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O que é LTE: Tutorial e visão geral da evolução de longo prazo

O que é LTE: Tutorial e visão geral da evolução de longo prazo


O LTE foi o sucessor 4G do sistema 3G UMTS, que foi desenvolvido para proporcionar uma evolução adicional do sistema de telecomunicações móveis disponível.

Fornecendo velocidades de dados muito mais altas e desempenho muito melhorado, bem como custos operacionais mais baixos, o esquema começou a ser implantado em sua forma básica por volta de 2008.

As implantações iniciais deram poucas melhorias em relação ao 3G HSPA e algumas vezes foram apelidadas de 3,5 G ou 3,99 G, mas logo a capacidade total do LTE foi percebida, fornecendo um nível de desempenho 4G completo.

As primeiras implantações eram simplesmente conhecidas como LTE, mas as implantações posteriores foram designadas 4G LTE Advanced e, posteriormente, 4G LTE Pro.

Não apenas a rede de acesso por rádio foi melhorada para 4G LTE, mas a arquitetura da rede foi revisada permitindo uma latência mais baixa e uma interconectividade muito melhor entre os elementos da rede de acesso por rádio, RAN.

Começos LTE

3GPP, o Projeto de Parceria de Terceira Geração que supervisionou o desenvolvimento do sistema 3G UMTS iniciou o trabalho sobre a evolução da tecnologia celular 3G com um workshop realizado em Toronto, Canadá, em novembro de 2004. O trabalho em LTE começou com um estudo de viabilidade iniciado em dezembro de 2004, que foi finalizado para inclusão no 3GPP versão 7. As especificações principais de LTE foram então incluídas na versão 8.

O workshop estabeleceu uma série de requisitos de alto nível para a nova tecnologia:

  • Custo reduzido por bit
  • Maior provisionamento de serviços - mais serviços a um custo menor com melhor experiência do usuário
  • Flexibilidade de uso de bandas de frequência novas e existentes
  • Arquitetura simplificada, interfaces abertas
  • Permitir um consumo razoável de energia do terminal

Em termos de números reais, os alvos para as implantações iniciais de LTE incluíam taxas de download de 100 Mbps e taxas de upload de 50 Mbps para cada 20 MHz de espectro. Além disso, o LTE era necessário para suportar pelo menos 200 usuários ativos em cada célula de 5 MHz. (ou seja, 200 chamadas ativas). Metas também foram definidas para a latência na entrega de pacotes IP. Com o uso crescente de serviços, incluindo VoIP, jogos e muitos outros aplicativos em que a latência é uma preocupação, é necessário definir os números para isso. Como resultado, foi definido um valor de latência abaixo de 10 ms para pequenos pacotes IP.

Evolução 3G LTE

Embora haja grandes mudanças entre o LTE e seus predecessores 3G, ele é visto como uma evolução dos padrões UMTS / 3GPP 3G. Embora use uma forma diferente de interface de rádio, usando OFDMA / SC-FDMA em vez de CDMA, há muitas semelhanças com as formas anteriores de arquitetura 3G e há espaço para muita reutilização.

Para determinar o que é LTE e como ele difere de outros sistemas celulares, uma rápida olhada nas especificações do sistema pode fornecer muitas respostas. LTE pode ser visto por fornecer uma evolução adicional de funcionalidade, velocidades aumentadas e desempenho melhorado geral.

O que é 4G LTE?
Comparação com outras tecnologias de comunicações móveis
WCDMA
(UMTS)
HSPA
HSDPA / HSUPA
HSPA +LTE
Velocidade máxima de downlink
bps
384 mil14 mi28 mi100 milhões
Velocidade máxima de uplink
bps
128 k5,7 mi11 mi50 mi
Latência
tempo de ida e volta
Aproximadamente
150 ms100 ms50ms (máx)~ 10 ms
Lançamentos 3GPPRel 99/4Rel. 5/6Rel 7Rel 8
Aproximadamente anos de implementação inicial2003 / 42005/6 HSDPA
2007/8 HSUPA
2008 / 92009 / 10
Metodologia de acessoCDMACDMACDMAOFDMA / SC-FDMA

Além disso, LTE é uma rede totalmente baseada em IP, com suporte para IPv4 e IPv6.


Noções básicas de LTE: - visão geral das especificações

Vale a pena resumir os principais parâmetros da especificação 3G LTE. Tendo em conta que existem várias diferenças entre o funcionamento do uplink e do downlink, estes diferem naturalmente no desempenho que podem oferecer.

Especificações básicas de LTE
ParâmetroDetalhes
Velocidade máxima de downlink
64QAM
(Mbps)
100 (SISO), 172 (2x2 MIMO), 326 (4x4 MIMO)
Velocidades máximas de uplink
(Mbps)
50 (QPSK), 57 (16QAM), 86 (64QAM)
Tipo de dadosTodos os dados comutados por pacote (voz e dados). Nenhum circuito comutado.
Esquemas de acessoOFDMA (Downlink)
SC-FDMA (Uplink)
Tipos de modulação suportadosQPSK, 16QAM, 64QAM (uplink e downlink)
Eficiência espectralDownlink: 3 - 4 vezes Rel 6 HSDPA
Uplink: 2 -3 x Rel 6 HSUPA
Larguras de banda do canal
(MHz)
1.4, 3, 5, 10, 15, 20
Esquemas duplexFDD e TDD
Mobilidade0 - 15 km / h (otimizado),
15 - 120 km / h (alto desempenho)
LatênciaInativo para ativo por menos de 100 ms
Pacotes pequenos ~ 10 ms

Essas especificações de destaque fornecem uma visão geral do desempenho que o LTE oferecerá. Ele atende aos requisitos da indústria para altas velocidades de download de dados, bem como latência reduzida - um fator importante para muitas aplicações de VoIP a jogos e uso interativo de dados. Ele também fornece melhorias significativas no uso do espectro disponível.

Novos recursos LTE

LTE introduziu uma série de novas tecnologias em comparação com os sistemas celulares anteriores. Eles permitem que o LTE opere de forma mais eficiente com relação ao uso do espectro e também forneça taxas de dados muito mais altas que estão sendo necessárias.

  • OFDM (Multiplex de Divisão de Frequência Ortogonal): A tecnologia OFDM foi usada para o formato de sinal para LTE porque permitiu que grandes larguras de banda de dados fossem transmitidas de forma eficiente, enquanto ainda fornecia um alto grau de resiliência a reflexos e interferência. Como os dados eram transportados por um grande número de portadoras, se alguns estivessem faltando como resultado de interferência de reflexos, etc., o sistema ainda era capaz de lidar com isso. Os esquemas de acesso diferiram entre o uplink e o downlink: OFDMA (acesso múltiplo por divisão ortogonal de frequência foi usado no downlink; enquanto SC-FDMA (portadora única - acesso múltiplo por divisão de frequência) foi usado no uplink. SC-FDMA foi usado em vista de o fato de sua relação de potência de pico para média ser menor do que para OFDMA - a relação de pico de potência média mais baixa permitindo que melhores níveis de amplificador de potência de RF final sejam alcançados - este foi e é um fator importante para a vida útil da bateria do aparelho móvel.
  • MIMO (Multiple Input Multiple Output): Um dos principais problemas que os sistemas de telecomunicações anteriores encontraram foi o de vários sinais decorrentes das muitas reflexões encontradas. Ao usar o MIMO, esses caminhos de sinal adicionais podem ser usados ​​com vantagem e podem ser usados ​​para aumentar o rendimento.

    Ao usar MIMO, é necessário usar várias antenas para permitir que os diferentes caminhos sejam distinguidos. Consequentemente, esquemas usando matrizes de antena 2 x 2, 4 x 2 ou 4 x 4 podem ser usados. Embora seja relativamente fácil adicionar mais antenas a uma estação base, o mesmo não acontecia com os telefones móveis, onde as dimensões do equipamento do usuário limitavam o número de antenas que deveriam ser colocadas a pelo menos meio comprimento de onda uma da outra.

  • SAE (Evolução da Arquitetura do Sistema): Com a taxa de dados muito alta e os requisitos de baixa latência para 3G LTE, foi necessário evoluir a arquitetura do sistema para permitir que o desempenho aprimorado fosse alcançado. Uma mudança foi que várias das funções anteriormente gerenciadas pela rede central foram transferidas para a periferia. Essencialmente, isso forneceu uma forma muito mais "plana" de arquitetura de rede. Desta forma, os tempos de latência podem ser reduzidos e os dados encaminhados mais diretamente ao seu destino. Como parte da atualização de um Evolved Packet Core, o EPC foi desenvolvido para garantir que os dados do pacote fossem roteados da forma mais eficiente possível.
  • Dados IP: 4G LTE é um sistema de dados totalmente IP. 3G UMTS incluía voz comutada por circuito, mas LTE não tinha provisão para nenhuma voz comutada por circuito. Originalmente, havia sido previsto que as operadoras forneceriam a capacidade de dados e a voz seria por meio de aplicativos OTT. Como as operadoras perderiam receitas significativas como voz, na época, constituía um elemento importante da receita. Para superar isso, a GSMA definiu o padrão para conectividade de voz como o esquema Voice over LTE, VoLTE.

    O VoLTE exigia a implementação de um núcleo IMS e isso desacelerou a implantação desse recurso devido aos custos. Para ajudar as operadoras a superar isso, uma implementação limitada de IMS foi desenvolvida e isso reduziu consideravelmente as despesas de capital exigidas pelas operadoras.

4G LTE tornou-se a tecnologia de comunicações móveis de base. Ambas as tecnologias de primeira e segunda geração foram focadas em voz e 3G, em seguida, mudaram para dados móveis. O 4G LTE melhorou os aspectos de dados móveis das comunicações móveis, focando principalmente neste aspecto para permitir a conectividade geral de dados móveis.

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Assista o vídeo: LTE Basics (Novembro 2021).