LTE (tanto a evolução do rádio como da rede central) está agora no mercado. A versão 8 foi congelada em Dezembro de 2008 e esta foi a base para a primeira vaga de equipamentos LTE. As especificações do LTE são muito estáveis, com o benefício adicional de terem sido introduzidos melhoramentos em todos os lançamentos 3GPP subsequentes.
A motivação para LTE
- Need para assegurar a continuidade da competitividade do sistema 3G para o futuro
- Requisição do utilizador para maiores taxas de dados e qualidade de serviço
- Packet Switch optimizado sistema
- Procura contínua de redução de custos (CAPEX e OPEX)
- Baixa complexidade
- Evite a fragmentação desnecessária de tecnologias para operação em banda pareada e não pareada
Visão geral do LTE
Autor: Magdalena Nohrborg, para 3GPP
LTE (Long Term Evolution) ou o E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Access Network), introduzido no 3GPP R8, é a parte de acesso do Evolved Packet System (EPS). Os principais requisitos para a nova rede de acesso são alta eficiência espectral, altas taxas de pico de dados, tempo curto de ida e volta, bem como flexibilidade em freqüência e largura de banda.
GSM foi desenvolvido para transportar serviços em tempo real, de forma comutada por circuito (azul na figura 1), com serviços de dados somente possíveis através de uma conexão de modem comutado por circuito, com taxas de dados muito baixas. O primeiro passo para uma solução de comutação de pacotes baseada em IP (verde na figura 1) foi dado com a evolução do GSM para GPRS, usando a mesma interface aérea e método de acesso, TDMA (Time Division Multiple Access).
Para alcançar maiores taxas de dados em UMTS (Universal Mobile Terrestrial System) foi desenvolvida uma nova tecnologia de acesso WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access). A rede de acesso em UMTS emula uma conexão comutada por circuito para serviços em tempo real e uma conexão comutada por pacote para serviços de datacom (preto na figura 1). Em UMTS o endereço IP é atribuído à UE quando um serviço de datacom é estabelecido e liberado quando o serviço é liberado. Os serviços de datacom de entrada ainda dependem do núcleo comutado do circuito para paging.
O Evolved Packet System (EPS) é puramente baseado em IP. Tanto os serviços em tempo real quanto os serviços de datacom serão transportados pelo protocolo IP. O endereço IP é alocado quando o móvel é ligado e liberado quando desligado.
A nova solução de acesso, LTE, é baseada em OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) e em combinação com modulação de ordem superior (até 64QAM), grandes larguras de banda (até 20 MHz) e multiplexação espacial no downlink (até 4×4) podem ser alcançadas altas taxas de dados. A maior taxa teórica de pico de dados no canal de transporte é de 75 Mbps na ligação ascendente, e na ligação descendente, utilizando a multiplexação espacial, a taxa pode atingir os 300 Mbps.
A rede de acesso LTE é simplesmente uma rede de estações base, evoluída NodeB (eNB), gerando uma arquitetura plana (figura 2). Não existe um controlador inteligente centralizado, e os eNBs são normalmente interligados viathe interface X2 e em direção à rede central pela interface S1 (figura 2). A razão para distribuir a inteligência entre as estações de base em LTE é acelerar a configuração da conexão e reduzir o tempo necessário para uma transferência. Para um usuário final, o tempo de configuração da conexão para uma sessão de dados em tempo real é em muitos casos crucial, especialmente em jogos on-line. O tempo para uma transferência é essencial para serviços em tempo real onde os usuários finais tendem a terminar chamadas se a transferência demorar muito tempo.
Outra vantagem com a solução distribuída é que a camada de protocolo MAC, que é responsável pelo agendamento, é representada apenas na UE e na estação base levando a uma rápida comunicação e decisões entre o eNB e a UE. Em UMTS o protocolo MAC, e o agendamento, está localizado no controlador e quando o HSDPA foi introduzido uma sub-camada MAC adicional, responsável pelo agendamento HSPA foi adicionado no NB.
O agendador é um componente chave para a obtenção de um recurso de rádio ajustado rapidamente e eficientemente utilizado. O Intervalo de Tempo de Transmissão (TTI) é definido para apenas 1 ms.
Durante cada TTI o agendador eNB deve:
– considerar o ambiente físico de rádio por UE. As UEs reportam a sua qualidade de rádio percebida, como uma entrada para o agendador para decidir qual o esquema de Modulação e Codificação a utilizar. A solução baseia-se na rápida adaptação às variações de canal, empregando HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) com soft-combining e adaptação de taxa.
– priorizar os requisitos de serviço de QoS entre as UEs. O LTE suporta tanto serviços sensíveis a atrasos em tempo real quanto serviços de datacom que requerem altas taxas de pico de dados.
– informe as UEs dos recursos de rádio alocados. O eNB agenda as UEs tanto no downlink quanto no uplink. Para cada UE programada em um TTI, os dados do usuário serão transportados em um bloco de transporte (TB). DL pode haver um máximo de dois TBs gerados por TTI por UE – se for utilizada a multiplexação espacial. O TB é entregue em um canal de transporte. No LTE o número de canais é reduzido em comparação com o UMTS. Para o avião do utilizador existe apenas um canal de transporte partilhado em cada direcção. O TB enviado no canal, pode portanto conter bits de uma série de serviços, multiplexados juntos.
Para alcançar uma alta eficiência espectral de rádio, bem como permitir uma programação eficiente tanto no domínio do tempo como da frequência, foi escolhida uma abordagem multiportadora para acesso múltiplo pelo 3GPP. Para o downlink, o OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) foi selecionado e para o uplink SC-FDMA (Single Carrier – Frequency Division Multiple Access) também conhecido como DFT (Discrete Fourier Transform) spread OFDMA (figura 3).
OFDM é uma tecnologia de múltiplas portadoras que subdivide a largura de banda disponível em uma infinidade de subportadoras ortogonais de banda estreita mútuas. No OFDMA estas subcarriers podem ser partilhadas entre vários utilizadores. A solução OFDMA leva a um alto PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) que requer amplificadores de potência caros com altos requisitos de linearidade, aumentando o consumo de energia para o remetente. Isto não é problema no eNB, mas levaria a aparelhos muito caros. Assim, uma solução diferente foi selecionada para a UL. Como ilustrado na figura 3, a solução SC-FDMA gera um sinal com características de portadora única, portanto com um PAPR.
Para permitir uma possível implantação em todo o mundo, suportando o maior número possível de requisitos regulatórios, o LTE é desenvolvido para várias bandas de frequência – bandas de operação E-UTRA – atualmente variando de 700 MHz até 2,7GHz. As larguras de banda disponíveis também são flexíveis, começando com 1,4 MHz até 20 MHz. O LTE foi desenvolvido para suportar tanto a tecnologia de divisão de tempo duplex (TDD) quanto a divisão de freqüência duplex (FDD). No R8 existem 15 bandas especificadas para FDD e oito bandas para TTD. No R9 foram acrescentadas quatro bandas para FDD. Também no R9 foram adicionadas, por exemplo, o Multimedia Broadcast Multicast Service (MBMS), e o Home eNB (HeNB), ver figura 4. MBMS é usado para fornecer informação de transmissão a todos os utilizadores, por exemplo publicidade, e multicast a um grupo fechado que subscreva um serviço específico, por exemplo, streaming TV. O HeNB é um eNB de baixa potência que será utilizado em células pequenas – células femto. Normalmente será propriedade do cliente, implantado sem qualquer planejamento de rede e conectado aos operadores EPC (Evolved Packet Core).
Figura 4 Novo em LTE R9: a) MBMS, b) HeNB.
Outras leituras
– TS 36.211 Acesso Rádio Universal Terrestre Evoluído (E-UTRA); Canais físicos e modulação
– TS 36.212 Acesso Rádio Universal Terrestre Evoluído (E-UTRA); Multiplexação e codificação de canais
– TS 36.213 Acesso Rádio Universal Terrestre Evoluído (E-UTRA); Procedimentos de camada física
– TS 36.300 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) e Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Descrição geral; Etapa 2
– TS 36.321 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Especificação do protocolo de Controle de Acesso Médio (MAC)
– TS 36.331 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Radio Resource Control (RRC); especificação de protocolo
– TS 36.413 Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); S1 Application Protocol (S1AP)
– TS 36.423 Evolved Universal Radio Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); X2 Application Protocol (X2AP)
LTE Historical Information
O documento técnico UTRA-UTRAN Long Term Evolution (LTE) e 3GPP System Architecture Evolution (SAE) é um bom ponto de partida.
Iniciado em 2004, o projeto Long Term Evolution (LTE) focou na melhoria do Acesso Rádio Universal Terrestre (UTRA) e na otimização da arquitetura de acesso rádio do 3GPP.
A série de especificações 3GPP 36, cobre o “Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA)”.
Veja também – a página de tecnologias no LTE-Advanced, que descreve o trabalho além do LTE Release 8/9.
…Obtenha detalhes de como usar os logos LTE e LTE-Advanced