Lte Alberto 2011 V1.1

Academia de Tecnologia
Dezembro-2011

4G e o LTE

Alberto Boaventura
Gerência de Tecnologia e Integração
031 21 8875 4998

Duração da Apresentação:
6 h e 30 min!!!

Gerência de Tecnologia e Integração de Serviços

O que é o LTE?
3GPP LTE (Long Term Evolution) é um padrão para comunicação sem fio de alta velocidade
de dados para telefones celulares e terminais de dados. É baseado nas redes GSM / EDGE e
UMTS / HSPA, totalmente sobre IP, com a capacidade e velocidade aumentados através de
novas técnicas de modulação, antenas inteligentes e sistemas de rede auto-organizáveis.

IEEE 802.11ac (<6 GHz)
IEEE 802.11ad (>60 GHz) 4G

ADVANCED
ITU-R M.2034
Eficiência Espectral
DL 15 bits/Hz
UL 6.75 bits/Hz
Latência
Plano do Usuário < 10 ms
Plano de Controle < 100 ms
IEEE 802.16m
Largura de Banda
ITU-R M.2034 40 MHz
ITU-R M.1645 100 MHz


O que é o LTE?

OFDM Flexibilidade Arquitetura
Planificada

MIMO Self Organized Evolução
Network


OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex)
 Bastante semelhante ao FDMA no que concerne a divisão em freqüências para
Capacidade do Canal transferência de informação;
 Utiliza o processo de codificação modulação em sub-bandas com portadoras
ortogonais;
 As sub-bandas são faixas de freqüência extremamente pequenas;
Bps/Hz

Bps/Hz
 Utilizado em diversos esquemas para transmissão de dados faixa larga: Wireless
LAN; ADSL; DVB; WiMAX; Docsis; LTE
 Foi usado pela primeira vez em 1957 para modem em HF;
Freqüência(Hz) Freqüência(Hz)  Em 1966; Chang do Bell Labs patenteou e escreveu o primeiro paper sobre
Transmissão convencional: OFDM;
OFDM: Diversas sub-bandas
Uma única portadora/banda  Somente na década de 90 que surgiram diversas aplicações;

Subportadoras
Modulação e Bits por Símbolo
16-QAM
/4-QPSK
Qk
Ik/Qk Ik/Qk BPSK Qk 0010 0011 0001 0000
10 01
DMS Codif. IFFT DA 0
0110 0111 0101 0100
1

Duração do f 1110 1111 1101 1100
Ik Ik

t Símbolo 11 00 1010 1011 1001 1000

20 MHz
Modulação Bits/Símb. FEC 64QAM
100 RBs
QPSK 2 1/3 9,6 Mbps
16QAM
QPSK 2 1/2 14,4 Mbps

Taxa
QPSK 2 2/3 19,2 Mbps QPSK
16QAM 4 1/2 28,8 Mbps
16QAM 4 2/3 38,4 Mbps
Distância
16QAM 4 4/5 46,1 Mbps
64QAM 6 1/2 43,2 Mbps
64QAM 6 2/3 57,6 Mbps Esquema de Modulação e
64 QAM 6 1 86,4 Mbps
Codificação em Função da
distância


Flexibilidade
Diferentes larguras de banda Esquemas TDD e FDD Diversas Faixas Suportadas
1,4 MHz
TDD DL UL
3 MHz
5 MHz Tempo
10 MHz
FDD UL DL No Release 10, o 3GPP definiu
15 MHz
43 Bandas para o LTE
20 MHz Freqüência

Faixas no Mundo: Uso racional de faixas:
Banda 3GPP (LTE) Status
700 MHz Bandas 12, 13 & 14 EUA, Colômbia e Peru
800 MHz Banda 20 (DD) Europa DD, Alemanha, Inglaterra, Suécia
850 MHz Banda 5 Korea
1800 MHz Banda 2 Europa Capacidade: >2 GHz
AWS Banda 4 EUA Cobertura ou Capacidade: > 1 GHz & <2 GHz
2100 MHz Banda 1 Japão
2300 MHz Banda 40 Ásia
2600 MHz Banda 7 Europa Cobertura: < 1 GHz
Faixas disponíveis no Brasil:
Banda UL DL Largura WRC 3GPP (LTE) Anatel Status Uso combiando para o LTE Advanced
700 MHz 37 MHz 2007 Bandas 12, DD 2016
13 & 14 Taxa Média do eNB vs distância
850 MHz 824 - 849 869 - 894 24 MHz 2000 Banda 5 Res 454/2006 Banda A, B
400 Mbps
700 MHz
900 MHz 898,5 - 901; 907,5 - 915; 10 MHz 2000 Banda 8 Res 454/2006 SMP
300 Mbps 1800 MHz (5 MHz)
943,5 - 946 952,5 - 960
1800 MHz (10 MHz)
1800 MHz 1.710-1785 1805-1880 150 MHz 1992/ Banda 2 Res 454/2006 SMP
2000 Lelião sobras 200 Mbps 2.600 MHz
dez/2011
2100 MHz 1920-1975 2110-2165 110 MHz 2000 Banda 1 Res 454/2006 SMP 100 Mbps

2300 MHz 2300-2400 (TDD) 100 MHz 2007 Banda 40 MMDS 0 Mbps
2600 MHz 2500-2570 2620-2690 140 MHz 2007 Banda 7 Res 544/2010 Leilão em 2012 0,0 km 2,0 km 4,0 km 6,0 km 8,0 km 10,0 km
3500 MHz 3400-3600 (TDD) 200 MHz 2007 Banda 43 Res 537/2010 Leilão em 2013

Arquitetura Planificada
SAE (System Architecture Evolution)

HLR/HSS IMS  Arquitetura, protocolos, interfaces totalmente
Sh sobre IP
S6a Rx Ro/Rf
 Não existe mais o elemento controlador da rede
Sp
de acesso (BSC/RNC), com funções de gerência
OCS/
MME PCRF mobilidade realizadas pelo eNB.
OFCS
S1-AP Sy
 Não existe mais o domínio CS (Circuit Switched) e
X2 S11 Gx Gy/Gz
o serviços legados serão emulados pelo IMS (SMS e
Voz)
Internet
S-GW P-GW  Perfeita integração com acessos não 3GPP (ex.:
S1-U S5 SGi
Wi-Fi/WLAN)

E-UTRAN Evolved Packet Core

Máquina de Estado do 3G Máquina de Estado do LTE Latência em Diversos Sistemas
(3GPP TS 25.331) (3GPP TS 36.331)

E-UTRA
Cell_PCH
Idle

Idle
Cell_DCH
Mode Cell_FACH

E-UTRA
Connected
Cell_PCH
Fonte: 4G Americas


MIMO (Multiple Input, Multiple Output)
Multiplexação: Sinais distintos Diversidade: Mesmo Sinal Beamforming

BER
Capacidade

SINR
min(NTx , NRx) Antenas SNR Tempo

TM Transmission scheme of PDSCH CQI mode
Mode 1 Single-antenna port CQI
Closed loop, codebook precoding Open loop, non-codebook precoding Mode 2 Transmit diversity CQI
MCS, PMI, RI MCS Mode 3 Open-loop spatial multiplexing CQI
Mode 4 Closed-loop spatial multiplexing CQI, RI, PMI
CRS CRS, DRS Mode 5 Multi-user MIMO CQI, PMI
CQI, PMI, RI CQI Mode 6 Closed-loop Rank=1 precoding CQI, PMI
Mode 7 Beamforming Single-antenna port; port CQI
Mode 8 Dual layer beamforming CQI, RI, PMI
Mode 9 Switching SU & MU-MIMO till 8 CQI, RI

Intra-cell CoMP Inter-cell CoMP
MIMO + SON = Coordenation Multi-Point (CoMP) Controle para eficaz para interferência entre
céulas (inter-cell inerference)

 Ferramenta fundamental para aumento de Smallcells Heterogeneous
Network
cobertura e capacidade
 Dois modos: X2
 Coordinated scheduling & Beamforming
 Joint processing/transmission

Quando o terminal se encontra na borda pode receber o sinal de
múltiplas estações de maneira coordenada

Self Organized Network
Inspirado no forum NGMN (Next Generation Mobile Networks) e definido no 3GPP (TS 32.823) nos releases 8, 9 e 10.
Estabelece um conjunto de funcionalidades para automatização inteligente da rede para: configuração, otimização,
recuperação de falhas e planejamento; objetivando a melhora de performance e custos de operação.

Self-Planning & Dynamic Re-planning

Self-Configuration Self-Optimization Self-healing

Plug and Play Auto Ajuste Auto Reparo
Configuração e setup automáticos Otimização da rede em tempo real Mitigação de falhas de maneira
rápida e automática

Automatic Inventory Mobility Load Balancing
Automatic Neighbor Relations RACH Optimization Arquiteura
Centralizada

Distribuída
X2

Híbrida

Release 8 Release 9 Release 10
Automatic Inventory Coverage & Capacity Optimization Coverage & Capacity Optimization
Automatic Software Download Mobility optimization Enhanced Inter-Cell Interference
Automatic Neighbor Relations RACH optimization Coordination
Automatic PCI Assignment Load balancing optimization Cell Outage Detection and Compensation
Inter-Cell Interference Coordination Funções Seff Healing
Minimizatioon o Drive Testing
EnergySavings


Evolução
Evolução da tecnologia e expectativa de introdução no mundo

2010- 2010 2011 2012 2013 2013+
EDGE (Rel 7) E-EDGE (Rel 8) Release 11

DL:474 kbps DL:1,89 Mbps Release 10
UL:474 kbps UL: 947 kbps
Release 9

Release 8
HSPA+ (Rel 7) HSPA+ (Rel 8) HSPA+ (Rel 9) HSPA+ (Rel 10)
2007 2008 2009 2010 2011 2012
DL: 28 Mbps DL: 42 Mbps DL: 84 Mbps DL: 168 Mbps

4G
UL: 11,5 Mbps UL: 11,5 Mbps UL: 23 Mbps UL: 23 Mbps
BW: 5 MHz BW: 5 MHz BW: 10 MHz BW: 20/10 MHz

LTE (Rel 8) LTE (Rel 9) LTE (Rel 10) LTE (Rel 11)
DL: 300 Mbps Otimização dos DL: 1.2 Gbps
UL: 45 Mbps Recursos de UL: 568 Mbps DL:> 1.2 Gbps
BW: 20 MHz da Rede BW: 40 MHz BW: 100 MHz

Coordenation Multi-Point (CoMP) Self Organized Network Carrier Aggregation (até 100 MHz)
e Inter-Cell Interference Coordination (ICIC)

Intra-cell CoMP Inter-cell CoMP

Banda (1)
Banda (2)
X2
Banda (3)

Capacidade

O que se espera do LTE?

Banda Larga Móvel Novos Serviços M2M

Serviços Legados Redução de Custos A Oi e o LTE


Banda Larga Móvel
A Internet e a banda larga continuam crescendo A Banda larga , o bem estar das pessoas e o progresso
1.8 B Usuários Internet & Crescimento de +13% ano-a-ano McKinsey estima que um aumento de 10% na penetração da banda larga
proporciona um acréscimo para o PIB de 0,1 a 1,4 %.
18.8T Minutos & Crescimento de +21% ano-a-ano
Booz estima que a penetração de banda larga de 10% maior em um ano está
500 MM 35,00% relacionado a 1,5% de crescimento da produtividade do trabalho ao longo dos
29% próximos cinco anos.
384 30,00%
400 MM 23% Quando uma pessoa é conectada, a sua vida muda!
25,00%
300 MM 238 20,00%
14% 13%
200 MM 15,00%
130
10,00%
100 MM 67 4%
39 5,00%
0 MM 0,00%
China India Brasil Russia USA

Banda Larga Fixos e Móvel (Milhões)
Acessos Fixos e Móveis (Milhões)
Os dispositivos móveis Fixed telephone lines
Substituição ou Convergência? são preferenciais nas 1000 Mobile cellular subscriptions 200
gerações mais jovens
para estabelecimento de Fixed broadband subscriptions
80,0% 18 a 24 serviços de Mobile broadband subscriptions
25 a 34 telecomunicações.
60,0% 500 100
40,0% 35 a 44
45 a 54 Na América Latina,
20,0% espera-se que o número
0,0% 55 a 64 de acessos banda larga
Local LD móvel supere ao da fixa 0 0
65 ~
em 2012.

2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
Fonte: Femtoforum

Crescimento da Banda Larga Móvel Fonte: ITU/ICT/MIS
Com novos dispositivos América Latina
2000 Gbps (smartphones, tablets) e 6 Mbps
M2M o número de 5 Mbps America do Norte
1500 Gbps acessos a banda larga
4 Mbps Europa Ocidental
móvel vai decolar
1000 Gbps Brazil
3 Mbps
500 Gbps Ao mesmo tempo, espera- 2 Mbps
se que a taxa média cresça 1 Mbps
0 Gbps exponencialmente. No
0 Mbps
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020

Brasil, o crescimento é de
82% ano-a-ano até 2015 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
HSPA LTE segundo a Cisco
Fonte: Cisco VNI 2010
Fonte: Demanda Mkt Oi 2011

Novos Serviços
Mainframe-> Mini-> Desktop -> Smartphones/Tablets
5 tendências para convergência: MBB + Redes Internet
Sociais + Vídeo + VoIP + usabilidade em Móvel
dispositivos diferenciados
Internet
A expressiva projeção para o crescimento da
Internet móvel é justificada pela integração de Desktop
funcionalidades (de uso pessoal) num único Mini
dispositivo, tornando-se, em alguns anos, o Mainframe 10 B+
principal dispositivo contra os desktops.

Estima-se que a demanda de Tablet pode 1 B+
superar a 100 milhões shipments até 2012
Os Smartphones e Tablets, em especial,
catalisam a demanda para o mercado 100 MM+
empresarial, permitindo um casamento com o 1 MM+ 10 MM+
mundo de TI através da Cloud Computing
1960 1970 1980 1990 2020+
Redes Sociais, Conteúdo, Tablets e Cloud Fonte: Morgan Stanley 2010

Tablet/Smartphone => O Novo PC
Mimetizam as funções do PCs & desktop Música Vídeo
Internet

PC => O Servidor (DVD / CD Collection, TV,
Address Book…) Aplicações
PCs (junto com a Cloud) estão se tornando a
home media servers: armazendando, realziando
backup e provendo conteúdo a tablets e
smatphones.

Clouds => Novo Datacenter Fotos
Armazena, processa os dados em ambientes que
são acessados pelos smartphones e tablets. Provê
a infra-estrutura básica para a nova geração de
aplicações móveis

M2M
Fases da M2M
1ªFase: Aplicações Verticais 2ªFase: Regulamentação 3ªFase: Internet das Coisas
Aplicações: Aplicações: Aplicações:
 POS  POS  POS
 Gerenciamento de Frota  Gerenciamento de Frota  Gerenciamento de Frota
 Rastreio  Rastreio  Rastreio 50 Bilhões de
 Telecom+ Transporte + Utilities + Saúde + Payment
Mobile Payment  Mobile Payment  Mobile Governo = dispositivos
Cidades de Monitoração
 Câmeras Inteligentes Câmeras de Monitoração conectados em
 Medidores de Energia  Medidores de Energia
2020
 Pedágio  Pedágio
 eCall
 Manutenção Remota
 Sincronização de Mídia
 Health Monitoring
2010 2015 2020

Desafios para o M2M Utilização dos Recursos de Rede
100%
Outros
80%
Hoje a praticamente todas as Redes eMail Para as comunicações M2M a utilização
Móveis são projetadas para a 60% dos recursos de sinalização aumenta
comunicação H2H. POS
40% significativamente quando comparado
Para M2M outros recursos são mais M2M ao tráfego de dados.
utilizados, como a sinalização. 20%
WAP
0%
MMS Volume Air time Sinalização
Fonte: Dados de tráfego Oi Ago-2010

Diferenciação entre
Baixo custo de rede para aplicações: Proteção contra sobrecarga e Preparação dos endereços de
refletir o baixo ARPU congestionamento na rede rede para o grande número
Aplicações diferentes  de sinalização de terminais
Diferentes SLAs

Serviços Legados
O LTE não é só dados Número de usuários ativos vs tecnologia
100
80
Apesar da conslidação do MBB, Porém, o LTE não é só dados,
e para os serviços de voz o LTE 60
serviços de voz e legados ainda apresenta uma eficência
representam a parte mais 40
importante de receitas... espectrial 10 vezes superior 20
ao GSM.
0

HSPA (5.9
UMTS (5.9
GSM EFR

GSM AMR

LTE (5.9
kbps)
kbps)
kbps)
CSFB (Circuit Switch Fall Back)

 Definido em 3GPP TS 23,272, representa uma solução de curto prazo
HLR
para a voz eo legado serviços de apoio na rede LTE.
HSS
 Consiste em redirecionar a partir da rede LTE qualquer serviço
Gr/S6a C baseado em domínio CS (de voz ou SMS) para a rede 2G/3G
SGSN MSS PSTN SGs requer ativação de interface para terminar serviços
MME/ MGCF (Transp. IP)
GW MGW
S1 SGs Nb/E Pontos Fortes Pontos Fracos
Não precisa de investimento em Os dados podem ser
BSC A/Iu-CS IMS interrompidos (requer DTM)
RNC É suportado no caso de roaming O tempo de estabelecimento > 3 s
Abis

VoLTE (VoIP Over LTE)
 VoLTE é uma iniciativa conjunto GSMA e 3GPP, apoiado no 3GPP IMS
recomendação quadro, qual a arquitetura é definida com base em
HLR IR.92 3GPP TS 23,002 e 23,228 TS.
HSS  A continuidade de serviço e entrega são garantidos pela SR-VCC
Sh (Single Radio Voice Call Continuity), definida em 3GPP TS 23,216,
Gr/S6a utilizando uma interface especial entre MME e MSS, Sv, para achoring
SGSN chamada.
MME/ IMS PSTN
GW Gi/SGi (Transp. IP)
S1 Nb/E Pontos Fortes Pontos Fracos
C
I2/I3/Mg
Sv Não precisa de investimento em Requer investimento no IMS
MSS CS
BSC
MGCF E
RNC
MGW Voz e dados na mesma rede
Abis A/Iu-CS
Uso da eficiência espectral do LTE

Redução de Custos
Dilema da Banda Larga: Desacoplamento da Receita e Tráfego

Tráfego (Custo)
Serviço Taxa & Preço € Custo/ Preço / Preço O preço relativo por
Volume MByte MByte Relativo Mbyte quando
SMS 160 Bytes €0.15/ €X € 1.000 400.000 comparado com a
mensagem banda larga é:
Receita
Voz 10 kbps 0.05 a € 0.5 €Y € 0.7 - € 7 300 - 3000  400.000 vezes maior
o minuto para o SMS e
Domínio de Voz Domínio de Dados Dados (3 3 GBytes €20 / mês € Y/5 € 0.007 3  300 a 3000 vezes
GBytes) maior para o serviço
Mobile TV 50 horas @ €5 / mês € Y/5 € 0.0023 1 de voz.
Unicast (50 hrs) 100 kbps
Fonte: Agilent (LTE Woorld Summit 2010)
CapEx
Custos por Estação: LTE vs 3G Gráficos das densidades: estações (eNB/km2 ) vs Usuários (users/km2)

$$$ 0,2000 3,0000
Baixa densidade Alta densidade
$$$ 0,1500
2,0000
$$$ 3a. Portadora
0,1000
$$$ 2a. Portadora 0,0500
1,0000
$$$ NodeB 0,0000 0,0000
$$$ LTE (X) 0 20 40 60 0 500 1000
$$$ 1800 MHz (10) 2600 MHz (20) 1800 MHz (10) 2600 MHz (20)
3G (1) 3G (2) 3G (3) 3G (4) HSPA+ HSPA+ (DC) HSPA+ HSPA+ (DC)
Fonte: Planejamento/2011
OpEx Fonte: GTEC/2011

Self Organized Network Self-Planning & Dynamic Re-planning

Self-Configuration Estima-se uma economia
de OpEx da ordem de 40%
Self-Optimization segundo “Heavy Reading:
4G/LTE Insider 2010”
Self-healing

A Oi e o LTE
248 operadoras em 87 países investem em LTE São 197 dispositivos disponíveis em diversas freqüências
 35 redes comerciais em 21 países. Módulos
LTE FDD
 63 trials em 21 países em andamento com lançamento 11 Tablets
700 MHz 106 47 30
planejandos para os próximos anos 10
800 MHz 42 Notebooks
 Compromissios para lançamento de 185 novas redes 27
1800 MHz 41 70 2 PC Cards
comerciais em 66 países
2600 MHz 52
Países com redes comerciais Smartphones
800/1800/2600 MHz 36
Países com redes planejadas AWS 35 Routers
Países com trial Fonte: GSA Outubro/2011 Fonte: GSA Novembro/2011

O Trial de LTE Arquiteura Genérica do Trial
Objetivo
HLR/HSS IMS
Programa para realização de testes sistêmicos, de conformidade e Sh
performance para: S6a Rx Ro/Rf
 Internalização da tecnologia Sp
 Avaliação da tecnologia, arquitetura, serviços fim-a-fim OCS/
MME PCRF
 Antecipação e avaliação dos potenciais problemas na implementação futura OFCS
S1-AP Sy
 Avaliação dos fornecedores Gx GyGz
X2 S11

Fase 0 Fase 1 Fase 2 Internet
S-GW P-GW
S1-U S5 SGi
 Testes de  Testes de  Testes de
conformidade funcionalidades Performance
 Testes sistêmicos especiais Outdoor

Participantes do Trial
Araruama Cabo Frio Itaguaí Macaé Teresópolis
(Huawei) (ALU) (NSN) (ZTE) (Ericsson)

Ao todo são 9 empresas envolvidas com mais de 100 profissionais,
para realização do planejamento, instalação, configuração e execução
de mais de 50 testes nas redes de acesso, núcleo e IMS.

LTE não é 4G!!!
Mas não há caminho para o
4G sem o LTE!


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