas de um shopping 
enviando informações sobre promoções e produtos aos usuários 
do shopping. Os lojistas aproveitam a proximidade dos usuários 
para tentar atraí-los para sua loja [12]. Uma terceira aplicação é 
reduzir o tráfego nas redes celulares. Com a crescente 
popularização de serviços de mídia, como vídeos em HD, o 
tráfego nas redes celulares aumenta consideravelmente. 
Utilizando comunicação D2D, os provedores de conteúdo ou o 
operador da rede podem criar pontos nos quais os dispositivos 
se conectem e recebam as informações. Com isso, outros 
usuários que queiram receber essa mesma informação podem 
solicitar a um que já a tenha, através de comunicação D2D. 
Desta maneira, a carga na rede celular é diminuída, além disso, 
as comunicações celulares entre dispositivos próximos pode ser 
substituída pela comunicação D2D [13]. 
B) Comunicação em situações de emergência 
Em situações de desastres naturais, como terremotos, a 
infraestrutura de rede pode ser danificada ou totalmente 
destruída, inviabilizando a comunicação pela rede tradicional. 
Contudo, enlaces sem fio podem ser utilizados para que os 
dispositivos se comuniquem diretamente. Isso significa que 
uma rede ad-hoc pode ser criada por meio de uma comunicação 
 
 
D2D com múltiplos saltos (enlaces). Isso possibilita que os 
dispositivos no local possam se comunicar mesmo sem a 
infraestrutura. 
Em um cenário em que a infraestrutura é apenas parcialmente 
destruída, isolando alguns terminais da rede, a comunicação 
D2D pode ser utilizada para restabelecer a comunicação com os 
terminais isolados. 
C) Aprimoramento das Comunicações de IoT (Internet 
das Coisas) 
O crescimento de dispositivos com a característica de IoT faz 
com que, em um futuro não muito distante, seja possível criar 
uma rede D2D com IoT para conectar os vários tipos de 
dispositivos existentes. Um dos objetivos da comunicação 
móvel é conectar vários tipos diferentes de dispositivos em uma 
só rede de grande escala. Esse também é um objetivo da IoT 
[13]. 
Um cenário típico de IoT são as redes veiculares IoV 
(Internet-of-Vehicles). Nelas a comunicação é feita entre os 
veículos V2V (Vehicle-to-Vehicle). 
A comunicação pode ser um veículo avisando outros que está 
mudando de faixa na estrada ou diminuindo sua velocidade. Ao 
receber esse aviso, os veículos vizinhos podem diminuir sua 
própria velocidade (com o motorista tomando essa decisão ou 
até mesmo a decisão sendo tomada automaticamente), como 
ilustra a Figura 7 [17]. 
Além disso, utilizando a tecnologia de descobrimento D2D, 
os veículos podem identificar outros veículos e tomar decisões 
baseados no cenário atual, como diminuir a velocidade quando 
perceber que algum outro veículo se aproxima de uma 
interseção, ou dar espaço quando veículos de emergência estão 
por perto [12]. 
 
Fig. 7 – Aplicação IoV. Baseada em D2D [17]. 
D) Tipos de Comunicação Device-To-Device 
Do ponto de vista da camada de dispositivos, a operadora de 
celular pode ter um controle maior ou menor na comunicação 
entre os dispositivos. Esse controle passa, principalmente, pela 
alocação de recursos para os dispositivos (tanto origem quanto 
destino), além dos recursos de retransmissão. Quatro tipos 
diferentes podem ser destacados: DR-OC (Device relaying with 
operator controlled link establishment), DC-OC (Direct D2D 
communication with operator controlled link establishment), 
DR-DC (Device relaying with device controlled link 
establishment), DC-DC (Direct D2D communication with 
device controlled link establishment) [13][16][17]. 
DR-OC 
 
Um dispositivo que esteja na borda de uma célula ou em uma 
área com pouca cobertura pode se comunicar com a BS (Base 
Station) através de dispositivos de retransmissão. Isso permite 
ao dispositivo ter melhor QoS (Quality of Service) e duração de 
bateria. A radio base pode escolher ter um controle parcial ou 
total no estabelecimento do enlace com os dispositivos de 
retransmissão [16]. A Figura 8 ilustra este cenário. 
 
 
Fig. 8 - DR-OC: Dispositivo retransmitindo com o estabelecimento do link 
controlado pela operadora [17]. 
 
DC-OC 
 
Os dispositivos origem e destino se comunicam diretamente, 
sem a necessidade da radio base, porém, ela controla o 
estabelecimento do link entre eles, como ilustrado na Figura 9. 
 
 
Fig. 9 - DC-OC: Comunicação D2D direta com o estabelecimento do link 
controlado pela operadora [17]. 
 
DR-DC 
A operadora não se envolve no processo de estabelecimento 
do enlace. A origem e destino são totalmente responsáveis pelo 
estabelecimento do enlace, por meio de outros dispositivos, sem 
a ajuda da radio base, como ilustra a Figura 10 [16]. 
 
 
 
Fig. 10 - DR-DC: Dispositivo retransmitindo com estabelecimento do link 
controlado por dispositivo [17]. 
DC-DC 
Os dispositivos origem e destino tem a comunicação direta 
um com outro sem o controle da operadora. Os dispositivos 
devem utilizar recursos de tal forma que assegure o limite de 
interferência com outros dispositivos na mesma camada e na 
camada da macro célula. A Figura 11 ilustra este tipo de 
comunicação. 
 
Fig. 11 - DC-DC: Comunicação D2D direta com o estabelecimento do link 
controlado pelo dispositivo [17]. 
E) Desafios do Device-To-Device 
Como a comunicação será feita através de outros 
dispositivos, a segurança e o controle de interferência são 
desafios principais na arquitetura de comunicação em duas 
camadas. Com vários dispositivos diferentes dentro do raio de 
alcance, não existe garantias de que todos estarão com boas 
intenções e não queiram roubar alguma informação. Além 
disso, com todos os dispositivos utilizando a mesma banda para 
se comunicar, a interferência nos sinais só aumenta, fazendo 
com que tanto a comunicação entre os dispositivos quanto a 
comunicação dos dispositivos com a radio base sejam 
prejudicadas [14][15]. 
Também existe a questão de se criar um mecanismo que 
incentive os usuários, mesmo pagando para utilizar a rede, a 
compartilhar seus recursos, como banda de comunicação, para 
que eles possam funcionar como dispositivos de retransmissão 
[16]. O D2D é um conceito promissor tanto para fins comerciais 
quanto públicos, podendo trazer benefícios, como melhoria de 
cobertura celular, redução da latência de ponta a ponta e menor 
consumo de energia. 
 
5) M2M (Machine to Machine) 
Com o aumento da disponibilidade da banda larga móvel, a 
conectividade tornou-se uma questão realista para comunicação 
M2M (Machine-to-Machine). Está previsto que para 2020 o 
número total de dispositivos conectados será em torno de 50 
bilhões [20]. Uma parte significativa desse aumento é esperado 
devido ao aumento das comunicações do tipo Machine-to-
Machine. À medida em que as tecnologias vão evoluindo, a 
capacidade da rede, assim como a cobertura de serviços, 
crescem rapidamente. Isso resulta em novos usos e aplicações 
e, consequentemente, mais demanda desses parâmetros. Muitas 
dessas novas áreas de negócio envolvem uma comunicação 
autônoma entre os dispositivos e sistemas integrados, como 
ocorre no caso de sistemas de transporte conectados utilizando 
o M2M. Devido ao grande número de cenários e casos de uso 
de M2M, algumas tecnologias estão sendo discutidas em 
comunidades de pesquisas e padronização, como [20]: 
• Baixar o custo e a complexidade dos dispositivos. 
• Baixar o consumo de energia para transferência de dados e 
garantir vida longa da bateria. 
• Fornecer opções de cobertura estendida para dispositivos 
M2M em locais desafiadores. 
• Tratar um grande número de dispositivos por célula. 
 
III.CONCLUSÃO 
Ao analisar a evolução dos sistemas celulares, se torna 
perceptível o grande salto que o avanço tecnológico 
proporcionou para chegar até os sistemas digitais de 
comunicações móveis atuais. Este avanço é fomentado por 
pesquisas científicas e acadêmicas realizadas por instituições de 
ensino superior e órgãos padronizadores. 
Este artigo apresentou algumas das perspectivas de um novocenário para a quinta geração de redes celulares. Esse cenário 
reflete os desafios previstos como alta taxa de dados, 
acessibilidade, mobilidade, grandes quantidades de 
dispositivos, baixa latência e confiabilidade. Para atender aos 
requisitos estabelecidos para as redes 5G, várias novas 
tecnologias terão de ser utilizadas. Neste artigo resumimos 
algumas das principais tecnologias candidatas a comporem o 
futuro padrão das redes 5G. 
Ainda acontecerão muitos estudos e experiências para a 
consolidação de um novo padrão 5G. No entanto, é importante 
relatar que o lançamento desse um novo padrão no cenário de 
comunicação móvel digital não pode ser tardio a ponto de 
tornar-se rapidamente obsoleto. Isso se deve a um possível 
desenvolvimento de outro padrão com uso de uma tecnologia 
superior. Por outro lado, também não se deve lançar um novo 
padrão no mercado antes das conclusões dos estudos. Neste 
ponto, pode-se perceber a criticidade da definição de um novo 
padrão para os sistemas móveis. Enquanto as empresas 
 
 
operadoras de telecomunicações implantam o 4G a nível global, 
projeções para o 5G já iniciaram. 
IV.REFERÊNCIAS 
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Benefits of SON in LTE”. 2013. 
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Term Evolution”, 2008. 
[3] Srinivasan Rajavelu, “Challenges in Self Organizing Networks for 
Wireless Telecommunications”, 2011 
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Technique for Next Generation Cellular Systems”, 2012. 
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Cellular Systems with Generalized Frequency Division Multiplexing”, 2013. 
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Wireless Evolution into 5G”, 2014. 
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Electrical & Electronics Engineers (IEEE). DOI: 10.1109/mwc.2014.6940429. 
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solutions, and future directions. IEEE Communications Mag., [s.l.], v. 52, n. 5, 
p.86-92, maio 2014. Institute of Electrical & Electronics Engineers (IEEE). 
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for Next Generation Wireless Systems”, 2014. 
 
Rodrigo Hiroyuki Ito nasceu em São Paulo, SP, em janeiro de 1986. Recebeu 
o título de Engenheiro de Telecomunicações pelo FMU em 2010. Em 2010 
recebeu as certificações Cisco (CCNA, CCNA Voice, CCNP 
Routing&Switching CSCID CSCO12098505). De 2010 até 2014 atuou na 
empresa Datora com participação importantes em projeto da primeira MVNO 
no Brasil da Porto Conecta e Datora e segunda MVNO da Vodafone. Desde 
2014, atua na empresa Huawei Tecnologies como Engenheiro de Packet Core. 
 
José Marcos Camara Brito possui graduação em Engenharia Elétrica ênfases 
em Eletrônica e Telecomunicações pela Fundação Instituto Nacional de 
Telecomunicações (1986), mestrado em Engenharia Elétrica pela Universidade 
Estadual de Campinas (Unicamp) (1998) e doutorado em Engenharia Elétrica 
pela Universidade Estadual de Campinas (2003). Atualmente é professor titular 
do Instituto Nacional de Telecomunicações (Inatel). Atuou em várias posições 
administrativas no Inatel, incluindo: coordenador de laboratórios, gerente geral 
do centro de desenvolvimento de projetos, coordenador de pós-graduação, vice-
diretor e pró-diretor de pós-graduação e pesquisa. Foi um dos fundadores da 
Revista Telecomunicações, editada pelo Inatel, da qual foi editor. Tem 
experiência na área de Engenharia Elétrica, com ênfase em Redes de 
Telecomunicações, atuando principalmente nos seguintes temas: redes de 
telecomunicações, comunicações sem fio, análise de desempenho de redes, 
comunicações digitais e controle de erro.