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EVOLUÇÃO DAS TECNOLOGIAS MÓVEIS TECNOLOGIA LTE NO AMBIENTE DE REDE Tradicionalmente, as operadoras têm implantado várias redes para fornecer diversos serviços aos clientes, tais como telefonia fixa, redes de TV a cabo, redes de telefonia celular e redes de dados. As redes de nova geração NGN (Next Generation Network), fornecem todas essas funções usando uma arquitetura de core all-IP que interliga várias tecnologias de acesso, fornecendo um serviço confiável ao usuário, independentemente da tecnologia de acesso. O núcleo(core) NGN garante um Qos (Quality of service) para uma ampla variedade de aplicações e serviços. As redes de acesso NGN proporcionam mobilidade e roteamento de tal maneira que o núcleo vê as redes móveis simplesmente como outra rede IP. O Handover móvel entre diferentes tipos de acesso é transparente, uma vez que a rede acesso IP controla a segurança, autenticação e bilhetagem para as várias tecnologias. LTE é a primeira tecnologia concebida explicitamente para a NGN . LTE supports the Next generation Network by providing mobile access to an all-IP core. Algumas Características da Tecnologia LTE • LTE Release 8 suporta taxas de dados de pico de até 326Mbps no downlink e 86Mbps no uplink com canal de 20 MHz e MIMO 4x4. A configuração mais comum, no entanto é de 20 MHz e MIMO 2x2, que suporta taxas de pico de 173 Mbps no downlink e 58Mbps no uplink. • LTE Rel. 8 Permite taxa de transferência de quatro vezes no downlink de mais de cinco vezes uplink em relação ao HSPA(WCDMA- High Speed Downlink Packet Access) . • LTE possui melhor eficiência espectral em relação ao HSPA +. • LTE possibilita métodos duplex flexíveis, incluindo tanto Frequency Division Duplex (FDD) e Time Division Duplex (TDD). Isso permite que a tecnologia LTE seja utilizada dentro de faixas disponíveis no espectro de serviços já existentes. • LTE Rel. 8 suporta escalabilidade nas larguras de canal de RF de 1,4 MHz a 20 MHz. • LTE permite interoperabilidade com sistemas CDMA-2000, W-CDMA e GSM. OFDMA(Orthogonal Frequency Domain Modulation Access) Na tecnologia LTE, as subportadoras OFDM são tipicamente espaçadas a 15 kHz e moduladas com modulação QPSK, 16-QAM, ou 64QAM. O esquema OFDMA (OFDM de múltiplo acesso) , permite atribuir de forma flexível , a largura de banda para um usuário com base nas suas necessidades de banda e no plano de dados pago pelo usuário. As subportadoras em que eventualmente não esteja sendo atribuído nenhum trafego útil podem ser desligadas, reduzindo assim o consumo de energia e os níveis de interferência. No esquema OFDMA, portanto, vários usuários compartilham as subportadoras de forma flexível e dinâmica, com diferentes larguras de banda para cada usuário e em função do tempo. OFDM vs. OFDMA. Each color represents a burst of data. In a given period, OFDMA allows users to share the available bandwidth. SC-FDMA No uplink, a tecnologia LTE usa uma versão pré-codificada do OFDM chamada de SC-FDMA (Single Carrier Frequency Domain Multiple Access). O SC-FDMA é usado no lugar de OFDMA devido às altos valores de Backoff necessários nos amplificadores quando a modulação OFDM é utilizada, o que comprometeria no lado do usuário as características exigidas de consumo nas baterias e nos amplificadores de potência de RF do dispositivo. A característica de Lower Peak-to-Average do SC- FDMA permite a utilização de amplificadores de potência com menor Backoff, o que resulta em uma longa duração da carga da bateria, juntamente com um melhor desempenho no uplink. Conforme pode ser visto na figura abaixo, do ponto de vista de implementação, no SC-FDMA basicamente é adicionado um estágio a mais à arquitetura OFDMA, com a inclusão de um pré- processamento (realização da DFT ), e a serialização dos dados na saída do bloco que realiza a IDFT. No SC-FDMA, os dados são distribuídos em várias subportadoras. Isto difere de OFDMA, onde cada subportadora transporta uma única fonte de dados. A necessidade de um receptor complexo faz com SC-FDMA se torne proibitivo para a transmissão no downlink, devido ao tamanho e capacidade de processamento necessários em detrimento das limitações de um dispositivo móvel no lado do usuário. In OFDM, each frequency component carries unique information. In SC-FDMA, the information is spread across multiple subcarriers. Multiple Input Multiple Output (MIMO) A maioria das técnicas de comunicação sem fio modernas utiliza MIMO para aumentar a taxa de dados para o usuário, bem como para proporcionar uma melhor cobertura no limite da célula. Várias técnicas MIMO são possíveis, incluindo a transmissão de fluxos de dados separados a partir de cada antena (multiplexação espacial), a transmissão de fluxos de dados idênticos em cada antena (diversidade de transmissão), recepção em múltiplas antenas (diversidade de recepção), além de várias combinações desses arranjos. No LTE Rel. 8, as configurações MIMO, nas configurações SISO, MIMO2x2 e MIMO4x4 são suportadas. As alterações de configuração MIMO ocorrem de maneira dinâmica com base em medições a partir da qualidade do sinal. Quando um usuário está próximo de uma estação base, e as condições de propagação são boas, o MIMO2x2 pode ser usado para comunicação a uma alta taxa de dados. Quando um usuário está em uma extremidade da célula, os modos de diversidade podem ser usados para aumentar a imunidade à interferência ou ainda melhorar a relação sinal ruído. Modulação e Codificação Adaptativa A Modulação e Codificação Adaptativa (AMC) refere-se a capacidade da rede para definir dinamicamente o tipo de modulação e codificação com base nas condições atuais de canais de RF informadas pelo dispositivo LTE . As modulações utilizadas para transportar dados nas subportadoras podem ser QPSK, 16-QAM, ou 64-QAM. Com base nisso, a rede pode, por exemplo, definir uma modulação de uma ordem inferior, um esquema de codificação mais robusto, ou uma combinação dos dois, se as condições do canal medidas são desfavoráveis. Estrutura de Frame LTE Na tecnlogia LTE, os dados são organizados em frames com 10ms (milisegundos) de duração. Cada frame é dividido em 10 subframes de 1ms cada, e cada subframe por sua vez é dividido em 2 slots de 0,5ms cada. Cada slot contém 7 símbolos OFDM. Ts (Sample Time) é definido como a quantidade básica de tempo para o LTE. Ts é definido como sendo Ts = 1 / (15000 x 2048) segundo ou cerca de 32,6 nanossegundos. Dois tipos de frame são ainda definidos para LTE: Tipo 1, usado quando o esquema de duplexação é FDD (Frequency Division Duplex) e tipo 2, usado quando é utilizado TDD. No Tipo 1, os frames são composto por 20 slots com duração de 0,5ms, como discutido anteriormente. Os frames do Tipo 2 são constituídos por dois “meio frames”, em que pelo menos um deles contém um campo especial levando três campos de informação: Downlink Pilot Time (DwPTS), período de guarda (GP) e Uplink Pilot Time (UpPTS). Se o tempo de troca TDD é de 10 ms, o campo especial só será inserido em um meio-frame. Se o tempo de troca TDD é de 5 ms, o campo especial será inserido nos dois meio-frames. Special fields are shown in Subframes 1 and 6. Guard period separates the Downlink and Uplink. This TDD example represents a 5 ms switch point. A 10 ms switch point would not have the specialfields in subframe 6. FDD TDD Analisando a estrutura LTE no domínio da frequência temos que, a menor estrutura de modulação em LTE é um símbolo de tempo alocado em uma subportadora em frequência, e é chamado Resource Element (RE). Os RE são agrupado em Resource Blocks (RB), um RB típico tem a dimensão de 7 símbolos por 12 subportadoras. O número de RBs disponíveis será proporcional a banda disponível . Logicamente, como o aumento da largura de banda de canal, o número de RB pode aumentar. A taxa de transmissão está associada ao máximo número de blocos de recursos que pode caber dentro da largura do canal com alguma banda de guarda. No LTE Rel. 8 para uma largura do canal máximo de 20 MHz, a capacidade é de 100 RBs. Transmission Bandwidth Configuration Considerando um esquema LTE SISO utilizando um banda de 20MHz e uma modulação OFDM e constelação 64QAM, qual a taxa máxima de transmissão possível? Referência: LTE Resources Guide REV1010, Anritsuhttp://www.anritsu.com/en-GB/Media- Room/Newsletters/files/anritsu_lte_guide.pdf
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