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LTE - Aplicações

Carlos Lorena Neto

Email: clneto@cpqd.com.br

GTSF – Gerência Sem Fio, CPqD

Padronização – 3GPP LTE Releases

Tecnologia Móvel e Tráfego de Dados

Source: Cisco VNI Mobile, 2015

Terminais Móveis e Dados

http://www.coadydiemar.cm/html/rb_volume6_2012.html

2012 2013 2014 2015 2016 20170

1

2

3

4

5

6

7

Billi

on

s o

f D

evic

es o

r C

on

necti

on

s

1%

23%

76%

10%

33%

57%4G3G2G

Rápido Crescimento da Demanda de Tráfego

Traffic

Revenue

Voice Era

Data Era

Traffic and Revenue

Decoupling

2017

Exabyte per month

0

3

6

9

12

2016201520142013201220112010

11.2

7.4

4.5

2.8

1.60.9

0.40.2

66% Annual Growth

Traffic Composition (Cisco 2013)

File Sharing M2M Web/Data Video

20172012

Julho

2011

Julho

2012

Agosto

2013

0%

20%

40%

60%

100%

80%

% Devices

Smartphones

CPE/Hotspot

Dongles

Modules

Tablets

Notebooks

PC Cards

Femtocells

Comunicações Móveis - Evolução no Brasil

Fonte: teleco.com.br

Uso do Espectro Eletromagnético

http://www.gsma.com/latinamerica/2013/12

Banda LTE FDD

http://niviuk.free.fr/lte_band.php

Banda LTE FDD No Brasil

Bandas 28, 31, e

7 regulamentadas

e leiloadas no

Brasil para o 4G.

Refarming do

espectro do

3G/2G e outros

leilões estão a

caminho

http://niviuk.free.fr/lte_band.php

Bandas LTE TDD

http://niviuk.free.fr/lte_band.php

Faixas Anatel

Item Tipo Serviço Duplex

Faixa

(MHz) Subfaixa Frequências (MHz)

BW

(MHz)

Banda

3GPP

Item A A SMP FDD 1800 E

1740 -

1755

1835 -

1850 15 15 3

Item B A SMP FDD 1800 Extensão

1737.5 -

1740.0

1832.5 -

1835.0 2.5 2.5 3

Item C A SMP FDD 1800 Extensão

1765 -

1770

1860 -

1865 5 5 3

Item D A SMP FDD 1800 Extensão

1770 -

1775

1865 -

1870 5 5 3

Item E B SMP FDD 2500 P

2500 -

2510

2620 -

2630 10 10 7

Item F C SCM TDD 1900 Extensão 1885 - 1890 5 35

Item G C SCM TDD 1900 Extensão 1890 - 1895 5 35

Item H C SCM TDD 2500 T 2570 - 2585 15 41

Item I C SCM TDD 2500 U 2585 - 2620 35 41

Evolução das Tecnologias Móveis

2G 3G 4G 5G

BW: 200 KHz 5 MHz 20 MHz 100 MHz 200 MHz

Bitrate: 10 Kbps 10 Mbps 300 Mbps 1,5 Gbps 10 Gbps

Bps/Hz: 0,05 bps/Hz 2 bps/Hz 5-15 bps/Hz 10-50

Latency: 150 ms 50 ms 10 ms 1 ms

Q4

2012

1000x

LTE – Modulation and Coding Scheme

www.lte-bullets.com

Capacidade da Rede LTE

Número de

máximo de

usuários ativos

simultâneos

eNBUE

eNBUE

eNBUE

eNBUE

eNBUE

eNBUE

eNBUE

eNBUE

eNBUE

EPC Rede Externa

Capacidade

média por setor

Demanda de

tráfego

Capacidade por Setor da Tecnologia LTE

Modulação Adaptativa

64-QAM16-QAMQPSK

Capacidade por Setor da Tecnologia LTE

Modulação Adaptativa

MCS: Modulation and

Coding Scheme

Fonte: 3GPP TS 36.213

Capacidade por Setor da Tecnologia LTE

Cenário: Capacidade no Uplink com SISO• Canal 5 MHz, Vídeo 500 kbps

MCS: Modulation and Coding Scheme

SNR: 3 dB

Taxa: 1.0 Mbps

No. Usuários Vídeo Simultâneos: 2

No. Usuários PTT Simultâneos: 16

SNR: 9 dB

Taxa: 7.2 Mbps

No. Usuários Vídeo Simultâneos: 8

No. Usuários PTT Simultâneos: 74

SNR: 15 dB

Taxa: 14.4 Mbps

No. Usuários Vídeo Simultâneos: 16

No. Usuários PTT Simultâneos: 148

Fonte: 3GPP TS 36.213

Throughput LTE 700MHz – 25km

Uplink

DL – 15Mbps / UL – 1.5Mbps

CPE - Antena Omnidirecional

Throughput LTE 700MHz – 25km

LTE - Throughput

www.lte-bullets.com

LTE-ALTE comercial

Classes de Terminais

Classe 1 Classe 2 Classe 3 Classe 4 Classe 5 Classe 6 Classe 7 Classe 8

Peakrate

DL/UL*10/5 50/25 100/50 150/50 300/75 300/50 300/100 3000/1500

RF BW** 20 20 20 20 20 40 40 80

Mod DL 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM

Mod UL 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 64QAM 16QAM 16QAM 64QAM

MIMO DL Opcional 2x2 2x2 2x2 4x4 2x2, 4x4 2x2, 4x4 8x8

MIMO UL Não Não Não Não Não Não 2x2 4x4

* Peak rate (Mbps)

** BW (MHz)

Release 8 Release 10

LTE - Standards

Spec Descrição

TS 36.1xxRequisitos de equipamentos: Terminais, base

stations, e repetidores

TS 36.2xx Camada física

TS 36.3xxCamadas L2 e L3: Medium access control, radio link

control, e radio resource control

TS 36.4xx Arquitetura de comunicação de rede: S1 e X2

TS 36.5xx Testes de conformidade

LTE - Standards

Spec Descrição

TS 36.104

LTE;

Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-

UTRA);

Base Station (BS) radio transmission and reception

TS 36.141

LTE;

Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-

UTRA);

Base Station (BS) conformance testing

Bearers Model

UE

App1

App2

eNodeB GW Internet

Serv1

Serv2

QCI = 6, Non-GBR

QCI = 1, GBR

Radio Bearer S1 Bearer External Bearer

LTE-Uu S1-U

RLC

MAC

PHY

PDCP

UE

PDCP

RLC

MAC

PHY

GTP-U

UDP

IP

L2

L1

eNodeB

UDP

IP

L2

L1

UDP

IP

L2

L1

GW

GTP-U GTP-U

QoS per Bearer

• QoS Class Identifier (QCI)

- Guaranteed Bit Rate (GBR) and Non-Guaranteed Bit-Rate (Non-GBR) bearers..

• Priority: Indica a prioridade relativa do bearer.

• Maximum Bit Rate (MBR): Identifica a taxa máxima para o bearer.

• Guaranteed Bit Rate (GBR): Identifica se a taxa de bit deve ser garantida ou não para o bearer.

• Aggregate Maximum Bit Rate (AMBR): total maximum bit rate a UE may have for all bearers in

the same PDN connection.

(A) UE em operação normal se

conectou à eNodeB A,

estabelecendo sessão de

comunicação de dados.

(B) O UE ao mover na direção da

célula B, recebe o sinal de

referência da eNB B.

(C) Caso o UE esteja em modo

ATIVO e célula A atinja o

Trigger Event, a eNodeB A

decide realizar o handover, o

UE procura nova célula e se

conecta à eNodeB B.

MobilidadeeNodeB A

UE

EPC(2)

A)

Fluxo de

mensagens de

dados e controle

para o UE

Cell A

Serving cell

(1)UE

Session

eNodeB A

eNodeB B

UE

EPC

Cell A

Cell B

Reference

Signal

Reference

Signal

B)

(3)

Estação Rádio Base

eNodeB

Public TelephonyNetwork

P-GW

HSSEPC

S-GW

PCRF

Public Internet Network

Operational/ Corporate network

IMS/NGN

System

EPS

UE

eNBUE

eNBUE

MME

eNodeB

Estação Rádio Base (ERB) ou

Evolved Node B (eNodeB)

eNodeB

Gerenciamento de recursos de rádio

Potência de transmissão

Alocação de recursos

Escalonamento de dados e terminais

Gerenciamento de QoS

Controle de dados no downlink (DL) e uplink (UL)

Compressão de cabeçalho

Medição de qualidade de sinal

Tipos de eNodeBs

Arquiteturas:

• Split

• Ground based

• Compacta

Aplicações:

• Fixa

• Transportável

• Móvel

Tipos de eNodeBsArquitetura “Ground-Based”

Equipamento

em Solo:

Banda-Base,

RF, PA

Antenas

Cabos

Coaxiais

Backhaul

Torre

Módulos

Abrigados

Arquitetura “Ground-Based”

- Altas perdas nos cabos coaxiais (Tx e Rx)

- Necessidade de abrigo para módulos em solo

(banda base, módulo de RF e PA (Power

Amplifier)

Tipos de eNodeBsArquitetura “Split”

Equipamento

em Solo:

Banda-Base

Antenas

Fibra e

Alimentação

Backhaul

Torre

Módulos

Abrigados

RRUsArquitetura “Split”

- Necessidade de abrigo para módulos em solo

(banda base)

Tipos de eNodeBsArquitetura “Compact”

Arquitetura “Compact”

- Zero Footprint

Antenas

Eth/Fibra e

Alimentação

Backhaul

Torre

BS Compacta

Antenas

Eth/Fibra

Backhaul

Rádio P2P ou

Satélite

Torre

BS Compacta

Alimentação

eNodeBs Split

Módulo Digital,

Switch e Fonte de

Alimentação (Rack

19’’)

Setor 1

Antenas e

módulos de

Potência

Fibra óptica

e cabo de

alimentação

Backhaul (fibra óptica, satélite ou

rádio ponto-a-ponto.

eNodeBs Compacta

Switch e fonte de

alimentação

Setor 1

Antenas e

eNodeB

Fibra óptica

e cabo de

alimentação

Backhaul (fibra óptica, satélite ou

rádio ponto-a-ponto.

eNodeB Compacta

Perfis de eNodeB

Capacidade

Cobertura

Alta

Média

Baixa

Pequena Média Grande

20 m

16 UE

200 m 2 km 20 km

Macro

Pico

>200 UE

128 UE

64 UE

Femto

Micro

Perfis de eNodeB - Compacta

- Banda Base no mesmo empacotamento do RF

- Instalação completamente Outdoor

Terminal

Dongle

Terminal doméstico/empresarial Terminal outdoor

Terminal veicular

Smartphone

Terminais LTE

Ecossistema LTE

2646 equipamentos de usuário LTE

lançados até fev/2015

Crescimento do número de

equipamentos LTE

Fonte: Global mobile Suppliers Association (GSA)

EPC

Arquitetura 2G / 3G

www.slideshare.net

PCRF

External Networks:

Internet and Operator

Services

EPC

Services

E-UTRAN

UE

User Plane

Control Plane

P-GW

S-GW MME

S6a

S11

S5/S8

SGiRx

Gx

Gxc

S1-US1-MME

X2-UeNodeB

eNodeB

LTE-Uu

X2-C

HSS

• IMS: IP Multimedia Subsystem

• HSS: Home Subscriber Server

• MME: Mobility Management Entity

• PCRF: Policy and Charging Rules

Function

• P-GW: Packet Data Network Gateway

• S-GW: Serving Gateway

• UE: User Equipment

IMS

Arquitetura LTE

eNB

Antena

CPRI

eNB

AU

Cobre

Microondas

Fibra

Rede de Acesso

Sem FioBackhaul Core

MME HSS

S-GW/P-GW

PCRF

External Networks:

Internet and Operator

Services

EPC

Services

E-UTRAN

UE

User Plane

Control Plane

P-GW

S-GW MME

S6a

S11

S5/S8

SGiRx

Gx

Gxc

S1-US1-MME

X2-UeNodeB

eNodeB

LTE-Uu

X2-C

HSS

• IMS: IP Multimedia Subsystem

• HSS: Home Subscriber Server

• MME: Mobility Management Entity

• PCRF: Policy and Charging Rules

Function

• P-GW: Packet Data Network Gateway

• S-GW: Serving Gateway

• UE: User Equipment

IMS

Arquitetura LTE - ISP

eNB

Antena

CPRI

eNB

AU

Cobre

Microondas

Fibra

Rede de Acesso

Sem FioBackhaul Core

MME HSS

S-GW/P-GW

ISPx