REDES 3G
O celular teve a sua estreia no Brasil, em 1990 no Rio de Janeiro, através da TELERJ. Na época era uma tecnologia analógica de geração 1G. Ele utilizava o padrão AMPS (Advanced Mobile Phone System), o som original da voz era transmitido através de ondas de rádio, e podia sofrer interferências e ainda ser interceptadas por terceiros. Tal padrão apresentava vulnerabilidade da rede, menor segurança, maior consumo de bateria e maior congestionamento da rede. Transmitia apenas uma ligação por vez num mesmo canal de voz e não permitia a utilização dos serviços de valor agregado.
Em 1997 a tecnologia digital é utilizada pela primeira vez no Brasil na banda B em Brasília, eram celulares considerados de geração 2G. Era utilizada na época a tecnologia TDMA, depois teve entrada a tecnologia CDMA e em 2003 entrou em operação a primeira rede GSM no Brasil através da Oi.
Em 2005 começou a ser disseminada a tecnologia GPRS no Brasil, essa tecnologia era instalada em cima da rede GSM, e permitia uma transmissão de dados na faixa dos 40 Kbps. Por essa característica essa tecnologia foi denominada de 2,5G, pois Trata-se de uma evolução sobre a segunda geração no que se refere à velocidade de transmissão de dados.
Esse aumento de velocidade na transmissão de dados permitiu uma série de novos serviços:
- mensagens multimídia
- downloads de imagens
- toques de campainha
- vídeos
- mobilidade para utilização da internet
- transmissão de dados por pacotes, com cobrança feita por volume da dados e não por tempo
Havia também a possibilidade de estar sempre online para dados através dos seguintes protocolos: GSM-GPRS , GSM-EDGE e CDMA-1xRTT. A Velocidade aproximada de transmissão de dados: GPRS até 40 kbps, 1xRTT até 80 Kbps e EDGE até 130 Kbps.
Em dezembro de 2007 é feito o leilão das frequencias de 3G no Brasil, a velocidade de transmissão saltou dos
130 Kbps do Edge para 1 Mbps. O padrão WCDMA caracteriza os terminais de geração 3G, mas a tecnologia HSDPA
e HSUPA é que roubam a cena com transmissões de dados na faixa de até 3,6 Mbps.
No final da década de 90, as redes móveis que estavam sendo lançadas eram conhecidas como sendo a Segunda Geração de Telefonia Celular, ou 2G, cujos padrões mais difundidos são o GSM, TDMA e o CDMA. Estas Tecnologias na época representaram um considerável avanço em relação aos sistemas analógicos até então em uso, porém continuavam sendo tecnologias que estavam em um processo de desenvolvimento principalmente para poder suportar os serviços de valor agregado.
Em 1999, começaram a surgir os primeiros serviços de banda larga através da rede de telefonia fixa e CATV. À medida que estes serviços foram se tornando populares, surgiu a necessidade de estendê-los, mesmo que precariamente, aos usuários móveis.
Afinal, a proposta inicial da telefonia celular de prover mobilidade aos serviços de voz precisava acompanhar os serviços que estavam se popularizando através da Internet. Desenvolveram-se então sobre a 2G algumas alternativas de serviços de transmissão de dados como o CDMA 1xRTT, GSM-GPRS e GSM-EDGE que lhe permitiram uma sobrevida sob o nome de 2,5G.
Estes padrões de rede, embora plenamente adequados ao tráfego de voz, não estavam totalmente aptos para o acesso a Internet de forma eficiente, impondo severas limitações para o provimento de serviços de dados de alta velocidade, inviabilizando portanto, o lançamento de novas aplicações.
O UMTS acabou emergindo como a tecnologia adotada por todas as operadoras nacionais que já oferecem acesso 3G, entre elas a Claro, que passou a oferecer planos 3G baseados no UMTS a partir do final de 2007. A TIM, a Oi também passaram a adotar esse padrão no seu processo evolutivo de rede.
Até mesmo a Vivo, que antigamente utilizava uma rede baseada no EVDO se rendeu ao UMTS.
Como evolução para as redes 3G há uma grande expectativa que seja adotada a tecnologia LTE Long Term Evolution, que estudaremos mais adiante.
ROADMAP DA EVOLUÇÃO DA TECNOLOGIA
Observem no roadmap que enquanto o Brasil estava instalando a sua primeira rede analógica, a Europa estava instalando a sua primeira rede celular digital, baseada no padrão GSM.
A Oi foi a primeira operadora brasileira a implementar a rede GSM no ano de 2002.
Com relação as redes 3G a euforia na Europa começou em 2000 e levou as maiores operadoras de telecomunicações fazerem uma corrida feroz para a obtenção de licenças nos processos de licitação abertos pelos governos europeus. Na Alemanha, as empresas do setor ficaram com uma fatia que lhes custou 50,5 bilhões de euros, enquanto no Reino Unido as empresas desembolsaram 37,5 bilhões. Acreditava-se então que seria este o preço a pagar. As empresas que haviam ficado de fora da licitação eram consideradas as grandes perdedoras do futuro. Contudo, poucos meses depois da aquisição das licenças, começaram a pipocar comunicados das empresas anunciando o adiamento, praticamente indefinido, da implementação da telefonia de terceira geração.
No Brasil as primeiras licenças de 3G foram licitadas em dezembro de 2007. O Leilão foi um grande sucesso no Brasil! Governo arrecadou R$ 5,33 bilhões e teve um ágio global de 86,65% em relação ao preço mínimo fixado de R$ 2,8 Bilhões.
A Claro foi a operadora que mais investiu com R$ 1,426 Bilhões, seguida da TIM, com R$ 1,324 Bilhões, da Vivo com R$ 1,147 Bilhões e a Oi com R$ 867 milhões. A Brasil Telecom investiu apenas R$ 488 Milhões.
A ANATEL disponibilizou neste Leilão as frequências de 1,9 GHz e 2,1 GHz nas bandas J, F, G e I. A banda F terá maior capacidade de transmissão, pois é mais larga (30 MHz, contra 20 MHz das demais bandas).
A rede 3G é padronizada pelo Sistema Universal de Telecomunicação Móvel – UMTS – é a tecnologia adotada pela Claro para o padrão 3G. É a tecnologia 3G mais usada do mundo, com mais 116 milhões usuários.
Possui uma série de Serviços de Valor Agregado, mas o seu maior apelo é permitir a transmissão de dados em alta velocidade de 200 a 1.000 Kbps.
A “Terceira Geração Wireless“, 3G, é um termo genérico usado como referência para a próxima geração de Sistemas Móveis de Comunicação.
O Sistema 3G fornece uma gama de serviços de transferência de voz, texto e dados, em alta velocidade.
Imagine uma conversa entre dois telefones celulares, com uma vídeo câmara sem interrupções, conectar-se rapidamente ao seu escritório e acessar documentos, navegar na Internet em alta velocidade, acessar sua música MP3 com agilidade, atuar nas bolsas de valores seguramente. Estas , dentre muitas outras serão as facilidades disponíveis com a chegada da Terceira Geração Wireless.
O conceito tecnológico para o sistema 3G e seus serviços, estão atualmente sendo desenvolvidos pela industria wireless através da UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), que é uma parte da International Telecommunications Union (ITU) ‘IMT-2000’, uma família global para Sistemas de Comunicação Móvel de Terceira Geração.
CARACTERÍSTICAS
Período: A partir de dezembro de 2005.
Tecnologias: WCDMA (2007) e CDMA 2000 (2005)
Novos recursos:
–Transmite voz e imagem em tempo real.
–Web Browsing de alta velocidade.
–Envio e recebimento de mensagens grandes (e-mail).
–Vídeo conferência.
–Streaming de vídeo.
–Controle remoto de aparelhos domésticos
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FREQUENCIAS
As frequências para 3G (ou, mais especificamente, para sistemas IMT-2000) identificadas pela UIT – União Internacional de Telecomunicações (Rec. ITU-R M.1036-3) são as seguintes:
-806-960 MHz
– 1710-1885 MHz
– 1885-1980 MHz
– 2110-2170 MHz
– 2500-2690 MHz
Dentre estas, as faixas de 850 MHz e 2100 MHz foram primariamente utilizadas pelos países pioneiros na introdução da terceira geração. Economias de escala significativas foram obtidas nestas faixas, fato que contribuiu para uma redução substancial do custo dos aparelhos e grande variedade de modelos. Enquanto as características de propagação na faixa de 850 MHz são ótimas, os volumes globais obtidos na faixa de 2100 MHz são ainda superiores.
Outras faixas de frequência poderão ser utilizadas em breve para implementação de sistemas 3G. Merece destaque a faixa de 900 MHz, hoje ocupada por redes GSM em inúmeros países. Administrações já estudam seu “refarming”, ou seja, o desligamento das redes legadas.
Um problema que o padrão UMTS trouxe de volta o problema do uso de frequências em diferentes partes do mundo. Nos grandes mercador como os Estados Unidos por exemplo, a frequências utilizada é 850 e 1900 MHz, na Europa (outro grande mercado) são utilizadas as frequencias de 900 e 2.100 MHz.
No nosso país são utilizadas as frequencias 850 e 2.100 MHz, de acordo com o estado e a operadora usada.
Com relação às operadoras, tanto a Claro quanto a TIM e a Vivo possuem licenças para operar tanto na faixa dos 850 MHz quanto na dos 2100 MHz. A faixa dos 850 MHz oferece vantagens do ponto de vista do alcance, pois com uma frequência mais baixa, os sinais se propagam por uma distância maior, usando a mesma potência de transmissão, mas a maior disponibilidade de equipamentos que utilizam a faixa dos 2100 MHz tem feito com que as operadoras deem preferência à esta faixa de frequência.
FREQUENCIAS 3G NO MUNDO
WCDMA
O Sistema W-CDMA (Wideband – CDMA) é uma das tecnologias de interface aérea escolhida pelo ITU para prover os serviços de 3G (terceira geração), previstos pelo IMT-200 e pelo UMTS (Universal Móbile Telecomunication System).
O W-CDMA é o padrão que caracteriza o sistema de 3G, ele pode oferecer serviços com taxas de até 2 Mbit/s, permitindo, por exemplo, o tráfego multimídia (voz, vídeo e dados).
UE: User Equipment ou equipamento do usuário, que corresponde ao terminal móvel e o seu módulo de identificação do usuário USIM (equivalente ao SIM card dos terminais GSM);
UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Acess Network, ou rede terrestre de acesso. Baseado na tecnologia WCDMA;
CN: Core Network, núcleo da rede que suporta os serviços baseados em comutação de circuitos e comutação de pacotes;
Uu: É a interface que é utilizada entre o usuário e a infraestrutura do UMTS (EU < — > UTRAN) . Essa interface é feita por comunicação em radiofrequência com utilização da tecnologia WCDMA;
Iu: É a interface interna entre os componentes da infraestrutura UMTS.
Os protocolos utilizados na comunicação entre componentes dessa arquitetura procuram manter a compatibilidade com os definidos para o sistema GSM, principalmente no que se refere à parte do usuário, com algumas modificações no protocolo de modo a suportar o transporte de dados com taxas mais altas de velocidade.
O UMTS Forum divulgou em janeiro de 2010 que o número de assinantes em redes 3G/UMTS no mundo alcançou a marca de 500 milhões. Essa quantidade foi atingida em oito anos de existência comercial dessa tecnologia, desde que a operadora NTT DoCoMo lançou a primeira rede WCDMA. Estima-se que existam hoje mais de 300 redes 3G/UMTS em operação no mundo. Do total de 500 milhões de assinantes, quase 40% acessam via HSPA, evolução do WCDMA.
O próximo passo das redes UMTS pode ser a migração para o HSPA+, que oferece até 28 Mbps de velocidade no download, ou a troca para o LTE, ainda mais veloz.
A rede W-CDMA pode ser considerada como sendo composta das seguintes partes principais:
- Rede de acesso UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network);
- Rede de núcleo (core network);
- Serviços e aplicativos.
Esses são os novos componentes que irão formar a rede WCDMA. Na UTRAN são realizados o processamento de tráfego e o gerenciamento dos recursos de rádio. A interface aérea a ser utilizada é o CDMA banda larga, com 5 MHz por portadora e uma taxa de 3,84 Mbit/s. É previsto suporte a dois modos de acesso: Divisão em frequência (FDD) e o método de acesso de divisão de tempo (TDD – Time Division Duplex). A rede núcleo tem como função principal o gerenciamento da rede e de seus serviços, onde ocorrem a comutação, roteamento e controle de chamadas.
A parte referente a serviços possui interface padrão, o que permite que outros fabricantes ofereçam diversos aplicativos.
Os elementos da UTRAN são:
- Nó B (Node B)
- RNC
HSPA
A sigla refere-se High Speed Packet Access, basicamente à terceira geração da Internet móvel, e engloba na realidade diversas tecnologias e protocolos diferentes lançados ao longo dos anos. O que temos como atual é o UMTS, ou Universal Mobile Telecommunications System (Sistema Universal de Telecomunicação Móvel), que no nosso caso utiliza, como padrão, o canal de comunicação WCDMA, sigla em inglês para Acesso Múltiplo por Divisão de Código de Banda Larga.
As primeiras tecnologias do 3G surgiram em meados de 2001, e ofereciam boas velocidades de download para a época, algo teoricamente próximo de 384 KB/s. No entanto, o avanço tecnológico nas velocidades de conexão demandavam um novo patamar para o 3G, o que foi possível com o HSPA.
O HSPA representa uma parte importante para a evolução WCDMA. Ele pode ser considerado uma camada de protocolos que é instalada em cima do WCDMA, pois permite ao usuário desfrutar de uma velocidade superior aos 384 K previstos no WCDM. Essa nova experiência, mais aperfeiçoada e com maiores possibilidades, ao acessar serviços de banda larga através das redes celulares o caracteriza como de geração 3,5G.
Além do desenvolvimento de novos serviços, o UMTS é parte da estratégia de expansão de capacidade de rede: técnicas otimizadas de alocação de frequência tornam possível acomodar muito mais assinantes numa mesma faixa de espectro do que nas atuais redes GSM. Nesse quesito o HSPA também se destaca: em tese, uma rede UMTS com HSPA pode ter até o dobro de assinantes de uma rede similar UMTS W-CDMA sem HSPA.
No que tange à implementação, o HSPA é apenas um complemento à rede UMTS: é necessário que a operadora possua infraestrutura UMTS já em funcionamento para que os benefícios do HSPA possam ser realizados. Basicamente, o rollout de uma rede HSPA inclui o upgrade de software (e possivelmente de hardware, para suportar o processamento adicional) das BTSs UMTS e a adoção de terminais compatíveis com o novo serviço de dados. Esses terminais hoje já se encontram disponíveis, tanto na forma de handsets quanto na de cartões para uso em computadores portáteis.
No Brasil, a implementação de HSPA foi condicionada ao leilão das frequências destinadas aos serviços 3G, realizado pela Anatel em dezembro de 2007.
É um protocolo de telefonia móvel, desenvolvido em 2002 pelo 3GPP. Permite a transmissão de pacotes de dados que opera a partir de uma rede WCDMA.
Tem por característica uma otimização na sua modulação permitindo que o enlace de downlink, tenha uma transmissão de dados até 14,4Mbit/s em uma banda de 5MHz.
O HSDPA implementa, entre outras características, um novo canal físico (HS-PDSCH) e de transporte (HS-DSCH) cujas diferenças com relação aos canais compartilhados do WCDMA puro são, entre outras:
* Modulação e Codificação Adaptativas (AMC);
* Requisição de Repetição Automática Híbrida (Hibrid Automatic Repeat Request – HARQ);
* Reserva Rápida de Pacotes (fast packet scheduling);
* Dois modos de modulação (QPSK e 16-QAM);
* Codificação turbo.
Outras diferenças incluem ausência do controle de potência rápido e soft handoff.
Essas funcionalidades são implementadas na chamada BTS, ou Base Transceiver Station, a estação base, também conhecida como node-B.
O uso do HSDPA requer novos terminais ou equipamentos de usuário (UE).
Um UE compatível com o HSDPA deve ter capacidade suficiente para processar os mecanismos de repetição automática (fast hybrid ARQ), os diversos códigos e etc.
Doze diferentes categorias de terminais foram definidas para acomodar desde os modelos mais simples até os mais sofisticados, como mostra a tabela desta página.
Os diferenciais entre as várias categorias de terminais incluem, por exemplo, o suporte aos esquemas de modulação QPSK e/ou 16QAM. As categorias 6 e 12 suportam 3,6 Mbit/s e 1,8 Mbit/s respectivamente, com cinco códigos para o HS-DSCH.
Outro diferencial é o número de códigos suportados pelo terminal. Por exemplo, um terminal que suporte dez códigos pode alcançar taxas de até 7,2 Mbit/s, ao passo que um terminal com 15 códigos pode chegar até 14 Mbit/s.
|
Categoria |
Núm Máx |
Pico de taxa de dados na Camada 1 (Mbit/s) |
Intervalo Mínimo |
Modulação QPSK / 16QAM |
|
Categoria 1 |
5 |
1,2 |
3 |
Ambos |
|
Categoria 2 |
5 |
1,2 |
3 |
Ambos |
|
Categoria 3 |
5 |
1,8 |
2 |
Ambos |
|
Categoria 4 |
5 |
1,8 |
2 |
Ambos |
|
Categoria 5 |
5 |
3,6 |
1 |
Ambos |
|
Categoria 6 |
5 |
3,6 |
1 |
Ambos |
|
Categoria 7 |
10 |
7,2 |
1 |
Ambos |
|
Categoria 8 |
10 |
7,2 |
1 |
Ambos |
|
Categoria 9 |
15 |
10,2 |
1 |
Ambos |
|
Categoria 10 |
15 |
14,4 |
1 |
Ambos |
|
Categoria 11 |
5 |
0,9 |
2 |
QPSK |
|
Categoria 12 |
5 |
1,8 |
1 |
QPSK |
A 3ª Geração do Celular foi desenvolvida considerando que o crescimento de serviços de dados irão ter um crescimento significativo nos próximos anos e se tornarão uma fonte importante de tráfego e receita para as operadoras.
A tecnologia celular GSM, padronizada pelo 3GPP, apresenta uma evolução no sentido de oferecer taxas de transmissão de dados cada vez maiores, como apresentado na tabela desta página.
O HSDPA oferece ao usuário um canal de dados na sua direção (enlace de descida) com taxas de transmissão de até 14 Mbit/s. Ele visa aplicações em que o tráfego em direção ao usuário é muito maior do que no sentido oposto, como acontece quando se navega na Internet ou na transmissão de video ao vivo (multicast).
Observe que o HSDPA é um serviço de dados, baseado em pacotes do WCDMA, em um canal de 5 MHz no enlace de descida do WCDMA.
Além de aumentar a taxa de dados e a capacidade da rede, o HSDPA apresenta também um melhor desempenho em relação à tempos de latência, característica importante para a experiência do usuário. Uma página de web pode demorar mais para ser carregada em uma conexão com alta taxa de dados do que em outra com menor taxa devido a diferenças no tempo de latência.
HSUPA
O padrão HSUPA foi definido pelo 3GPP através do Release 6 (R6). Esse novo padrão aumentou significativamente a capacidade de transmissão dos dados no sentido de uplink. Saindo de 384 Kbps utilizados no padrão HSDPA, e indo para 5,76 Mbps.
Trata-se de um passo seguinte em relação às redes tradicionais de terceira geração em WCDMA, cujas velocidades de upload e download são bem menores. Várias outras operadoras internacionais adotaram a tecnologia a partir de dezembro de 2007. Dentre elas estão a coreana KTF, a australiana Telstra e a alemã T-Mobile.
A HSUPA é uma nova tecnologia da família HSPA. Seu foco principal é melhorar a velocidade de envio de dados. É uma solução irmã à HSDPA, cujo objetivo é aumentar a velocidade de download.
O HSUPA também é chamado de EUL, um padrão atualizado, que complementa as melhores taxas de download do HSDPA com melhoras também nas taxas de upload, indo de 730 kbps (no HSUPA categoria 1) até 5.76 megabits (HSUPA categoria 6), de acordo com a implementação.
Por ser apenas uma extensão do UMTS e não um novo padrão 3G, os investimentos necessários para migrar as redes são relativamente pequenos, já que é preciso apenas substituir alguns equipamentos nas torres e redimensionar a estrutura de roteamento, sem exigir o licenciamento de novas faixas de frequências ou substituição de antenas.
É importante enfatizar que o HSDPA e o HSUPA são dois padrões complementares e não concorrentes. O HSDPA melhora as taxas de download em relação ao WCDMA, enquanto o HSUPA melhora as taxas de upload. De acordo com os equipamentos usados, as operadoras podem suportar ambos os padrões, oferecendo tanto download quanto upload mais rápidos, ou suportar apenas o HSDPA.
HSPA+
HSPA+ é o nome dado para um conjunto de melhorias e aperfeiçoamentos feito no padrão HSPA. É padronizado pelo 3GPP através do Release 7 (R7).
O HSPA+ dobra a capacidade de dados e aumenta em até três vezes a capacidade de voz, permitindo que operadoras ofereçam banda larga móvel a um custo ainda menor. Migrar o tráfego de voz para VoIP sobre HSPA não só aumenta a própria capacidade de voz, como aumenta também significativamente a capacidade de dados.
O HSPA já suporta o portfólio completo de serviços IP com Qualidade de Serviço (QoS) integrada. O HSPA+ melhora ainda mais a experiência do usuário final através de maiores taxas de pico, latência menor, maior tempo de conversação e uma experiência efetivamente “always-on”.
O HSPA+ é a solução ideal para uma operadora com 5 MHz, e oferece capacidade de voz e dados similar à do LTE em um bloco de 5 MHz com a mesma quantidade de antenas.
As operadoras HSPA em todo o mundo vêm testemunhando um sucesso fenomenal com os seus serviços móveis de banda larga. A proliferação de conexões de banda larga em muitos segmentos de mercado e de dispositivos está impulsionando um crescimento sem precedentes no volume de dados. Para sustentar esse crescimento e melhorar a experiência de banda larga, as operadoras estão evoluindo suas redes de HSPA para HSPA+ de uma forma econômica. Adicionalmente à tecnologia HSPA+, muitas operadoras também estão adotando a LTE (Long Term Evolution/Evolução de Longo Prazo) se tiverem acesso a novo espectro com banda mais larga.
Considerada a evolução natural do HSPA, o HSPA+ melhora ainda mais a experiência de banda larga móvel e aumenta a capacidade. É uma evolução econômica que alavanca a infraestrutura. A tecnologia HSPA+ Release 7 (Rel.7), disponível comercialmente, duplica a capacidade de dados do HSPA e mais do que duplica a capacidade de voz em relação ao WCDMA. Uma capacidade de dados maior permite que as operadoras ofereçam serviços móveis em banda larga a um custo mais baixo, enquanto o aumento da capacidade de voz lhes permite liberar recursos para suportar mais dados. O HSPA+ Release 8 (Rel.8) introduz a primeira fase do recurso de multiportadora (conhecido como portadora dupla), e agregando duas portadoras de 5 MHz consegue-se dobrar as taxas de dados de todos os usuários na célula. O Rel.8 estará disponível comercialmente em 2010. A padronização do HSPA+ Release 9 (Rel.9), que amplia o suporte à multiportadora em 10 MHz, deverá ser concluída no início de 2010. A padronização do HSPA+ Release 10 (Rel.10) já foi iniciada. O Rel.10 irá suportar a agregação de 4 de portadoras (20 MHz) no downlink e oferece um impressionante taxa de pico de dados de 168 Mbit/s.
Observem que o HSPA+ possui um caminho de evolução bem estabelecido conforme ilustrado na figura acima, que continua a aumentar o desempenho da rede e permite às operadoras sem fio atenderem a sempre crescente demanda de dados.
o Release7 já está disponível comercialmente. A comercialização e a adoção maciça do Release8 acontecerão a partir 2010.
A padronização do Release 9 está quase concluída no 3GPP, com a consolidação das especificações esperado para o ano 2010.
Além disso, o processo de padronização do Release 10 já foi iniciado, a sua finalização está prevista para 2012, e prevê multiportadoras de 20 MHz e taxas de downlink de 168 Mbit/s.
HSPA+ R7
O HSPA aumentou em muito a capacidade de transferência de dados comparada à de sistemas WCDMA (R99), pois ele passou a implementar os seguintes recursos:
- adicionando canais compartilhados de alta velocidade
- menor intervalo de transmissão
- suporte a modulação 64-QAM, 2×2 MIMO
Melhorias adicionais estão sendo planejados no R8 e nas próximas etapas evolutivas, oferecendo uma evolução bem definida para as redes atuais.
Você sabia que o padrão HSPA+ suporta a tecnologia MIMO (Multiple Input Multiple Output) 2×2 no seu downlink, pois ele utiliza duas antenas de transmissão no Node B para transmitir fluxos de dados ortogonais (paralelos) para duas antenas receptoras nos UE’s. Usando duas antenas e processamento adicional de sinais no receptor e no transmissor, o MIMO pode aumentar a capacidade do sistema e dobrar a taxa de transferência de dados do usuário sem uso adicional de largura de banda ou potência no Node B.
Sob certas condições do canal, dados em um sistema MIMO 2×2 podem ser transmitidos usando até dois fluxos ortogonais. Para ser mais eficaz, o MIMO necessita de uma alta relação sinal/ruído (SNR) no UE, e um ambiente de alta dispersão do sinal de RF. Uma alta SNR garante que o UE será capaz de decodificar com sucesso o sinal que chega, apesar de distribuir a potência de transmissão entre as duas antenas. Um ambiente com alta dispersão do sinal de RF garante que os dois fluxos de dados permaneçam ortogonais quando cheguem ao UE.
As transmissões com visada direta, por outro lado, não suportam fluxos ortogonais, e por isso apresentam um ganho limitado do MIMO O benefício do MIMO é, portanto, maximizado em um ambiente urbano (cidade) denso, em que o ganho do MIMO é mais necessário, já que existe dispersão suficiente e os tamanhos das células são pequenos (SNR potencialmente alto no UE). Em ambientes rurais com células de grande tamanho e menor dispersão, os ganhos do MIMO serão limitados.
HSPA+ introduz o esquema de matriz adaptável de transmissão dupla (D-TxAA) para MIMO 2×2. As futuras versões (R8 e posteriores) estão considerando MIMO de ordem superior e MIMO no UL.
HSPA+ R8
O HSPA+ Rel.8 Multiportadora Melhora a Experiência de Banda Larga para todos os usuários através da funcionalidade de multiportadora, pois ele agrega várias portadoras HSPA de 5 MHz criando um canal de dados maior e, dessa forma, proporciona melhor experiência de banda larga móvel para todos os usuários dentro da célula.
O Rel.8 com implementação de multiportadora (conhecido como portadora dupla) suporta duas portadoras agregadas de downlink que irão duplicar as taxas de dados para todos os usuários na célula – até a sua borda. Além disso, as taxas de pico de dados aumentam juntamente com a largura de banda e atingem 42 Mbit/s no downlink com espectro de 10 MHz (sem MIMO), conforme demonstrado na figura.
SAIBA MAIS
A multiportadora permite, assim, que os assinantes desfrutem de uma melhor experiência de banda larga, com respostas mais rápidas da rede, graças às suas elevadas taxas de dados. Isso é especialmente benéfico para aplicações que requerem recursos momentâneos da rede como a navegação na Web, na qual o usuário pode ser atendido duas vezes mais rápido, se comparado a uma portadora única, e experimentar uma redução de 50% na latência na interface aérea.
Para o suporte à multiportadora normalmente é necessário somente um upgrade de software no Node B. O upgrade da rede pode ser feito de forma incremental. Ele pode ser instalado em áreas de alta demanda ou mesmo em estações individuais no início, seguido pela ampla instalação na rede já que os dispositivos multiportadora operam de forma transparente entre as redes com uma e múltiplas portadoras.
A multiportadora aproveita melhor os recursos do espectro através do equilíbrio dinâmico de carga entre as portadoras, bem como pela melhoria da eficiência de entroncamento, proporcionando maior desempenho da rede.
A multiportadora, além de melhorar a experiência de banda larga, também pode prover significativo aumento da capacidade de tráfego para aplicações com características de acesso em burst em portadoras parcialmente carregadas. Como mostrado na figura 5, a multiportadora pode suportar significativamente mais usuários de aplicações em burst tais como a navegação na Web, comparado a duas portadoras independentes usadas para proporcionar a mesma experiência de usuário (latência) em redes parcialmente carregadas.
HSPA+ R9
O padrão HSPA+ Release 9 Expande o conceito de Multiportadora, pois o seu principal foco foi de facilitar a multiportadora entre as bandas, por exemplo: uma combinação das bandas 2.1 GHz e 900 MHz. O Rel.9 também é concebido para suportar a multiportadora no uplink.
Esses recursos, ao mesmo tempo em que melhoram substancialmente a capacidade e a experiência do usuário, permitem que as operadoras alavanquem todos os recursos disponíveis do espectro, incluindo a utilização simultânea de várias bandas.
Conforme demonstrado na figura, o Rel.9 pode prover um pico de 84 Mbit/s no downlink pela combinação de 2×2 MIMO e multiportadora, bem como prover 23 Mbit/s de pico no uplink através da multiportadora no Uplink.
HSPA+ R10
O Release 10 está ainda em fase de desenvolvimento foi homologado em 2012.
O HSPA+ é a evolução natural do HSPA, e deve ficou disponível comercialmente em 2009. Ele aumenta ainda mais o desempenho e as funcionalidades do HSPA. Esse documento discute os principais benefícios do HSPA+:
O HSPA+ dobra a capacidade de dados, se comparado ao HSPA, reduzindo assim o custo de fornecimento de serviços de dados e oferecendo uma melhor experiência de banda larga móvel.
O HSPA+ oferece três vezes mais capacidade de voz através de VoIP do que o R99 através de comutação por circuito com a mesma qualidade e codec.
VoIP através de HSPA+ libera significativa capacidade de dados. A maior eficiência do VoIP também pode ser usada para liberar significativa capacidade de dados em um modelo de uso combinado de dados e VoIP. Isso ajuda atender à crescente demanda por serviços de dados.
O HSPA+ melhora a experiência do usuário final oferecendo maiores taxas de pico, menor latência, menor tempo de estabelecimento de chamada, tempo de conversação significativamente maior e uma experiência efetivamente “always-on”. O HSPA+ suporta taxas de pico de downlink de até 28 Mbit/s (42 Mbit/s no 3GPP Release 8) e até 11 Mbit/s no uplink.
O HSPA+ é a evolução mais econômica do HSPA, permitindo que as operadoras UMTS usem de forma mais eficiente seus ativos e investimentos existentes em rede, espectro e dispositivos. Assim como o HSPA, o HSPA+ tem compatibilidade reversa e ainda com futuras evoluções da tecnologia, permitindo uma introdução gradual de dispositivos e um upgrade incremental dos elementos de rede existentes.
O HSPA+ é a solução ideal para operadoras com 5 MHz, existentes, para aquelas que operam em 900 MHz e para as que planejam implementar em uma nova banda de espectro; ele oferece desempenho de dados e voz similar ao LTE em um bloco de 5 MHz, utilizando a mesma quantidade de antenas.
Ele trabalha também com o conceito de multiportadora, mas traz como grande diferencial o fato de poder agregar 4 portadoras de 5 MHz, criando assim uma portadora multicarrier de 20 MHz, para fornecer uma impressionante taxa de pico de 168 Mbit/s no downlink, conforme mostrado na figura abaixo.
