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Março 2010 Índice Geral do BLOCO
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03/03/10
• "Março com 4G" (07) - Tutorial do Portal Teleco: "Redes 3G e Evolução para as Redes 4G"
de Helio Rosa <rosahelio@gmail.com>
para Celld-group@yahoogrupos.com.br, wirelessbr@yahoogrupos.com.br,
data 3 de março de 2010 19:57
assunto "Março com 4G" (07) - Tutorial do Portal Teleco: "Redes 3G e Evolução
para as Redes 4G"
Olá, ComUnidade WirelessBRASIL!
Prosseguimos com nosso evento virtual "Março
com 4G".
01.
Conforme combinado, transcrevo mais abaixo um dos
famosos
Tutoriais do Portal Teleco:
Fonte: Teleco
[16/11/09]
Redes 3G e Evolução para as Redes 4G - por Tiago Andrade Mota (tiagoam@click21.com.br)
Este é o Sumario e as partes transcritas nesta mensagem:
Inicial
Redes 3G e 4G: Introdução - Transcrição abaixo
Implantação 3G
Evolução 3G
Características do LTE - Transcrição abaixo
Considerações finais - Transcrição abaixo
Teste seu entendimento
Parabéns, Tiago Andrade Mota!
Sinta-se convidado para participar no nosso Evento! :-)
Comentários?
Ao debate!
02.
Chegando agora?
"Posts" anteriores:
•
"Março com 4G" (06) - "Convergência LTE e WiMAX revisitada" + Atualização da
"Cartilha Eletrônica do WiMAX"
•
"Março com 4G" (05) - 4G: uma nova Guerra Mundial
•
"Março com 4G" (04) - "WiMAX e LTE: um caso de coexistência na 4G" + "WiMax e
LTE podem acabar com cobrança de chamadas de voz no celular"
•
"Março com 4G" (03) - Artigo da diretora de Comunicações de Marketing do WiMAX
Forum: "WiMAX: abra o seu mundo"
•
"Março com 4G" (02) - José Smolka indica dois artigos: "Sprint and Verizon
head-to-head in '4G' " e "Clearwire's Mexican alliance in doubt after regulator
decision"
•
"Março com 4G" (01) - Início do evento virtual, fechando o verão... + Jana de
Paula: "WiMAX ingressa numa nova etapa, mais complexa"
•
Chamada Geral (2) - Evento comunitário "Março com 4G"
•
Chamada Geral (1) para um Evento Comunitário sobre WiMAX, 4G, Etc...
Boa leitura!
Um abraço cordial
Helio
Rosa
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Fonte: Teleco
[16/11/09]
Redes 3G e Evolução para as Redes 4G - por Tiago Andrade Mota
Este tutorial apresenta de forma sucinta as tecnologias das redes 3G, e o
caminho de evolução dessas redes para as tecnologias 4G, notadamente para o Long
Term Evolution – LTE.
Tiago Andrade Mota é Engenheiro Eletricista, ênfase em Eletrônica, pela
Universidade Federal da Bahia (2003). Atuou como Engenheiro de Projeto de Rede
Celular na TIM Maxitel BA/SE, desenvolvendo projetos de redes GSM e 3G / UMTS,
projetos de otimização de cobertura e estudo e descoberta de fontes de
interferência, como Engenheiro de Telecomunicações na PREMCELL Telecom,
coordenando e realizando treinamento para execução de vistorias de campo (TSS,
PDRF, PFRF), e como Consultor de Telecomunicações na CLARO, pela AIRCOM
INTERNATIONAL, sendo responsável pela análise de relatórios SSVs, pela limpeza
de espectro, Model Tuning e otimização da rede 3G da Claro, pela otimização da
rede GSM e pelo planejamento de TRX (transceptores). Atuou tamém como docente no
SENAI/CETIND, para as disciplinas de Tecnologias Móveis e Sistemas de
Telecomunicações. Email:
tiagoam@click21.com.br
Redes 3G e 4G: Introdução
A cada dia que passa a necessidade por serviços
de banda larga cresce. Alguns serviços que há poucos anos eram praticamente
inacessíveis à maioria da população e das empresas, hoje são considerados
essenciais e se tornaram amplamente difundidos. Serviços como videoconferência,
download de vídeos, jogos interativos e Voz sobre IP, que já são considerados
por muitos como necessários, e outros serviços como Cloud computing (nome que se
dá ao crescente fenômeno de estocar dados e rodar programas não no próprio
computador, mas em servidores gigantes e remotos acessados pela Internet) devem
aumentar cada vez mais a demanda por largura de banda.
Aliado a isso, outros dois fatores que tem contribuído para esse crescimento são
o aumento do rendimento das famílias pobres, que passam a poder satisfazer
algumas necessidades, entre elas o acesso à banda larga, e a queda acentuada do
preço dos computadores pessoais, principalmente dos notebooks. O grande consumo
de notebooks, que já representam quase metade do total dos PC’s no Brasil, vem
contribuindo para demanda de banda larga móvel.
A ascensão da classe pobre, que na maioria dos casos reside em regiões com
infra-estrutura mais precária e muitas vezes não é atendida pela prestadora de
banda larga fixa, tem representado um mercado atraente para as empresas de
telefonia móvel. Na maioria dos casos essas pessoas não necessitam de
mobilidade, contudo a operadora de telefonia móvel tem maior facilidade em
atender esse tipo de região. São regiões onde existe demanda reprimida para
banda larga.
Existem também pessoas de poder aquisitivo mais elevado e empresários que viajam
muito, e que necessitam de conexão banda larga para os seus notebooks, em
qualquer lugar e a qualquer momento. Esse tipo de usuário tem representado uma
parcela cada vez maior da população e basicamente deve ser atendida por banda
larga móvel. Os sistemas de banda larga móvel combinam a nova necessidade de
serviços dados em alta velocidade com a mobilidade.
É considerando o cenário apresentado acima que o grupo que padroniza o
desenvolvimento dos sistemas celulares, o 3GPP (3rd Generation Partnership
Project), vem trabalhando para desenvolver padrões que atendam às necessidades
das pessoas. Tal trabalho consiste na implementação de ferramentas que melhorem
o desempenho dos sistemas celulares. As principais características que têm
demandado esforço ao comitê são o aumento da velocidade para transferência de
dados (chamado throughput) e da eficiência espectral dos sistemas (trata-se da
relação entre velocidade oferecida e banda disponível), e a redução da latência
da rede (tempo que os dados levam para atravessar toda a rede).
Foi o 3GPP que padronizou as redes GSM/GPRS/EDGE e que vem concentrando esforços
para desenvolver as redes 3G atuais e alcançar o nível esperado para as redes 4G
do futuro próximo.
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Implantação 3G
Evolução 3G
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Long Term Evolution – LTE
Na escala evolutiva do 3GPP, o primeiro padrão que apresenta como técnica de acesso ao meio o OFDMA (acesso múltiplo por divisão de freqüências ortogonais) é o LTE. O OFDMA já é usado nos mais modernos sistemas, tais como padrões de TV e rádio digital, redes Wifi e Wimax, dentre outros. Essa técnica consiste na divisão da banda disponível em milhares de subportadoras, e na transmissão dos dados de um ou mais usuários, de forma simultânea, em várias dessas subportadoras, conforme mostra a figura 7. Dessa forma o sistema se torna mais resistente a interferência seletiva, multipercurso e pode ser projetado para ser praticamente imune à interferência intersimbólica, introduzindo-se um intervalo de guarda adequado.
Figura 7: Composição das portadoras e subportadoras no OFDM
Fonte: HSDPA and Beyond, página 25, (By Nortel)
As redes LTE são a evolução apresentada pelo 3GPP para aproveitar de forma mais eficiente bandas acima de 5 MHz. Para bandas disponíveis de até 5 MHz, as tecnologias baseadas em CDMA já apresentadas até aqui, fazendo uso de técnicas também apresentadas (como MIMO, avanço dos receptores, modulação de alta ordem, dentre outras) apresentam uma eficiência semelhante. Contudo, para bandas maiores, as redes LTE oferecem ao usuário um desempenho superior, conforme listado abaixo:
Técnicas Chave Empregadas
Visando a melhoria de desempenho dos sistemas 3G em direção aos sistemas 4G, algumas técnicas estão sendo ou serão empregadas. Muitas delas já foram descritas anteriormente e as mais importantes estão listadas abaixo:
Figura 8: Exemplo de uso do Beamforming
Fonte: UMTS Evolution – From 3GPP release 7 to release 8. HSPA and SAE/LTE,
Página 76, June 2008 Update – 3G Americas
As técnicas descritas são responsáveis por grande parte da evolução dos padrões 3GPP, conforme ilustra a figura 9.
Figura 9: Evolução dos padrões do 3GPP
Fonte: UMTS Networks Services, Apresentação AIRCOM
Perspectivas para o 4G
Conforme é comum se ensinar nas escolas, a história é o estudo do que ocorreu no
passado para que possamos nos preparar e até predizer o que acontecerá no
futuro. Esse pensamento é muito utilizado na estatística e na economia. É muito
comum armazenar certos tipos de dados de acontecimentos passados para que seja
traçada uma tendência para o futuro. Essa característica é bastante usada no
mundo das telecomunicações para se prever, por exemplo, quando serão necessários
novos investimentos para ampliação de capacidade das redes em função do
crescimento da demanda de tráfego.
Levando em consideração o comportamento do 3GPP para escolha das técnicas de
múltiplo acesso das gerações anteriores e com ajuda da figura 10, teremos uma
indicação da técnica de múltiplo acesso que será escolhida para a próxima
geração de celulares. Nos anos 90, o TDMA foi escolhido em detrimento do CDMA
para a segunda geração. Em 2000, o CDMA foi escolhido em detrimento do
Orthogonal Frequency Division Multiplexing – OFDM para o 3G. Seguindo essa
lógica e com base na utilização dessa técnica em grande parte dos sistemas de
comunicações mais modernos, espera-se que o OFDM seja escolhido pelo 3GPP para
viabilizar os sistemas 4G do futuro.
Figura 10: Adoção de técnicas de múltiplo acesso pelo 3GPP
Conforme mencionado, outra indicação que o OFDM tem grandes chances de ser escolhido é a sua utilização difundida em sistemas mais modernos. São eles: WLAN (IEEE 802.11a, g, n), Rádio Digital (DAB, DRM, ISDB-TSB), TV Digital (DVB-T, ISDB), TV móvel (DVB-H, ISDB-T, MediaFLO), 3GPP LTE, WMAN fixo (IEEE 802.16 – Wimax), WMAN móvel (IEEE 802.16e, IEEE 802.20, WiBro).
Espera-se que o novo padrão seja capaz de atingir até 1 Gbit/s, para usuários até 15 km/h, e até 100 Mbit/s para usuários com velocidades superiores, conforme mostra a figura 11. Espera-se também que as redes 4G sejam projetadas para operar conjuntamente com as redes UMTS e GSM legadas.
O relatório ITU-R M.2079 indica que serão priorizadas bandas dentro do intervalo de 400 MHz a 5 GHz para implementação da nova geração.
Figura 11: Velocidades para cada tecnologia e geração
Fonte: UMTS Networks Services, Apresentação AIRCOM
Ainda há muito que ser definido para padronização das futuras redes de 4ª geração de telefonia celular e existe a perspectiva que muito seja definido até o final de 2010. Apesar disso, algumas operadoras pelo mundo afirmam que irão adotar as redes LTE como suas futuras redes de 4ª geração. Contudo as redes LTE não satisfazem alguns requisitos desejados para redes 4G e, portanto, essas afirmações devem ser analisadas sob olhar mais crítico.
A tecnologia vem evoluindo numa velocidade impressionante nos últimos anos. Na vanguarda dessa tendência está situada a telefonia móvel que, com a implementação plena das redes 3G, pode passar a ser chamada também de banda larga móvel.
A implantação efetiva de 3 gerações de sistemas celulares, num período inferior a 15 anos, e a preparação para o surgimento de uma quarta geração suscitam a questão de como se dará a convivência entre as tecnologias mais novas e as chamadas tecnologias legadas. Um exemplo de como isso pode ocorrer são as redes das operadoras que possuem a tecnologia GSM e UMTS funcionando simultaneamente, nas quais é possível até mesmo o handover entre os dois sistemas.
Outro aspecto interessante a ser observado na escala evolutiva do 3GPP é a futura transição do CDMA para o OFDMA, que ocorrerá quando da implementação do LTE. Conforme já mencionado, o OFDMA possui melhor desempenho para bandas acima de 5 MHz. A redução da latência também é um aspecto importante que, conforme já mencionado, deve ser alcançada principalmente com a aplicação da Solução de um Túnel (OTS) que implica na redução do número de nós das redes.
Analisando com cuidado as técnicas apresentadas na escala evolutiva do 3GPP, observamos a preocupação com dois aspectos complementares: de um lado a tentativa de aumentar a eficiência espectral com a adoção técnicas de modulação de alta ordem, como o 64QAM, e de outro a tentativa de melhorar o C/I com a adoção de técnicas como o MIMO, a diversidade de recepção e o cancelamento sucessivo de interferência. As primeiras tendem a aumentar a vulnerabilidade do receptor no caso de ocorrência de interferências e as segundas tentam minimizar o efeito da interferência percebida, viabilizando o uso mais eficiente do espectro de freqüência.
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