O Que é 4G?

O que é 4G?

O Termo da quarta geração de tecnologia celular – falando de forma estrita – só existe comercialmente. O “4G” utilizado pelas operadoras americanas é, na verdade, um nome para agrupar as tecnologias WiMAX (usado pela Sprint), LTE (já disponibilizado pela Verizon e, mais tarde, pela T-Mobile) e HSPA+ (T-Mobile e AT&T).

Essa ressalva é importante porque nenhuma das operadoras atendia aos pré-requisitos definidos pela “InternationalTelecommunications Union” (ITU – União Internacional de Telecomunicações) da ONU. Graças à confusão gerada pelo uso da nomenclatura 4G, a ITU se viu obrigada a relaxar as exigências e, atualmente, essas redes já cumprem o mínimo necessário.

Requerimentos básicos

Inicialmente, para uma operadora poder anunciar que dispõe de uma rede 4G, é necessário que equipamentos usando o sistema atinjam velocidades de conexão entre 100 Mbps (em alta mobilidade) e 1 Gbps (em curto alcance da antena).

Após o relaxamento das exigências da ITU – uma vez que nenhuma operadora que vendia redes “4G” atendia esse requisito – o mínimo de velocidade aceitável no padrão é de 1 Mbps, com o máximo já obtido em torno dos 200 Mbps. Em média, as operadoras anunciam velocidades em torno de 5 Mbps como o esperado de suas redes 4G.

Comparando com o 3G

Em termos de velocidade o padrão 4G, após a diminuição de requisitos pela ITU, não se diferencia do 3G já utilizado em velocidades mínimas. Ambos atingem 1 Mbps, sendo que dificilmente o 3G ultrapassa a marca dos 2 Mbps.

Analisando os números, então, pode-se concluir que mesmo após o rebaixamento da expectativa de velocidade, as redes 4G podem chegar a ser de 4 a 100 vezes mais rápidas que o sistema atualmente em uso.

LTE (Verizon)

O “LongTermEvolution” (Evolução de longo período) em teoria atinge até 100 Mbps de download e 50 Mbps de upload e é a tecnologia que, provavelmente, terá maior avanço sem necessidade de grandes investimentos. Espera-se que a versão avançada do LTE atinja os requisitos originais do padrão 4G, com downloads a 1Gbps.

Outro detalhe interessante sobre a tecnologia LTE é que o sistema é o primeiro a não diferenciar voz de dados, realizando todas as chamadas em VoIP. Além da Verizon, e do futuro serviço da AT&T, as cidades de Oslo e Estocolmo – ambas em países escandinavos – também contam com redes LTE.

Redes 3G e 4G: Características do LTE

LongTermEvolution – 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.

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:

• Uso do OFDMA no downlink e o SC-FDMA no uplink, para reduzir o alto PAPR – PeakAverage Power Rate – do OFDM que encarece os amplificadores e obriga que eles sejam ineficientes, por não poderem apresentar alto ganho. Procura-se com isso reduzir a complexidade do equipamento móvel.

• Latência abaixo de 5ms com 5 MHz ou largura de banda maior. Com alocação de banda abaixo de 5 MHz, a latência menor que 10 ms pode ser viabilizada.

• Largura de banda escalável até 20 MHz, com bandas menores cobrindo 1,25 MHz, 2,5 MHz, 5 MHz, 10 MHz e 15 MHz. A banda de 1,6 MHz também é considerada para casos específicos.

• Suporta somente comutação por pacote (PacketSwitching – PS). O serviço de Voz para o usuário é fornecido através de VoIP ou utilizando as tecnologias legadas.

• Taxa máxima de dados no downlink de até 100 Mbit/s e no uplink de até 50 Mbit/s com largura de banda de 20 MHz.

• Redução do valor do TTI para 1ms.

Técnicas de Modulação de Dados

SISO, MISO, SIMO

Antes de falarmos especificamente de MIMO, vamos conhecer, ou relembrar o que significa também SISO, MISO e SIMO.

Embora possa parecer algum tipo de trava línguas, na verdade essas letras correspondem aos diferentes tipos de utilização de um canal de rádio. Ou seja, referem-se aos modos de acesso do canal de rádio, num sistema de transmissão e recepção qualquer.

Vamos começar com o SISO - ‘Single Input, Single Output’, o modelo mais intuitivo. Como o nome diz, temos apenas uma entrada no canal de rádio, e apenas uma saída.

Com a figura abaixo fica mais fácil de entender: temos a transmissão dos dados do Transmissor (TX) através de uma única antena, e a recepção dos mesmos no Receptor (RX), também através de uma única antena.

Quando o sistema possui múltiplas entradas, e uma única saída, temos o MISO - ‘Multiple Input, Single Output’.

Nesse caso temos várias entradas, e apenas uma saída.

Nota: na prática, podemos ter mais de uma antena. Apenas para simplificar a demonstração vamos nos limitar a duas antenas no máximo nas ilustrações.

Lembre-se